CN111394642A

CN111394642A - 30CrNi2MoVA钢VD工序稀土添加方法

Info

Publication number: CN111394642A
Application number: CN202010349493.5A
Authority: CN
Inventors: 吴铖川; 王唐林; 王洪利; 杜思敏
Original assignee: Chengdu Advanced Metal Materials Industry Technology Research Institute Co Ltd
Current assignee: Chengdu Advanced Metal Materials Industry Technology Research Institute Co Ltd
Priority date: 2020-04-28
Filing date: 2020-04-28
Publication date: 2020-07-10

Abstract

本发明涉及30CrNi2MoVA钢VD工序稀土添加方法，属于钢铁冶金技术领域。本发明解决的技术问题是对于30CrNi2MoVA钢目前还没有相适宜的稀土添加方法在提升稀土收得率的同时满足夹杂物要求。本发明的技术方案是采用EBT电炉冶炼+LF精炼+VD真空精炼冶炼30CrNi2MoVA钢，VD真空精炼破空后添加稀土，出钢，模铸浇注。本发明稀土收得率≥50％，废品比例降低，钢中夹杂物类型及形貌得到控制，由原来串状、链状的Al₂O₃、硫化物类夹杂转变为圆形、椭圆形的稀土氧化物、稀土硫化物。

Description

30CrNi2MoVA钢VD工序稀土添加方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金技术领域，具体涉及30CrNi2MoVA钢VD工序稀土添加方法。

背景技术

合金结构钢30CrNi2MoVA作为压裂机泵阀箱的制造钢种，工作环境十分恶劣，在服役过程中会承受非常大的冲击载荷，因此需要具备足够高的强度和冲击軔性才能提高泵阀箱的使用寿命。

合金结构钢30CrNi2MoVA中的夹杂物含量高，极易引起30CrNi2MoVA钢在生产过程中探伤不合麻坑以及冲击韧性降低、产品疲劳断裂等质量问题，严重影响产品的使用寿命。尤其是高熔点的Al₂O₃夹杂物以及硫化物类夹杂物，Al₂O₃夹杂物在锻造轧制过程中由于其变形率较小，会导致产品疲劳强度降低以及产生表面缺陷，另一方面还降低钢的塑性、韧性和抗疲劳性能。

因此，提高30CrNi2MoVA钢洁净度，降低其夹杂物含量，对于提30CrNi2MoVA钢产品品质具有重要作用。稀土元素对钢水的脱氧、脱硫、夹杂物变性处理、凝固组织及钢材性能均具有重要影响。有研究表明，在钢中添加稀土元素，可以对钢液中的氧化物和硫化物夹杂进行变性处理，生成细小、接近球形的稀土化合物。同时，稀土元素能细化组织，消除沿晶界偏聚的硫磷等有害元素，使碳化物分布均匀，使晶粒得到细化，组织更加均匀，从而提高钢产品的使用寿命，对实际生产过程中降低成本具有非常重要的意义。但到目前为止，针对合金结构钢30CrNi2MoVA的冶炼过程中还没有相适宜的稀土加入方法，在提升稀土收得率的同时满足夹杂物要求。

发明内容

本发明解决的技术问题是对于30CrNi2MoVA钢目前还没有相适宜的稀土添加方法，在提升稀土收得率的同时满足成品探伤合格和夹杂物控制要求。

本发明提供30CrNi2MoVA钢VD工序稀土添加方法，采用EBT电炉冶炼+LF精炼+VD真空精炼生产30CrNi2MoVA钢，其中VD真空精炼破空后添加稀土，出钢，模铸浇注。

其中，LF精炼完成脱氧、合金化后化学成分以质量百分数计为Al 0.01-0.05％，S≤0.006％、O≤0.0020％。

其中，VD真空精炼破空后以插杆***的加入方式加入稀土。

其中，VD真空精炼破空后稀土添加量控制在0.1-0.15kg/t钢。

其中，LF精炼结束后控制炉渣中SiO₂的含量以质量百分数计≤10％。

其中，VD真空精炼极限真空度≤67Pa，极限真空下保持时间≥15min。

其中，VD真空精炼极限真空下吹Ar，Ar流量≥120L/min，破空前约1～2min，将Ar流量调到20～40L/min。

其中，VD真空精炼破空后立即取样分析，控制[H]≤2.5ppm，然后软吹、添加稀土，软吹流量为15-30L/min。

其中，VD真空精炼破空后软吹5～10min再添加稀土。

其中，VD真空精炼破空后软吹氩时间控制在30～50min。

本发明的有益效果：

采用本发明稀土添加方法生产30CrNi2MoVA钢，稀土收得率≥50％，稀土的加入使得钢中夹杂物类型及形貌得到控制，由原来B类(串状、链状的Al₂O₃)、A类(硫化物类夹杂)转变为D类(圆形、椭圆形的稀土氧化物、稀土硫化物、铝酸稀土及稀土氧硫化物)；

