CN111876688A - 一种高氮含硫易切削钢的冶炼方法 - Google Patents

一种高氮含硫易切削钢的冶炼方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高氮含硫易切削钢的冶炼方法，主要包括：转炉冶炼出钢→LF精炼炉→RH真空炉→连铸，通过出钢过程加入铝锭预脱氧，LF精炼炉造低碱度渣，在渣面中加入少量铝粒，提高扩散脱氧效率，使钢液得到较大的净化；RH真空炉采用氮气驱动，极限真空保持一定时间，破空后从一级泵退到四级泵，加入含氮合金，循环5min，这样可精准的控制钢中S含量和N含量，保证了钢水成分的窄范围精准控制，同时稳定了精炼周期，操作简单，适用于大批量生产；本方法简单有效，易操作、且可精准控制精炼时间、精炼成分，提高钢水质量，保证生产节奏，适合广泛推广。

Description

一种高氮含硫易切削钢的冶炼方法
技术领域
本发明属于易切削钢制造技术领域，具体涉及一种高氮含硫易切削钢的冶炼方法。
背景技术
国内很多厂家在生产高氮含硫易切削钢时，LF精炼炉采用高碱度渣料，这种高碱度渣系对钢中的S含量影响较大，尤其是S的收得率会受到较大影响，不容易稳定S窄范围控制。而钢中的N经过RH真空处理后处于较低水平，后期需要补加大量含氮合金或包芯线，开大底吹搅拌帮助合金融化，温降较大，且易造成钢水二次氧化。
《现代冶金》中有一篇标题名称为“C70S6BY非调质钢中硫的窄成分控制技术”论文，该文章阐述了C70S6BY非调质钢转炉运用高碳和顶渣技术进行渣洗脱硫的方法，LF通过调整渣系以及后续控制软吹时间的工艺措施，准确实现了C70S6BY钢中硫的窄成分控制。但与本发明比较，该文章采用转炉炉后造预熔精炼渣，精炼炉前期碱度偏高，降低了渣子流动性，渣量大，且RH真空处理后喂入大量含氮、硫包芯线，操作繁琐、处理周期长，不利于大批量生产。
另有一些文献中也公开了一些低碳高硫易切削钢的生产方法，但是普遍存在钢水没有进行真空处理，钢水纯净度较低，且不利于夹杂物控制，N的收得率不稳定等问题，因此，研发一种高氮含硫易切削钢的冶炼方法，实现钢水中化学元素的窄范围准确控制，提高钢材合格率，是行业内目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对现有技术中高氮含硫易切削钢在生产过程中存在氮、硫含量控制难度大，操作繁琐，且钢水纯净度低，不利于夹杂物控制及大批量生产等问题，提供一种高氮含硫易切削钢的冶炼方法；本发明方法简单有效，易操作、可精准控制精炼时间、精炼成分，提高钢水质量，保证生产节奏，保证钢水成分的窄范围精准控制，实现高氮含硫易切削钢的大批量稳定生产。
本发明的一种高氮含硫易切削钢的冶炼方法，所述易切削钢含有下述质量百分含量的化学元素：C：0.34～0.38%，Si：0.60～0.75%，Mn：0.95～1.05%，P≤0.045%，S：0.030～0.045%，Cr：0.10～0.25%，V：0.25～0.35%，Al≤0.030%，Mo≤0.06%，Ni≤0.20%，N：0.0150～0.0200%，O≤0.0020%；
所述易切削钢的冶炼方法主要包括：转炉冶炼出钢→LF精炼炉→RH真空炉→连铸，特别是：
（1）转炉冶炼出钢
①采用铁水和废钢为原料在转炉中进行冶炼，其中铁水占原料的质量分数为80-85%，废钢占原料的质量分数为15-20%，冶炼时控制铁水温度≥1350℃，P≤0.120%；冶炼终点时控制C：0.10-0.20%，P≤0.035%，出钢温度为1570-1600℃，采用滑板挡渣；
