CN111826581A - 一种弹簧钢的冶炼方法 - Google Patents
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Abstract
一种弹簧钢的冶炼方法属于冶金技术领域,其步骤为BOF初炼工序出钢过程依次加入钢砂铝、高碳锰铁、高碳铬铁、硅锰合金、白灰、精炼复合渣,出钢过程严禁下渣,出钢后喂入铝线;LF精炼工序中精炼渣系碱度为5.0~6.0,其成分组成及重量含量为CaO:50~55%、Al2O3:28~32%、SiO2:8~12%、MgO≤8%、(TFe+MnO)≤0.5%、其它成分:0.3~1.2%;VD真空处理过程中氩气流量150~400NL/min,破空后软吹时氩气流量≤18L/min;连铸工序拉速为0.56‑0.62 m/min。本发明可实现成品[P]含量≤0.015%,[S]含量≤0.003%,无大尺寸夹杂物。
Description
技术领域
本发明属于冶金技术领域,涉及一种弹簧钢的冶炼方法,尤其是一种51CrV4弹簧钢的冶炼方法。
背景技术
51CrV4是一种较高级的弹簧钢,德国钢材牌号为1.8159,被广泛应用在铁路列车、汽车、飞机等领域,可用于加工列车转向架用弹簧、阀门弹簧、活塞弹簧、安全阀弹簧等零部件。
51CrV4弹簧钢具有良好的力学性能和工艺性能,有较好的淬透性、良好的抗脱碳和阻止奥氏体晶粒长大的能力。其成份设计中加入V可促进晶粒细化,降低过热敏感性,提高强度和韧性。经过回火热处理后,具有较高的强度极限、疲劳极限、弹性极限以及良好的韧性和塑性。
51CrV4弹簧钢零件的疲劳性能主要取决于钢材的强度、夹杂物、白点、缩孔裂纹等缺陷。因此冶炼出钢材强度高、钢水纯净度好、H含量较低、低倍质量好、无缩孔裂纹等缺陷的钢材是生产51CrV4弹簧钢的技术难点。
申请号为CN 2015101375752的发明专利公开了一种Cr-Mn系列弹簧钢冶炼工艺,使用偏心底电炉(EBT)做为初炼炉,出钢时使用密度较轻的电石进行预脱氧,其消耗高、脱氧效果差,LF精炼过程脱氧、脱硫压力大。同时LF精炼渣系碱度控制1.5-2.5,脱硫效果有限,仅能达到成品[S]含量≤0.010%。VD真空过程氩气流量小,渣洗、搅拌、脱气强度有限。各工序工艺参数不具体,不利于指导实际生产。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供一种弹簧钢的冶炼方法,其技术方案是,包括以下步骤:
(1)BOF初炼工序:出钢过程依次加入钢砂铝、高碳锰铁、高碳铬铁、硅锰合金、白灰、精炼复合渣,出钢过程严禁下渣,出钢后按0.5~0.8kg/t钢喂入铝线,所述的精炼复合渣成分及重量百分含量为:CaO:45~55%,SiO2≤5.0%,Al2O3:35~45%,CaF2≤5.0%,MgO:3.0~8.0%;
(2)LF精炼工序:LF精炼渣系碱度为5.0~6.0,其由以下重量百分含量的组分构成CaO:50~55%、Al2O3:28~32%、SiO2:8~12%、MgO≤8%、(TFe+MnO)≤0.5%、TiO2及其它成分:0.3~1.2%;
(3)VD真空处理工序:真空过程中氩气流量为150~400NL/min,破空后软吹20~40min,软吹时氩气流量≤18L/min;
(4)连铸工序:连铸拉速为0.56~0.62m/min。
本发明所述BOF初炼工序,铁水温度1300~1450℃,其P≤0.130%、S≤0.035%、Si0.30~0.60%;铁水和废钢重量比为:铁水80~85%,废钢15~20%。前一炉冶炼结束后炉内留钢渣3~5t,底吹氮气进行溅渣护炉,氮气流量23000~26000m3/h,溅渣时间3~6min;冶炼过程加入白灰15~30kg/t钢、轻烧白云石10~25kg/t钢、石灰石30~40kg/t钢,烧结矿5~15kg/t钢,供氧时间14~17min。冶炼周期40~45min,出钢钢水中[C]≥0.08%,[P]≤0.012%,出钢温度1590~1620℃;出钢过程依次加入钢砂铝1.2~2kg/t钢、高碳锰铁8~10kg/t钢、高碳铬铁16~18kg/t钢、硅锰合金1~2kg/t钢、白灰6~7kg/t钢、精炼复合渣5~6kg/t钢。
