CN106917033A - 一种高品质40Cr合金结构直条圆钢的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高品质40Cr合金结构直条圆钢的制备方法,包括以下步骤:A、铁水预处理脱硫;B、钢水冶炼;C、脱氧合金化;D、钢水LF炉精炼;E、钢水VD炉真空精炼;F、钢水浇铸;G、钢坯加热;H、轧制;I、钢材精整。本发明生产的高品质40Cr合金结构直条圆钢洁净度高、夹杂物及有害元素P、S含量低,具有高强度、优异的塑韧性、冲击韧性和顶锻变形能力,可较好地满足高端机械制造行业领域的需求。
Description
技术领域
本发明属于钢铁冶金及黑色金属压力加工技术领域,具体涉及一种高品质40Cr合金结构直条圆钢的制备方法。
背景技术
40Cr合金结构圆钢是一种用途广泛的钢种,随着机械制造行业的快速发展,其需求量日益增加,广泛应用于制作重要用途的调质零件,如交变负荷下工作的零件、中等转速和中等负荷的零件、表面淬火后作负荷及耐磨性要求较高而无很大冲击的工件,如齿轮、套筒、曲轴等;由于这些零件加工制作工艺复杂,且一般都为机械设备的重要部位,往往需要承受多种载荷的综合作用,因此对钢材有特殊质量要求,要求成分均匀稳定、有害元素低、钢质纯净度高,具有良好的内在、表面质量及加工工艺性能。目前国内40Cr合金结构圆钢大多采用“转炉+LF炉+连铸+棒材轧机”生产,钢中气体含量和夹杂物相对较高,氧含量>35ppm,氮含量>50ppm,氢含量>2ppm,非金属夹杂物大多为0.5~1.5级;此外,钢的显微组织结构及配比不尽合理,导致钢的加工变形能力有限,制约了40Cr合金结构钢在高端机械制造行业领域的应用。
目前国内已有40Cr合金结构钢生产的专利和论文研究报道,但钢中有害元素、夹杂物及气体含量相对较高、断面收缩率及顶锻合格率较低,制约了其在高端机械制造行业领域的应用。为进一步改善40Cr合金结构圆钢机械加工变形能力,急需开发一种具有高洁净度,钢中有害元素、气体含量及夹杂物含量低的40Cr合金结构直条圆钢。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高品质40Cr合金结构直条圆钢的制备方法。
本发明的目的是这样实现的,包括以下步骤:
A、铁水预处理脱硫:将高炉铁水运至KR法铁水预处理装置进行脱硫处理,搅拌头***深度控制为2300~2500mm,按14.0~16.0 kg/t钢的量,加入CaO质脱硫剂进行脱硫处理,搅拌时间控制为8分钟;搅拌结束后进行扒后渣操作,保证钢包内铁水面裸露≥3/4,扒净脱硫渣,得到预处理后的铁水;
B、钢水冶炼:将A步骤的预处理后的铁水、优质精废钢加入LD转炉中,进行顶底复合吹炼,分别按30.0~34.0kg/t钢、20.0~24.0kg/t钢、2.0~4.0kg/t钢的加入量,加入活性石灰、轻烧白云石、菱镁球造渣,控制终点碳含量≥0.12wt%,出钢温度≤1645℃;出钢前向钢包底部加入活性石灰及精炼渣进行渣洗,石灰加入量为2.0kg/t钢,精炼渣加入量为1.0kg/t钢;出钢时采用全程底吹氩工艺,氩气流量控制为30~40NL/min;
C、脱氧合金化:将B步骤冶炼完毕的钢水出钢,当钢包中的钢水量大于1/4时,按下列脱氧合金化顺序:硅铁→高碳铬铁→高碳锰铁→增碳剂,依次向钢包中加入下列物质:按2.7~4.3kg/t钢的量,加入硅铁;按13.2~16.7kg/t钢的量,加入高碳铬铁;按5.7~7.9kg/t钢的量,加入高碳锰铁;按1.0kg/t钢的量,加入增碳剂;在钢包钢水量达到4/5时加完上述合金及增碳剂;出钢完毕后,将钢水吊送至LF精炼炉进行精炼处理;
D、钢水LF炉精炼:将C步骤出钢完毕钢水吊至LF炉精炼工位接好氩气带,开启氩气采用氩气流量10~20NL/min吹氩2分钟,然后下电极采用档位7~9档化渣;通电3分钟后,抬电极观察炉内化渣情况,之后测温、取样;若渣况较稀,补加石灰3.0~4.0kg/t钢、碳化硅0.3~0.6 kg/t钢、电石0.5 kg/t钢调渣,控制渣碱度为6.0~7.0;根据钢样分析结果,补加合金同步调整钢液成分;之后将钢水温度加热至1615~1625℃后进行喂线处理,喂入硅钙线,喂线速度为3.0m/s,喂线量为150m;喂线结束采用流量为15NL/min的小氩气量对钢水进行软吹氩,软吹时间为3分钟,之后将钢水吊至VD炉真空精炼工位;
E、钢水VD炉真空精炼:将D步骤钢水吊至VD真空精炼炉后,接通吹氩管,开启氩气采用氩气流量15NL/min吹氩2分钟,之后对钢水定氧定氢,同时测温取样;取样完毕后,将真空罐盖车开至工作位,合上真空罐盖,进行抽真空,真空抽至100Pa时,开始进行保真空脱气处理,同时进行底吹氩处理,氩气流量控制为20~40NL/min,在真空度100Pa条件下钢水脱气处理时间12分钟;真空脱气处理完毕后关闭真空主阀,提升罐盖,对钢水取样和定氧定氢;之后对钢水进行小氩气量软吹氩处理,氩气流量为10~20NL/min,软吹氩时间为2分钟;钢水软吹氩结束后,加入钢水覆盖剂,加入量控制为1.0 kg/t钢,然后将钢水吊至浇铸工位;
F、钢水浇铸:在中间包温度为1510~1520℃,拉速为1.8~2.0m/min,二冷比水量为0.5~0.6L/kg,结晶器电磁搅拌电流强度为200A、运行频率为3.0Hz的条件下,采用R9m直弧形连续矫直5机5流小方坯铸机将E步骤的钢水全程保护连铸成断面150mm×150mm的钢坯;
