CN106929622B - 一种高品质40Cr合金结构钢热轧圆盘条的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高品质40Cr合金结构钢热轧圆盘条的制备方法,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、控轧控冷。本发明生产的高品质40Cr合金结构钢热轧圆盘条钢质洁净度高、夹杂物少,具有高强度及优异的塑韧性和冷镦加工变形能力,满足高级别紧固件的生产需求,钢中气体含量及夹杂物显著降低。
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合金结构钢热轧圆盘条的制备方法。
背景技术
40Cr合金结构钢是机械制造业使用最为广泛的钢种之一,加工性能和机械性能良好,具有较好的低温冲击韧性、塑性、耐磨性和低的缺口敏感性,广泛应用于制作家用电器、办公用品、汽车、摩托车和机床等设备的齿轮、主轴、曲轴、偏心轴、油泵转子、滑块、蜗杆、套环、套筒、销子、连杆、螺钉、螺帽、进气阀等零件的制造。用40Cr制作的零部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合金结构钢热轧圆盘条大多采用“转炉+LF炉+连铸+高速线材轧机”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未达到最优化,导致钢的塑韧加工变形能力有限,制约了40Cr合金结构钢在高级别紧固件领域的应用。
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1/3顶锻合格率较低,制约了40Cr合金结构钢在高级别紧固件领域的应用。为进一步改善40Cr合金结构刚热轧圆盘条的塑韧性和冷镦加工变形能力,急需开发一种高品质40Cr合金结构钢热轧圆盘条。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高品质40Cr合金结构钢热轧圆盘条的制备方法。
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2000~2200mm,按12.0~14.0 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6分钟;搅拌结束后进行扒后渣操作,保证钢包内铁水面裸露≥4/5,扒净脱硫渣,得到预处理后的铁水;
B、钢水冶炼:将A步骤得到的预处理后的铁水、优质废钢加入LD转炉中,进行顶底复合吹炼,分别按35.0~40.0kg/t钢、20.0~25.0kg/t钢、1.0~3.0kg/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≥0.10wt%,出钢温度≤1650℃;出钢前向钢包底部加入活性石灰进行渣洗,石灰加入量为2.0kg/t钢;出钢时采用全程底吹氩工艺,氩气流量控制为20~30NL/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:硅钙钡→高碳铬铁→高碳锰铁→增碳剂,依次向钢包中加入下列物质:按3.1~4.8kg/t钢的量,加入硅钙钡合金;按15.4~18.9kg/t钢的量,加入高碳铬铁;按6.4~9.1kg/t钢的量,加入高碳锰铁;按1.1kg/t钢的量,加入增碳剂;在钢包钢水量达到3/4时加完;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步骤出钢完毕的钢水吊至LF炉精炼工位接好氩气带,开启氩气采用氩气流量20~30NL/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4.0~5.0kg/t钢、精炼渣1.0 kg/t钢、电石0.5 kg/t钢调渣,控制渣碱度为5.0~6.5;根据钢样分析结果,补加合金、铝丸调整钢液成分,控制钢水氧活度≤5ppm;之后将钢水温度加热至1620~1630℃后进行喂线处理,喂入硅钙线,喂线速度为2.5m/s,喂线量为100m;喂线结束采用流量为20NL/min的小氩气量对钢水进行软吹氩,软吹时间为2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20NL/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80Pa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30~50NL/min,在真空度80Pa条件下钢水脱气处理时间10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20~30NL/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1515~1525℃,拉速为1.7~1.9m/min,二冷比水量为0.6~0.8L/kg,结晶器电磁搅拌电流强度为300A、运行频率为4.0Hz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步骤钢坯送入均热段炉温为1050~1100℃的加热炉中,加热50~60分钟,钢坯出钢温度为970~1000℃,后经高压水出鳞,送入高速线材轧机进行轧制;