本发明所述LF精炼工序,精炼过程白灰用量1~3kg/t钢、精炼复合渣用量0~2kg/t钢,使用碳化硅进行扩散脱氧,碳化硅用量为4~5kg/t钢,精炼过程氩气流量300~700NL/min。精炼时间60~90min,白渣保持时间≥20min;精炼过程最后15min仅给电加热进行温度调整,不再对成份进行调整。
本发明所述VD真空处理工序,真空度≤67Pa,真空时间15~18min;破空后喂铝线,按1.0~1.5kg/t加入预熔钢包覆盖剂。
本发明所述连铸工序,采用结晶器电磁搅拌及末端电磁搅拌,结晶器电搅电流100~150A频率2.0~3.0HZ,末端电搅电流100~150A,频率6.0~8.0HZ,结晶器液面波动范围控制±3mm,结晶器水量2600~3000L/min,比水量0.17~0.20L/kg,连铸中包过热控制20~35℃。使用中高碳中包覆盖剂及中碳结晶器保护渣,铸坯下线温度≥600℃,下线后缓冷,出坑温度≤200℃。
本发明所述弹簧钢为51CrV4弹簧钢,其断面直径为380mm,其化学成分及质量百分含量为:C:0.49~0.51%,Si:0.28~0.32%,Mn:0.90~0.95%,P≤0.015%,S≤0.003%,Al:0.020~0.035%,Cr:1.08~1.13%,V:0.14~0.16%,Ni≤0.08%,Cu≤0.05%,O≤12ppm,N≤60ppm,H≤1.2ppm,余量为Fe和不可避免的杂质。
采用本发明所产生的有益效果在于:本发明通过加强转炉脱氧合金化及工艺改进,可实现成品[P]含量≤0.015%。通过优化LF精炼渣系,可达到良好的脱氧、脱硫效果,保证成品[S]含量≤0.003%、[O]含量≤12ppm,同时钢水纯净度高,钢中夹杂物得到良好的控制,A类夹杂物≤0.5级,B类夹杂物≤0.5级,无C类夹杂物,D类夹杂物细系≤1.5级、粗系≤0.5级,无大尺寸夹杂物。VD真空脱气过程氩气流量大,可实现较大的渣洗、搅拌、脱气强度,可实现钢中[H]含量≤1.2ppm、[N]含量≤60ppm。
具体实施方式
下面结合例具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1-14
本发明采用BOF初炼-LF精炼-VD真空处理-连铸的工艺路线,冶炼∮380mm断面弹簧钢51CrV4,具体工艺如下所述:
(1)BOF初炼工序,入炉铁水温度1300~1450℃,其P≤0.130%、S≤0.035%、Si0.30~0.60%;铁水和废钢重量比为:铁水80~85%,废钢15~20%。前一炉冶炼结束后炉内留钢渣3~5t,底吹氮气进行溅渣护炉,氮气流量23000~26000m3/h,溅渣时间3~6min;冶炼过程加入白灰15~30kg/t钢、轻烧白云石10~25kg/t钢、石灰石30~40kg/t钢,烧结矿5~15kg/t钢,氧气消耗40~50m3/t,供氧时间14~17min。冶炼周期40~45min,出钢钢水中[C]≥0.08%,[P]≤0.012%,出钢温度1590~1620℃;出钢过程依次加入钢砂铝1.2~2kg/t钢、高碳锰铁8~10kg/t钢、高碳铬铁16~18kg/t钢、硅锰合金1~2kg/t钢、白灰6~7kg/t钢、精炼复合渣5~6kg/t钢,出钢过程严禁下渣。出钢后按0.5~0.8kg/t钢喂入铝线。所述的精炼复合渣成分及重量百分含量为:CaO:45~55%,SiO2≤5.0%,Al2O3:35~45%,CaF2≤5.0%,MgO:3.0~8.0%;所述的白灰为优质精炼白灰,其成分组成及重量含量为:CaO≥90%、MgO≤5.0%、SiO2≤2.0%、S≤0.030%,其余为杂质成分;性能指标要求:灼减≤4%、活性度≥320、粒度10-50mm≥90%。
(2)LF精炼工序,精炼过程白灰用量1~3kg/t钢、精炼复合渣用量0~2kg/t钢,使用碳化硅进行扩散脱氧,碳化硅用量为4~5kg/t钢,精炼过程氩气流量300~700NL/min。精炼时间60~90min,白渣保持时间≥20min;精炼过程最后15min仅给电加热进行温度调整,不再对成份进行调整。LF精炼渣系碱度为5.0~6.0,其由以下重量百分含量的组分构成CaO:50~55%、Al2O3:28~32%、SiO2:8~12%、MgO≤8%、(TFe+MnO)≤0.5%、TiO2及其它成分:0.3~1.2%。