G、钢坯加热:将F步骤的钢坯送入推钢式蓄热式加热炉进行加热,控制空气、煤气均预热温度为1020℃,加热炉内采用微正压弱还原性气氛,炉膛压力控制为10~15Pa,以防止钢的过氧化和脱碳;钢坯加热时间控制为50~60分钟,加热温度为1060~1100℃;
H、轧制:将G步骤钢坯从加热炉出钢后,开轧温度控制为990~1020℃,采用Φ470×1/Φ350×4横列式轧机生产,总轧制道次为10-12道;粗轧Φ470×1轧机:7 个道次,粗轧温度为990~1020℃,轧制速度为 0.8~1.2m/s ;第二列Ф350×4机列,共3~5个道次,终轧温度为850~900℃,终轧速度为5.0~10.0m/s;
I、钢材精整:将H步骤终轧后的钢材送入冷床进行空冷,空冷后钢材下冷床剪切成6米的定尺材,然后进行常规收集、打捆、称重、挂牌,之后将钢材吊至成品库进行堆冷,堆冷温度≤500℃,堆冷后即得40Cr合金结构直条圆钢。
本发明的有益效果:
1、本发明提供了一种高品质40Cr合金结构直条圆钢的制备方法,通过铁水预处理、转炉冶炼、LF炉精炼、VD炉真空精炼、全程保护浇铸,使钢中有害元素、气体含量及夹杂物显著降低,P≤0.015wt%、S≤0.005wt%,氧含量≤0.0020wt%,氮含量≤0.0030wt%,非金属夹杂物≤0.5级,钢坯具有高洁净度、优异的表面及内在质量,有利于钢材获得优异的塑韧性和机械加工能力;轧钢环节采用投资少的横列式轧机轧制,严格控制加热制度,防止钢的过热、脱碳,轧制过程采取“低温快轧”及精整快速收集堆冷工艺,钢材具有良好的显微组织结构、冲击韧性及顶锻变形能力,可较好地满足高端机械制造行业领域的需求。
2、本发明生产的高品质40Cr合金结构直条圆钢洁净度高、夹杂物及有害元素P、S含量低,具有高强度、优异的塑韧性、冲击韧性和顶锻变形能力,可较好地满足高端机械制造行业领域的需求。
3、本发明提供了一种高品质40Cr合金结构直条圆钢的制备方法,通过化学成分优化设计、KR法铁水预处理深脱硫、LD转炉冶炼、LF炉钢包精炼、VD炉真空精炼、小方坯全程保护浇注、棒材轧机轧制等工艺技术,获得了具有下列质量比化学成分的40Cr合金结构圆钢:C 0.37~0.41 wt%、Si 0.20~0.30wt%、Mn 0.50~0.65wt%、Cr 0.80~1.00wt%、S≤0.004wt%、P≤0.015wt%、O≤0.0020wt%、N≤0.0030wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物。本发明所生产的直条圆钢具有高洁净度和优异的工艺力学性能,非金属夹杂物≤0.5级,脱碳层深度0.08-0.16mm,屈服强度ReL 830-880MPa,抗拉强度Rm1050-1120MPa,断面收缩率Z≥62.0%,冲击吸收功Aku2 65-78J,1/3热顶锻合格。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明,但不以任何方式对本发明加以限制,基于本发明教导所作的任何变换或替换,均属于本发明的保护范围。
本发明所述的高品质40Cr合金结构直条圆钢的制备方法,包括以下步骤:
A、铁水预处理脱硫:将高炉铁水运至KR法铁水预处理装置进行脱硫处理,搅拌头***深度控制为2300~2500mm,按14.0~16.0 kg/t钢的量,加入CaO质脱硫剂进行脱硫处理,搅拌时间控制为8分钟;搅拌结束后进行扒后渣操作,保证钢包内铁水面裸露≥3/4,扒净脱硫渣,得到预处理后的铁水;
B、钢水冶炼:将A步骤的预处理后的铁水、优质精废钢加入LD转炉中,进行顶底复合吹炼,分别按30.0~34.0kg/t钢、20.0~24.0kg/t钢、2.0~4.0kg/t钢的加入量,加入活性石灰、轻烧白云石、菱镁球造渣,控制终点碳含量≥0.12wt%,出钢温度≤1645℃;出钢前向钢包底部加入活性石灰及精炼渣进行渣洗,石灰加入量为2.0kg/t钢,精炼渣加入量为1.0kg/t钢;出钢时采用全程底吹氩工艺,氩气流量控制为30~40NL/min;
C、脱氧合金化:将B步骤冶炼完毕的钢水出钢,当钢包中的钢水量大于1/4时,按下列脱氧合金化顺序:硅铁→高碳铬铁→高碳锰铁→增碳剂,依次向钢包中加入下列物质:按2.7~4.3kg/t钢的量,加入硅铁;按13.2~16.7kg/t钢的量,加入高碳铬铁;按5.7~7.9kg/t钢的量,加入高碳锰铁;按1.0kg/t钢的量,加入增碳剂;在钢包钢水量达到4/5时加完上述合金及增碳剂;出钢完毕后,将钢水吊送至LF精炼炉进行精炼处理;
D、钢水LF炉精炼:将C步骤出钢完毕钢水吊至LF炉精炼工位接好氩气带,开启氩气采用氩气流量10~20NL/min吹氩2分钟,然后下电极采用档位7~9档化渣;通电3分钟后,抬电极观察炉内化渣情况,之后测温、取样;若渣况较稀,补加石灰3.0~4.0kg/t钢、碳化硅0.3~0.6 kg/t钢、电石0.5 kg/t钢调渣,控制渣碱度为6.0~7.0;根据钢样分析结果,补加合金同步调整钢液成分;之后将钢水温度加热至1615~1625℃后进行喂线处理,喂入硅钙线,喂线速度为3.0m/s,喂线量为150m;喂线结束采用流量为15NL/min的小氩气量对钢水进行软吹氩,软吹时间为3分钟,之后将钢水吊至VD炉真空精炼工位;