②出钢过程中向钢水中加入铝锭，铝锭的加入量为2.0-2.5kg/t，再向钢水中添加硅铁、硅锰、铬铁和钒铁调节钢水中Si的含量为0.60-0.75%、Mn含量为0.95-1.05%、Cr的含量为0.10-0.25%、V的含量为0.19-0.20%；
（2）LF精炼炉
①精炼炉造低碱度渣，将碱度控制在1.5-2.0，精炼渣含有下述重量百分比含量的成分：CaO：40-45%，SiO2：25-30%，Al2O3：8-13%，MgO：7-12%，其它为不可避免的氧化物杂质；
②精炼过程中向渣面加入铝粒脱氧，铝粒的加入量为0.4-0.5Kg/t，均匀地撒在渣面上，白渣保持时间≥15min；
③根据钢水中S含量，加入硫化亚铁将S调至0.035-0.045%，吊包至RH真空炉，控制精炼周期为55-60min；
（3）RH真空炉
①采用氮气驱动，流量90Nm3/h，处理极限真空度，即压力≤67Pa下，保持时间≥10min；
②破空后从一级泵退到四级泵，即压力从67Pa升到8000Pa，加入钒氮合金1.35kg/t，循环5min，调节钢水中V含量为0.28-0.30%，N含量为0.0150-0.0200%，再加入覆盖剂，吊包至连铸；
（4）连铸
采用电磁搅拌和弱冷制度的连铸工艺，电磁搅拌电流为350A，频率为3.5Hz；结晶器冷却水量为130-140m3/h，二冷水比水量为0.60-0.70L/Kg，155方连铸坯拉坯速度为2.2-2.4m/min，连铸坯矫直温度为950-1000℃，铸坯切割后入坑缓冷48h，避开高温脆化区域，消除应力。
上述步骤（3）所述的覆盖剂是指碳化谷壳，主要起钢水保温作用。
本发明就是通过出钢过程加入铝锭预脱氧，在LF精炼炉造低碱度渣（1.5-2.0），可以有效的将钢中S含量控制在稳定范围，在渣面中加入少量铝粒，提高扩散脱氧效率，使钢液得到较大的净化；RH真空炉采用氮气驱动，极限真空保持一定时间，破空后破空后从一级泵（真空度≤67Pa）退到四级泵（真空度8000Pa），加入含氮合金，循环5min，避免真空处理过程降N，这样可精准的控制钢中S含量和N含量，保证了钢水成分的窄范围精准控制，且大幅度降低了钢中夹杂物，提高了钢水纯净度，同时稳定了精炼周期，操作简单，适用于大批量生产。本方法简单有效，易操作、且可精准控制精炼时间、精炼成分，提高钢水质量，保证生产节奏。
本发明相对现有技术，具有如下优点：
（1）本发明通过LF精炼炉造低碱度渣（1.5-2.0），有效控制钢中S含量，保证生产节奏稳定；
（2）本发明通过RH真空炉采用氮气驱动，退泵循环等方法，精准控制钢中N含量，大幅度降低了钢中夹杂物，提高了钢水纯净度；
（3）本方法简单有效，易操作，适用于大批量生产。
本发明方法通过LF精炼炉造低碱度渣（1.5-2.0），可以有效的将钢中S含量控制在稳定范围，RH真空炉采用氮气驱动，极限真空保持一定时间，破空后破空后从一级泵（真空度≤67Pa）退到四级泵（真空度8000Pa），加入含氮合金，循环5min，避免真空处理过程降N，精准控制N含量，大幅度降低了钢中夹杂物，提高了钢水纯净度；本发明方法简单有效，易操作、可精准控制精炼时间、精炼成分，提高钢水质量，保证生产节奏，保证钢水成分的窄范围精准控制，实现高氮含硫易切削钢的大批量稳定生产。
具体实施方式
为了更好地解释本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行进一步的说明，下述实施例仅仅是示例性的说明本发明的技术方案，并不以任何形式限制本发明。
实施例1