(3)VD真空处理工序,真空度≤67Pa,真空时间15~18min;真空过程中氩气流量为150~400NL/min,破空后软吹20~40min,软吹时氩气流量≤18L/min;破空后喂铝线,按1.0~1.5kg/t加入预熔钢包覆盖剂,预熔钢包覆盖剂的成分及重量百分含量为:CaO:9~17%,SiO2:29~39%,Al2O3:6~14%,MgO≤6.0%,Fe2O3≤5.0%,C固:20~35%。
(4)连铸工序:连铸拉速为0.56~0.62m/min。采用结晶器电磁搅拌及末端电磁搅拌,结晶器电搅电流100~150A频率2.0~3.0HZ,末端电搅电流100~150A,频率6.0~8.0HZ,结晶器液面波动范围控制±3mm,结晶器水量2600~3000L/min,比水量0.17~0.20L/kg,连铸中包过热控制20~35℃。使用中高碳中包覆盖剂及中碳结晶器保护渣,中高碳中包覆盖剂的成分及重量百分含量为:C:7~17%,CaO:24~40%,SiO2:20~36%,Al2O3≤10%,MgO≤8.0%,Fe2O3≤5.0%,中碳结晶器保护渣的成分及重量百分含量为:C:12.5±4.0%,CaO:28.5±5.0%,SiO2:30±5.0%,Al2O3:11±4.0%,MgO≤7.0%,Fe2O3≤5.0%,R2O(Na2O+K2O):5.5±3.0%。铸坯下线温度≥600℃,下线后缓冷,出坑温度≤200℃。
通过上述工艺,可得低倍质量好、无缩孔裂纹等缺陷的51CrV4弹簧钢连铸坯。经过轧制工艺,可得力学性能满足标准要求,且夹杂物含量低的51CrV4弹簧钢轧材。
本发明各实施例51CrV4弹簧钢连铸坯成分见表1,各生产工序控制参数见表2-12;连铸坯低倍检测情况见表13;轧材低倍检测情况见表14;轧材性能检测情况见表15;轧材高倍夹杂物及晶粒度检测情况见表16。
表1.各实施例51CrV4弹簧钢连铸坯成分及含量(%)
表2.各实施例BOF初炼工序参数控制-1
表3.各实施例BOF初炼工序参数控制-2
表4.各实施例BOF初炼工序参数控制-3
表5.各实施例精炼复合渣成分及重量百分含量(%)
实施例 | CaO/% | SiO<sub>2</sub>/% | Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>/% | CaF<sub>2</sub>/% | MgO/% |
1 | 45.3 | 4.1 | 45.0 | 2.0 | 3.6 |
2 | 50.2 | 3.9 | 38.7 | 2.3 | 4.9 |
3 | 51.6 | 1.8 | 39.4 | 3.2 | 4.0 |
4 | 45.0 | 4.2 | 41.8 | 2.4 | 6.6 |
5 | 53.2 | 1.5 | 41.5 | 0.8 | 3.0 |
6 | 54.2 | 0.8 | 41.2 | 0.5 | 3.3 |
7 | 45.0 | 1.9 | 41.5 | 4.6 | 7.0 |
8 | 53.8 | 3.6 | 35.0 | 2.6 | 5.0 |
9 | 54.5 | 2.8 | 36.4 | 3.3 | 3.0 |
10 | 47.1 | 5.0 | 39.5 | 2.8 | 5.6 |
11 | 51.2 | 3.4 | 35.7 | 1.7 | 8.0 |
12 | 52.8 | 1.2 | 37.4 | 3.0 | 5.6 |
13 | 46.7 | 0.6 | 39.9 | 5.0 | 7.8 |
14 | 50.2 | 2.7 | 38.9 | 2.6 | 5.6 |
表6.各实施例LF精炼工序参数控制
表7.各实施例LF精炼渣系碱度、成分及重量百分含量(%)
实施例 | 碱度 | CaO/% | Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>/% | SiO<sub>2</sub>/% | MgO/% | TFe+MnO/% | 其它/% |