H、控轧控冷:将G步骤得到的的钢坯送入28个机架的高速线材轧机进行轧制,在速度为0.15~0.25m/s的轧制条件下,粗轧6个道次;之后在速度为10.0~13.0 m/s的轧制条件下,中轧12个道次;之后进行精轧前预水冷控冷,在冷却水量为80~110m3/h条件下控冷2~3秒;之后在精轧温度为850~870℃,速度为20~65m/s的轧制条件下,精轧5~10个道次;之后在温度为820~840℃,速度为20~65m/s的条件下吐丝;吐丝后盘条进入斯太尔摩风冷线进行延迟型控制冷却;斯太尔摩风冷线控冷时风机全部关闭,开启前4台风机上方保温罩盖,辊道速度控制为0.20~0.35m/s;斯太尔摩风冷结束后集卷温度控制为600~630℃,之后将盘卷自然空冷至室温即得40Cr合金结构钢热轧圆盘条。
本发明的有益效果:
1、本发明提供了一种高品质40Cr合金结构钢热轧圆盘条的制备方法,钢水通过VD真空精炼处理工艺,使钢中气体含量及夹杂物显著降低,P≤0.013wt%、S≤0.005wt%,氧含量≤0.0020wt%,氮含量≤0.0040wt%,氢含量≤0.0002wt%,非金属夹杂物≤0.5级,有利于钢材塑韧性和加工变形能力的改善;轧钢工序控制较低的开轧温度、进精轧温度及吐丝温度,促进了铁素体晶粒的细化,吐丝完后的盘条采用延迟型斯太尔摩冷却方式进行控冷,在斯太尔摩辊道上以缓慢的冷速完成相变,得到细晶粒铁素体+细珠光体显微组织,钢的顶锻变形能力显著改善。
2、本发明生产的高品质40Cr合金结构钢热轧圆盘条钢质洁净度高、夹杂物少,具有高强度及优异的塑韧性和冷镦加工变形能力,满足高级别紧固件的生产需求,钢中气体含量及夹杂物显著降低。
3、本发明提供了一种高品质40Cr合金结构钢热轧圆盘条的制备方法,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钢包炉精炼、VD炉真空精炼、小方坯全程保护浇注、高线控轧控冷等工艺技术,获得了具有下列质量比化学成分的高强度免退火紧固件用钢盘条:C 0.39~0.43 wt%、Si 0.17~0.26wt%、Mn 0.60~0.80wt%、Cr 0.90~1.10wt%、S≤0.005wt%、P≤0.013wt%、O≤0.0020wt%、N≤0.0040wt%、H≤0.00015wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物。本发明所生产的40Cr合金结构钢热轧圆盘条具有高洁净度和优异的工艺力学性能,夹杂物≤0.5级,抗拉强度Rm 820-900MPa,断面收缩率Z≥63.0%,1/3冷顶锻合格率100%,1/4冷顶锻合格率≥75%。
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合金结构钢热轧圆盘条的制备方法,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2000~2200mm,按12.0~14.0 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6分钟;搅拌结束后进行扒后渣操作,保证钢包内铁水面裸露≥4/5,扒净脱硫渣,得到预处理后的铁水;
B、钢水冶炼:将A步骤得到的预处理后的铁水、优质废钢加入LD转炉中,进行顶底复合吹炼,分别按35.0~40.0kg/t钢、20.0~25.0kg/t钢、1.0~3.0kg/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≥0.10wt%,出钢温度≤1650℃;出钢前向钢包底部加入活性石灰进行渣洗,石灰加入量为2.0kg/t钢;出钢时采用全程底吹氩工艺,氩气流量控制为20~30NL/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:硅钙钡→高碳铬铁→高碳锰铁→增碳剂,依次向钢包中加入下列物质:按3.1~4.8kg/t钢的量,加入硅钙钡合金;按15.4~18.9kg/t钢的量,加入高碳铬铁;按6.4~9.1kg/t钢的量,加入高碳锰铁;按1.1kg/t钢的量,加入增碳剂;在钢包钢水量达到3/4时加完;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20~30NL/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4.0~5.0kg/t钢、精炼渣1.0 kg/t钢、电石0.5 kg/t钢调渣,控制渣碱度为5.0~6.5;根据钢样分析结果,补加合金、铝丸调整钢液成分,控制钢水氧活度≤5ppm;之后将钢水温度加热至1620~1630℃后进行喂线处理,喂入硅钙线,喂线速度为2.5m/s,喂线量为100m;喂线结束采用流量为20NL/min的小氩气量对钢水进行软吹氩,软吹时间为2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20NL/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80Pa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30~50NL/min,在真空度80Pa条件下钢水脱气处理时间10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20~30NL/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1515~1525℃,拉速为1.7~1.9m/min,二冷比水量为0.6~0.8L/kg,结晶器电磁搅拌电流强度为300A、运行频率为4.0Hz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步骤钢坯送入均热段炉温为1050~1100℃的加热炉中,加热50~60分钟,钢坯出钢温度为970~1000℃,后经高压水出鳞,送入高速线材轧机进行轧制;
