CN113502434B - 一种航空用30CrMnSiNi2A高强钢及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种航空用30CrMnSiNi2A高强钢及生产方法；所述航空用30CrMnSiNi2A高强钢中化学成分和重量百分比为：C：0.27～0.34，Si：0.90～1.20，Mn：1.00～1.30，Cr：0.90～1.20，Ni：1.40～1.80，Al：0.015～0.03，Mo：0.02～0.03，V：0.02～0.03，Ti：0.015～0.025，W：0.15～0.2，P≤0.012，S≤0.01，其余为Fe。本发明的一种航空用30CrMnSiNi2A高强钢及生产方法，完全由电炉连铸+炉外精炼+电渣重熔替代了国外一直采用的电炉模铸+炉外精炼+电渣重熔的冶炼工艺，使得材料组织性能和疲劳性能提高效果明显。通过此方法可进行批量化、***性、节能性的生产，对能源及成本节省较明显。

Description

一种航空用30CrMnSiNi2A高强钢及其生产方法
技术领域
本发明属于金属材料技术领域；尤其涉及一种航空用30CrMnSiNi2A高强钢及其生产方法。
背景技术
随着我国航空航天工业技术的快速发展，在航空航天领域对飞机起落架用钢的抗冲击性、抗疲劳强度、韧塑性等要求苛刻。目前，国际及我国通用的客机及部分军机起落架均采用高强钢品种30CrMnSiNi2A材料，随着我国航空工业及国防工业的快速发展，高强钢30CrMnSiNi2A钢的需求将大幅增加。批量及稳定生产对该钢的生产工艺技术提出了更高的要求。
对于起落架用30CrMnSiNi2A钢，由于该钢的特性及生产过程中极易出现横裂、纵裂缺陷，因此国外一直采用电炉模铸+炉外精炼+电渣重熔的冶炼工艺；而该工艺无法进行批量化、***性、节能性的生产，对能源及成本浪费较大，因此采用电炉连铸+炉外精炼+电渣重熔的冶炼工艺生产高强钢30CrMnSiNi2A，成为该材料技术上突破的关键环节和发展趋势。
为解决现有材料生产过程中极易出现横裂、纵裂缺陷以及无法进行批量化、***性、节能性的生产，对能源及成本浪费较大的问题，需要设计开发及研制生产出一种航空用30CrMnSiNi2A高强钢连铸电极坯电渣重熔钢及其生产方法，实现产品性能稳定、疲劳性能良好、实物质量达到国际先进水平，突破该钢材国际国内通行的模铸电极坯生产工艺模式，大幅提升该产品在国内市场的竞争力。
发明内容
本发明的目的是提供了一种航空用30CrMnSiNi2A高强钢及其生产方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种航空用30CrMnSiNi2A高强钢中化学成分和重量百分比为：C：0.27～0.34，Si：0.90～1.20，Mn：1.00～1.30，Cr：0.90～1.20，Ni：1.40～1.80，Al：0.015～0.03，Mo：0.02～0.03，V：0.02～0.03，Ti：0.015～0.025，W：0.15％～0.2％，P≤0.012，S≤0.01，其余为Fe。
本发明还涉及一种航空用30CrMnSiNi2A高强钢的生产方法，包括Consteel电炉初炼、LF精炼、VD真空脱气、弱氩操作、连铸浇注、连铸坯入坑保温及去应力退火、电渣重熔及电渣锭去应力退火、电渣锭加热开坯、过程坯加热、连轧及保温、退火十个步骤。具体为：
(1)Consteel电炉初炼
炼钢原料由高炉铁水及含低磷的返回废钢组成，冶炼初期全熔后采用1510～1540℃温度进行冶炼造渣，利用在较低温度下脱P反应有利于向正反应方向生成P2O5进入渣中能够有效进行脱P，杜绝后期钢材产生磷脆影响钢材质量减轻钢材后续裂纹敏感度；全熔后炉内温度为1560℃以上，控制供氧制度对炉内进行有效的C、O反应，提高炉内温度，在进行脱碳的同时进行脱硫反应；其中，电炉渣料以石灰、白云石为主，分批次加入；每批加料的用量为：石灰500～800Kg，白云石200～400Kg，渣料总耗量50～80Kg/吨；
