CN115491511A

CN115491511A - 一种高韧性超高强度钢及其制备方法

Info

Publication number: CN115491511A
Application number: CN202211067452.2A
Authority: CN
Inventors: 夏世洪; 周立新; 张永强; 肖克建; 苏杰; 宁静
Original assignee: Central Iron and Steel Research Institute; Daye Special Steel Co Ltd
Current assignee: Central Iron and Steel Research Institute; Daye Special Steel Co Ltd
Priority date: 2022-09-01
Filing date: 2022-09-01
Publication date: 2022-12-20
Anticipated expiration: 2042-09-01
Also published as: CN115491511B

Abstract

本发明涉及一种高韧性超高强度钢制备方法，该方法包括以下步骤：制备连铸坯：将经过冶炼的钢液进行连铸，获得连铸坯；电渣重熔：将所述连铸坯进行电渣重熔，获得电渣锭；联合锻造：将所述电渣锭进行联合锻造，获得锻件。采用本申请方法制备高韧性超高强度钢，具有短流程快节奏，生产效率大幅度提升，成材率高等优点。

Description

一种高韧性超高强度钢及其制备方法

技术领域

本发明属于金属材料制备技术领域，具体涉及一种高韧性超高强度钢及其制备方法。

背景技术

随着航空航天事业的发展，对适用于主要承力构件的钢提出了更高的要求，不仅要求具有高的强度，而且还要具有高的断裂韧性。

一般情况下，随着钢的强度提高，钢的塑韧性相对会有所降低。为了获得高强度超高强度钢，在进行成分控制的同时，需要有合理的制备工艺。

目前，高强度或超高强度钢一般采用的冶金技术为真空感应冶炼母料，再经真空自耗冶炼成铸锭，铸锭再经锻轧制成所需规格的棒材；或者采用电炉初炼+LF精炼+真空处理+模铸母料，再经电渣重熔成电渣铸锭，电渣铸锭再经锻轧制成所需规格的棒材，以上冶金技术工艺流程长，工序成本高，生产效率低。

发明内容

针对上述问题，本申请的目的在于提供一种高韧性超高强度钢及其制备方法。

采用本申请提供的方法制备高韧性超高强度钢，具有短流程快节奏，生产效率大幅度提升，成材率高等优点。

为实现上述目的，本申请采用以下技术方案：

一种高韧性超高强度钢制备方法，包括以下步骤：

制备连铸坯：将经过冶炼的钢液进行连铸，获得连铸坯；

电渣重熔：将所述连铸坯进行电渣重熔，获得电渣锭；

联合锻造：将所述电渣锭进行联合锻造，获得锻件。

在一些实施方案中，上述高韧性超高强度钢制备方法还包括：

热处理：将所述锻件进行热处理，所述热处理包括正火和所述正火后的回火；

所述正火热处理的均热温度940℃-960℃(比如945℃、950℃或955℃)，保温时间为2-5h/100mm*锻件有效截面尺寸(即：2-5h*锻件有效截面尺寸÷100mm)；

将正火热处理的均热温度控制在此范围，可以更好地消除缺陷组织，细化晶粒，均匀组织。如果正火热处理的均热温度过高，会造成晶粒粗大，过低则不能达到均匀一致的正火效果。

所述回火热处理均热温度660℃-680℃(比如665℃、670℃或675℃)，保温时间为5.5-7.5h/100mm*锻件有效截面尺寸(即：5.5-7.5h*锻件有效截面尺寸÷100mm)。

所述锻件有效截面尺寸是指锻件横向上最厚尺寸，如果锻件是棒材，则所述锻件有效截面尺寸为棒材的直径。

在一些实施方案中，上述高韧性超高强度钢制备方法，所述经过冶炼的钢液是通过如下工序制备的：

转炉初炼工序：将炼钢原料在转炉中进行初步熔炼，所述转炉初炼出钢P≤0.008％(比如0.007％、0.005％、0.001％)；

LF精炼工序：将经转炉初炼的钢液进行LF精炼，所述LF精炼的终点S≤0.0010％(比如0.0007％、0.0005％、0.0001％)，所述LF精炼的终点温度：1595℃～1635℃(比如1560℃、1570℃、1580℃、1590℃、1600℃、1610℃、1620℃或1630℃)；所述LF精炼的总时间≥45min(比如50min、55min、60min)；

