[发明专利]一种P91钢中细化夹杂物的冶炼方法

说明书

一种P91钢中细化夹杂物的冶炼方法，属于细化钢夹杂物的技术领域。本发明通过向熔体中以多点区域微量供给的方法喂入细的Al‑稀土‑Ti合金铰丝，以降低稀土单独加入钢液时发生反应的剧烈程度，减少钢液吸氧，同时采用底吹惰性气体的方式使熔体中形成流场，从而获得纳米级和少量微米级颗粒的夹杂物（氧化物）形成于钢液中（夹杂物等级A+B+C+D+DS级≤1.5），最终获得具有高纯净度的P91钢。本发明成本低廉，能大批量生产，对产品复杂程度限制少，塑性和韧性都得到了很大的提升，具有优越的综合性能。

技术领域

本发明涉及细化P91钢夹杂物的方法，属于细化钢夹杂物的技术领域。

背景技术

当今时代，冶金和材料领域存在三大难题。第一是钢中夹杂物等级的控制，第二是金属材料中化学成分的均匀性控制（成分偏析），第三是如何使金属材料既增强又增韧即突破现有的金属材料增强时塑性下降的，增韧时强度下降的矛盾。粗大夹杂物作为材料变形过程中的裂纹源，强烈地恶化材料力学性能，尤其是疲劳性能，因此夹杂物的控制至关重要[K. Lu, L. Lu, S. Suresh, Strengthening materials by engineering coherentinternal boundaries at the nanoscale, Science 324 (2009) 349–352.]；P91钢具有良好的高温持久度、热稳定性和高温抗蠕变能力等综合性能[S.J. Brett, C. Dyson, S.Maskill, et al. An investigation of the effect of pre-straining on the creepbehaviour of a P91 steel at 600 °C using impression creep testing. 2020,776]，在电站锅炉的过热器、再热器和主蒸汽管道上具有广泛的应用，因此在细化其夹杂物方面有迫切需求。国标GB/T10561-2005中，根据夹杂物的形态和分布分为A、B、C、D和DS五大类。（1）A类（硫化物类）：单个灰色夹杂物，一般端部呈圆角。（2）B类（氧化铝类）：大多数没有变形，带角的，形态比较小（一般3），黑色或带蓝色的颗粒。（3）C类（硅酸盐类）：单个呈黑色或者深灰色夹杂物，一般端部呈锐角。（4）D类（球状氧化物类）：不变形，带角或圆形的，形态比小（一般3），黑色或带蓝色的、无规则分布的颗粒。（5）DS类（单颗粒球状类）：圆形或近似圆形，直径≥13微米的单颗粒夹杂物。目前国内外普遍采用的去除夹杂物的思路主要有两种，包含利用气体搅拌改善钢水流动状况、中间包设置控流装置以得到合理的流场和在中间包内使用过滤器强制分离夹杂物。这些方法可在一定程度上去除钢中夹杂物，但收效甚微。

本次我们利用液态金属中“多点区域微量供给”原位纳米颗粒形成技术使夹杂物纳米化，得到高纯净度的钢[王自东,汤浩,陈晓华,曾新建. 一种制备原位纳米颗粒强化Q195钢的方法[P]. 北京：CN103495720A,2014-01-08.]。氧化物冶金技术提高韧性的原因主要是夹杂物对晶粒长大的钉扎作用，并且已广泛应用于焊接和热处理过程中。析出相半径越小、体积分数越高，对晶粒长大的钉扎作用就越大。该项技术的关键是通过选择析出相的种类、控制钢的成分和加工过程的参数，来保持析出相在高温下尺寸和体积分数。