本发明在浇注过程中水口不轻易结瘤，浇注工艺顺行，钢锭经锻造生产的500mm、600mm锻棒探伤合格率高；

通过本方法生产得到的30CrNi2MoVA钢纯净度得到大幅提升，钢中夹杂物类型最佳，尺寸分布细小弥散，降低夹杂物级别，最终达到提高产品质量的目的。

具体实施方式

本发明提供30CrNi2MoVA钢VD工序稀土添加方法，采用EBT电炉冶炼+LF精炼+VD真空精炼生产30CrNi2MoVA钢，具体可按照如下操作和要求进行：

工艺流程：EF→LF→VD→模铸。

EBT电炉冶炼：

按照钢种成分要求加入原料进行冶炼，炉料全部融化后，钢液温度≥1540℃时，单管低压深吹氧，流渣去Si、去Mn，充分搅拌取样全分析满足钢种要求后出钢，进入下一工序，出钢条件为温度1650-1670℃，P≤0.010％，C≥0.05％；

LF精炼：

承接上一工序，出钢后钢包及时除渣进LF精炼，其中入LF条件为温度≥1550℃，渣厚≤20mm，测温，喂Al线100m/炉，调整好氩气流量，还原彻底呈渣白后取样分析，控制化学成分满足标准，确保合金化，其中，[S]≤0.006％、[O]≤0.0020％，根据样回分析结果调整全Al含量至0.01-0.05％范围内，LF精炼完成后控制炉渣中SiO₂的含量≤10％；

VD真空精炼：

承接上一工序，吊包温度达1660～1680℃后除渣约1/2到VD进行真空处理，抽空要求极限真空度≤67Pa，极限真空下保持时间≥15min，极限真空下大流量吹Ar(吹Ar流量≥120L/min)，破空前约1～2min，将吹Ar流量调到20～40L/min，破空后关闭氩气，定氢，定氢后软吹氩(流量要求15-30L/min)，软吹5～10min再按0.125kg/吨钢的添加量加入稀土，稀土的加入方式采用专用插杆***，破空后软吹氩时间控制在30～50min之间；

VD真空精炼后采用常规的浇注工艺即可，作为优选的，可按照如下操作进行：

浇注前向中注管内通氩气3～5min，浇注时采用Ar气保护浇注，水口和浇口准确对中，并且水口和浇口之间高度不能过高，目测后高度尽量控制在≤100mm，减少钢液的二次污染。使用的中注管高度需比锭模高300mm以上，以保证钢水浇注时有足够的静压力，锭身浇注要求液面平稳上升，帽口补缩要慢且充分。

本发明加入稀土的时机和条件很关键，在VD真空精炼破空后直接加稀土，此时钢液中的条件最好，钢种O、S含量低，稀土收得率高。具体的，稀土加入后，一是对钢液中Al₂O₃和MnS夹杂物进行变性处理；二是对钢液进行进一步的脱氧、脱硫；三是残余一些稀土在钢种，固溶到基体中，细化铸态莱氏体组织，消除沿晶界偏聚的硫磷等有害元素，使碳化物分布均匀，使晶粒得到细化，组织更加均匀，从而可大大提高钢的力学性能。

作为优选的，本发明在VD真空精炼破空后软吹5～10min再添加稀土，目的是先让钢中的氧化铝夹杂物上浮一会儿，这样添加稀土后变性氧化铝夹杂物的所需的稀土含量就少，会提升稀土收得率，减少稀土生成的夹杂物。稀土加入量＝钢中稀土残余量+含稀土夹杂物，稀土收得率＝钢中稀土残余量/稀土加入量。

除了稀土的加入时机和条件，稀土含量少，稀土用于脱硫、脱氧、变形夹杂物后，余下的才会残余在钢中，钢中残余的稀土含量少，稀土起的有利作用不够，稀土含量多，钢中残余的稀土夹杂物含量增加，对钢的成品探伤和性能有不利影响。

另外，本发明稀土以插杆***的加入方式，稀土的收得率比较高，稀土的高收得率说明钢中稀土生产的含稀土夹杂物比较少，钢中稀土残余量和稀土夹杂物含量二者对稀土钢的性能起着决定性的因素。

以下通过实施例对本发明作进一步的解释和说明

实施例1

炉号419V2-1885，钢种30CrNi2MoVA；

EF炉料全熔，温度1635℃，单管低压深吹氧，流渣去Si、去Mn，充分搅拌，1665℃钢渣混冲出钢，出完钢钢包及时除渣进LF精炼，入LF条件：温度1588℃，渣厚20mm；

LF喂Al线100m/40t炉，调整好氩气流量30L/min，LF还原彻底，渣白，取样分析后(包括全Al)，样回，全Al 0.015％，LF出钢即将钢包吊至下一工位成分：C0.30、Cr0.87、Ni1.79、Mo0.41、V0.11、S0.0030、P0.012，LF吊包至VD温度1579℃；