RH真空处理工序：将所述经过LF精炼的钢液进行RH真空脱气；

所述RH法钢液真空处理的处理时间≥20min(比如23min、25min、30min)，真空≤66.66Pa的处理时间≥15min(比如18min、20min、24min)；破空后软吹时间≥15min(比如18min、20min、24min)。

通过在冶炼过程中，严格控制P、S的含量，获得较纯净的钢液，结合成分控制，有利于后续通过成型加工和热处理，获得高韧性超高强度钢。

优选地，在LF精炼工序中，精炼还原期全程做渣面脱氧，脱氧材料包括碳化硅和铝粒，炉内为还原气氛，炉渣变白渣后第一次取样，白渣操作保持时间≥30min；精炼渣中FeO≤0.5％，碱度≥3。

在本发明的精炼过程中，精炼还原期全程做好渣面脱氧，脱氧材料使用碳化硅和铝粒，脱氧材料遵循“开始多加，后少加”原则，保证炉内还原气氛，炉渣变白渣后方可取第一样，白渣操作保持时间≥30min(比如35min、40min、45min)。控制精炼渣系流动性好，渣中FeO≤0.5％，碱度≥3(比如3.2、3.4、3.6)，确保合金元素收得率稳定，实现化学成分精准控制。

在一些实施方案中，所述制备连铸坯步骤中，中间包钢水过热度20℃～35℃(比如22℃、25℃、30℃、33℃)，拉速0.30-0.47m/min(比如0.32m/min、0.35m/min、0.40m/min、0.45m/min)。

优选地，中间包钢水过热度22～28℃(比如23℃、24℃、26℃)，连铸恒定拉速0.37m/min。在此工艺条件下进行连铸，可以减少铸坯中心的疏松和缩孔。

在一些实施方案中，所述连铸坯为圆坯。

连铸成圆坯，可以与后续电渣重熔步骤更好配合，表面处理方便，便于加工电渣电极母料，有利于工业大生产。

在一些实施方案中，所述连铸坯直径270-500mm(比如280mm、300mm、350mm、400mm、450mm、480mm)。

圆坯按定尺切割，根据电炉/转炉吨位每个浇注轮次可连铸5-8炉，获得不低于50支的定尺铸坯。

在一些实施方案中，所述联合锻造包括快锻和径锻，整个锻造过程中的锻造比≥3，优选≥5，更优选≥8。锻造比过小，会造成钢锭心部锻不透，铸态组织破碎不充分，钢材塑性韧性达不到要求。

采用快锻和径锻的联合锻造方式，最多回炉加热复温一次即可连续直接锻造成材，与多次墩拔工艺相比，不需要多次回炉加热复温，工艺流程短，成形效率高。

在一些实施方案中，在所述快锻前对所述电渣锭进行均热处理，加热温度1180℃-1220℃(比如1190℃、1200℃、1210℃)，保温≥2.5h(比如2.6h、2.8h、3h)。

在一些实施方案中，所述快锻的始锻温度≥950℃(比如960℃、970℃、980℃、990℃、1000℃)，终锻温度≥800℃(比如810℃、830℃、850℃、870℃)，快锻后获得300～360mm(比如310mm、320mm、33mm、340mm、350mm)的八角中间坯。

在一些实施方案中，所述快锻后得到的中间坯温度＜900℃时，则中间坯在进行所述径锻前回炉加热，回炉加热温度1180℃-1220℃(比如1190℃、1200℃、1210℃)，保温时间1-1.5h。

回炉加热温度过低，钢的锻造塑性不好，会导致锻造变形困难或产生锻造缺陷，回炉加热温度过高，会导致晶粒粗大。此外，保温时间要足够确保坯料温度均匀烧透，以利于坯料锻造变形塑性较好。

在一些实施方案中，所述径锻的始锻温度≥900℃(比如910℃、930℃、950℃)，终锻温度≥800℃(比如820℃、850℃、870℃)，径锻的总压下量为70mm以上，优选为100mm-200mm(比如120mm、135mm、140mm、150mm、180mm、190mm)，以确保有足够的变形量，细化晶粒和组织。