本实施例的易切削钢的冶炼方法主要包括：转炉冶炼出钢→LF精炼炉→RH真空炉→连铸，特别是：
（1）转炉冶炼出钢
①采用铁水和废钢为原料在转炉中进行冶炼，其中铁水占原料的质量分数为81%，废钢占原料的质量分数为19%，冶炼时控制铁水温度1377℃，P：0.114%；冶炼终点时控制C：0.12%，P：0.023%，出钢温度为1595℃，采用滑板挡渣；
②出钢过程中向钢水中加入铝锭，铝锭的加入量为2.2kg/t，再向钢水中添加硅铁、硅锰、铬铁和钒铁调节钢水中Si的含量为0.65%、Mn含量为1.00%、Cr的含量为0.17%、V的含量为0.19%；
（2）LF精炼炉
①精炼炉造低碱度渣，将碱度控制在1.6，精炼渣含有下述重量百分比含量的成分：CaO：42.25%，SiO2：26.40%，Al2O3：10.11%，MgO：9.23%，其它为不可避免的氧化物杂质；
②精炼过程中向渣面加入铝粒脱氧，铝粒的加入量为0.40Kg/t，均匀地撒在渣面上，白渣保持时间16min；
③根据钢水中S含量，加入硫化亚铁将S调至0.040%，吊包至RH真空炉，控制精炼周期为56min；
（3）RH真空炉
①采用氮气驱动，流量90Nm3/h，处理极限真空度，即压力≤67Pa下，保持时间11min；
②破空后从一级泵退到四级泵，即压力从67Pa升到8000Pa，加入钒氮合金1.35kg/t，循环5min，调节钢水中V含量为0.29%，N含量为0.0162%，再加入覆盖剂，吊包至连铸；
（4）连铸
采用电磁搅拌和弱冷制度的连铸工艺，电磁搅拌电流为350A，频率为3.5Hz；结晶器冷却水量为135m3/h，二冷水比水量为0.60L/Kg，155方连铸坯拉坯速度为2.2-2.2m/min，连铸坯矫直温度为962℃，铸坯切割后入坑缓冷48h，避开高温脆化区域，消除应力。
上述步骤（3）所述的覆盖剂是指碳化谷壳，起钢水保温作用。
采用本实施例方法冶炼得到的高氮含硫易切削钢，含有下述质量百分含量的化学元素：C：0.36%，Si：0.65%，Mn：0.98%，P：0.025%，S：0.038%，Cr：0.15%，V：0.29%，Al≤0.010%，Mo：0.004%，Ni：0.02%，N：0.0162%，O≤0.0012%。
实施例2
本实施例的易切削钢的冶炼方法主要包括：转炉冶炼出钢→LF精炼炉→RH真空炉→连铸，特别是：
（1）转炉冶炼出钢
①采用铁水和废钢为原料在转炉中进行冶炼，其中铁水占原料的质量分数为80%，废钢占原料的质量分数为20%，冶炼时控制铁水温度1380℃，P：0.110%；冶炼终点时控制C：0.15%，P：0.026%，出钢温度为1590℃，采用滑板挡渣；
②出钢过程中向钢水中加入铝锭，铝锭的加入量为2.3kg/t，再向钢水中添加硅铁、硅锰、铬铁和钒铁调节钢水中Si的含量为0.65%、Mn含量为0.98%、Cr的含量为0.15%、V的含量为0.19%；
（2）LF精炼炉
①精炼炉造低碱度渣，将碱度控制在1.5，精炼渣含有下述重量百分比含量的成分：CaO：40.62%，SiO2：27.08%，Al2O3：10.32%，MgO：9.65%，其它为不可避免的氧化物杂质；
②精炼过程中向渣面加入铝粒脱氧，铝粒的加入量为0.42Kg/t，均匀地撒在渣面上，白渣保持时间16min；
③根据钢水中S含量，加入硫化亚铁将S调至0.038%，吊包至RH真空炉，控制精炼周期为56min；
（3）RH真空炉
①采用氮气驱动，流量90Nm3/h，处理极限真空度，即压力≤67Pa下，保持时间12min；
