CN111254358A - 一种超高纯净度履带链轨节用钢的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超高纯净度履带链轨节用钢的生产方法，生产步骤为：顶底吹复吹转炉使用KR脱硫后铁水和优质废钢进行吹炼，钢水终点w([C])=0.10%~0.20%、w([S])≤0.012%、T>1620℃，出钢过程中钢水进行脱氧、合金化及造渣；精炼过程快速升温、成分微调和渣面脱氧/脱硫，精炼时间≤60min，控制钢包底吹搅拌氩气流量≤300NL/min；钢水经过RH真空处理，真空≤100pa状态下保持25～31min；钢水静置软吹；弧形连铸机保护浇铸。由本发明的方法可知，通过控制转炉吹炼终点C、S，精炼过程钢水快速冶炼，控制精炼渣系和渣面脱氧，弱底吹搅拌，RH钢水循环，保护浇铸，可获得超高纯净度履带链轨节用钢。

Description

一种超高纯净度履带链轨节用钢的生产方法
技术领域
本发明属于合金钢技术领域，涉及工程机械履带链轨节用钢生产的领域，具体涉及一种超高纯净度履带链轨节用钢生产方法。
背景技术
近些年来，随着经济的发展，工程机械用钢装备制造业升级迅速发展，对工程机械履带链轨节用钢的需求量大幅度增长。而工程机械野外作业环境恶劣，且持续性、频繁性强，为满足其产品升级的要求，对工程机械履带链轨节用钢材料品质提出越来越高的要求，而目前国内大多数生产工程机械履带链轨节用钢产品还停留在仅仅满足国标要求的水平上，产量高、质量控制水平低，尤其是钢的纯净度控制方面，已无法满足下游客户产品升级的要求
因此如何低成本、低能耗、高效率地生产出超高纯净度的工程机械履带链轨节用钢，对提高机械使用性能，推动国内高品质工程机械履带链轨节用钢的快速发展，具有深远的意义。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种超高纯净度履带链轨节用钢的生产方法，本发明通过使用低硫原料进行底吹复吹转炉冶炼，钢水强脱氧，深度脱硫达到超低硫含量；控制钢包底吹搅拌流量、造低碱度渣系，减少钢渣反应，改善/变氧化物类夹杂物形貌特征和组分。通过RH长时间的高真空钢水循环，以及长时间有效的软吹静置，显著提高夹杂物去除效率。连铸采用保护浇铸，避免钢水二次氧化。钢水纯净度可控制在如下水平：钢中T.O在5～8ppm；按照JIS G0555数点法，在400倍光镜下观察60个视场进行检验， dA（硫化物类）<0.10、dB（长条状氧化物）= 0、dC（颗粒氧化物）≤0.05，粒径均<10μm（其中粒径为2μm ~5μm 的占比90%以上），氧化物类夹杂物中90%以上为镁铝尖晶石。本发明提高了现有工程机械类用钢的钢材洁净度以及使用性能。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种超高纯净度履带链轨节用钢的生产方法，包括以下步骤：
1）使用w([S])≤0.003%的脱硫铁水和低硫碳素废钢作为原料，废钢比≤10%，采用顶底复吹转炉冶炼，钢水终点w([C])=0.10%~0.20%、w([S])≤0.012%、T>1620℃，出钢过程中钢水进行脱氧、合金化及造渣，采用滑板挡渣；
2）钢水到LF工位温度大于1540℃，保证精炼过程中能够快速升温、合金化，控制底吹搅拌，采用渣面复合脱氧深度脱硫，造低碱度渣系；
3）钢水经过RH真空处理，真空≤100pa状态下保持25～31min。RH处理结束后进行微钙处理，钙处理后进行软吹，软吹的时间在25～35min；
4）软吹结束，钢水吊运到连铸进行连续浇铸成坯。
所述超高纯净度履带链轨节用钢的主要化学成分质量百分比为：C 0.34%~0.38%、Si 0.15%~0.25%、Mn 0.90%~1.10 %、Cr 0.15%~0.30%、Al 0.030%~0.045%、Ti 0.025%~0.050%、B 0.0020%~0.0030%、P≤0.015%、S≤0.005%、Ni≤0.010%、Cu≤0.008%、V≤0.010%，其余为Fe。
