CN105081295A

CN105081295A - 一种防止钢锭出现针孔缺陷的低碳结构钢冶炼方法

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Publication number: CN105081295A
Application number: CN201410217768.4A
Authority: CN
Inventors: 江成斌; 罗辉; 周同军; 杨金明; 刘军占; 潘根宝; 孙建华; 徐传兵
Original assignee: Baosteel Special Steel Co Ltd
Current assignee: Baosteel Special Steel Co Ltd
Priority date: 2014-05-21
Filing date: 2014-05-21
Publication date: 2015-11-25
Anticipated expiration: 2034-05-21
Also published as: CN105081295B

Abstract

本发明提供一种防止钢锭出现针孔缺陷的低碳结构钢冶炼方法，包括如下步骤：EAF偏心底出钢电弧炉冶炼→LF炉外精炼→VD炉真空脱气处理→模铸浇注→初轧开坯→棒一轧制→探伤，在VD炉真空脱气处理后至模铸浇注钢液温度降低值0.8～1.3℃/min；在所述模铸浇注中浇注温度为1575～1585℃；在所述模铸浇注中使用钢锭模锭盘，模铸浇注速率为钢锭模的锭身浇注速率为30～65kg/s，钢锭模的帽口浇注速率5～15kg/s。该方法使钢材通过超声波探伤检测合格，满足对低倍组织要求，钢材的横截面酸浸低倍组织试片无肉眼可见的针孔缺陷。

Description

一种防止钢锭出现针孔缺陷的低碳结构钢冶炼方法

技术领域

本发明属于金属材料制造加工技术领域，具体涉及一种防止钢锭出现针孔缺陷的低碳结构钢冶炼方法，尤其是指钢种主要成分为：[C]0.10％～0.25％-[Mn]0.50％～1.50％-[S]0.020％～0.035％-[Si]0.00％～0.35％-[Cr]0.50％～1.50％-[Ni]0.00％～0.20％-[Al]0.010％～0.040％结构钢的冶炼技术。

背景技术

钢种主要成分为：[C]0.10％～0.25％-[Mn]0.50％～1.50％-[S]0.020％～0.035％-[Si]0.00％～0.35％-[Cr]0.50％～1.50％-[Ni]0.00％～0.20％-[Al]0.010％～0.040％结构钢是宝钢特钢有限公司生产的一系列低碳结构钢。主要用于加工制造汽车、风力发电机等传动齿轮材料，对钢种纯净度有一定要求，经过热处理后都具备良好的强度、硬度和韧性，或者是表面耐磨而心部具有良好的韧性耐冲击。对上述低碳结构钢成品材料进行漏磁探伤和超声波探伤。对低倍组织要求为：钢材的横截面酸浸低倍组织试片不得有肉眼可见的缩孔、皮下气泡、裂纹、过烧、有害夹杂物、翻皮和白点等对加工和使用有害的缺陷。

生产工艺流程：

炼钢厂40吨EAF+LF+VD→模铸下注2.3t锭→初轧开坯→棒一轧制→探伤(表面+中心探伤)

于2012年生产上述系列低碳结构钢成品材料公司内部全截面探伤合格率平均80.6％，主要缺陷为针孔缺陷，缺陷集中于钢锭尾部中心位置。并于用户使用加工时发生特别重大质量异议，导致用户加工设备损坏并进行索赔，从而给公司带来巨大的经济损失和市场竞争中的不利影响。

通过查阅文献资料，国内外钢厂均有生产上述低碳结构钢材料，认为针孔缺陷通常发生在钢锭上部，孔隙均匀分布在钢材断面上。主要是钢中气体夹杂物含量过多导致缺陷产生。在炼钢过程中采用真空脱气处理充分去气，防止针孔缺陷产生。但是上述系列低碳结构钢均采用文献中描述方法，对钢锭尾部中心位置针孔缺陷未有改善。

公开号为CN1624182A公开了无针孔缺陷耐腐蚀马氏体不锈钢及其制造方法，涉及用于制造餐刀、刀、剪刀、纺织工业用纺纱和编织支架的高耐腐蚀马氏体不锈钢及其制造方法，其化学成分，以％重量计，包括C：0.12％～0.17％、Mn：2.0％或更少、P：0.045％或更少、S：0.01％或更少、Si：1.0％或更少、Cr：12.5％～14.5％、N：0.06％～0.10％、C+N：0.210％～0.265％、O：0.01％或更少，余量的Fe和不可避免的杂质，而本发明主要用于加工制造汽车、风力发电机等传动齿轮的低碳结构钢，其化学成分不同。