②破空后从一级泵退到四级泵，即压力从67Pa升到8000Pa，加入钒氮合金1.35kg/t，循环5min，调节钢水中V含量为0.29%，N含量为0.0155%，再加入覆盖剂，吊包至连铸；
（4）连铸
采用电磁搅拌和弱冷制度的连铸工艺，电磁搅拌电流为350A，频率为3.5Hz；结晶器冷却水量为138m3/h，二冷水比水量为0.62L/Kg，155方连铸坯拉坯速度为2.2m/min，连铸坯矫直温度为969℃，铸坯切割后入坑缓冷48h，避开高温脆化区域，消除应力。
上述步骤（3）所述的覆盖剂是指碳化谷壳，起钢水保温作用。
采用本实施例方法冶炼得到的高氮含硫易切削钢，含有下述质量百分含量的化学元素：C：0.35%，Si：0.65%，Mn：0.98%，P：0.029%，S：0.037%，Cr：0.15%，V：0.29%，Al≤0.012%，Mo：0.005%，Ni：0.02%，N：0.0155%，O≤0.0010%。
实施例3
本实施例的易切削钢的冶炼方法主要包括：转炉冶炼出钢→LF精炼炉→RH真空炉→连铸，特别是：
（1）转炉冶炼出钢
①采用铁水和废钢为原料在转炉中进行冶炼，其中铁水占原料的质量分数为85%，废钢占原料的质量分数为15%，冶炼时控制铁水温度1370℃，P：0.110%；冶炼终点时控制C：0.16%，P：0.026%，出钢温度为1585℃，采用滑板挡渣；
②出钢过程中向钢水中加入铝锭，铝锭的加入量为2.2kg/t，再向钢水中添加硅铁、硅锰、铬铁和钒铁调节钢水中Si的含量为0.68%、Mn含量为1.01%、Cr的含量为0.14%、V的含量为0.20%；
（2）LF精炼炉
①精炼炉造低碱度渣，将碱度控制在1.5，精炼渣含有下述重量百分比含量的成分：CaO：42.36%，SiO2：28.24%，Al2O3：9.32%，MgO：10.04%，其它为不可避免的氧化物杂质；
②精炼过程中向渣面加入铝粒脱氧，铝粒的加入量为0.40Kg/t，均匀地撒在渣面上，白渣保持时间15min；
③根据钢水中S含量，加入硫化亚铁将S调至0.040%，吊包至RH真空炉，控制精炼周期为56min；
（3）RH真空炉
①采用氮气驱动，流量90Nm3/h，处理极限真空度，即压力≤67Pa下，保持时间11min；
②破空后从一级泵退到四级泵，即压力从67Pa升到8000Pa，加入钒氮合金1.35kg/t，循环5min，调节钢水中V含量为0.30%，N含量为0.016%，再加入覆盖剂，吊包至连铸；
（4）连铸
采用电磁搅拌和弱冷制度的连铸工艺，电磁搅拌电流为350A，频率为3.5Hz；结晶器冷却水量为135m3/h，二冷水比水量为0.65L/Kg，155方连铸坯拉坯速度为2.3m/min，连铸坯矫直温度为975℃，铸坯切割后入坑缓冷48h，避开高温脆化区域，消除应力。
上述步骤（3）所述的覆盖剂是指碳化谷壳，起钢水保温作用。
采用本实施例方法冶炼得到的高氮含硫易切削钢，含有下述质量百分含量的化学元素：C：0.35%，Si：0.68%，Mn：1.01%，P：0.026%，S：0.040%，Cr：0.14%，V：0.30%，Al≤0.015%，Mo：0.004%，Ni：0.02%，N：0.016%，O≤0.0012%。
实施例4
本实施例的易切削钢的冶炼方法主要包括：转炉冶炼出钢→LF精炼炉→RH真空炉→连铸，特别是：
（1）转炉冶炼出钢
①采用铁水和废钢为原料在转炉中进行冶炼，其中铁水占原料的质量分数为83%，废钢占原料的质量分数为17%，冶炼时控制铁水温度1375℃，P：0.110%；冶炼终点时控制C：0.18%，P：0.020%，出钢温度为1582℃，采用滑板挡渣；