本发明的进一步改进方案为：
所述步骤1）中，脱氧为：出钢量在20t～30t前，出钢量在20t～30t前，加入1.1～2.0kg/t铝饼深度脱氧，并保证精炼到站w([Al])= 0.015%～0.045%。
进一步的，所述步骤1）中，脱氧结束合金化，使用金属锰（w((Mn))>97%）、低钛低铝硅铁（w((Si))>75%、w((Ca))< 0.5%）、中碳铬铁（w((Cr))>55%）对钢水进行初步合金化。
进一步的，所述步骤1）中，脱氧、合金化结束后，钢水出钢快结束前，使用石灰和预熔精炼渣按照2:1.5比例进行造渣。
进一步的，所述预熔精炼渣成分质量百分比为：CaO=45%～55%、SiO2≤10%、MgO=4%～10%、Al2O3=25%～40%、S≤0.1%。
进一步的，所述步骤1）中，采用滑板挡渣，保证转炉终点钢水w([P])和精炼到站钢水w([P])两者之差<0.002%。
进一步的，所述步骤2）中，精炼时间控制在≤60min，精炼前期进行C、Si、Mn、Cr成分微调，中后期精炼渣白渣条件下，加入钛铁、硼铁合金。升温及合金化时底吹搅拌氩气流量100～300NL/min，精炼中后期底吹搅拌氩气流量30～100NL/min。
进一步的，所述步骤2）中，铝粒和高纯碳化硅进行渣面扩散脱氧，以及铝粒沉淀脱氧，使用精炼过程w([Al])= 0.030%～0.055%，精炼终点w([S])<0.003%。
进一步的，所述高纯碳化硅，w(SiC)>95%，其用量控制在1.4～2.0kg/t。
进一步的，所述步骤2）中，造低碱度渣系为，精炼前期配加0～150kg石灰和0～100kg预熔精炼渣，使得最终精炼渣w(CaO)/ w(SiO2)=3～5，w(MgO)=6%～10%、w(Al2O3)= 25～35%，保证精炼过程钢水w([Ca])<0.0015%。
进一步的，所述步骤3）中，微钙处理，对钢水进行钙处理，硅钙线用量在0～50m/炉，硅钙线品位为：w((Ca))>28%、 w((Si))>60%。
进一步的，所述步骤4）中，钢包长水口进行Ar封保护浇铸，Ar流量在10～60L/min。使用结晶器和末端电磁搅拌，所述Ar封保护浇铸，保证连铸中间包钢水氮含量减去RH吊包钢水氮含量<0.0003%。使用结晶器和末端电磁搅拌，降低钢中硫元素偏析，改善钢材中硫化物形貌及分布。
本发明的有益效果为：
第一、本发明的超高纯净度履带链轨节用钢生产方法，通过使用低硫铁水和废钢进行转炉冶炼，降低钢水初始S含量，减少了精炼过程因脱硫而补加石灰等渣料的用量，以及降低因补加大量渣料带来的钢水温降，实现精炼过程快速升温，缩短冶炼时间，达到降低电、电极耗。同时精炼过程不需大搅拌脱硫，有利于减弱钢渣的传质反应。
第二、本发明的超高纯净度履带链轨节用钢生产方法，转炉采用低废钢比，提高钢水温度，保证LF精炼初期钢水温度高，实现精炼过程快速冶炼，缩短精炼时间，有利于夹杂物类型的控制和降低工艺成本。钢水采用铝强脱氧，渣面碳化硅扩散脱氧，造低碱度渣系和控制底吹搅拌，抑制钢渣间钙的传质，保证钢水中钙含量<0.0015%，使钢水中氧化物类夹杂物向弥散细小的镁铝尖晶石类转变，避免产生大颗粒的钙铝酸盐类夹杂物。
第三、本发明的超高纯净度履带链轨节用钢生产方法，保证精炼过程脱氧去夹杂和钢水成分的精准控制，避免RH破空后进行成分的微调，带来的钢水成分不均匀及二次污染。以及钢水通过RH长时间在真空室内循环和软吹静置，进一步降低钢中夹杂物。
第四、本发明的超高纯净度履带链轨节用钢生产方法，连铸过程采用长水口氩封保护浇铸，避免钢水的二次氧化，以及采用电磁搅拌，改善硫偏析，使钢中硫化物呈短小、分散型态。