优选地，整个锻造过程中的锻造比≥8，径锻的总压下量为130mm-200mm。

控制径锻的始锻温度和终锻温度，以免温度过低锻造塑性变差产生锻造缺陷。

在一些实施方案中，所述高韧性超高强度钢的成分以质量百分数计包括：C:0.29％～0.33％、Si:1.10％～1.40％、Mn:0.80％～1.10％、Cr:1.10％～1.40％、Ni:0％～0.30％、Mo:0％～0.10％、W:0％～0.10％、Nb:0％～0.04％，P：≤0.020％，S：≤0.005％，其余为铁和不可避免的杂质。

在一些实施方案中，可选地，所述高韧性超高强度钢的成分以质量百分数计包括：C:0.29％～0.31％、Si:1.30％～1.40％、Mn:1.00％～1.05％、Cr:1.25％～1.30％、Ni:0.26％～0.28％、Mo:0.08％～0.10％、W:0.08％～0.10％、Nb:0.02％～0.03％、Al:0.020％～0.050％，P：≤0.010％，S：≤0.002％，其余为铁和不可避免的杂质。

本申请优选通过向钢中加入Al元素进行脱氧来提高钢材纯净度，同时起到细化晶粒的作用，本申请钢经热处理后晶粒度可达到8级，属细晶粒钢。另外，本申请将钢成分含量范围进行了合理控制，并通过LF炉精炼脱氧良好，以及白渣操作，合金元素收得率稳定，以及冶炼过程中进行化学成分微调，每个元素波动范围窄，钢的加工工艺稳定性好，强韧性等性能稳定性更好，组织更均匀。

在一些实施方案中，所述电渣重熔采用CaF和Al₂O₃二元熔渣冶炼，其中，按照质量百分比，所述二元熔渣中，CaF 68％-72％，Al₂O₃ 28％-32％；电渣重熔的熔速6.0-5.5Kg/min，整个电渣重熔过程采用氩气保护。

采用本申请的二元溶渣配合相应的电渣重熔工艺，可以充分协调高质量和高效率之间的相互平衡。熔速低时，熔池浅，凝固速度快，成分偏析低，均匀性好，但熔速过低冶炼时间长，生产效率较低。熔速高时，熔池深，凝固速度慢，偏析会加重。

在一些实施方案中，所述锻件的尺寸(如果锻件为棒材，则尺寸为直径)为100-500mm。

本申请还提供一种由上述的方法制备的高韧性超高强度钢。

在一些实施方案中，经所述热处理后得到的所述高韧性超高强度钢的屈服强度≥1280MPa、抗拉强度≥1620MPa、冲击吸收功≥50J(比如55J、60J、62J、65J、67J、68J、75J)、断裂韧性KIC≥90MPa·m^1/2(比如98MPa·m^1/2、100MPa·m^1/2、108MPa·m^1/2)。优选地，冲击吸收功≥70J。

与现有技术相比，本申请的有益效果是：

1)本申请采用连铸的方法制备电渣母料，一个连铸轮次可以连续浇注600吨以上连铸母料仅需6-7个小时，生产效率大幅提升，同时工序流程短，工序成本低。而真空感应+真空自耗或模铸母料+电渣重熔工艺，一个炉批次仅生产1-4支自耗锭或电渣锭母料，600吨以上铸锭需要几个月甚至一年以上的时间才能完成冶炼，效率提升100倍以上不止。

2)本申请采用连铸的方法制备电渣母料，结合电渣重熔，协同快锻开坯和径锻成材联合锻造生产方式，与模铸每支母料均需切除冒口部分和锭尾相比，连铸工艺每个连铸轮次能浇注5-8炉钢甚至更多炉次，每个流只需切除一个头坯和一个尾坯，中间连续浇注的每支铸坯按定尺切割后，都不需要再切头和尾，切头损耗大幅度减少，成材率(综合成材率)达80％，生产成本大幅降低，超高强度钢的性能指示满足技术要求。

连铸工艺相对模铸工艺不仅效率大幅度提高，成材率也大幅度提高。

3)采用本申请提供的方法制备的高韧性超高强度钢，经调质处理后，屈服强度≥1280MPa、抗张强度≥1620MPa、冲击吸收功≥50J。

4)本申请中加入Al可以进一步脱氧提高钢材纯净度，同时起到细化晶粒的作用，本发明优选方法制备的钢晶粒度可以达到8级，属于细晶粒钢。采用本申请的方法制备的钢中O含量≤5.8ppm，纯净度较好。