E、钢水VD炉真空精炼:将D步骤钢水吊至VD真空精炼炉后,接通吹氩管,开启氩气采用氩气流量15NL/min吹氩2分钟,之后对钢水定氧定氢,同时测温取样;取样完毕后,将真空罐盖车开至工作位,合上真空罐盖,进行抽真空,真空抽至100Pa时,开始进行保真空脱气处理,同时进行底吹氩处理,氩气流量控制为20~40NL/min,在真空度100Pa条件下钢水脱气处理时间12分钟;真空脱气处理完毕后关闭真空主阀,提升罐盖,对钢水取样和定氧定氢;之后对钢水进行小氩气量软吹氩处理,氩气流量为10~20NL/min,软吹氩时间为2分钟;钢水软吹氩结束后,加入钢水覆盖剂,加入量控制为1.0 kg/t钢,然后将钢水吊至浇铸工位;
F、钢水浇铸:在中间包温度为1510~1520℃,拉速为1.8~2.0m/min,二冷比水量为0.5~0.6L/kg,结晶器电磁搅拌电流强度为200A、运行频率为3.0Hz的条件下,采用R9m直弧形连续矫直5机5流小方坯铸机将E步骤的钢水全程保护连铸成断面150mm×150mm的钢坯;
G、钢坯加热:将F步骤的钢坯送入推钢式蓄热式加热炉进行加热,控制空气、煤气均预热温度为1020℃,加热炉内采用微正压弱还原性气氛,炉膛压力控制为10~15Pa,以防止钢的过氧化和脱碳;钢坯加热时间控制为50~60分钟,加热温度为1060~1100℃;
H、轧制:将G步骤钢坯从加热炉出钢后,开轧温度控制为990~1020℃,采用Φ470×1/Φ350×4横列式轧机生产,总轧制道次为10-12道;粗轧Φ470×1轧机:7 个道次,粗轧温度为990~1020℃,轧制速度为 0.8~1.2m/s ;第二列Ф350×4机列,共3~5个道次,终轧温度为850~900℃,终轧速度为5.0~10.0m/s;
I、钢材精整:将H步骤终轧后的钢材送入冷床进行空冷,空冷后钢材下冷床剪切成6米的定尺材,然后进行常规收集、打捆、称重、挂牌,之后将钢材吊至成品库进行堆冷,堆冷温度≤500℃,堆冷后即得40Cr合金结构直条圆钢。
步骤A中所述的高炉铁水的化学成分为:C 3.8~4.1wt%、Si 0.40~0.60wt%、Mn0.30~0.50wt% 、P 0.090~0.110wt%、S≤0.020wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物。
步骤A中所述的预处理后的铁水的化学成分为:C 3.8~4.1wt%、Si 0.40~0.60wt%、Mn 0.30~0.50wt% 、P 0.090~0.110wt%、S≤0.003wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物。
步骤B中所述的优质精废钢的化学成分为C 0.12~0.20wt%、Si 0.10~0.25wt%、Mn0.30~0.50wt% 、P 0.010~0.025wt%、S 0.015~0.030wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物。
步骤C中所述的硅铁的化学成分为:Si 73.5wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物;所述的高碳铬铁的化学成分为:Cr 57.5wt%,C 7.6wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物;所述的高碳锰铁的化学成分为:Mn 75.3wt%,C 7.2wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物;所述的增碳剂的化学成分为:C 92.3wt%,S 0.065wt%,灰份3.85wt%,挥发份1.46wt%,水份0.67wt%,其余为不可避免的不纯物。
步骤D中所述的碳化硅的化学成分为:SiC65.3 wt%,总碳 29.5 wt %, 总Si50.5wt%, 其余为Fe及不可避免的不纯物。
步骤D中所述的硅钙线的化学成分为:Si 53.5wt%、Ca 28.2wt%、其余为Fe及不可避免的不纯物。
步骤I中所述的40Cr合金结构直条圆钢的化学成分为:C 0.37~0.41 wt%、Si0.20~0.30wt%、Mn 0.50~0.65wt%、Cr 0.80~1.00wt%、S≤0.004wt%、P≤0.015wt%、O≤0.0020wt%、N≤0.0030wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物。
本发明提供的一种高品质40Cr合金结构直条圆钢具有下列化学成分及气体含量(见表1所示),具有下列工艺力学性能、夹杂物及显微组织结构(见表2、表3所示);
表1 本发明的高品质40Cr合金结构直条圆钢化学成份
表2 本发明生产的40Cr合金结构直条圆钢显微组织、脱碳层及夹杂物
表3 本发明生产的40Cr合金结构直条圆钢热处理后工艺力学性能
实施例1