②出钢过程中向钢水中加入铝锭，铝锭的加入量为2.0kg/t，再向钢水中添加硅铁、硅锰、铬铁和钒铁调节钢水中Si的含量为0.65%、Mn含量为1.00%、Cr的含量为0.14%、V的含量为0.19%；
（2）LF精炼炉
①精炼炉造低碱度渣，将碱度控制在1.6，精炼渣含有下述重量百分比含量的成分：CaO：41.85%，SiO2：26.17%，Al2O3：9.85%，MgO：9.65%，其它为不可避免的氧化物杂质；
②精炼过程中向渣面加入铝粒脱氧，铝粒的加入量为0.40Kg/t，均匀地撒在渣面上，白渣保持时间15min；
③根据钢水中S含量，加入硫化亚铁将S调至0.040%，吊包至RH真空炉，控制精炼周期为55min；
（3）RH真空炉
①采用氮气驱动，流量90Nm3/h，处理极限真空度，即压力≤67Pa下，保持时间10min；
②破空后从一级泵退到四级泵，即压力从67Pa升到8000Pa，加入钒氮合金1.35kg/t，循环5min，调节钢水中V含量为0.29%，N含量为0.0165%，再加入覆盖剂，吊包至连铸；
（4）连铸
采用电磁搅拌和弱冷制度的连铸工艺，电磁搅拌电流为350A，频率为3.5Hz；结晶器冷却水量为138m3/h，二冷水比水量为0.65L/Kg，155方连铸坯拉坯速度为2.0m/min，连铸坯矫直温度为966℃，铸坯切割后入坑缓冷48h，避开高温脆化区域，消除应力。
上述步骤（3）所述的覆盖剂是指碳化谷壳，起钢水保温作用。
采用本实施例方法冶炼得到的高氮含硫易切削钢，含有下述质量百分含量的化学元素：C：0.36%，Si：0.65%，Mn：1.00%，P：0.021%，S：0.039%，Cr：0.14%，V：0.29%，Al≤0.015%，Mo：0.003%，Ni：0.02%，N：0.0165%，O≤0.0014%。
实施例5
本实施例的易切削钢的冶炼方法主要包括：转炉冶炼出钢→LF精炼炉→RH真空炉→连铸，特别是：
（1）转炉冶炼出钢
①采用铁水和废钢为原料在转炉中进行冶炼，其中铁水占原料的质量分数为82%，废钢占原料的质量分数为18%，冶炼时控制铁水温度1375℃，P：0.105%；冶炼终点时控制C：0.16%，P：0.018%，出钢温度为1579℃，采用滑板挡渣；
②出钢过程中向钢水中加入铝锭，铝锭的加入量为2.2kg/t，再向钢水中添加硅铁、硅锰、铬铁和钒铁调节钢水中Si的含量为0.65%、Mn含量为1.00%、Cr的含量为0.15%、V的含量为0.19%；
（2）LF精炼炉
①精炼炉造低碱度渣，将碱度控制在1.6，精炼渣含有下述重量百分比含量的成分：CaO：42.34%，SiO2：26.46%，Al2O3：10.85%，MgO：10.72%，其它为不可避免的氧化物杂质；
②精炼过程中向渣面加入铝粒脱氧，铝粒的加入量为0.45Kg/t，均匀地撒在渣面上，白渣保持时间15min；
③根据钢水中S含量，加入硫化亚铁将S调至0.039%，吊包至RH真空炉，控制精炼周期为58min；
（3）RH真空炉
①采用氮气驱动，流量90Nm3/h，处理极限真空度，即压力≤67Pa下，保持时间10min；
②破空后从一级泵退到四级泵，即压力从67Pa升到8000Pa，加入钒氮合金1.35kg/t，循环5min，调节钢水中V含量为0.29%，N含量为0.0160%，再加入覆盖剂，吊包至连铸；
（4）连铸
采用电磁搅拌和弱冷制度的连铸工艺，电磁搅拌电流为350A，频率为3.5Hz；结晶器冷却水量为135m3/h，二冷水比水量为0.68L/Kg，155方连铸坯拉坯速度为2.3m/min，连铸坯矫直温度为980℃，铸坯切割后入坑缓冷48h，避开高温脆化区域，消除应力。