H、控轧控冷:将G步骤得到的的钢坯送入28个机架的高速线材轧机进行轧制,在速度为0.15~0.25m/s的轧制条件下,粗轧6个道次;之后在速度为10.0~13.0 m/s的轧制条件下,中轧12个道次;之后进行精轧前预水冷控冷,在冷却水量为80~110m3/h条件下控冷2~3秒;之后在精轧温度为850~870℃,速度为20~65m/s的轧制条件下,精轧5~10个道次;之后在温度为820~840℃,速度为20~65m/s的条件下吐丝;吐丝后盘条进入斯太尔摩风冷线进行延迟型控制冷却;斯太尔摩风冷线控冷时风机全部关闭,开启前4台风机上方保温罩盖,辊道速度控制为0.20~0.35m/s;斯太尔摩风冷结束后集卷温度控制为600~630℃,之后将盘卷自然空冷至室温即得40Cr合金结构钢热轧圆盘条。
步骤A中所述的高炉铁水的化学成分为C 4.0~4.3wt%、Si 0.25~0.45wt%、Mn 0.50~0.80wt% 、P 0.075~0.100wt%、S≤0.025wt%,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 4.0~4.3wt%、Si 0.25~0.45wt%、Mn 0.50~0.80wt% 、P 0.075~0.100wt%、S≤0.005wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物。
步骤B中所述的优质废钢的化学成分为:C 0.20~0.25wt%、Si 0.35~0.55 wt%、Mn1.10~1.35wt% 、P 0.015~0.030wt%、S 0.020~0.036wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物。
步骤C中所述的硅钙钡合金的化学成分为: Si 52.5wt%,Ca 10.3wt%,Ba13.5wt%,Al 3.8wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物。
步骤C中所述的高碳铬铁的化学成分为:Cr 57.5wt%,C 7.3wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物。
步骤C中所述的高碳锰铁的化学成分为:Mn 75.8wt%,C 6.9wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物。
步骤C中所述的增碳剂的化学成分为:C 92.15wt%,S 0.085wt%,灰份4.15wt%,挥发份 1.64wt%,水份 0.75wt%,其余为不可避免的不纯物。
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H中所述的40Cr合金结构钢热轧圆盘条的化学成分为:C 0.39~0.43 wt%、Si0.17~0.26wt%、Mn 0.60~0.80wt%、Cr 0.90~1.10wt%、S≤0.005wt%、P≤0.013wt%、O≤0.0020wt%、N≤0.0040wt%、H≤0.00015wt%,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合金结构钢热轧圆盘条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 一种高品质40Cr合金结构钢热轧圆盘条化学成份
表2 本发明生产的40Cr合金结构钢热轧圆盘条工艺力学性能
表3 本发明生产的40Cr合金结构钢热轧圆盘条显微组织、脱碳层及夹杂物
实施例1
A、铁水预处理脱硫:将高炉铁水(化学成分C 4.0wt%、Si 0.25wt%、Mn 0.50wt% 、P0.100wt%、S 0.025wt%,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2000mm,按12.0 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6分钟;搅拌结束后进行扒后渣操作,保证钢包内铁水面裸露≥4/5,扒净脱硫渣;预处理后铁水成分控制为:C 4.0wt%、Si 0.25wt%、Mn 0.50wt% 、P 0.100wt%、S 0.005wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物。
B、钢水冶炼:将A步骤的预处理脱硫铁水(化学成分C 4.0wt%、Si 0.25wt%、Mn0.50wt% 、P 0.100wt%、S 0.025wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物)、优质废钢(化学成分C0.20wt%、Si 0.35 wt%、Mn 1.10wt% 、P 0.030wt%、S 0.036wt%,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35.0kg/t钢、20.0kg/t钢、1.0kg/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0.10wt%,出钢温度1640℃;出钢前向钢包底部加入活性石灰进行渣洗,石灰加入量为2.0kg/t钢;出钢时采用全程底吹氩工艺,氩气流量控制为20NL/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:硅钙钡→高碳铬铁→高碳锰铁→增碳剂,依次向钢包中加入下列物质:按3.1kg/t钢的量,加入下列质量比的硅钙钡合金: Si 52.5wt%,Ca 10.3wt%,Ba 