A、铁水预处理脱硫:将高炉铁水(化学成分C 3.8wt%、Si 0.40wt%、Mn 0.30wt% 、P0.110wt%、S 0.020wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物)运至KR法铁水预处理装置进行脱硫处理,搅拌头***深度控制为2300mm,按14.0kg/t钢的量,加入常规CaO质脱硫剂进行脱硫处理,搅拌时间控制为8分钟;搅拌结束后进行扒后渣操作,保证钢包内铁水面裸露≥3/4,扒净脱硫渣;预处理后铁水成分控制为:C 3.8wt%、Si 0.40wt%、Mn 0.30wt% 、P 0.110wt%、S0.003wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物。
B、钢水冶炼:将A步骤的预处理深脱硫铁水(化学成分C 3.8wt%、Si 0.40wt%、Mn0.30wt% 、P 0.110wt%、S 0.003wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物)、优质精废钢(化学成分C 0.12wt%、Si 0.10wt%、Mn 0.30wt% 、P 0.025wt%、S 0.030wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物)加入LD转炉中,进行常规顶底复合吹炼,分别按30.0kg/t钢、20.0kg/t钢、2.0kg/t钢的加入量,加入活性石灰、轻烧白云石、菱镁球造渣,控制终点碳含量0.12wt%,出钢温度1640℃;出钢前向钢包底部加入活性石灰及精炼渣进行渣洗,石灰加入量为2.0kg/t钢,精炼渣加入量为1.0kg/t钢;出钢时采用全程底吹氩工艺,氩气流量控制为30NL/min。
C、脱氧合金化:将B步骤冶炼完毕的钢水出钢,当钢包中的钢水量大于1/4时,按下列脱氧合金化顺序:硅铁→高碳铬铁→高碳锰铁→增碳剂,依次向钢包中加入下列物质:按2.7kg/t钢的量,加入下列质量比的硅铁:Si 73.5wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物;按13.2kg/t钢的量,加入下列质量比的高碳铬铁:Cr 57.5wt%,C 7.6wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物;按5.7kg/t钢的量,加入下列质量比的高碳锰铁:Mn 75.3wt%,C 7.2wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物;按1.0kg/t钢的量,加入下列质量比的增碳剂:C 92.3wt%,S0.065wt%,灰份3.85wt%,挥发份1.46wt%,水份 0.67wt%,其余为不可避免的不纯物;在钢包钢水量达到4/5时加完上述合金及增碳剂;出钢完毕后,将钢水吊送至LF精炼炉进行精炼处理。
D、钢水LF炉精炼:将C步骤出钢完毕钢水吊至LF炉精炼工位接好氩气带,开启氩气采用小氩量(10NL/min)吹氩2分钟,然后下电极采用档位7~9档化渣;通电3分钟后,抬电极观察炉内化渣情况,之后测温、取样;若渣况较稀,补加石灰3.0kg/t钢、碳化硅(化学成分:SiC65.3 wt%, 总C 29.5, 总Si 50.5wt%, 其余为Fe及不可避免的不纯物)0.3 kg/t钢、电石0.5 kg/t钢调渣,控制渣碱度为6.0;根据钢样分析结果,补加合金同步调整钢液成分;之后将钢水温度加热至1625℃后进行喂线处理,喂入具有下列质量比的硅钙线: Si53.5wt%、Ca 28.2wt%、其余为Fe及不可避免的不纯物,喂线速度为3.0m/s,喂线量为150m;喂线结束采用流量为15NL/min的小氩气量对钢水进行软吹氩,软吹时间为3分钟,之后将钢水吊至VD炉真空精炼工位。
E、钢水VD炉真空精炼:将D步骤钢水吊至VD真空精炼炉后,接通吹氩管,开启氩气采用小氩量(15NL/min)吹氩2分钟,之后对钢水定氧定氢,同时测温取样;取样完毕后,将真空罐盖车开至工作位,合上真空罐盖,进行抽真空,真空抽至100Pa时,开始进行保真空脱气处理,同时进行底吹氩处理,氩气流量控制为20NL/min,在真空度100Pa条件下钢水脱气处理时间12分钟;真空脱气处理完毕后关闭真空主阀,提升罐盖,对钢水取样和定氧定氢;之后对钢水进行小氩气量软吹氩处理,氩气流量为10NL/min,软吹氩时间为2分钟;钢水软吹氩结束后,加入钢水覆盖剂,加入量控制为1.0 kg/t钢,然后将钢水吊至浇铸工位。
F、钢水浇铸:在中间包温度为1520℃,拉速为2.0m/min,二冷比水量为0.6L/kg,结晶器电磁搅拌电流强度为200A、运行频率为3.0Hz的条件下,采用R9m直弧形连续矫直5机5流小方坯铸机将E步骤的钢水全程保护连铸成断面150mm×150mm的钢坯。
G、钢坯加热:将F步骤的钢坯送入推钢式蓄热式加热炉进行加热,控制空气、煤气均预热温度为1020℃,加热炉内采用微正压弱还原性气氛,炉膛压力控制为10Pa,以防止钢的过氧化和脱碳;钢坯加热时间控制为60分钟,加热温度为1100℃。
H、轧制:将G步骤钢坯从加热炉出钢后,开轧温度控制为1020℃,采用Φ470×1/Φ350×4横列式轧机生产,总轧制道次为12道;粗轧Φ470×1轧机:7 个道次,粗轧温度为1020℃,轧制速度为 1.2m/s ;第二列Ф350×4机列,共5 个道次,终轧温度为900℃,终轧速度为10.0m/s。