VD极限真空压力67pa，极限真空时间25min，极限真空下大流量吹Ar，吹Ar流量为150L/min，破空前2min，将吹Ar流量调到30L/min，破空后及时对钢液进行测温并取[H]样，[H]为1.0ppm，破空软吹氩8分钟后在钢液中以插杆***的加入方式加入稀土，加入量为5kg/40t炉，VD破空后总软吹时间控制为35min，温度1550℃吊包出钢，模铸浇注。

通过上述控制方法生产的30CrNi2MoVA钢，稀土收得率61％。对成品夹杂物进行检验，按GB/T10561-2005的A法检验与评级：A类(硫化物类)夹杂细系、粗系均为1.0级；B类(氧化铝类)夹杂细系为1.0级，粗系为0.5级；D类(单颗粒球状类)夹杂细系为1.0级，粗系为1.0级。探伤合格率100％。

实施例2

炉号419V2-1886，钢种30CrNi2MoVA；

EF炉料全熔，温度1630℃，单管低压深吹氧，流渣去Si、去Mn，充分搅拌，1660℃钢渣混冲出钢，出完钢钢包及时除渣进LF精炼，入LF条件：温度1583℃，渣厚20mm；

LF喂Al线100m/40t炉，调整好氩气流量30L/min，LF还原彻底，渣白，取样分析后(包括全Al)，样回，全Al 0.015％，LF出钢即将钢包吊至下一工位成分：C0.29、Cr0.85、Ni1.80、Mo0.40、V0.10、S0.0045、P0.013，LF吊包至VD温度1580℃；

VD极限真空压力67pa，极限真空时间25min，极限真空下大流量吹Ar，吹Ar流量为150L/min，破空前2min，将吹Ar流量调到30L/min，破空后及时对钢液进行测温并取[H]样，[H]为1.1ppm，破空软吹氩10分钟后在钢液中以插杆***的加入方式加入稀土，加入量为5kg/40t炉，VD破空后总软吹时间控制为35min，温度1550℃吊包出钢，模铸浇注。

通过上述控制方法生产的30CrNi2MoVA钢，稀土收得率70％。对成品夹杂物进行检验，按GB/T10561-2005的A法检验与评级：A类(硫化物类)夹杂细系为0.5级、粗系为1.0级；B类(氧化铝类)夹杂细系为1.0级，粗系为1.0级；D类(单颗粒球状类)夹杂细系0.5级、粗系为0.5级。探伤合格率100％。

Claims

1.30CrNi2MoVA钢VD工序稀土添加方法，采用EBT电炉冶炼+LF精炼+VD真空精炼生产30CrNi2MoVA钢，其特征在于：VD真空精炼破空后添加稀土，出钢，模铸浇注。

2.根据权利要求1所述的30CrNi2MoVA钢VD工序稀土添加方法，其特征在于：所述LF精炼完成脱氧、合金化后化学成分以质量百分数计为Al 0.01-0.05％、S≤0.006％、O≤0.0020％。

3.根据权利要求1或2所述的30CrNi2MoVA钢VD工序稀土添加方法，其特征在于：所述VD真空精炼破空后以插杆***的加入方式加入稀土。

4.根据权利要求1～3任一项所述的30CrNi2MoVA钢VD工序稀土添加方法，其特征在于：所述VD真空精炼破空后稀土添加量控制在0.1-0.15kg/t钢。

5.根据权利要求1～4任一项所述的30CrNi2MoVA钢VD工序稀土添加方法，其特征在于：所述LF精炼结束后控制炉渣中SiO₂的含量以质量百分数计≤10％。

6.根据权利要求1～5任一项所述的30CrNi2MoVA钢VD工序稀土添加方法，其特征在于：所述VD真空精炼极限真空度≤67Pa，极限真空下保持时间≥15min。

7.根据权利要求1～6任一项所述的30CrNi2MoVA钢VD工序稀土添加方法，其特征在于：所述VD真空精炼极限真空下吹Ar，Ar流量≥120L/min，破空前约1～2min，将Ar流量调到20～40L/min。

8.根据权利要求1～7任一项所述的30CrNi2MoVA钢VD工序稀土添加方法，其特征在于：所述VD真空精炼破空后立即取样分析，控制[H]≤2.5ppm，然后软吹、添加稀土，软吹流量为15-30L/min。

9.根据权利要求1～8任一项所述的30CrNi2MoVA钢VD工序稀土添加方法，其特征在于：所述VD真空精炼破空后软吹5～10min再添加稀土。

10.根据权利要求1～9任一项所述的30CrNi2MoVA钢VD工序稀土添加方法，其特征在于：所述VD真空精炼破空后软吹氩时间控制在30～50min。