具体实施方式

以下实施例对本申请的内容做进一步的详细说明，本申请的保护范围包含但不限于下述各实施例。以下实施例仅用于对本发明技术方案的优点和效果进行说明，不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员基于本发明所做出的等同替换都属于本发明保护范围。

一般情况下，连铸铸坯在连铸浇铸的凝固过程中，由于枝晶凝固搭桥钢液补缩不充分，铸坯中心会存在断续的疏松和缩孔，给最终钢产品带来质量隐患，因此现有技术不选用连铸方式制备特殊用途钢如超高强度钢，而采用疏松和缩孔缺陷少的模铸，但是模铸生产效率低下。本申请采用连铸方式结合冶炼工序的优化控制，获得钢成分含量控制精确的高纯净钢。同时，通过后续的锻造和热处理工艺的调整，消除钢材中心的疏松和缩孔，细化晶粒，获得了高韧性超高强度钢，经正火+回火处理后，屈服强度≥1280MPa、抗张强度≥1620MPa、冲击吸收功≥50J。与模铸法制备的钢材力学性能相当，生产效率大大提升。

本申请提供的高韧性超高强钢采用低成本，短流程快节奏的生产方法，包括转炉或电炉初炼、LF精炼、RH真空处理、连铸电渣母料、电渣重熔锭、快锻和径锻联合锻造成材、正火加高温回火热处理等作业工序。

实施例1

本实施例制备的钢成分参见下方表1，高韧性超高强钢的制备方法如下：

1)备料，原料包括KR脱S处理的铁水以及废钢。

2)转炉初炼：入炉铁水S：0.020％，初炼出钢P:0.005％。出钢温度1640℃，随钢流加入石灰、脱氧剂(硅铁粉\硅钙粉)、精炼渣(精炼渣主要成分为CaO、Al₂O₃、MgO、Fe₂O₃，作用为脱硫和去夹杂)和合金(FeSi、FeMn、FeCr、FeMo等合金，作用为调整钢中合金元素至目标范围)。

3)LF精炼：N：0.0051％，终点S：0.0006％；终点起坑温度：1605℃；精炼总时间65min，精炼还原期全程做渣面脱氧，脱氧材料包括碳化硅和铝粒，炉内为还原气氛，炉渣变白渣后第一次取样，白渣操作保持时间40min；精炼渣中FeO≤0.5％，碱度5.5。

4)RH法钢液真空处理：真空处理时间25min，高真空≤133Pa处理时间20min；软吹时间20min。

5)制备连铸坯：连铸工序以中间包钢水过热度20～30℃为标准，拉速0.37m/min匀速连铸，直径460mm铸坯按定尺切割，一个连铸轮次连续浇注5炉钢。

6)电渣重熔：电渣重熔工序采用气体保护电渣炉冶炼5T(直径660mm圆)电渣锭，重熔前将电极表面进行清洁除锈处理，采用CaF和Al₂O₃＝70％:30％(质量比)二元熔渣冶炼，电渣重熔过程以熔速5.8Kg/min，全程氩气保护。

7)联合锻造：锻造工序采用快锻和径锻联合锻造，锻造整个过程的锻造比8.8，快锻前进行均热加热温度1220℃，保温192min，初锻温度1030℃、终锻温度960℃，快锻开360mm(八角坯的边长)的八角中间坯；中间坯再径锻成材，终锻温度820℃，径锻总压下量130mm。得到的棒材锻件的直径为200mm。

8)热处理工序：锻后钢材进行正火加回火热处理，正火按950℃均热及保温时间6h处理，回火按670℃均热，保温时间大于13h。

本申请采用连铸制备直径460mm的电渣母料，一个炉批次可以生产20-50支以上2T或5T锭电渣母料，每个生产周期可以连续浇注5个及以上炉批次约600吨以上母料，仅需6-7个小时，生产效率大幅度提升。与常规的模铸工艺每炉批次仅生产1-4支2-5T自耗锭或电渣锭母料工艺相比，效率提升100倍以上。通过精准控制连铸坯切割长度，使得连铸母料重量控制在需要的合理重量内，从而电渣重熔后钢锭重量也是受控的，可设计的。

本申请采用连铸制备直径460mm电渣母料，电渣重熔2-5T锭，协同快锻开坯和径锻成材联合锻造生产方式，成材率达80％(此处指连铸母材时的综合成材率)，生产成本大幅降低。本实施例锻造工艺采用大压下量变形，锻造比≥5以上，热处理工艺采用正火+高温回火工艺，以确保组织致密、细化晶粒及均匀组织。