I、钢材精整:将H步骤终轧后的钢材送入冷床进行空冷,空冷后钢材下冷床剪切成6米的定尺材,然后进行常规收集、打捆、称重、挂牌,之后将钢材吊至成品库进行堆冷,堆冷温度500℃,堆冷后即获得一种高品质40Cr合金结构圆钢,具有下列重量百分比的化学成分:C 0.37 wt%、Si 0.20wt%、Mn 0.50wt%、Cr 0.80wt%、S0.004wt%、P0.015wt%、O0.0020wt%、N0.0030wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物。
本实施例提供的一种高品质40Cr合金结构直条圆钢显微组织、脱碳层、夹杂物及热处理后工艺力学性能见表4、表5所示;
表4 本实施例生产的40Cr合金结构直条圆钢显微组织、脱碳层及夹杂物
表5 本实施例生产的40Cr合金结构直条圆钢热处理后工艺力学性能
实施例2
A、铁水预处理脱硫:将高炉铁水(化学成分C 4.0wt%、Si 0.50wt%、Mn 0.40wt% 、P0.100wt%、S0.018wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物)运至KR法铁水预处理装置进行脱硫处理,搅拌头***深度控制为2400mm,按15.0 kg/t钢的量,加入常规CaO质脱硫剂进行脱硫处理,搅拌时间控制为8分钟;搅拌结束后进行扒后渣操作,保证钢包内铁水面裸露≥3/4,扒净脱硫渣;预处理后铁水成分控制为:C 4.0wt%、Si 0.50wt%、Mn 0.40wt% 、P 0.100wt%、S0.002wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物。
B、钢水冶炼:将A步骤的预处理深脱硫铁水(化学成分C 4.0wt%、Si 0.50wt%、Mn0.40wt% 、P 0.100wt%、S0.002wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物)、优质精废钢(化学成分C 0.16wt%、Si 0.18wt%、Mn 0.40wt% 、P 0.018wt%、S 0.022wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物)加入LD转炉中,进行常规顶底复合吹炼,分别按32.0kg/t钢、22.0kg/t钢、3.0kg/t钢的加入量,加入活性石灰、轻烧白云石、菱镁球造渣,控制终点碳含量0.14wt%,出钢温度1640℃;出钢前向钢包底部加入活性石灰及精炼渣进行渣洗,石灰加入量为2.0kg/t钢,精炼渣加入量为1.0kg/t钢;出钢时采用全程底吹氩工艺,氩气流量控制为35NL/min。
C、脱氧合金化:将B步骤冶炼完毕的钢水出钢,当钢包中的钢水量大于1/4时,按下列脱氧合金化顺序:硅铁→高碳铬铁→高碳锰铁→增碳剂,依次向钢包中加入下列物质:按3.5kg/t钢的量,加入下列质量比的硅铁:Si 73.5wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物;按15.0kg/t钢的量,加入下列质量比的高碳铬铁:Cr 57.5wt%,C 7.6wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物;按6.8kg/t钢的量,加入下列质量比的高碳锰铁:Mn 75.3wt%,C 7.2wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物;按1.0kg/t钢的量,加入下列质量比的增碳剂:C 92.3wt%,S0.065wt%,灰份3.85wt%,挥发份1.46wt%,水份 0.67wt%,其余为不可避免的不纯物;在钢包钢水量达到4/5时加完上述合金及增碳剂;出钢完毕后,将钢水吊送至LF精炼炉进行精炼处理。
D、钢水LF炉精炼:将C步骤出钢完毕钢水吊至LF炉精炼工位接好氩气带,开启氩气采用小氩量(10NL/min)吹氩2分钟,然后下电极采用档位7~9档化渣;通电3分钟后,抬电极观察炉内化渣情况,之后测温、取样;若渣况较稀,补加石灰3.6kg/t钢、碳化硅(化学成分:SiC65.3 wt%,总C 29.5,总Si 50.5wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物)0.4 kg/t钢、电石0.5 kg/t钢调渣,控制渣碱度为6.5;根据钢样分析结果,补加合金同步调整钢液成分;之后将钢水温度加热至1620℃后进行喂线处理,喂入具有下列质量比的硅钙线: Si 53.5wt%、Ca 28.2wt%、其余为Fe及不可避免的不纯物,喂线速度为3.0m/s,喂线量为150m;喂线结束采用流量为15NL/min的小氩气量对钢水进行软吹氩,软吹时间为3分钟,之后将钢水吊至VD炉真空精炼工位。
E、钢水VD炉真空精炼:将D步骤钢水吊至VD真空精炼炉后,接通吹氩管,开启氩气采用小氩量(15NL/min)吹氩2分钟,之后对钢水定氧定氢,同时测温取样;取样完毕后,将真空罐盖车开至工作位,合上真空罐盖,进行抽真空,真空抽至100Pa时,开始进行保真空脱气处理,同时进行底吹氩处理,氩气流量控制为30NL/min,在真空度100Pa条件下钢水脱气处理时间12分钟;真空脱气处理完毕后关闭真空主阀,提升罐盖,对钢水取样和定氧定氢;之后对钢水进行小氩气量软吹氩处理,氩气流量为15NL/min,软吹氩时间为2分钟;钢水软吹氩结束后,加入钢水覆盖剂,加入量控制为1.0 kg/t钢,然后将钢水吊至浇铸工位。