发明内容

为了解决生产低碳结构钢钢锭出现针孔缺陷问题，本发明的目的在于提供一种防止钢锭出现针孔缺陷的低碳结构钢冶炼方法，该方法所生产的低碳结构钢通过超声波探伤检测合格，满足对低倍组织要求，钢材的横截面酸浸低倍组织试片无肉眼可见的针孔缺陷。

本发明的技术解决方案如下：

本发明提供一种防止钢锭出现针孔缺陷的低碳结构钢冶炼方法，包括如下步骤：EAF偏心底出钢电弧炉冶炼→LF炉外精炼→VD炉真空脱气处理→模铸浇注→初轧开坯→棒一轧制→探伤，其特征在于：

在VD炉真空脱气处理后至模铸浇注钢液温度降低值0.8～1.3℃/min；

在所述模铸浇注中浇注温度为1575～1585℃；

在所述模铸浇注中使用钢锭模锭盘，模铸浇注速率为钢锭模的锭身浇注速率为30～65kg/s，钢锭模的帽口浇注速率5～15kg/s。

根据本发明所述防止钢锭出现针孔缺陷的低碳结构钢冶炼方法，在所述模铸浇中，应用模铸2.3锭型浇注使用3套钢锭模锭盘，布置方式为“6+7+4”或“6+8+4”，模铸浇注速率为下表：

根据本发明所述防止钢锭出现针孔缺陷的低碳结构钢冶炼方法，优选的是，在所述模铸浇注中浇注温度为1580～1585℃。

根据本发明所述防止钢锭出现针孔缺陷的低碳结构钢冶炼方法，优选的是，所述探伤包括表面探伤和中心探伤。

根据本发明所述防止钢锭出现针孔缺陷的低碳结构钢冶炼方法，优选的是，在所述LF炉外精炼中采用双钢包周转方式，钢包间隔时间≤720min。

根据本发明所述防止钢锭出现针孔缺陷的低碳结构钢冶炼方法，在所述EAF偏心底出钢电弧炉冶炼中：

电弧炉出钢要求：以质量百分比计P：0.005～0.012％，温度1640～1670℃，氧活度600～1000ppm；

偏心炉底出钢，出钢过程加入：Al锭0.5～1.0kg/t、SiAl2.5-3.0kg/t，FeSi30-40kg/炉，石灰200～300kg/炉。

根据本发明所述防止钢锭出现针孔缺陷的低碳结构钢冶炼方法，在所述LF炉外精炼中，脱氧、造白渣，造渣脱氧使用SiFe粉、C粉；使用合金电解锰、硅铁、中碳铬铁，调整成份；

LF炉分析1调整Al质量百分比含量至0.030～0.040％；

LF炉向VD炉吊包前S的百分比含量调至0.004～0.010％；

根据本发明所述防止钢锭出现针孔缺陷的低碳结构钢冶炼方法，在所述VD炉真空脱气处理中，

进VD炉喂Al至0.050～0.055％以质量百分比计；

进泵时间3～8min，维持压强66.7Pa时间10～20min；

退泵后测温取样，退泵后于渣面加碳化稻壳均匀加于渣面，加入量为20～25kg/炉；按如下顺序依次：喂Al至0.010～0.040％；喂Si-Ca线：0.20～0.25kg/t；喂S至0.020～0.035％以质量百分比计；

VD结束后，底吹氩弱搅拌时间10～20min，氩气压力及流量调节以钢水不翻出渣面为准，钢液温度降低值0.8～1.3℃/min范围内；

液相线：1511℃；吊包温度：1575～1585℃。

根据本发明所述防止钢锭出现针孔缺陷的低碳结构钢冶炼方法，优选的是，在所述模铸浇注中使用氩气保护浇注，钢锭模锭身浇注速率切换至帽口浇注速率呈斜线逐级递减补注。

发明详述：本发明所述防止钢锭出现针孔缺陷的低碳结构钢冶炼方法：

1、浇注温度的控制

[C]0.10％～0.25％-[Mn]0.50％～1.50％-[S]0.020％～0.035％-[Si]0.00％～0.35％-[Cr]0.50％～1.50％-[Ni]0.00％～0.20％-[Al]0.010％～0.040％低碳结构钢固、液相线经过理论计算，相交中碳钢、轴承钢的固液相线偏低。详细对比见下表。