1 | 5.6 | 53.6 | 30.4 | 9.5 | 5.6 | 0.37 | 0.53 |
2 | 5.9 | 52.8 | 31.7 | 8.9 | 5.8 | 0.49 | 0.31 |
3 | 6.0 | 52.9 | 28.9 | 8.8 | 7.8 | 0.41 | 1.19 |
4 | 5.3 | 54.1 | 29.1 | 10.2 | 5.0 | 0.4 | 1.20 |
5 | 5.9 | 54.7 | 30.4 | 9.3 | 4.3 | 0.35 | 0.95 |
6 | 5.6 | 52.6 | 29.1 | 9.4 | 7.8 | 0.39 | 0.71 |
7 | 5.9 | 52.8 | 31.1 | 8.9 | 5.8 | 0.35 | 1.05 |
8 | 6.0 | 52.9 | 30.4 | 8.8 | 6.6 | 0.20 | 1.10 |
9 | 5.2 | 54.5 | 31.7 | 10.4 | 1.9 | 0.41 | 1.09 |
10 | 5.9 | 54.7 | 30.7 | 9.3 | 3.8 | 0.42 | 1.08 |
11 | 6.0 | 50.1 | 32.0 | 8.3 | 8.0 | 0.42 | 1.18 |
12 | 5.8 | 55.0 | 28.7 | 9.5 | 5.7 | 0.41 | 0.69 |
13 | 5.0 | 52.8 | 30.2 | 10.5 | 5.7 | 0.37 | 0.43 |
14 | 5.8 | 51.9 | 29.9 | 8.9 | 7.7 | 0.46 | 1.14 |
表8.各实施例VD真空处理工序参数控制
表9.各实施例预熔钢包覆盖剂成分及重量百分含量(%)
表10.各实施例连铸工序参数控制
表11.各实施例中高碳中包覆盖剂成分及重量百分含量(%)
表12.各实施例中碳结晶器保护渣成分及重量百分含量(%)
实施例 | C/% | CaO/% | SiO<sub>2</sub>/% | Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>/% | MgO/% | Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>/% | Na<sub>2</sub>O+K<sub>2</sub>O/% |
1 | 13.9 | 30.5 | 31.1 | 7 | 5.5 | 3.9 | 8.1 |
2 | 16.5 | 27.6 | 30.1 | 12.1 | 1.7 | 4.3 | 7.7 |
3 | 8.5 | 29.7 | 32.5 | 11.8 | 6.5 | 4.7 | 6.3 |
4 | 13.5 | 33.5 | 26 | 13.9 | 3.3 | 4.1 | 5.7 |
5 | 9.1 | 32.8 | 31.9 | 13.3 | 7 | 1.8 | 4.1 |
6 | 16.1 | 23.5 | 34.7 | 12.1 | 4.2 | 2.1 | 7.3 |
7 | 12 | 24.1 | 35 | 14.2 | 5.9 | 2.7 | 6.1 |
8 | 14.8 | 31.4 | 25 | 14.9 | 6.1 | 1.1 | 6.7 |
9 | 10.5 | 28.8 | 34.1 | 11.3 | 5.4 | 5 | 4.9 |
10 | 14 | 25.6 | 33.8 | 10.1 | 5.7 | 2.3 | 8.5 |
11 | 9.8 | 30.4 | 31.4 | 15 | 4.8 | 2.5 | 6.1 |
12 | 15.7 | 31 | 29.2 | 12.9 | 6.6 | 2.1 | 2.5 |
13 | 15.8 | 32.6 | 27.5 | 9.2 | 3.8 | 3.3 | 7.8 |
14 | 11.4 | 31.9 | 34.3 | 10.8 | 5.2 | 2.9 | 3.5 |
表13.各实施例连铸坯低倍检测情况
表14.各实施例轧材低倍检测情况
表15.各实施例轧材性能检测情况
表16.各实施例轧材高倍夹杂物及晶粒度检测情况