经过以上工序流程制备高韧性超高强度钢材，经整体热处理后取样，可满足超高强韧性指标，并不低于原模铸工序流程，具体见下方表2，表2中性能均为常温性能。该实施例生产的钢棒的力学性能试验取样及试样制备按GB/T 2975的规定进行，拉伸试验按GB/T228.1的规定进行，常温冲击试验按GB/T 229的规定进行，断裂韧性KIC按照国家标准GB/T4161-1984《金属材料平面应变断裂韧度Kic试验方法》的规定进行，试样为标准三点弯曲试样。

表1实施例1和对比例1-2制备的高韧性超高强度钢的成分以及含量(余量为铁和不可避免的杂质，wt％)

表2实施例1和对比例1-2制备的高韧性超高强度钢的性能及电渣母材制备周期、成本比较

对比例1

对比例1制备的钢成分参见表1，采用模铸制备母材，采用电炉初炼+LF精炼+真空处理+模铸母料，再经电渣重熔成电渣铸锭，电渣铸锭再经锻轧成所需规格的棒材，具体如下：

1)备料，原料包括KR脱S处理的铁水以及废钢。

2)电炉初炼：入炉铁水S：0.021％，初炼出钢P:0.007％。出钢温度1636℃，随钢流加入石灰、脱氧剂、精炼渣和合金，脱氧剂、精炼渣和合金同实施例1。

3)LF精炼：N：0.0040％，终点S：0.0007％；终点起坑温度：1641℃；精炼总时间60min。精炼还原期全程做渣面脱氧，脱氧材料包括碳化硅和铝粒，炉内为还原气氛，炉渣变白渣后第一次取样，白渣操作保持时间35min；精炼渣中FeO≤0.5％，碱度5.0。

4)VD法钢液真空处理：真空处理时间25min，高真空≤133Pa处理时间15min；软吹时间20min。

5)模铸：模铸浇注电渣母料2.5T钢锭(直径510mm圆)，浇注温度1540℃，过热度47℃，浇铸完毕模冷5h脱模。

6)电渣重熔：电渣重熔工序采用气体保护电渣炉冶炼2.5T电渣锭，重熔前将电极表面进行清洁除锈处理，采用CaF和Al₂O₃＝70％:30％(质量比)二元熔渣冶炼，电渣重熔过程以熔速6.0Kg/min，全程氩气保护。

7)联合锻造：锻造工序采用快锻和径锻联合锻造，整个锻造过程的锻造比为6.5，快锻前进行均热加热温度1220℃，保温3.67h，初锻温度1098℃、终锻温度950℃，快锻开300mm八角中间坯；中间坯再径锻成材，终锻温度850℃，径锻总压下量70mm。得到的锻件的直径为200mm。

8)热处理工序：锻后钢材直接进行退火处理，按670℃均热，保温时间13h。

采用电炉初炼LF精炼模铸母料和电渣重熔的冶金技术，该冶金技术生产效率低(一个炉批次仅生产1-5支铸锭母料)，成材率低(综合成材率低于65％)、成本高，不能满足该超高强度钢低成本快节奏批量生产的需求。

本对比例制备的钢性能测试方法同实施例1，性能数据参见表2。

对比例2

对比例2制备的钢成分参见表1，采用真空感应熔炼加真空自耗熔炼工艺制备母材铸锭，再经锻轧成材，具体如下：

1)原料配料：真空感应炉配入合金及原料钢。

2)真空感应冶炼：1590℃高温精炼，精炼期真空度0.05Pa；1563℃低温浇注Φ570mm的一支6吨电极棒，浇注完后先模冷，脱模后红送退火。

3)真空自耗冶炼6T圆锭(直径640mm)：0.01Pa真空度冶炼，自耗过程熔速为60Kg/h，封顶电极重量280Kg，脱模后红送退火。

4)锻造：锻造工序采用快锻锻造成材，快锻前进行均热加热温度1175℃，保温5.5h，初锻温度1020℃、终锻温度860℃，快锻直接成材，得到的锻件的直径为330mm，锻压比3.7。