上述步骤（3）所述的覆盖剂是指碳化谷壳，起钢水保温作用。
采用本实施例方法冶炼得到的高氮含硫易切削钢，含有下述质量百分含量的化学元素：C：0.35%，Si：0.65%，Mn：1.00%，P：0.019%，S：0.038%，Cr：0.15%，V：0.29%，Al≤0.014%，Mo：0.004%，Ni：0.02%，N：0.0160%，O≤0.0012%。
对实施例1～5的结果分析后，可以发现：采用本发明所生产的高氮含硫易切削钢，S、N稳定性好，O含量低，钢水纯净度高，精炼周期稳定，可操作性强。说明采用本发明方法生产的高氮含硫易切削钢工艺简单，钢材质量稳定，适用于大批量生产，优势明显。

Claims (2)

1.一种高氮含硫易切削钢的冶炼方法，所述易切削钢含有下述质量百分含量的化学元素：C：0.34～0.38%，Si：0.60～0.75%，Mn：0.95～1.05%，P≤0.045%，S：0.030～0.045%，Cr：0.10～0.25%，V：0.25～0.35%，Al≤0.030%，Mo≤0.06%，Ni≤0.20%，N：0.0150～0.0200%，O≤0.0020%；
所述易切削钢的冶炼方法主要包括：转炉冶炼出钢→LF精炼炉→RH真空炉→连铸，其特征在于：
（1）转炉冶炼出钢
①采用铁水和废钢为原料在转炉中进行冶炼，其中铁水占原料的质量分数为80-85%，废钢占原料的质量分数为15-20%，冶炼时控制铁水温度≥1350℃，P≤0.120%；冶炼终点时控制C：0.10-0.20%，P≤0.035%，出钢温度为1570-1600℃，采用滑板挡渣；
②出钢过程中向钢水中加入铝锭，铝锭的加入量为2.0-2.5kg/t，再向钢水中添加硅铁、硅锰、铬铁和钒铁调节钢水中Si的含量为0.60-0.75%、Mn含量为0.95-1.05%、Cr的含量为0.10-0.25%、V的含量为0.19-0.20%；
（2）LF精炼炉
①精炼炉造低碱度渣，将碱度控制在1.5-2.0，精炼渣含有下述重量百分比含量的成分：CaO：40-45%，SiO2：25-30%，Al2O3：8-13%，MgO：7-12%，其它为不可避免的氧化物杂质；
②精炼过程中向渣面加入铝粒脱氧，铝粒的加入量为0.4-0.5Kg/t，均匀地撒在渣面上，白渣保持时间≥15min；
③根据钢水中S含量，加入硫化亚铁将S调至0.035-0.045%，吊包至RH真空炉，控制精炼周期为55-60min；
（3）RH真空炉
①采用氮气驱动，流量90Nm3/h，处理极限真空度，即压力≤67Pa下，保持时间≥10min；
②破空后从一级泵退到四级泵，即压力从67Pa升到8000Pa，加入钒氮合金1.35kg/t，循环5min，调节钢水中V含量为0.28-0.30%，N含量为0.0150-0.0200%，再加入覆盖剂，吊包至连铸；
（4）连铸
采用电磁搅拌和弱冷制度的连铸工艺，电磁搅拌电流为350A，频率为3.5Hz；结晶器冷却水量为130-140m3/h，二冷水比水量为0.60-0.70L/Kg，155方连铸坯拉坯速度为2.2-2.4m/min，连铸坯矫直温度为950-1000℃，铸坯切割后入坑缓冷48h，避开高温脆化区域，消除应力。
2.根据权利要求1所述的一种高氮含硫易切削钢的冶炼方法，其特征在于：步骤（3）所述的覆盖剂是指碳化谷壳，起钢水保温作用。
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