13.5wt%,Al 3.8wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物;按15.4kg/t钢的量,加入下列质量比的高碳铬铁:Cr 57.5wt%,C 7.3wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物;按6.4kg/t钢的量,加入下列质量比的高碳锰铁:Mn 75.8wt%,C 6.9wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物;按1.1kg/t钢的量,加入下列质量比的增碳剂:C 92.15wt%,S 0.085wt%,灰份4.15wt%,挥发份 1.64wt%,水份 0.75wt%,其余为不可避免的不纯物;在钢包钢水量达到3/4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、精炼渣1.0 kg/t钢、电石0.5 kg/t钢调渣,控制渣碱度为5.0;根据钢样分析结果,补加合金、铝丸调整钢液成分,控制钢水氧活度5ppm;之后将钢水温度加热至1630℃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2.5m/s,喂线量为100m;喂线结束采用流量为20NL/min的小氩气量对钢水进行软吹氩,软吹时间为2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(20NL/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80Pa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80Pa条件下钢水脱气处理时间10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1525℃,拉速为1.9m/min,二冷比水量为0.8L/kg,结晶器电磁搅拌电流强度为300A、运行频率为4.0Hz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步骤钢坯送入均热段炉温为1100℃的加热炉中,加热60分钟,钢坯出钢温度为1000℃,后经高压水出鳞,送入高速线材轧机进行轧制。
H、控轧控冷:将G步骤的钢坯送入28个机架的高速线材轧机进行轧制,在速度为0.25m/s的轧制条件下,粗轧6个道次;之后在速度为13.0 m/s的轧制条件下,中轧12个道次;之后进行精轧前预水冷控冷,在冷却水量为80m3/h条件下控冷2秒;之后在精轧温度为870℃,速度为65m/s的轧制条件下,精轧10个道次;之后在温度为840℃,速度为65m/s的条件下吐丝;吐丝后盘条进入斯太尔摩风冷线进行“延迟”型控制冷却(即缓慢冷却);斯太尔摩风冷线控冷时风机全部关闭,开启前4台风机上方保温罩盖,辊道速度控制为0.35m/s;斯太尔摩风冷结束后集卷温度控制为630℃,之后将盘卷自然空冷至室温即获得一种高品质40Cr合金结构钢热轧圆盘条,具有下列重量百分比的化学成分:C 0.39 wt%、Si 0.17wt%、Mn 0.60 wt%、Cr 0.90wt%、S 0.005wt%、P 0.013wt%、O 0.0020wt%、N 0.0040wt%、H0.00015wt%,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合金结构钢热轧圆盘条工艺力学性能、显微组织及夹杂物检验见表4、表5所示;
表4 本实施例生产的40Cr合金结构钢热轧圆盘条工艺力学性能
表5 本实施例生产的40Cr合金结构钢热轧圆盘条显微组织、脱碳层及夹杂物
实施例2
A、铁水预处理脱硫:将高炉铁水(化学成分C 4.1wt%、Si 0.37wt%、Mn 0.65wt% 、P0.090wt%、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2100mm,按13.0 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6分钟;搅拌结束后进行扒后渣操作,保证钢包内铁水面裸露≥4/5,扒净脱硫渣;预处理后铁水成分控制为:C 4.1wt%、Si 0.37wt%、Mn 0.65wt% 、P 0.090wt%、S 0.003wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物。
B、钢水冶炼:将A步骤的预处理脱硫铁水(化学成分C 4.1wt%、Si 0.37wt%、Mn0.65wt% 、P 0.090wt%、S 0.020wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物)、优质废钢(化学成分C0.22wt%、Si 0.40wt%、Mn 1.20wt% 、P 0.023wt%、S 0.028wt%,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37.0kg/t钢、22.0kg/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1645℃;出钢前向钢包底部加入活性石灰进行渣洗,石灰加入量为2.0kg/t钢;出钢时采用全程底吹氩工艺,氩气流量控制为25NL/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:硅钙钡→高碳铬铁→高碳锰铁→增碳剂,依次向钢包中加入下列物质:按4.0kg/t钢的量,加入下列质量比的硅钙钡合金: Si 52.5wt%,Ca 