Claims (10)
1.一种弹簧钢的冶炼方法,其特征在于,其包括以下步骤:
(1)BOF初炼工序:出钢过程依次加入钢砂铝、高碳锰铁、高碳铬铁、硅锰合金、白灰、精炼复合渣,出钢过程严禁下渣,出钢后按0.5~0.8kg/t钢喂入铝线,所述的精炼复合渣成分及重量百分含量为:CaO:45~55%,SiO2≤5.0%,Al2O3:35~45%,CaF2≤5.0%,MgO:3.0~8.0%;
(2)LF精炼工序:LF精炼渣系碱度为5.0~6.0,其由以下重量百分含量的组分构成CaO:50~55%、Al2O3:28~32%、SiO2:8~12%、MgO≤8%、(TFe+MnO)≤0.5%、TiO2及其它成分:0.3~1.2%;
(3)VD真空处理工序:真空过程中氩气流量为150~400NL/min,破空后软吹20~40min,软吹时氩气流量≤18L/min;
(4)连铸工序:连铸拉速为0.56-0.62 m/min。
2.根据权利要求1所述的弹簧钢的冶炼方法,其特征在于:所述BOF初炼工序,铁水温度1300~1450℃,其P≤0.130%、S≤0.035%、Si 0.30~0.60%;铁水和废钢重量比为:铁水80~85%,废钢15~20%。
3.根据权利要求2所述的弹簧钢的冶炼方法,其特征在于:所述BOF初炼工序,前一炉冶炼结束后炉内留钢渣3~5t,底吹氮气进行溅渣护炉,氮气流量23000~26000m3/h,溅渣时间3~6min;冶炼过程加入白灰15~30kg/t钢、轻烧白云石 10~25kg/t钢、石灰石 30~40kg/t钢,烧结矿5~15kg/t钢,供氧时间14~17min。
4.根据权利要求3所述的弹簧钢的冶炼方法,其特征在于:所述BOF初炼工序,冶炼周期40~45min,出钢钢水中[C]≥0.08%,[P]≤0.012%,出钢温度1590~1620℃;出钢过程依次加入钢砂铝1.2~2kg/t钢、高碳锰铁8~10kg/t钢、高碳铬铁16~18kg/t钢、硅锰合金1~2kg/t钢、白灰6~7kg/t钢、精炼复合渣5~6kg/t钢。
5.根据权利要求4所述的弹簧钢的冶炼方法,其特征在于:所述LF精炼工序,精炼过程白灰用量1~3kg/t钢、精炼复合渣用量0~2kg/t钢,使用碳化硅进行扩散脱氧,碳化硅用量为4~5kg/t 钢,精炼过程氩气流量300~700NL/min。
6.根据权利要求5所述的弹簧钢的冶炼方法,其特征在于:LF精炼工序,精炼时间60~90min,白渣保持时间≥20min;精炼过程最后15min仅给电加热进行温度调整,不再对成份进行调整。
7.根据权利要求6所述的弹簧钢的冶炼方法,其特征在于:所述VD真空处理工序,真空度≤67Pa,真空时间15~18min;破空后喂铝线,按1.0~1.5kg/t加入预熔钢包覆盖剂。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的弹簧钢的冶炼方法,其特征在于:所述连铸工序,采用结晶器电磁搅拌及末端电磁搅拌,结晶器电搅电流100~150A频率2.0~3.0HZ,末端电搅电流100~150A,频率6.0~8.0HZ,结晶器液面波动范围控制±3mm,结晶器水量2600~3000 L/min,比水量0.17~0.20L/kg,连铸中包过热控制20~35℃。
9.根据权利要求1-7任意一项所述的弹簧钢的冶炼方法,其特征在于:所述连铸工序,使用中高碳中包覆盖剂及中碳结晶器保护渣,铸坯下线温度≥600℃,下线后缓冷,出坑温度≤200℃。
10.根据权利要求1-7任意一项所述的弹簧钢的冶炼方法,其特征在于:所述弹簧钢为51CrV4弹簧钢,其断面直径为380mm,其化学成分及质量百分含量为:C:0.49~0.51%,Si:0.28~0.32%,Mn:0.90~0.95%,P≤0.015%,S≤0.003%,Al:0.020~0.035%,Cr:1.08~1.13%,V:0.14~0.16%,Ni≤ 0.08%,Cu≤ 0.05%,O≤ 12ppm,N≤ 60ppm,H≤ 1.2ppm,余量为Fe和不可避免的杂质。
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