F、钢水浇铸:在中间包温度为1515℃,拉速为1.9m/min,二冷比水量为0.6L/kg,结晶器电磁搅拌电流强度为200A、运行频率为3.0Hz的条件下,采用R9m直弧形连续矫直5机5流小方坯铸机将E步骤的钢水全程保护连铸成断面150mm×150mm的钢坯。
G、钢坯加热:将F步骤的钢坯送入推钢式蓄热式加热炉进行加热,控制空气、煤气均预热温度为1020℃,加热炉内采用微正压弱还原性气氛,炉膛压力控制为12Pa,以防止钢的过氧化和脱碳;钢坯加热时间控制为56分钟,加热温度为1080℃。
H、轧制:将G步骤钢坯从加热炉出钢后,开轧温度控制为1000℃,采用Φ470×1/Φ350×4横列式轧机生产,总轧制道次为11道;粗轧Φ470×1轧机: 7 个道次,粗轧温度为1000℃,轧制速度为 1.0m/s ;第二列Ф350×4机列,共4个道次,终轧温度为880℃,终轧速度为8.0m/s。
I、钢材精整:将H步骤终轧后的钢材送入冷床进行空冷,空冷后钢材下冷床剪切成6米的定尺材,然后进行常规收集、打捆、称重、挂牌,之后将钢材吊至成品库进行堆冷,堆冷温度480℃,堆冷后即获得一种高品质40Cr合金结构圆钢,具有下列重量百分比的化学成分:C 0.39 wt%、Si 0.25wt%、Mn 0.58wt%、Cr 0.90wt%、S 0.003wt%、P0.012wt%、O0.0018wt%、N0.0027wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物。
本实施例提供的一种高品质40Cr合金结构直条圆钢显微组织、脱碳层、夹杂物及热处理后工艺力学性能见表6、表7所示;
表6 本实施例生产的40Cr合金结构直条圆钢显微组织、脱碳层及夹杂物
表7 本实施例生产的40Cr合金结构直条圆钢热处理后工艺力学性能
实施例3
A、铁水预处理脱硫:将高炉铁水(化学成分C 4.1wt%、Si 0.60wt%、Mn 0.50wt% 、P0.090wt%、S0.015wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物)运至KR法铁水预处理装置进行脱硫处理,搅拌头***深度控制为2500mm,按16.0 kg/t钢的量,加入常规CaO质脱硫剂进行脱硫处理,搅拌时间控制为8分钟;搅拌结束后进行扒后渣操作,保证钢包内铁水面裸露≥3/4,扒净脱硫渣;预处理后铁水成分控制为:C 4.1wt%、Si 0.60wt%、Mn 0.50wt% 、P 0.090wt%、S0.001wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物。
B、钢水冶炼:将A步骤的预处理深脱硫铁水(化学成分C 4.1wt%、Si 0.60wt%、Mn0.50wt% 、P 0.090wt%、S0.001wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物)、优质精废钢(化学成分C 0.20wt%、Si 0.25wt%、Mn 0.50wt% 、P 0.010wt%、S 0.015wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物)加入LD转炉中,进行常规顶底复合吹炼,分别按34.0kg/t钢、24.0kg/t钢、4.0kg/t钢的加入量,加入活性石灰、轻烧白云石、菱镁球造渣,控制终点碳含量0.14wt%,出钢温度1645℃;出钢前向钢包底部加入活性石灰及精炼渣进行渣洗,石灰加入量为2.0kg/t钢,精炼渣加入量为1.0kg/t钢;出钢时采用全程底吹氩工艺,氩气流量控制为40NL/min。
C、脱氧合金化:将B步骤冶炼完毕的钢水出钢,当钢包中的钢水量大于1/4时,按下列脱氧合金化顺序:硅铁→高碳铬铁→高碳锰铁→增碳剂,依次向钢包中加入下列物质:按4.3kg/t钢的量,加入下列质量比的硅铁:Si 73.5wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物;按16.7kg/t钢的量,加入下列质量比的高碳铬铁:Cr 57.5wt%,C 7.6wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物;按7.9kg/t钢的量,加入下列质量比的高碳锰铁:Mn 75.3wt%,C 7.2wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物;按1.0kg/t钢的量,加入下列质量比的增碳剂:C 92.3wt%,S0.065wt%,灰份3.85wt%,挥发份1.46wt%,水份 0.67wt%,其余为不可避免的不纯物;在钢包钢水量达到4/5时加完上述合金及增碳剂;出钢完毕后,将钢水吊送至LF精炼炉进行精炼处理。
