CN109913739A - 航空工业紧固件用优质q195连铸方坯的生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种航空工业紧固件用优质Q195连铸方坯的生产工艺，采用铁水脱硫、转炉吹炼、吹氩调温、连铸精整、高线热，而无需通过精炼炉冶炼，节省了耗材和成本，通过优化影响钢种质量的燃料溶剂、合金比例、气体含量、成分偏析、吹炼时间等工艺参数；并制定和完善优质Q195连铸方坯的冶炼、连铸工艺，BOF转炉冶炼、TCO投弹、高拉补吹、多点矫直技术、防氧化全保护浇铸、低过热度控制技术、复合电磁搅拌等多项技术，保证生产出来的连铸方坯充分稳定、纯净度高、组织均匀且良好，并且能提高钢的纯净度、降低钢中C含量和残余元素含量，均匀改善钢种成分和组织，保证优质Q195方坯好的表面、内部质量和优良的使用性能，最大程度地降低过程成本，提高生产效率。

Description

航空工业紧固件用优质Q195连铸方坯的生产工艺

技术领域

本发明涉及一种航空工业紧固件用优质Q195连铸方坯的生产工艺。

背景技术

目前，市面上的紧固件原料90％以上是钢制品，且大部分企业采用低端的普通钢坯经过冷镦、冷挤压工艺生产而成。众所周知，通过冷镦工艺可节省原料，降成本，而且通过冷作硬化提高工作的抗拉强度，改善性能。但是，目前市场采用的普通钢坯不具有良好的冷顶锻性能，钢种内S和P等杂质含量多，这样的钢在冷镦时会造成紧固件质量不达标，甚至损坏。在此背景下，如何生产出优质冷镦钢坯是我们迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种含碳量低，强度不高，塑性、韧性、加工性能和焊接性能好，且无需通过精炼炉，节省成本的航空工业紧固件用优质Q195连铸方坯的生产工艺。

本发明的目的是这样实现的：

一种航空工业紧固件用优质Q195连铸方坯的生产工艺，生产Q195连铸方坯的原料选用90％铁水+10％废钢，它包括以下工艺过程：

1)KR铁水脱硫；

对高炉出铁后的铁水进行脱硫搅拌预处理，其搅拌头为十字叉结构，内部由铸钢制作，外部捣打耐火浇注料，搅拌头的***深度为铁水液面以下1900-2500mm，去除铁水中S、Si、Ti杂质元素，铁水预处理后，P≤0.15％、Si≤0.07％、S≤0.02％，温度≥1250℃、带渣量≤0.5％；

2)送入BOF转炉吹炼；

铁水预处理后通入BOF转炉吹炼，BOF转炉是氧气顶底复吹转炉，采用高拉碳低补吹操作法，提高转炉终点高拉碳率，高拉目标为：C％：0.10～0.15，P％<0.020，S％<0.020，T_Fe％≤15，T℃：1610～1640，出钢时间≥2分钟，转炉内加入的活性石灰：CaO≥85％，活性度≥280ml，加入合金材料：Si-Mn-Fe、中碳Mn-Fe、Al-Mn-Fe、Al线(铝饼)；在出钢过程中挡渣，实现纯净钢水与钢渣的分离干净，采取炉前终脱氧制度，实时加入脱氧剂，以及加入废钢进行调温，在转炉吹炼至终点的80％-90％时，由TCO投弹在线监测***自动投入高碳探头，在转炉吹炼至终点时由TCO投弹在线监测***自动投入低碳探头，检测出钢水的温度、碳、氧、硫及磷；

3)吹氩调温；

在转炉出钢过程中加入脱氧剂，进行集中提前脱氧，在钢包到站前后实现全程底吹氩，测温取样喂铝线，氩前温度1650～1670℃，氩后温度1625～1635℃，若到站温度超过出站温度上限30℃时，加入废钢调温；

4)方坯连铸；

在连铸出钢坯时，中间包钢水控制低过热度浇注25-35℃，烘烤时间＞150min，连铸出钢温度控制在1650～1680℃；连铸采用了结晶器和组合电磁搅拌，电磁搅拌控制电流240A、频率5.5HZ，连铸浇注过程中，从大包到中间包再到结晶器，均采用密封保护浇注法；