电炉冶炼完毕出钢时，采用偏心底出钢方式，为防止电炉下渣要求炉内留钢量≥40吨，出钢时间≥120s，出钢量在60±5吨，出钢温度≥1620℃；出钢时大包渣料配比及用量：石灰600±50Kg、复合脱氧剂100±10Kg，预熔渣200Kg，预脱氧Al加入量折合纯铝1.5Kg/t，总渣量：1000Kg～1200Kg；
出钢合金加入量根据出钢量，按内控成分要求计算加入，其中，加入的合金元素为低碳铬铁、锰铁、硅铁、镍板及纯铝+钢芯铝，电炉出钢终点成分控制C≥0.06％、P≤0.012％，其余残余有害元素含量符合内控要求。
(2)LF精炼
入LF精炼工位钢液温度≥1500℃，出钢结束至入精炼工位时间控制在15分钟以内；给电加热≥10分钟后，温度≥1560℃，取样分析化学成分根据化学成分进行分批次适当的加入所需合金元素进行成分调整；精炼过程氩气控制：流量100～400NL/min。根据到LF工位渣况情况可根据钢中磷、硫含量及渣况等适当加石灰(0-100Kg)和萤石(0～50Kg)、调渣，不得加入工艺规定之外的渣料。渣系目标成分：CaO：50％～58％，SiO2：10％～15％，MgO：3％～6％，Al2O3：18％～25％。
精炼过程铝控制：入LF精炼工位时要求Al含量为0.020～0.030％；若到LF工位铝含量较低可按照内控要求采用喂线机进行喂铝线调整铝成分或Al含量不在0.020-0.030％之间，则在LF精炼前期按0.030％目标一次喂Al，达到完全脱氧的目的。VD后若钢中Al烧损较严重(≥50％)含量采用喂线方式将Al调整到0.020％-0.030％；
精炼结束要求钢水化学成分达到如下内控范围内：C：0.29～0.31％，Si：1.00～1.10％，Mn：1.10～1.20％，Cr：1.00～1.10％，Ni：1.50～1.65％，Al：0.015-0.030％，Mo：0.02～0.03％。
(3)VD真空脱气
LF炉精炼结束后对钢水进行真空VD脱气操作，并且要求钢水温度在1630℃～1650℃的时候进行脱气操作。入VD脱气前介质满足条件：水压≥0.5MPa，水温≤30℃，蒸汽压力≥0.8MPa，蒸汽温度≥180℃。VD过程氩气流量控制：粗真空(>200乇)期间按照50～100NL/min控制，极真空期间按照150～200NL/min控制，根据透气性可做适当的调节，保证破渣面200～300mm。破空前2～3min按照50-150NL/min控制，调整至弱氩标准，渣面蠕动，不裸露钢水。
(4)弱氩操作
待钢水各项元素成分全部符合内控要求后，按照工艺进行弱氩操作以便进一步均匀钢水成分，去处夹杂物、有害气体、杂质等。弱氩过程中要求氩气主吹流量50～150NL/min，辅吹流量30～50NL/min，渣面蠕动，钢水不裸露。在满足大包钢水浇铸温度的前提下弱氩时间必须≥20min。
(5)连铸浇注
弱氩结束后钢水测温第一包达到1560～1580℃；连浇包达到1545～1565℃时吊包入连铸机进行连铸浇注连铸坯，得到气体含量较低及内生夹杂物达到高品质钢标准要求的半成品铸坯。
(6)连铸坯入坑保温及去应力退火
连铸坯长度根据提坯要求切割；250×280mm连铸坯坑冷要求：连铸坯切割后及时入坑缓冷，保证连铸坯入坑温度≥700℃，铸坯缓冷时间大于36小时并按现行热送退火《锭、坯热送管理规定(试行)》执行。其去应力退火工艺曲线见图2所示。
(7)电渣重熔过程及电渣锭去应力退火
采用现有250mm×280mm连铸坯进行电渣重熔生产Φ470mm锭。电渣炉渣系配比：电渣重熔渣系采用四元渣(CaF2：60％、Al2O3：30％、CaO：8％、MgO：2％)。电渣重熔过程控制：电渣重熔过程采用普通电渣炉冶炼生产，并根据电极坯成分及成品要求，确定脱氧剂的用量，要求过程分批均匀加入；控制冶炼过程熔速的恒定，熔速控制6.0kg±0.5kg/min，冷却水温：40℃～55℃。其去应力退火工艺见图3所示。
