一種提高組織中晶內針狀鐵素體占比的方法及產品

本發明屬于冶金，具體涉及一種提高組織中晶內針狀鐵素體占比的方法及產品。

背景技術：

1、大型海工裝備是海洋戰略的重要支撐，廣泛應用于海洋風電、油氣工程、船舶制造及島礁建設等領域，因長期處于風、浪、流、蝕惡劣環境對鋼板綜合性能尤其是焊接性要求越來越苛刻，嚴重制約了海洋資源開發和能源戰略實施。

2、目前中特厚海工鋼板大都采用氧化物冶金方式制備，并利用大線能量焊接技術進行連接。氧化物冶金技術利用鋼液中的夾雜物誘發針狀鐵素體的生成，從而提高鋼板的焊接性，但目前的研究主要在誘發針狀鐵素體形核的鋼液條件與冶煉條件上，對于如何通過物理手段提高組織中針狀鐵素體占比的研究仍比較欠缺。因此迫切需要一種高效、綠色、便捷的手段提高組織中晶內針狀鐵素體占比從而提升海工鋼板的大線能量焊接性。

3、此外，現有技術一(cn118441122a)公開了一種脈沖電流協同氣泡去除鋼液中夾雜物的裝置及方法，雖然施加了脈沖電流，但目的是驅動夾雜物沿電流密度梯度方向定向移動，并未對組織中針狀鐵素體的形核進行研究。

4、現有技術二(cn117862439a)公開了一種脈沖電流抑制連鑄結晶器內夾雜物長大的裝置及方法，但其主要目的是抑制夾雜物長大，并未研究脈沖電流對鋼組織的影響。

5、現有技術三(cn115921828a)公開了實現鋼液凝固組織中夾雜物均勻化分布的方法，但其僅在鋼液凝固過程中施加脈沖電流，并未研究在熔體階段時脈沖電流對鋼液的處理效果。目前這些技術均沒有研究脈沖電流對鋼液、組織中針狀鐵素體的形核及鋼組織的影響。

技術實現思路

1、為了克服現有技術存在的問題，本發明提供了一種提高組織中晶內針狀鐵素體占比的方法及產品。

2、一種提高組織中晶內針狀鐵素體占比的方法，包括：將原料進行清洗處理后進行加熱熔化并加入氧化物冶金，得到待處理鋼液；將電極插入所述待處理鋼液中進行第一時間段的電脈沖處理，在所述待處理鋼液凝固階段進行第二時間段的電脈沖處理至完全凝固后，獲得鑄錠樣品，其中第一時間段不同于第二時間段，采用第一時間段的脈沖處理和第二時間段的脈沖處理來提高海工鋼組織中晶內針狀鐵素體占比。

3、如上所述的方面和任一可能的實現方式，進一步提供一種實現方式，所述電脈沖的工藝參數為脈沖頻率10hz-10000hz、電流為10a-1000a、脈寬為1μs-500ms和電壓1-36v。

4、如上所述的方面和任一可能的實現方式，進一步提供一種實現方式，所述方法包括如下：

5、s1.將原料通過線切割切成立方體樣品，使用砂紙將立體樣品表面打磨、清洗和干燥；

6、s2.根據所述立體樣品的尺寸選擇電極所用材料、電極尺寸、電脈沖電源和電脈沖導線；

7、s3.將立體樣品原料放入氣氛爐中加熱熔化并添加氧化物冶金，保溫一段時間后，獲得待處理鋼液；

8、s4.將所述電極插入待處鋼液中，兩電極放置在坩堝兩側，并將電極插入坩堝底部，開始進行電脈沖處理，當在鋼液階段處理第一時間段后，在鋼液的凝固階段進行第二時間段的電脈沖處理；

9、s5.在第二時間段結束后，停止電脈沖處理，至鋼液完全凝固后獲得鑄錠。

10、如上所述的方面和任一可能的實現方式，進一步提供一種實現方式，所述第一時間段為1min-20min，第二時間段為30min-60min。

11、如上所述的方面和任一可能的實現方式，進一步提供一種實現方式，所述電極的材料為高純鐵或鎢，電極的直徑為8-12mm，長度為670mm，導線為鍍鎳銅導線,電脈沖電源包括正負極。