第五、本发明的超高纯净度履带链轨节用钢生产方法，钢水纯净度可控制在如下水平：钢中T.O在5～8ppm；按照JIS G0555数点法，在400倍光镜下观察60个视场进行检验，dA（硫化物类）<0.10、dB（长条状氧化物）= 0、dC（颗粒氧化物）≤0.05，粒径均<10μm（其中粒径为2μm ~5μm 的占比90%以上），氧化物类夹杂物中90%以上为镁铝尖晶石。
具体实施方式
实施例1
超高纯净度履带链轨节用钢，主要化学成分质量百分比为：C 0.34%、Si 0.15%、Mn0.90%、Cr 0.15%、Al 0.030%、Ti 0.025%、B 0.0020%、P≤0.015%、S≤0.005%、Ni≤0.010%、Cu≤0.008%、V≤0.010%，其余为Fe。
生产步骤如下：
1）使用w([S])=0.002%的脱硫铁水和低硫碳素废钢作为原料，废钢比8%，采用顶底复吹转炉冶炼，钢水终点w([C])=0.10%、w([S])=0.011%、T=1650℃，出钢量在25t，加入1.8kg/t铝饼深度脱氧，精炼到站w([Al])= 0.030%；配加金属锰、低钛低铝硅铁、中碳铬铁合金化，出钢快结束时配加5.9kg/t石灰和4.3kg/t精炼渣。
2）出钢结束使用滑板挡渣，钢水回磷量为0.001%。
3）钢水到LF工位温度1559℃，钢水LF精炼总时间60min，精炼前期进行C、Si、Mn、Cr成分微调，中后期精炼渣白渣条件下，加入钛铁、硼铁合金。精炼前期底吹搅拌氩气流量200～350NL/min，精炼中期底吹搅拌氩气流量80～100NL/min，精炼后期底吹搅拌氩气流量30～50NL/min。精炼过程使用铝粒和高纯碳化硅进行渣面扩散脱氧，以及铝粒沉淀脱氧，高纯碳化硅用量控制为1.6kg/t，精炼过程w([Al])= 0.030%～0.050%，精炼过程钢水w([Ca])=0.0013～0.0009%，精炼终点w([S])=0.0014%。
4)精炼终渣成分为：w(CaO)=47.9%、 w(SiO2)=12.6%，w(MgO)=8.0%、w(Al2O3)=30.5%。
5）钢水经过RH真空处理，真空≤100pa状态下保持28min。RH处理结束后喂入25m硅钙线，之后进行软吹，软吹的时间为30min；
6）软吹结束，钢水吊运到连铸进行连续浇铸成坯，钢包长水口进行Ar封保护浇铸，Ar流量在40L/min，使用结晶器和末端电磁搅拌。连铸中间包钢水氮含量减去RH吊包钢水氮含量为0.00025%。
通过步骤1）～步骤6）所得的钢中，T.O为5.7ppm，夹杂物评级： dA（硫化物类）=0.05、dB（长条状氧化物）= 0、dC（颗粒氧化物）=0.07，粒径为2μm ~5μm 的占比90%，氧化物类夹杂物中92%为镁铝尖晶石，余为氧化铝夹杂物、钙铝镁复合夹杂物。
实施例2
超高纯净度履带链轨节用钢，主要化学成分质量百分比为：C 0.36%、Si 0.20%、Mn1.00 %、Cr 0.22%、Al 0.038%、Ti 0.040%、B 0.0025%、P≤0.015%、S≤0.005%、Ni≤0.010%、Cu≤0.008%、V≤0.010%，其余为Fe。
生产步骤如下：
1）使用w([S])=0.003%的脱硫铁水和低硫碳素废钢作为原料，废钢比10%，采用顶底复吹转炉冶炼，钢水终点w([C])=0.15%、w([S])=0.012%、T=1631℃，出钢量在25t，加入1.5kg/t铝饼深度脱氧，精炼到站w([Al])= 0.038%；配加金属锰、低钛低铝硅铁、中碳铬铁合金化，出钢快结束时配加5.9kg/t石灰和4.3kg/t精炼渣。
2）出钢结束使用滑板挡渣，钢水回磷量为0.0015%。