表2.固、液相线温度按理论公式计算

	固相线温度(℃)	液相线温度(℃)	固液线温度差值(℃)	工艺温度(℃)
					本申请低碳结构钢	1466	1511	45	1575～1585
中碳钢(45)	1427	1487	60	1550～1560
					轴承钢(GCr15)	1328	1450	122	1500～1510

采用模铸浇注温度窄控制技术，即精炼炉处理后浇注温度控制在1575～1585℃，并力争将浇注温度控制在上限-5℃范围内，即力争1580～1585℃。上述低碳结构钢固液相线范围较小，采用中碳钢或轴承钢浇注温度控制，将发生模铸浇注后钢锭凝固时，固液相线温度范围小，在两相区内各结晶核心以树枝状晶的形式长大，由于树枝晶的相互交错，把未凝固的钢液隔成若干小的部分，在隔开的各部分中液体的结晶收缩独立进行，在钢锭凝固是得不到钢液补充的情况下，就不可避免的在钢锭中心区域形成孔隙，经过探伤取样后在试样中心区域呈现出细小的针孔。所以在精炼炉处理后模铸浇注温度采用窄控制技术。

降低精炼VD炉真空处理完毕至模铸浇注钢液温度降低值，真空处理完毕后加碳化稻壳(总计20～25kg/炉)。通过试验发现碳化稻壳覆盖于渣面可以有效保证渣面不结壳，保证精炼VD炉真空处理完毕至模铸浇注钢液温度降低值0.8～1.3℃/min范围内,优选0.9～1.0℃/min。

生产采用双钢包周转方式，严禁使用钢包间隔时间≥720分钟的钢包，确保模铸浇注温度控制，减少钢包包衬耐火材料吸热对钢液温度的影响，保证精炼VD炉真空处理完毕至模铸浇注钢液温度降低值0.8～1.3℃/min。

2、模铸浇注速率控制

采用模铸浇注速率控制技术。即模铸2.3锭型使用3套钢锭模锭盘，布置方式为“6+7+4”或“6+8+4”(即模铸时分3块钢锭底盘布置，各块钢锭底盘上钢锭模布置分6支7支4支或6支8支4支)。经过计算和现场经验总结，模铸浇注速率控制按下表操作：

表3.模铸浇注速率控制

注：钢锭模锭身浇注速率切换至帽口浇注速率呈斜线逐级递减补注。

防止模铸浇注速率过快或或慢以及直接将速率变化大，使钢锭模内钢液出现倒回流和填充不均匀情况，进而产生针孔缺陷。

本发明的有益技术效果：

本发明提供一种防止钢锭出现针孔缺陷的低碳结构钢冶炼方法，该方法使钢材通过超声波探伤检测合格，满足对低倍组织要求，钢材的横截面酸浸低倍组织试片无肉眼可见的针孔缺陷，对防止低碳结构钢锭针孔缺陷相当明显。

本申请模铸浇注温度窄控制技术，即精炼炉处理后浇注温度控制在1575～1585℃，并力争将浇注温度控制在上限-5℃范围内，即力争1580～1585℃。代替原工艺要求的精炼炉处理后浇注温度控制在1565～1580℃，浇注温度控制在±15℃范围内。有效防止低碳结构钢固液相线范围较小，在钢锭中心区域形成孔隙，导致针孔缺陷的发生。

本申请生产采用双钢包周转方式，严禁使用钢包间隔时间≥720分钟的钢包。确保模铸浇注温度控制，减少钢包包衬耐火材料吸热对钢液温度的影响，保证精炼VD炉真空处理完毕至模铸浇注钢液温度降低值0.8～1.3℃/min范围内。

本申请采用模铸浇注速率控制技术，代替原工艺要求的2.3锭型浇注时间锭身3'30"～4'30"帽口≥2'30"的模铸浇注时间控制技术。防止模铸浇注速率过快或或慢以及直接将速率变化大，使钢锭模内钢液出现倒回流和填充不均匀情况，进而产生针孔缺陷。