D、钢水LF炉精炼:将C步骤出钢完毕钢水吊至LF炉精炼工位接好氩气带,开启氩气采用小氩量(20NL/min)吹氩2分钟,然后下电极采用档位7~9档化渣;通电3分钟后,抬电极观察炉内化渣情况,之后测温、取样;若渣况较稀,补加石灰4.0kg/t钢、碳化硅(化学成分:SiC65.3 wt%, 总C 29.5, 总Si 50.5wt%, 其余为Fe及不可避免的不纯物) 0.6 kg/t钢、电石0.5 kg/t钢调渣,控制渣碱度为7.0;根据钢样分析结果,补加合金同步调整钢液成分;之后将钢水温度加热至1615℃后进行喂线处理,喂入具有下列质量比的硅钙线: Si53.5wt%、Ca 28.2wt%、其余为Fe及不可避免的不纯物,喂线速度为3.0m/s,喂线量为150m;喂线结束采用流量为15NL/min的小氩气量对钢水进行软吹氩,软吹时间为3分钟,之后将钢水吊至VD炉真空精炼工位。
E、钢水VD炉真空精炼:将D步骤钢水吊至VD真空精炼炉后,接通吹氩管,开启氩气采用小氩量(15NL/min)吹氩2分钟,之后对钢水定氧定氢,同时测温取样;取样完毕后,将真空罐盖车开至工作位,合上真空罐盖,进行抽真空,真空抽至100Pa时,开始进行保真空脱气处理,同时进行底吹氩处理,氩气流量控制为40NL/min,在真空度100Pa条件下钢水脱气处理时间12分钟;真空脱气处理完毕后关闭真空主阀,提升罐盖,对钢水取样和定氧定氢;之后对钢水进行小氩气量软吹氩处理,氩气流量为20NL/min,软吹氩时间为2分钟;钢水软吹氩结束后,加入钢水覆盖剂,加入量控制为1.0 kg/t钢,然后将钢水吊至浇铸工位;
F、钢水浇铸:在中间包温度为1510℃,拉速为1.8m/min,二冷比水量为0.5L/kg,结晶器电磁搅拌电流强度为200A、运行频率为3.0Hz的条件下,采用R9m直弧形连续矫直5机5流小方坯铸机将E步骤的钢水全程保护连铸成断面150mm×150mm的钢坯;
G、钢坯加热:将F步骤的钢坯送入推钢式蓄热式加热炉进行加热,控制空气、煤气均预热温度为1020℃,加热炉内采用微正压弱还原性气氛,炉膛压力控制为15Pa,以防止钢的过氧化和脱碳;钢坯加热时间控制为50分钟,加热温度为1060℃;
H、轧制:将G步骤钢坯从加热炉出钢后,开轧温度控制为990℃,采用Φ470×1/Φ350×4横列式轧机生产,总轧制道次为10道;粗轧Φ470×1轧机: 7 个道次,粗轧温度为990℃,轧制速度为 0.8m/s ;第二列Ф350×4机列,共3个道次,终轧温度为850℃,终轧速度为5.0m/s;
I、钢材精整:将H步骤终轧后的钢材送入冷床进行空冷,空冷后钢材下冷床剪切成6米的定尺材,然后进行常规收集、打捆、称重、挂牌,之后将钢材吊至成品库进行堆冷,堆冷温度450℃,堆冷后即获得一种高品质40Cr合金结构圆钢,具有下列重量百分比的化学成分:C0.41 wt%、Si 0.30wt%、Mn 0.65wt%、Cr 1.00wt%、S0.002wt%、P0.010wt%、O0.0015wt%、N0.0025wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物。
本实施例提供的一种高品质40Cr合金结构直条圆钢显微组织、脱碳层、夹杂物及热处理后工艺力学性能见表8、表9所示;
表8 本实施例生产的40Cr合金结构直条圆钢显微组织、脱碳层及夹杂物
表9 本实施例生产的40Cr合金结构直条圆钢热处理后工艺力学性能
Claims (8)
1.一种高品质40Cr合金结构直条圆钢的制备方法,其特征在于所述制备方法包括以下步骤:
A、铁水预处理脱硫:将高炉铁水运至KR法铁水预处理装置进行脱硫处理,搅拌头***深度控制为2300~2500mm,按14.0~16.0 kg/t钢的量,加入CaO质脱硫剂进行脱硫处理,搅拌时间控制为8分钟;搅拌结束后进行扒后渣操作,保证钢包内铁水面裸露≥3/4,扒净脱硫渣,得到预处理后的铁水;
B、钢水冶炼:将A步骤的预处理后的铁水、优质精废钢加入LD转炉中,进行顶底复合吹炼,分别按30.0~34.0kg/t钢、20.0~24.0kg/t钢、2.0~4.0kg/t钢的加入量,加入活性石灰、轻烧白云石、菱镁球造渣,控制终点碳含量≥0.12wt%,出钢温度≤1645℃;出钢前向钢包底部加入活性石灰及精炼渣进行渣洗,石灰加入量为2.0kg/t钢,精炼渣加入量为1.0kg/t钢;出钢时采用全程底吹氩工艺,氩气流量控制为30~40NL/min;
C、脱氧合金化:将B步骤冶炼完毕的钢水出钢,当钢包中的钢水量大于1/4时,按下列脱氧合金化顺序:硅铁→高碳铬铁→高碳锰铁→增碳剂,依次向钢包中加入下列物质:按2.7~4.3kg/t钢的量,加入硅铁;按13.2~16.7kg/t钢的量,加入高碳铬铁;按5.7~7.9kg/t钢的量,加入高碳锰铁;按1.0kg/t钢的量,加入增碳剂;在钢包钢水量达到4/5时加完上述合金及增碳剂;出钢完毕后,将钢水吊送至LF精炼炉进行精炼处理;
D、钢水LF炉精炼:将C步骤出钢完毕钢水吊至LF炉精炼工位接好氩气带,开启氩气采用氩气流量10~20NL/min吹氩2分钟,然后下电极采用档位7~9档化渣;通电3分钟后,抬电极观察炉内化渣情况,之后测温、取样;若渣况较稀,补加石灰3.0~4.0kg/t钢、碳化硅0.3~0.6 kg/t钢、电石0.5 kg/t钢调渣,控制渣碱度为6.0~7.0;根据钢样分析结果,补加合金同步调整钢液成分;之后将钢水温度加热至1615~1625℃后进行喂线处理,喂入硅钙线,喂线速度为3.0m/s,喂线量为150m;喂线结束采用流量为15NL/min的小氩气量对钢水进行软吹氩,软吹时间为3分钟,之后将钢水吊至VD炉真空精炼工位;