3）钢水到LF工位温度1542℃，钢水LF精炼总时间57min，精炼前期进行C、Si、Mn、Cr成分微调，中后期精炼渣白渣条件下，加入钛铁、硼铁合金。精炼前期补加50kg石灰和25kg预熔精炼渣。精炼前期底吹搅拌氩气流量150～200NL/min，精炼中期底吹搅拌氩气流量80～90NL/min，精炼后期底吹搅拌氩气流量30～40NL/min。精炼过程使用铝粒和高纯碳化硅进行渣面扩散脱氧，以及铝粒沉淀脱氧，高纯碳化硅用量控制为1.7kg/t，精炼过程w([Al])= 0.040%～0.055%，精炼过程钢水w([Ca])=0.0015～0.0011%，精炼终点w([S])=0.0018%。
4)精炼终渣成分为：w(CaO)=49.5%、 w(SiO2)=11.1%，w(MgO)=7.4%、w(Al2O3)=31.0%。
5）钢水经过RH真空处理，真空≤100pa状态下保持28min。RH处理结束后直接进行软吹，软吹的时间为26min；
6）软吹结束，钢水吊运到连铸进行连续浇铸成坯，钢包长水口进行Ar封保护浇铸，Ar流量在40L/min，使用结晶器和末端电磁搅拌。连铸中间包钢水氮含量减去RH吊包钢水氮含量为0.00023%。
通过步骤1）～步骤6）所得的钢中，T.O为5.9ppm，夹杂物评级： dA（硫化物类）=0.07、dB（长条状氧化物）= 0、dC（颗粒氧化物）=0.05，粒径为2μm ~5μm 的占比92%，氧化物类夹杂物中94%为镁铝尖晶石，余为氧化铝夹杂物、钙铝镁复合夹杂物。
实施例3
超高纯净度履带链轨节用钢，主要化学成分质量百分比为：C 0.38%、Si 0.25%、Mn1.10 %、Cr 0.30%、Al 0.045%、Ti 0.050%、B 0.0030%、P≤0.015%、S≤0.005%、Ni≤0.010%、Cu≤0.008%、V≤0.010%，其余为Fe。
生产步骤如下：
1）使用w([S])=0.002%的脱硫铁水和低硫碳素废钢作为原料，废钢比10%，采用顶底复吹转炉冶炼，钢水终点w([C])=0.13%、w([S])=0.010%、T=1644℃，出钢量在25t，加入1.7kg/t铝饼深度脱氧，精炼到站w([Al])= 0.035%；配加金属锰、低钛低铝硅铁、中碳铬铁合金化，出钢快结束时配加5.9kg/t石灰和4.3kg/t精炼渣。
2）出钢结束使用滑板挡渣，钢水回磷量为0.0011%。
3）钢水到LF工位温度1551℃，钢水LF精炼总时间55min，精炼前期进行C、Si、Mn、Cr成分微调，中后期精炼渣白渣条件下，加入钛铁、硼铁合金。精炼前期底吹搅拌氩气流量180～220NL/min，精炼中期底吹搅拌氩气流量80～90NL/min，精炼后期底吹搅拌氩气流量25～40NL/min。精炼过程使用铝粒和高纯碳化硅进行渣面扩散脱氧，以及铝粒沉淀脱氧，高纯碳化硅用量控制为1.9kg/t，精炼过程w([Al])= 0.035%～0.050%，精炼过程钢水w([Ca])=0.0011～0.0007%，精炼终点w([S])=0.0014%。
4)精炼终渣成分为：w(CaO)=47.1%、 w(SiO2)=14.8%，w(MgO)=8.4%、w(Al2O3)=28.7%。
5）钢水经过RH真空处理，真空≤100pa状态下保持28min。RH处理结束后直接进行软吹，软吹的时间为25min；
6）软吹结束，钢水吊运到连铸进行连续浇铸成坯，钢包长水口进行Ar封保护浇铸，Ar流量在40L/min，使用结晶器和末端电磁搅拌。连铸中间包钢水氮含量减去RH吊包钢水氮含量为0.00016%。
通过步骤1）～步骤6）所得的钢中，T.O为5.3ppm，夹杂物评级： dA（硫化物类）=0.06、dB（长条状氧化物）= 0、dC（颗粒氧化物）=0.03，粒径为2μm ~5μm 的占比94%，氧化物类夹杂物中96%为镁铝尖晶石，余为氧化铝夹杂物、钙铝镁复合夹杂物。

Claims (10)