5)抛丸、精整；

最后将连铸方坯100％进行表面抛丸处理、精整修磨，最终制得的成品方坯，成品方坯的化学成分为：C：0.05-0.08％，Si：0.05-0.08％，Mn：0.25-0.30％，P：≤0.02％，S：≤0.02％。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一种航空工业紧固件用优质Q195连铸方坯的生产工艺采用铁水脱硫、转炉吹炼、吹氩调温、连铸精整、高线热，而无需通过精炼炉冶炼，节省了耗材和成本，通过优化影响钢种质量的燃料溶剂、合金比例、气体含量、成分偏析、吹炼时间等工艺参数；并制定和完善优质Q195连铸方坯的冶炼、连铸工艺，BOF转炉冶炼、TCO投弹、高拉补吹、多点矫直技术、防氧化全保护浇铸、低过热度控制技术、复合电磁搅拌等多项技术，保证生产出来的连铸方坯充分稳定、纯净度高、组织均匀且良好，并且能提高钢的纯净度、降低钢中C含量和残余元素含量，均匀改善钢种成分和组织，保证优质Q195方坯好的表面、内部质量和优良的使用性能，最大程度地降低过程成本，提高生产效率。

具体实施方式

这一种航空工业紧固件用优质Q195连铸方坯的生产工艺的具体过程如下：

原料选用90％铁水+10％废钢，首先对90％铁水进行脱硫预处理，脱硫扒渣：

1)KR铁水脱硫；

KR是机械搅拌法，用于高炉出铁后的铁水进行脱硫预处理，其搅拌头为十字叉结构，内部由铸钢制作，外部捣打耐火浇注料，耐火浇注料一般由钢丝纤维、高温耐火泥、莫莱石等组成。KR法脱硫搅拌时，应当注意搅拌头的***位置，太浅会造成铁水搅拌不充分，影响脱硫效果，太深会增大搅拌阻力，降低搅拌头寿命，增加电机符合，因此***深度一般为铁水液面以下1900-2500mm。在铁水中的原料与铁水充分接触反应后，可以去除铁水中S、Si、Ti等大部分杂质元素，其处理成本低，脱硫效率高。同时可减少冶炼时间和提高脱硫速度，提高钢水纯净度，并为转炉冶炼优质品种钢打下坚实基础。铁水被处理后，保证入铁水进入转炉前，P≤0.15％、Si≤0.07％、S≤0.02％，温度≥1250℃、带渣量≤0.5％，配合后道转炉，可实现钢中杂质元素提前去除，形成更优质、更洁净的钢坯。

2)送入BOF转炉吹炼；

BOF转炉是氧气顶底复吹转炉，在生产过程中严格要求转炉采用高拉碳低补吹操作法，提高转炉终点高拉碳率，高拉目标为：C％：0.10～0.15，P％<0.020，S％<0.020，T_Fe％≤15，T℃：1610～1640，出钢时间≥2分钟不散流、双挡渣。转炉内加入活性石灰：CaO≥85％，活性度≥280ml；加入合金材料：Si-Mn-Fe、中碳Mn-Fe、Al-Mn-Fe、Al线(铝饼)；在出钢过程中有效挡渣，实现纯净钢水与钢渣的分离干净。采取炉前终脱氧制度，根据不同终点碳的，实时加入脱氧剂以及合金，以及加入一定量的优质废钢进行调温。确保出钢温度在合适范围内，最终形成良好出钢条件。

并且在转炉吹炼至终点的80％-90％时，由TCO投弹在线监测***自动投入高碳探头，在转炉吹炼至终点时由TCO投弹在线监测***自动投入低碳探头，检测出钢水的温度、碳、氧、硫及磷，这样在不倒炉的情况下即可出钢，有效地提高了终点命中率，缩短了冶炼周期，实时监测成分参数，加强杂质元素去除力度，提高了成品钢坯的各项指标。

3)吹氩调温；

在转炉出钢过程中加入脱氧剂，利用钢水中的良好动力条件，进行集中提前脱氧；在钢包到站前后实现全程底吹Ar，测温取样喂铝线，控制好吹Ar时间，氩前温度1650～1670℃，氩后温度1625～1635℃。若到站温度大于出站温度上限30℃时，合理加入废钢调温；若钢水需要等待，则应在吹氩前等待，离站前加保温剂。使得夹杂物充分上浮出钢水进入渣中去除，达到净化和纯净钢水的效果。