12、如上所述的方面和任一可能的實現方式，進一步提供一種實現方式，所述氧化物冶金為mg、ti、zr和稀土元素中的一種或多種。

13、如上所述的方面和任一可能的實現方式，進一步提供一種實現方式，所述方法還包括：

14、s6.將所述鑄錠切割得到10mm×10mm×50mm的長方體，測量沖擊性能，沖擊溫度為-20℃，得到沖擊試驗樣品；

15、s7.將沖擊試驗樣品進行切割得到10mm×10mm×10mm的立方體樣品，對該樣品進行腐蝕后觀察統計該樣品中晶內針狀鐵素體的面積占比。

16、如上所述的方面和任一可能的實現方式，進一步提供一種實現方式，所述氣氛爐所通氣氛為氬氣。

17、如上所述的方面和任一可能的實現方式，進一步提供一種實現方式，所述一段時間為30min。

18、本發明還提供了一種海工鋼或大線能量焊接用鋼，所述海工鋼或大線能量焊接用鋼采用所述的方法制備得到，其中組織中晶內針狀鐵素體占比提高了25-75％。

19、與現有技術相比，本發明有如下有益效果：

20、本發明的提高組織中晶內針狀鐵素體占比的方法，包括：將原料進行清洗處理后進行加熱熔化并加入氧化物冶金，得到待處理鋼液；將電極插入所述待處理鋼液中進行第一時間段的電脈沖處理，在所述待處理鋼液凝固階段進行第二時間段的電脈沖處理至完全凝固后，獲得鑄錠樣品，其中第一時間段不同于第二時間段，采用第一時間段的脈沖處理和第二時間段的脈沖處理來提高海工鋼組織中晶內針狀鐵素體占比。本發明通過在電脈沖引起的擾動以及由電流引入的自由能的共同作用下，通過提高海工鋼或大線能量焊接用鋼組織中晶內針狀鐵素體的占比，提升海工鋼鋼板的沖擊性能，最終改善海工鋼鋼板的焊接性能。

技術特征：

1.一種提高組織中晶內針狀鐵素體占比的方法，用于海工鋼或大線能量焊接用鋼，其特征在于，包括：將原料進行清洗處理后進行加熱熔化并加入氧化物冶金，得到待處理鋼液；將電極插入所述待處理鋼液中進行第一時間段的電脈沖處理，在所述待處理鋼液凝固階段進行第二時間段的電脈沖處理至完全凝固后，獲得鑄錠樣品，其中第一時間段不同于第二時間段，采用第一時間段的脈沖處理和第二時間段的脈沖處理來提高海工鋼組織中晶內針狀鐵素體占比。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述電脈沖的工藝參數為脈沖頻率10hz-10000hz、電流為10a-1000a、脈寬為1μs-500ms和電壓1-36v。

3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下：

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一時間段為1min-20min，第二時間段為30min-60min。

5.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述電極的材料為高純鐵或鎢，電極的直徑為8-12mm，長度為670mm，導線為鍍鎳銅導線,電脈沖電源包括正負極。

6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化物冶金為mg、ti、zr和稀土元素中的一種或多種。

7.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法還包括：

8.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述氣氛爐所通氣氛為氬氣。

9.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述一段時間為30min。

10.一種海工鋼或大線能量焊接用鋼，其特征在于，所述海工鋼或大線能量焊接用鋼采用權利要求1-9任一項所述的方法制備得到，其中組織中晶內針狀鐵素體占比提高了25-75％。

技術總結
本發明涉及一種提高組織中晶內針狀鐵素體占比的方法及產品,用于海工鋼或大線能量焊接用鋼，包括：將原料進行清洗處理后進行加熱熔化并加入氧化物冶金，得到待處理鋼液；將電極插入所述待處理鋼液中進行第一時間段的電脈沖處理，在所述待處理鋼液凝固階段進行第二時間段的電脈沖處理至完全凝固后，獲得鑄錠樣品，其中第一時間段不同于第二時間段，采用第一時間段的脈沖處理和第二時間段的脈沖處理來提高海工鋼組織中晶內針狀鐵素體占比。本發明通過在電脈沖引起的擾動以及由電流引入的自由能的共同作用下，通過提高海工鋼組織中晶內針狀鐵素體的占比，提升海工鋼鋼板的沖擊性能，最終改善海工鋼鋼板的焊接性能。

技術研發人員：張新房,耿澤宇,周夢程,黃孝山
受保護的技術使用者：北京科技大學
技術研發日：
技術公布日：2025/3/13