1.一种超高纯净度履带链轨节用钢的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）使用w([S])≤0.003%的脱硫铁水和低硫碳素废钢作为原料，废钢比≤10%，采用顶底复吹转炉冶炼，钢水终点w([C])=0.10%~0.20%、w([S])≤0.012%、T>1620℃，出钢过程中钢水进行脱氧、合金化及造渣，采用滑板挡渣；
2）钢水到LF工位温度大于1540℃，保证精炼过程中能够快速升温、合金化，控制底吹搅拌，采用渣面复合脱氧深度脱硫，造低碱度渣系；
3）钢水经过RH真空处理，真空≤100pa状态下保持25～31min；
RH处理结束后进行微钙处理，钙处理后进行软吹，软吹的时间在25～35min；
4）软吹结束，钢水吊运到连铸进行连续浇铸成坯；
所述超高纯净度履带链轨节用钢的主要化学成分质量百分比为：C 0.34%~0.38%、Si0.15%~0.25%、Mn 0.90%~1.10 %、Cr 0.15%~0.30%、Al 0.030%~0.045%、Ti 0.025%~0.050%、B 0.0020%~0.0030%、P≤0.015%、S≤0.005%、Ni≤0.010%、Cu≤0.008%、V≤0.010%，其余为Fe。
2.根据权利要求1所述的一种超高纯净度履带链轨节用钢的生产方法，其特征在于：所述步骤1）中，脱氧为：出钢量在20t～30t前，加入1.1～2.0kg/t铝饼深度脱氧，并保证精炼到站w([Al])= 0.015%～0.045%。
3.根据权利要求1所述的一种超高纯净度履带链轨节用钢的生产方法，其特征在于：所述步骤1）中，合金化为：脱氧结束，使用金属锰（w((Mn))>97%）、低钛低铝硅铁（w((Si))>75%、w((Ca))< 0.5%）、中碳铬铁（w((Cr))>55%）对钢水进行初步合金化。
4.根据权利要求1所述的一种超高纯净度履带链轨节用钢的生产方法，其特征在于：所述步骤1）中，脱氧、合金化结束后，钢水出钢快结束前，使用石灰和预熔精炼渣按照2:1.5比例进行造渣。
5.根据权利要求4所述的一种超高纯净度履带链轨节用钢的生产方法，其特征在于：预熔精炼渣成分质量百分比为：CaO=45%～55%、SiO2≤10%、MgO=4%～10%、Al2O3=25%～40%、S≤0.1%。
6.根据权利要求1所述的一种超高纯净度履带链轨节用钢的生产方法，其特征在于：所述步骤2）中，精炼时间控制在≤60min，精炼前期进行C、Si、Mn、Cr成分微调，中后期精炼渣白渣条件下，加入钛铁、硼铁合金；
精炼前期、升温及合金化时底吹搅拌氩气流量100～300NL/min，精炼中后期底吹搅拌氩气流量30～100NL/min。
7.根据权利要求1所述的一种超高纯净度履带链轨节用钢的生产方法，其特征在于：所述步骤2）中，铝粒和高纯碳化硅进行渣面扩散脱氧，以及铝粒沉淀脱氧，控制精炼过程w([Al])= 0.030%～0.055%，精炼终点w([S])<0.003%；所述高纯碳化硅w(SiC)>95%，其用量控制在1.4～2.0kg/t。
8.根据权利要求1所述的一种超高纯净度履带链轨节用钢的生产方法，其特征在于：所述步骤2）中，造低碱度渣系为，精炼前期配加0～150kg石灰和0～100kg预熔精炼渣，使得最终精炼渣w(CaO)/ w(SiO2)=3～5，w(MgO)=6%～10%、w(Al2O3)= 25～35%，保证精炼过程钢水w([Ca])<0.0015%。
9.根据权利要求1所述的一种超高纯净度履带链轨节用钢的生产方法，其特征在于：所述步骤3）中，微钙处理，对钢水进行钙处理，硅钙线用量在0～50m/炉，硅钙线品位为：w((Ca))>28%、w((Si))>60%。
10.根据权利要求1所述的一种超高纯净度履带链轨节用钢的生产方法，其特征在于：所述步骤4）中，钢包长水口进行Ar封保护浇铸，Ar流量在10～60L/min，使用结晶器和末端电磁搅拌。
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