5)热处理工序：锻后钢材进行退火处理，700℃均热，保温时间16.5h。

采用真空感应和真空自耗冶炼的超高强度钢，工艺流程为真空感应(6T)+退火+真空自耗(6T)+退火+锻造+退火，每炉只能炼6吨，工序成本高、工序流程长、成材率低(综合成材率低于60％)、生产成本高。本对比例制备的钢性能测试方法同实施例1，性能数据参见表2，对比例2制备的钢的性能与实施例1相比略差，冲击韧性与实施例1相比下降了12J。

对比例1和对比例2的母料采用模铸，因钢锭模是固定的，得到钢锭重量也是固定的，并不是电渣母料需要的重量，从而电渣重熔或真空自耗后的钢锭重量不是受控的，存在有多余的钢料损耗，最终成材率模1达不到设计的目标成材率，同时每个钢锭的帽口部分和尾部都要切除掉，以避免含夹渣等不合格钢锭部分电渣重熔或真空自耗过程进入电渣锭或自耗锭中，因此成材率模3远小于成材率连3。

本申请中成材率的计算方法：

连铸成母材时的综合成材率计算：

成材率连1＝锻造后的成品锻件量/电渣重熔得到的钢锭量*100％

成材率连2＝电渣重熔钢锭量/连铸坯量*100％

成材率连3＝连铸坯量/钢水量*100％

连铸母材时的综合成材率＝成材率连1*成材率连2*成材率连3

模铸母材的综合成材率计算：

成材率模1＝锻造后的成品锻件数量/电渣重熔得到的钢锭数量*100％

成材率模2＝电渣重熔钢锭量/模铸锭量*100％

成材率模3＝模铸锭量/钢水量*100％

模铸母材的综合成材率＝成材率模1*成材率模2*成材率模3

实施例2

本对比例3实施例制备的钢成分参见上方表1的实施例1，高韧性超高强钢的制备方法如下：

1)备料，原料包括KR脱S处理的铁水以及废钢。

2)转炉初炼：入炉铁水S：0.021％，初炼出钢P:0.005％。出钢温度1639℃，随钢流加入石灰、脱氧剂(硅铁粉\硅钙粉)、精炼渣(精炼渣主要成分为CaO、Al₂O₃、MgO、Fe₂O₃，作用为脱硫和去夹杂)和合金(FeSi、FeMn、FeCr、FeMo等合金，作用为调整钢中合金元素至目标范围)。

3)LF精炼：N：0.0050％，终点S：0.0006％；终点起坑温度：1606℃；精炼总时间59min，精炼还原期全程做渣面脱氧，脱氧材料包括碳化硅和铝粒，炉内为还原气氛，炉渣变白渣后第一次取样，白渣操作保持时间35min；精炼渣中FeO≤0.5％，碱度5.5。

4)RH法钢液真空处理：真空处理时间25min，高真空≤133Pa处理时间20min；软吹时间21min。

6)电渣重熔：电渣重熔工序采用气体保护电渣炉冶炼5T(直径660mm圆)电渣锭，重熔前将电极表面进行清洁除锈处理，采用CaF和Al₂O₃＝70％:30％二元熔渣冶炼，电渣重熔过程以熔速5.8Kg/min，全程氩气保护。

7)联合锻造：锻造工序采用快锻和径锻联合锻造，锻造过程的整个锻造比为3.0，快锻前进行均热加热温度1220℃，保温192min，初锻温度1030℃、终锻温度960℃，快锻开400mm的八角中间坯；中间坯再径锻成材，终锻温度820℃，径锻总压下量130mm。得到的棒材锻件的直径为360mm。

8)热处理工序：锻后钢材进行正火加回火热处理，正火按950℃均热及保温时间6h处理，回火按670℃均热，保温时间大于25h。

本实施例制备的钢性能测试方法同实施例1，性能数据参见表2。

实施例3

本实施例3制备的钢成分参见上方表1的实施例1，高韧性超高强钢的制备方法如下：

1)备料，原料包括KR脱S处理的铁水以及废钢。

2)转炉初炼：入炉铁水S：0.020％，初炼出钢P:0.005％。出钢温度1642℃，随钢流加入石灰、脱氧剂(硅铁粉\硅钙粉)、精炼渣(精炼渣主要成分为CaO、Al₂O₃、MgO、Fe₂O₃，作用为脱硫和去夹杂)和合金(FeSi、FeMn、FeCr、FeMo等合金，作用为调整钢中合金元素至目标范围)。