10.3wt%,Ba 13.5wt%,Al 3.8wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物;按17.2kg/t钢的量,加入下列质量比的高碳铬铁:Cr 57.5wt%,C 7.3wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物;按7.8kg/t钢的量,加入下列质量比的高碳锰铁:Mn 75.8wt%,C 6.9wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物;按1.1kg/t钢的量,加入下列质量比的增碳剂:C 92.15wt%,S 0.085wt%,灰份4.15wt%,挥发份 1.64wt%,水份 0.75wt%,其余为不可避免的不纯物;在钢包钢水量达到3/4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(25NL/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4.5kg/t钢、精炼渣1.0 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、铝丸调整钢液成分,控制钢水氧活度4ppm;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: Si 53.5wt%、Ca 28.2wt%、其余为Fe及不可避免的不纯物,喂线速度为2.5m/s,喂线量为100m;喂线结束采用流量为20NL/min的小氩气量对钢水进行软吹氩,软吹时间为2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(20NL/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80Pa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80Pa条件下钢水脱气处理时间10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25NL/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1.8m/min,二冷比水量为0.7L/kg,结晶器电磁搅拌电流强度为300A、运行频率为4.0Hz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步骤钢坯送入均热段炉温为1070℃的加热炉中,加热55分钟,钢坯出钢温度为985℃,后经高压水出鳞,送入高速线材轧机进行轧制。
H、控轧控冷:将G步骤的钢坯送入28个机架的高速线材轧机进行轧制,在速度为0.20m/s的轧制条件下,粗轧6个道次;之后在速度为12.0 m/s的轧制条件下,中轧12个道次;之后进行精轧前预水冷控冷,在冷却水量为100m3/h条件下控冷2秒;之后在精轧温度为860℃,速度为45m/s的轧制条件下,精轧8个道次;之后在温度为830℃,速度为45m/s的条件下吐丝;吐丝后盘条进入斯太尔摩风冷线进行“延迟”型控制冷却(即缓慢冷却);斯太尔摩风冷线控冷时风机全部关闭,开启前4台风机上方保温罩盖,辊道速度控制为0.30m/s;斯太尔摩风冷结束后集卷温度控制为620℃,之后将盘卷自然空冷至室温即获得一种高品质40Cr合金结构钢热轧圆盘条,具有下列重量百分比的化学成分:C 0.41 wt%、Si 0.21wt%、Mn 0.70 wt%、Cr 1.00wt%、S 0.004wt%、P 0.011wt%、O 0.0018wt%、N 0.0035wt%、H0.00015wt%,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合金结构钢热轧圆盘条工艺力学性能、显微组织及夹杂物检验见表6、表7所示;
表6 本实施例生产的40Cr合金结构钢热轧圆盘条工艺力学性能
表7 本实施例生产的40Cr合金结构钢热轧圆盘条显微组织、脱碳层及夹杂物
实施例3
A、铁水预处理脱硫:将高炉铁水(化学成分C 4.3wt%、Si 0.45wt%、Mn 0.80wt% 、P0.075wt%、S 0.018wt%,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2200mm,按14.0 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6分钟;搅拌结束后进行扒后渣操作,保证钢包内铁水面裸露≥4/5,扒净脱硫渣;预处理后铁水成分控制为:C 4.3wt%、Si 0.45wt%、Mn 0.80wt% 、P 0.075wt%、S 0.002wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物。