(8)电渣锭加热开坯
过程参数控制为：电渣锭入炉时要求炉温≤500℃，入炉后均温1～2h后再进行升温操作，500～800℃预热阶段要减小风量，Ф470mm锭均温时间按1～1.5h控制。加热时严禁烧高温，曲线标识温度为实际钢锭温度，钢温与炉温偏差为20℃～80℃。电渣锭开轧温度：1100℃～1150℃，终轧温度≥950℃。Φ470mm电渣锭轧制开过程坯控制为240mm×240mm长度5300～5900mm，尺寸偏差±5mm，长度偏差±30mm；开坯后方坯及时入坑缓冷保温，保温时间≥48h。
(9)过程坯加热、连轧及保温
过程坯加热过程控制为，预热段温度≤850℃，加热段温度1100-1200℃，均热段温度1160-1220℃，；连铸坯总加热时间≥4h，高温扩散时间≥2.0h；
轧制过程水除鳞控制：两道次喷水除鳞，使得240×240mm方坯表面温降低50～80℃，形成一个方坯截面非均温温度梯度分布水除鳞压力20-25Mpa，除磷效果≥95％，开轧温度1030～1120℃，终轧温度≥850℃，钢材采用快床收集下冷床后及时入保温坑保温，入坑温度≥400℃，保温时间≥24h，出坑温度≤150℃；
(10)退火
采用连续退火炉对连轧后钢材进行退火制备得到一种高品质航空用30CrMnSiNi2A高强钢，钢材保温后在8h内入退火炉热处理，退火温度：720℃±10℃，辊速：4.0m/h，且采用退火炉为14区阶段式连续退火炉温控退火，退火温度区间范围600-720℃。
本发明方法的设计原理包括以下三个方面：
第一：采用低P及Mo、V、Ti、Al复合微合金化设计①熔化期1510-1550℃造渣，利用脱P反应在较低温度下有利于向正反应方向进行的有利时机进行有效脱P，冶炼过程中采用金属Mn替代低碳锰铁合金进一步抑制LF精炼过程钢水增P。②合理控制Mo、V、Ti、Al等元素加入量使得钢晶粒粗化温度提高，少量Mo、V、Ti、Al的添加(Mo、V加入量0.02％～0.03％较合适、Ti加入量0.015％～0.025％较合适、Al加入量0.015％～0.030％较合适)可有效延迟和抑制钢的晶粒长大趋向，使钢具有超细化晶粒，防止钢锭出现横裂纹、纵裂纹质量缺陷。
第二：设计电渣重熔高强钢洁净冶炼等技术。①电极坯料的优化处理：电极坯去应力退火热处理控制(连铸电极坯入退火炉升温加热至740～760℃进行去应力退火)、电极坯料表面抛丸处理；②合理的填充比选择：合理的电渣重熔填充比应控制在0.20～0.60之间，我公司根据目前装备水平，合理选择搭配连铸电极坯，使填充比保持在0.23～0.52的合理控制范围内，保证了电渣重熔质量和生产效率；③电渣重熔渣系开发及特殊脱氧剂加入量的控制：采用我公司自主研发的高纯度重熔提纯渣及独创的“三元渣”和“四元渣”相结合，在不同渣量下电渣重熔后钢中夹杂物的实际检验情况，最终确定了渣系选择及渣量控制；同时在电渣重熔过程中对特殊脱氧剂加入量进行控制，以确保电渣锭的表面质量。
第三：电渣重熔高强度钢氧含量控制技术。为了有效地控制电渣锭中的氧含量，必须使用脱氧剂对自耗电极进行终脱氧，对自耗电极表面进行处理，严格控制渣中不稳定氧化物的含量，以及降低电渣重熔过程中气氛中的氧含量。
①采用连铸电极坯代替模铸锻制电极坯，同时对电极坯料进行表面抛丸处理，以去除表面氧化铁皮。由于连铸电极坯的浇铸模式较模铸电极坯相比，生产过程中所采用的设备更先进、与大气的接触更少、气体氩保护效果好，因此原始电极坯氧含量更低；
②电渣重熔过程中气氛中的氧是指渣池上方大气中的氧，一直被看作是电渣重熔时氧的一个重要来源.它通过熔化前电极的表面氧化和直接渗过渣层这两个途径而转入金属熔池，为降低电渣重熔过程中气氛中的氧含量，我公司在电渣重熔全过程采用自主设计的氩气保护装置，使钢液在熔炼过程中始终有惰性气体保护，有效地防止钢液的二次氧化。