在采用本申请方法后，冶炼后续该系列低碳结构钢结果：2013年生产该系列低碳结构钢公司内部全截面探伤合格率平均92.49％(期中1至5月生产改善试验公司内部全截面探伤合格率平均88.31％，6至12月使用本专利方法公司内部全截面探伤合格率平均95.47％)。钢材的横截面酸浸低倍组织试片未发现有肉眼可见的针孔缺陷。

附图说明

图1为实施本发明提供的防止钢锭出现针孔缺陷的低碳结构钢冶炼方法所得低碳结构钢的低倍组织照片，无针孔缺陷；

图2为未实施本发明提供的冶炼方法所得低碳结构钢的低倍组织照片，有针孔缺陷。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

本发明所涉及的低碳结构钢的探伤方法和所用仪器：采用中华人民共和国国家标准锻轧钢棒超声波检验方法，标准号GB/T4162-1991。检验方法采用纵波反射法，对直径为81至250mm的钢棒，采用接触法进行检验，根据上述标准中规定判定超声波检验的质量等级。探伤设备为GE公司ROTA130S超声检测***。其指标满足以下要求：灵敏度余量不小于36dB；垂直线性误差不大于6％；水平线性误差不大于2％；动态范围不小于30dB；衰减器精度有12dB±1.0dB。

一、实施采用本发明的冶炼工艺和探伤结果：

1、EAF工艺要求：

电炉出钢要求：[P]0.005～0.012％；T(℃)1640～1670℃，氧活度600～1000ppm；

偏心炉底出钢，出钢过程加入：脱氧剂Al锭0.5～1.0kg/t、SiAl：2.5-3.0kg/t，FeSi：30-40kg/炉，石灰200～300kg/炉；

2、LF炉工艺要求

采用双个钢包周转方式；

LF炉脱氧工作做好，造白渣，造渣脱氧使用用SiFe粉、C粉；使用合金调整成份，电解锰、硅铁、中碳铬铁；

LF炉分析1配[Al]至0.030～0.040％；

LF炉向VD炉吊包前[S]至0.004～0.010％；

3、VD炉工艺要求

进VD喂Al至0.050～0.055％；

进泵时间力争3～8min，66.7Pa时间10～20min；

退泵后测温取样，退泵后于渣面加碳化稻壳均匀加于渣面20～25kg/炉；根据分析结果按要求成分控制；按如下顺序依次：喂Al至0.010～0.040％；喂Si-Ca线：0.20～0.25kg/t；喂S至0.020～0.035％；