B、钢水冶炼:将A步骤的预处理脱硫铁水(化学成分C 4.3wt%、Si 0.45wt%、Mn0.80wt% 、P 0.075wt%、S 0.002wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物)、优质废钢(化学成分C0.25wt%、Si 0.55 wt%、Mn 1.35wt% 、P 0.015wt%、S 0.020wt%,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40.0kg/t钢、25.0kg/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1650℃;出钢前向钢包底部加入活性石灰进行渣洗,石灰加入量为2.0kg/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:硅钙钡→高碳铬铁→高碳锰铁→增碳剂,依次向钢包中加入下列物质:按4.8kg/t钢的量,加入下列质量比的硅钙钡合金: Si 52.5wt%,Ca 10.3wt%,Ba 13.5wt%,Al 3.8wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物;按18.9kg/t钢的量,加入下列质量比的高碳铬铁:Cr 57.5wt%,C 7.3wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物;按9.1kg/t钢的量,加入下列质量比的高碳锰铁:Mn 75.8wt%,C 6.9wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物;按1.1kg/t钢的量,加入下列质量比的增碳剂:C 92.15wt%,S 0.085wt%,灰份4.15wt%,挥发份 1.64wt%,水份 0.75wt%,其余为不可避免的不纯物;在钢包钢水量达到3/4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(30NL/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5.0kg/t钢、精炼渣1.0 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、铝丸调整钢液成分,控制钢水氧活度3ppm;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2.5m/s,喂线量为100m;喂线结束采用流量为20NL/min的小氩气量对钢水进行软吹氩,软吹时间为2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(20NL/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80Pa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50NL/min,在真空度80Pa条件下钢水脱气处理时间10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30NL/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1.7m/min,二冷比水量为0.6L/kg,结晶器电磁搅拌电流强度为300A、运行频率为4.0Hz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步骤钢坯送入均热段炉温为1050℃的加热炉中,加热50分钟,钢坯出钢温度为970℃,后经高压水出鳞,送入高速线材轧机进行轧制。
H、控轧控冷:将G步骤的钢坯送入28个机架的高速线材轧机进行轧制,在速度为0.15m/s的轧制条件下,粗轧6个道次;之后在速度为10.0 m/s的轧制条件下,中轧12个道次;之后进行精轧前预水冷控冷,在冷却水量为110m3/h条件下控冷3秒;之后在精轧温度为850℃,速度为20m/s的轧制条件下,精轧5个道次;之后在温度为820℃,速度为20m/s的条件下吐丝;吐丝后盘条进入斯太尔摩风冷线进行“延迟”型控制冷却(即缓慢冷却);斯太尔摩风冷线控冷时风机全部关闭,开启前4台风机上方保温罩盖,辊道速度控制为0.20m/s;斯太尔摩风冷结束后集卷温度控制为600℃,之后将盘卷自然空冷至室温即获得一种高品质40Cr合金结构钢热轧圆盘条,具有下列重量百分比的化学成分:C 0.43 wt%、Si 0.26wt%、Mn 0.80 wt%、Cr 1.10wt%、S 0.002wt%、P 0.010wt%、O 0.0015wt%、N 0.0033wt%、H0.0001wt%,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合金结构钢热轧圆盘条工艺力学性能、显微组织及夹杂物检验见表8、表9所示;
表8 本实施例生产的40Cr合金结构钢热轧圆盘条工艺力学性能
表9 本实施例生产的40Cr合金结构钢热轧圆盘条显微组织、脱碳层及夹杂物
Claims (2)
1.一种高品质40Cr合金结构钢热轧圆盘条的制备方法,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:将化学成分为C 4.0~4.3wt%、Si 0.25~0.45wt%、Mn 0.50~0.80wt%、P 0.075~0.100wt%、S≤0.025wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物的高炉铁水运至KR法铁水预处理装置进行脱硫处理,搅拌头***深度控制为2000~2200mm,按12.0~14.0 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6分钟;搅拌结束后进行扒后渣操作,保证钢包内铁水面裸露≥4/5,扒净脱硫渣,得到预处理后的铁水;预处理后铁水的化学成分为:C 4.0~4.3wt%、Si 0.25~0.45wt%、Mn 0.50~0.80wt%、P 0.075~0.100wt%、S≤0.005wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物;