4)方坯连铸；

紧固件用钢对疲劳寿命有较严的要求，影响较大的是产生裂缝。在连铸方面，重点是控制好钢水过热度、拉速，优化结晶器参数、二冷配水工艺参数。保证连铸坯低倍组织致密、成分均匀。

合理控制连铸工艺参数，保障铸坯生产质量。在连铸出钢坯时，严格控制钢包、中包等所用耐火材料的质量,防止钢包渣进入中间包，中间包钢水控制低过热度浇注25～35℃、烘烤时间＞150min，连铸出钢温度控制在1650～1680℃；连铸采用了结晶器和组合电磁搅拌及专用结晶器保护渣，克服方坯低速浇注时造成粘钢结晶器表面，保证了方坯的表面和内在质量，电磁搅拌控制电流240A、频率5.5HZ；

连铸浇注过程中，从大包到中间包再到结晶器，均严格采用密封保护浇注法，以免钢水与空气接触造成钢水二次氧化。同时，提高中间包的冶金效果，提高钢水洁净度、性能；

5)抛丸、精整；

最后将连铸方坯100％进行表面抛丸处理、精整修磨，最终制得的成品方坯化学成分可以达到：C：0.05-0.09％，Si：0.05-0.09％，Mn：0.25-0.40％，P：≤0.03％，S：≤0.03％；这样成品方坯内S和P等杂质含量较少。

方坯再经过热送传至高速线材厂作为成品线材，成品线材的抗拉强度、屈服强度、断后伸长率均能达到优秀的指标，从而制作出高质量的紧固件。

根据上述生产工艺，具体选用三种不同含碳量的原料进行生产，可以得到如下表的结果数据：

Claims (1)

1.一种航空工业紧固件用优质Q195连铸方坯的生产工艺，其特征在于：生产Q195连铸方坯的原料选用90％铁水+10％废钢，它包括以下工艺过程：

1)KR铁水脱硫；

对高炉出铁后的铁水进行脱硫搅拌预处理，其搅拌头为十字叉结构，内部由铸钢制作，外部捣打耐火浇注料，搅拌头的***深度为铁水液面以下1900-2500mm，去除铁水中S、Si、Ti杂质元素，铁水预处理后，P≤0.15％、Si≤0.07％、S≤0.02％，温度≥1250℃、带渣量≤0.5％；

2)送入BOF转炉吹炼；

铁水预处理后通入BOF转炉吹炼，BOF转炉是氧气顶底复吹转炉，采用高拉碳低补吹操作法，提高转炉终点高拉碳率，高拉目标为：C％：0.10～0.15，P％<0.020，S％<0.020，T_Fe％≤15，T℃：1610～1640，出钢时间≥2分钟，转炉内加入的活性石灰：CaO≥85％，活性度≥280ml，加入合金材料：Si-Mn-Fe、中碳Mn-Fe、Al-Mn-Fe、Al线(铝饼)；在出钢过程中挡渣，实现纯净钢水与钢渣的分离干净，采取炉前终脱氧制度，实时加入脱氧剂，以及加入废钢进行调温，在转炉吹炼至终点的80％-90％时，由TCO投弹在线监测***自动投入高碳探头，在转炉吹炼至终点时由TCO投弹在线监测***自动投入低碳探头，检测出钢水的温度、碳、氧、硫及磷；

3)吹氩调温；

在转炉出钢过程中加入脱氧剂，进行集中提前脱氧，在钢包到站前后实现全程底吹氩，测温取样喂铝线，氩前温度1650～1670℃，氩后温度1625～1635℃，若到站温度超过出站温度上限30℃时，加入废钢调温；

4)方坯连铸；

在连铸出钢坯时，中间包钢水控制低过热度浇注25-35℃，烘烤时间＞150min，连铸出钢温度控制在1650～1680℃；连铸采用了结晶器和组合电磁搅拌，电磁搅拌控制电流240A、频率5.5HZ，连铸浇注过程中，从大包到中间包再到结晶器，均采用密封保护浇注法；

5)抛丸、精整；

最后将连铸方坯100％进行表面抛丸处理、精整修磨，最终制得的成品方坯，成品方坯的化学成分为：C：0.05-0.08％，Si：0.05-0.08％，Mn：0.25-0.30％，P：≤0.02％，S：≤0.02％。