E、钢水VD炉真空精炼:将D步骤钢水吊至VD真空精炼炉后,接通吹氩管,开启氩气采用氩气流量15NL/min吹氩2分钟,之后对钢水定氧定氢,同时测温取样;取样完毕后,将真空罐盖车开至工作位,合上真空罐盖,进行抽真空,真空抽至100Pa时,开始进行保真空脱气处理,同时进行底吹氩处理,氩气流量控制为20~40NL/min,在真空度100Pa条件下钢水脱气处理时间12分钟;真空脱气处理完毕后关闭真空主阀,提升罐盖,对钢水取样和定氧定氢;之后对钢水进行小氩气量软吹氩处理,氩气流量为10~20NL/min,软吹氩时间为2分钟;钢水软吹氩结束后,加入钢水覆盖剂,加入量控制为1.0 kg/t钢,然后将钢水吊至浇铸工位;
F、钢水浇铸:在中间包温度为1510~1520℃,拉速为1.8~2.0m/min,二冷比水量为0.5~0.6L/kg,结晶器电磁搅拌电流强度为200A、运行频率为3.0Hz的条件下,采用R9m直弧形连续矫直5机5流小方坯铸机将E步骤的钢水全程保护连铸成断面150mm×150mm的钢坯;
G、钢坯加热:将F步骤的钢坯送入推钢式蓄热式加热炉进行加热,控制空气、煤气均预热温度为1020℃,加热炉内采用微正压弱还原性气氛,炉膛压力控制为10~15Pa,以防止钢的过氧化和脱碳;钢坯加热时间控制为50~60分钟,加热温度为1060~1100℃;
H、轧制:将G步骤钢坯从加热炉出钢后,开轧温度控制为990~1020℃,采用Φ470×1/Φ350×4横列式轧机生产,总轧制道次为10-12道;粗轧Φ470×1轧机:7 个道次,粗轧温度为990~1020℃,轧制速度为 0.8~1.2m/s ;第二列Ф350×4机列,共3~5个道次,终轧温度为850~900℃,终轧速度为5.0~10.0m/s;
I、钢材精整:将H步骤终轧后的钢材送入冷床进行空冷,空冷后钢材下冷床剪切成6米的定尺材,然后进行常规收集、打捆、称重、挂牌,之后将钢材吊至成品库进行堆冷,堆冷温度≤500℃,堆冷后即得40Cr合金结构直条圆钢。
2.根据权利要求1所述的高品质40Cr合金结构直条圆钢的制备方法,其特征在于步骤A中所述的高炉铁水的化学成分为:C 3.8~4.1wt%、Si 0.40~0.60wt%、Mn 0.30~0.50wt% 、P0.090~0.110wt%、S≤0.020wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物。
3.根据权利要求1所述的高品质40Cr合金结构直条圆钢的制备方法,其特征在于步骤A中所述的预处理后的铁水的化学成分为:C 3.8~4.1wt%、Si 0.40~0.60wt%、Mn 0.30~0.50wt% 、P 0.090~0.110wt%、S≤0.003wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物。
4.根据权利要求1所述的高品质40Cr合金结构直条圆钢的制备方法,其特征在于步骤B中所述的优质精废钢的化学成分为C 0.12~0.20wt%、Si 0.10~0.25wt%、Mn 0.30~0.50wt%、P 0.010~0.025wt%、S 0.015~0.030wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物。
5.根据权利要求1所述的高品质40Cr合金结构直条圆钢的制备方法,其特征在于步骤C中所述的硅铁的化学成分为:Si 73.5wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物;所述的高碳铬铁的化学成分为:Cr 57.5wt%,C 7.6wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物;所述的高碳锰铁的化学成分为:Mn 75.3wt%,C 7.2wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物;所述的增碳剂的化学成分为:C 92.3wt%,S 0.065wt%,灰份3.85wt%,挥发份1.46wt%,水份 0.67wt%,其余为不可避免的不纯物。
6.根据权利要求1所述的高品质40Cr合金结构直条圆钢的制备方法,其特征在于步骤D中所述的碳化硅的化学成分为:SiC65.3 wt%,总碳 29.5 wt %, 总Si 50.5wt%, 其余为Fe及不可避免的不纯物。
7.根据权利要求1所述的高品质40Cr合金结构直条圆钢的制备方法,其特征在于步骤D中所述的硅钙线的化学成分为:Si 53.5wt%、Ca 28.2wt%、其余为Fe及不可避免的不纯物。
8.根据权利要求1所述的高品质40Cr合金结构直条圆钢的制备方法,其特征在于步骤I中所述的40Cr合金结构直条圆钢的化学成分为:C 0.37~0.41 wt%、Si 0.20~0.30wt%、Mn0.50~0.65wt%、Cr 0.80~1.00wt%、S≤0.004wt%、P≤0.015wt%、O≤0.0020wt%、N≤0.0030wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物。
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