B、钢水冶炼:将A步骤得到的预处理后的铁水及化学成分为:C 0.20~0.25wt%、Si 0.35~0.55wt%、Mn 1.10~1.35wt% 、P 0.015~0.030wt%、S 0.020~0.036wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物的优质废钢加入LD转炉中,进行顶底复合吹炼,分别按35.0~40.0kg/t钢、20.0~25.0kg/t钢、1.0~3.0kg/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≥0.10wt%,出钢温度≤1650℃;出钢前向钢包底部加入活性石灰进行渣洗,石灰加入量为2.0kg/t钢;出钢时采用全程底吹氩工艺,氩气流量控制为20~30NL/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:硅钙钡→高碳铬铁→高碳锰铁→增碳剂,硅钙钡合金的化学成分为Si52.5wt%、Ca 10.3wt%、Ba 13.5wt%、Al 3.8wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物;高碳铬铁的化学成分为Cr 57.5wt%、C 7.3wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物;高碳锰铁的化学成分为Mn 75.8wt%、C 6.9wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物;增碳剂的化学成分为C 92.15wt%、S0.085wt%、灰份4.15wt%、挥发份1.64wt%、水份0.75wt%,其余为不可避免的不纯物;依次向钢包中加入下列物质:按3.1~4.8kg/t钢的量,加入硅钙钡合金;按15.4~18.9kg/t钢的量,加入高碳铬铁;按6.4~9.1kg/t钢的量,加入高碳锰铁;按1.1kg/t钢的量,加入增碳剂;在钢包钢水量达到3/4时加完;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步骤出钢完毕的钢水吊至LF炉精炼工位接好氩气带,开启氩气采用氩气流量20~30NL/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4.0~5.0kg/t钢、精炼渣1.0 kg/t钢、电石0.5 kg/t钢调渣,控制渣碱度为5.0~6.5;根据钢样分析结果,补加合金、铝丸调整钢液成分,控制钢水氧活度≤5ppm;之后将钢水温度加热至1620~1630℃后进行喂线处理,喂入硅钙线,喂线速度为2.5m/s,喂线量为100m;喂线结束采用流量为20NL/min的小氩气量对钢水进行软吹氩,软吹时间为2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20NL/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80Pa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30~50NL/min,在真空度80Pa条件下钢水脱气处理时间10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20~30NL/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1515~1525℃,拉速为1.7~1.9m/min,二冷比水量为0.6~0.8L/kg,结晶器电磁搅拌电流强度为300A、运行频率为4.0Hz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步骤钢坯送入均热段炉温为1050~1100℃的加热炉中,加热50~60分钟,钢坯出钢温度为970~1000℃,后经高压水出鳞,送入高速线材轧机进行轧制;
H、控轧控冷:将G步骤得到的的钢坯送入28个机架的高速线材轧机进行轧制,在速度为0.15~0.25m/s的轧制条件下,粗轧6个道次;之后在速度为10.0~13.0 m/s的轧制条件下,中轧12个道次;之后进行精轧前预水冷控冷,在冷却水量为80~110m3/h条件下控冷2~3秒;之后在精轧温度为850~870℃,速度为20~65m/s的轧制条件下,精轧5~10个道次;之后在温度为820~840℃,速度为20~65m/s的条件下吐丝;吐丝后盘条进入斯太尔摩风冷线进行延迟型控制冷却;斯太尔摩风冷线控冷时风机全部关闭,开启前面4台风机上方保温罩盖,辊道速度控制为0.20~0.35m/s;斯太尔摩风冷结束后集卷温度控制为600~630℃,之后将盘卷自然空冷至室温即得40Cr合金结构钢热轧圆盘条;所述40Cr合金结构钢热轧圆盘条的化学成分为C 0.39~0.43wt%、Si 0.17~0.26wt%、Mn 0.60~0.80wt%、Cr 0.90~1.10wt%、S≤0.005wt%、P≤0.013wt%、O≤0.0020wt%、N≤0.0040wt%、H≤0.00015wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物,工艺力学性能为抗拉强度Rm 820-900Mpa、断面收缩率Z≥63.0%、1/3冷顶锻合格率100%、1/4冷顶锻合格率≥75%,显微组织、脱碳层及夹杂物如下表:
。
2.根据权利要求1所述的高品质40Cr合金结构钢热轧圆盘条的制备方法,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。
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