VD结束后，底吹氩弱搅拌时间必须10～20分钟，氩气压力及流量调节以钢水不翻出渣面为准，钢液温度降低值0.8～1.3℃/min范围内；

液相线：1511℃；吊包温度：1575～1585℃，并力争将浇注温度控制在上限-5℃范围内，即力争1580～1585℃。

4、模铸浇注工艺

使用氩气保护浇注；

浇注2.3t锭，模铸浇注速率控制按下表操作：

表4.模铸浇注速率控制

浇毕加帽口发热剂6～10kg每支；

5、探伤结果见下表：

表5

二、对比实施原冶炼工艺和探伤结果：

1、EAF工艺要求：

偏心炉底出钢，出钢过程加入：脱氧剂Al锭0.5～1.0kg/t、SiAl：。2.5-3.0kg/t，FeSi：30-40kg/炉，石灰200～300kg/炉；

2、LF炉工艺要求

采用三个钢包周转方式；

LF炉分析1配[Al]至0.030～0.040％；

LF炉向VD炉吊包前[S]至0.004～0.010％；

3、VD炉工艺要求

进VD喂Al至0.050～0.055％；

进泵时间力争3～8min，66.7Pa时间10～20min；

VD结束后，底吹氩弱搅拌时间必须10～20分钟，氩气压力及流量调节以钢水不翻出渣面为准；

液相线：1511℃；吊包温度：1565～1580℃。

4、模铸浇注工艺

使用氩气保护浇注；

浇注2.3t锭，模铸浇注速率控制按浇注时间操作：2.3锭型浇注时间锭身3'30"～4'30"帽口≥2'30"的模铸浇注时间控制技术。

浇毕加帽口发热剂6～10kg每支；

5、探伤结果见下表：

表6

三、实施本申请方法实施前后探伤合格率对比：

表7

月	实施前2012年	实施后2013年
			1月	85.24％	90.33％
2月	88.63％	81.82％
			3月	85.62％	88.21％
4月	78.49％	92.34％
			5月	80.90％	88.86％
6月	78.43％	94.26％
			7月	76.29％	96.78％
8月	73.56％	96.21％
			9月	74.93％	94.28％
10月	83.19％	95.84％
			11月	80.32％	94.84％
12月	82.33％	96.11％
			平均值	80.66％	92.49％

在采用本申请提供的一种防止钢锭出现针孔缺陷的低碳结构钢冶炼方法后，冶炼后续该系列低碳结构钢结果：2013年生产该系列低碳结构钢公司内部全截面探伤合格率平均92.49％(期中1至5月生产改善试验公司内部全截面探伤合格率平均88.31％，6至12月使用本专利方法公司内部全截面探伤合格率平均95.47％)。钢材的横截面酸浸低倍组织试片未发现有肉眼可见的针孔缺陷。

四、本申请所涉及的低碳结构钢的性能检测：

晶粒度检测，采用中华人民共和国国家标准金属平均晶粒度测定方法，标准号GB/T6394-2002。采用比较法是通过与标准系列评级图对比来评定平均晶粒度。

2013年1至6月份晶粒度平均值为7.0级，2013年7至12月份平均值为7.0级。本发明专利防止了低碳结构钢针孔缺陷，同时产品性能也得到了保持。

五、本申请实施前后的低碳结构钢低倍组织对比，见附图1和附图2。

Claims

1.一种防止钢锭出现针孔缺陷的低碳结构钢冶炼方法，包括如下步骤：EAF偏心底出钢电弧炉冶炼→LF炉外精炼→VD炉真空脱气处理→模铸浇注→初轧开坯→棒一轧制→探伤，其特征在于：

在所述模铸浇注中浇注温度为1575～1585℃；

2.根据权利要求1所述防止钢锭出现针孔缺陷的低碳结构钢冶炼方法，其特征在于，在所述模铸浇中，应用模铸2.3锭型浇注使用3套钢锭模锭盘，布置方式为“6+7+4”或“6+8+4”，模铸浇注速率为下表：

第一锭盘第二锭盘第三锭盘钢锭模锭身浇注速率(kg/s) 50～60 55～65 30～40 钢锭模帽口浇注速率(kg/s) 5～15 5～15 5～15

。

3.根据权利要求1所述防止钢锭出现针孔缺陷的低碳结构钢冶炼方法，其特征在于，在所述模铸浇注中浇注温度为1580～1585℃。

4.根据权利要求1所述防止钢锭出现针孔缺陷的低碳结构钢冶炼方法，其特征在于，所述探伤包括表面探伤和中心探伤。

5.根据权利要求1所述防止钢锭出现针孔缺陷的低碳结构钢冶炼方法，其特征在于，在所述LF炉外精炼中采用双钢包周转方式，钢包间隔时间≤720min。

6.根据权利要求1所述防止钢锭出现针孔缺陷的低碳结构钢冶炼方法，其特征在于，在所述EAF偏心炉底出钢电弧炉冶炼中：

7.根据权利要求1所述防止钢锭出现针孔缺陷的低碳结构钢冶炼方法，其特征在于，在所述LF炉外精炼中，脱氧、造白渣，调整成份；

LF炉分析1调整Al质量百分比含量至0.030～0.040％；

LF炉向VD炉吊包前S的百分比含量调至0.004～0.010％。

8.根据权利要求1所述防止钢锭出现针孔缺陷的低碳结构钢冶炼方法，其特征在于，在所述VD炉真空脱气处理中，

进VD炉喂Al至0.050～0.055％以质量百分比计；

进泵时间3～8min，维持压强66.7Pa时间10～20min；

液相线：1511℃；吊包温度：1575～1585℃。

9.根据权利要求1所述防止钢锭出现针孔缺陷的低碳结构钢冶炼方法，其特征在于，在所述模铸浇注中使用氩气保护浇注，钢锭模锭身浇注速率切换至帽口浇注速率呈斜线逐级递减补注。