3)LF精炼：N：0.0050％，终点S：0.0006％；终点起坑温度：1603℃；精炼总时间58min，精炼还原期全程做渣面脱氧，脱氧材料包括碳化硅和铝粒，炉内为还原气氛，炉渣变白渣后第一次取样，白渣操作保持时间38min；精炼渣中FeO≤0.5％，碱度5.8。

4)RH法钢液真空处理：真空处理时间25min，高真空≤133Pa处理时间20min；软吹时间22min。

7)联合锻造：锻造工序采用快锻和径锻联合锻造，锻造过程中总的锻压比8.8，快锻前进行均热加热温度1220℃，保温192min，初锻温度1030℃、终锻温度960℃，快锻开270mm的八角中间坯；中间坯再径锻成材，终锻温度820℃，径锻总压下量70mm，得到的棒材锻件的直径为200mm。

Claims

1.一种高韧性超高强度钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

制备连铸坯：将经过冶炼的钢液进行连铸，获得连铸坯；

电渣重熔：将所述连铸坯进行电渣重熔，获得电渣锭；

联合锻造：将所述电渣锭进行联合锻造，获得锻件；

热处理：将所述锻件进行热处理，所述热处理包括正火和所述正火后的回火。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述正火的均热温度940℃-960℃，保温时间为2-5h/100mm*锻件有效截面尺寸；

所述回火的均热温度660℃-680℃，保温时间为5.5-7.5h/100mm*锻件有效截面尺寸。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述经过冶炼的钢液是通过如下工序制备的：

转炉初炼工序：将炼钢原料在转炉中进行初步熔炼，所述转炉初炼出钢P≤0.008％；

LF精炼工序：将经转炉初炼的钢液进行LF精炼，所述LF精炼的终点S≤0.0010％，所述LF精炼的终点温度：1595℃～1635℃；所述LF精炼的总时间≥45min；

RH真空处理工序：将所述经过LF精炼的钢液进行RH真空脱气；

所述RH法钢液真空处理的处理时间≥20min，真空≤66.66Pa的处理时间≥15min；破空后软吹时间≥15min；

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备连铸坯步骤中，中间包钢水过热度20℃～35℃，拉速0.30-0.47m/min；

优选地，中间包钢水过热度22～28℃，连铸恒定拉速0.37m/min；

所述连铸坯为圆坯，所述连铸坯直径优选为270-500mm。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述联合锻造包括快锻和径锻，整个锻造过程中的锻造比≥3，优选≥5，更优选≥8；

优选地，径锻的总压下量为70mm以上，优选为100mm-200mm，更优选为130mm-200mm。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，

在所述快锻前对所述电渣锭进行均热处理，加热温度1180℃-1220℃，保温≥2.5h；

所述快锻的始锻温度≥950℃，终锻温度≥800℃；优选地，快锻后获得300～360mm的八角中间坯；

快锻后得到的中间坯温度＜900℃时，则中间坯在进行所述径锻前回炉加热，回炉加热温度1180℃-1220℃，保温时间1-1.5h；

所述径锻的始锻温度≥900℃，终锻温度≥800℃。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述高韧性超高强度钢的成分以质量百分数计包括：C:0.29％～0.33％、Si:1.10％～1.40％、Mn:0.80％～1.10％、Cr:1.10％～1.40％、Ni:0％～0.30％、Mo:0％～0.10％、W:0％～0.10％、Nb:0％～0.04％，P：≤0.020％，S：≤0.005％，其余为铁和不可避免的杂质；

优选地，所述高韧性超高强度钢的成分以质量百分数计包括：C:0.29％～0.31％、Si:1.30％～1.40％、Mn:1.00％～1.05％、Cr:1.25％～1.30％、Ni:0.26％～0.28％、Mo:0.08％～0.10％、W:0.08％～0.10％、Nb:0.02％～0.03％、Al:0.020％～0.050％，P：≤0.010％，S：≤0.002％，其余为铁和不可避免的杂质。

8.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述锻件为棒材，所述棒材的直径为100-500mm。

9.一种由权利要求1-8任一项所述方法制备的高韧性超高强度钢。

10.根据权利要求9所述的高韧性超高强度钢，其特征在于，经所述热处理后得到的所述高韧性超高强度钢的屈服强度≥1280MPa、抗拉强度≥1620MPa、冲击吸收功≥50J、断裂韧性KIC≥90MPa·m^1/2；优选地，冲击吸收功≥70J。