通过试验生产及小批量正式试生产的实践表明，惰性气体保护电渣重熔效果显著，钢材氧含量可达到19PPm以下，比普通工艺冶炼的氧含量平均值可下降30％左右。
本发明具有以下优点：
①本发明的一种航空用30CrMnSiNi2A高强钢及其生产方法，设计了钼、钒、钛、铝合理配比，可有效延迟和抑制钢的晶粒长大趋向，使钢具有超细化晶粒，防止钢锭出现横裂纹、纵裂纹质量缺陷。具体参数为Mo：0.02～0.03，V：0.02～0.03，Ti：0.015～0.025，Al：0.015～0.03。
②本发明的一种航空用30CrMnSiNi2A高强钢及其生产方法，通过采用自主开发的高纯度重熔提纯渣冶炼新工艺，结合现有的炉外精炼及真空脱气技术，积极控制钢中的有害元素含量，使30CrMnSiNi2A钢中的有害元素含量有大幅度下降，杜绝“冷脆”引起的钢材裂纹发生，P含量可达到0.012％水平并远低于标准规定。
③本发明的一种航空用30CrMnSiNi2A高强钢及其生产方法，为提高钢材基体质量连续性及致密性采用电渣重熔高强度钢夹杂物控制技术。利用电流通过熔渣时产生的电阻热作为热源对自耗电极坯二次提纯精炼的方法。通过研究电极坯料的优化处理、电力制度设计、合理的填充比选择、电渣重熔渣系开发及特殊脱氧剂加入量的控制等，夹杂物控制水平得到了显著的提高，以确保电渣锭的表面质量。
④本发明的一种航空用30CrMnSiNi2A高强钢及其生产方法，为了有效地控制电渣锭中的氧含量，使用脱氧剂对自耗电极进行终脱氧，对自耗电极表面进行处理，严格控制渣中不稳定氧化物的含量，以及降低电渣重熔过程中气氛中的氧含量。有效避免氧含量过高会大大降低钢的材强度、韧性、致密度等。实践表明，惰性气体保护电渣重熔效果显著，钢材氧含量可达到25PPm以下，最低为9.8PPm，比普通工艺冶炼的氧含量平均值可下降30％左右。
⑤本发明的一种航空用30CrMnSiNi2A高强钢及其生产方法，开坯两火产材、中间坯水除鳞、14区阶段式连续退火工艺效果显著，钢材表面质量得到提升，废品率降低，有效成本增加少。
⑥本发明的一种航空用30CrMnSiNi2A高强钢及其生产方法，完全由炉外精炼+电炉连铸+电渣重熔替代了国外一直采用的电炉模铸+炉外精炼+电渣重熔的冶炼工艺，使得材料组织性能和疲劳性能提高效果明显。通过此方法可进行批量化、***性、节能性的生产，对能源及成本节省较明显。
附图说明
图1是本发明所涉及的航空用30CrMnSiNi2A高强钢的显微组织结构图；
图2是本发明工艺步骤中连铸坯去应力退火工艺的曲线图；
图3是本发明工艺步骤中电渣重熔电渣锭去应力退火工艺的曲线图；
图4是对比例中所涉及的退火工艺图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。应当指出的是，以下的实施实例只是对本发明的进一步说明，但本发明的保护范围并不限于以下实施例。
实施例1
本实施例涉及一种航空用30CrMnSiNi2A高强钢及其生产方法，包括Consteel电炉初炼、LF精炼、VD真空脱气、弱氩操作、连铸浇注、连铸坯入坑保温及去应力退火、电渣重熔及电渣锭去应力退火、电渣锭加热开坯、过程坯加热、连轧及保温、退火十个步骤，具体为：
(1)Consteel电炉初炼
炼钢原料由高炉铁水及含低磷的返回废钢组成，冶炼初期全熔后采用1510～1540℃温度进行冶炼造渣，利用在较低温度下脱P反应有利于向正反应方向生成P2O5进入渣中能够有效进行脱P，杜绝后期钢材产生磷脆影响钢材质量减轻钢材后续裂纹敏感度；全熔后炉内温度为1560℃以上，控制供氧制度对炉内进行有效的C、O反应，提高炉内温度，在进行脱碳的同时进行脱硫反应；其中，电炉渣料以石灰、白云石为主，分批次加入；每批加料的用量为：石灰500～800Kg，白云石200～400Kg，渣料总耗量50～80Kg/吨；
电炉冶炼完毕出钢时，采用偏心底出钢方式，为防止电炉下渣要求炉内留钢量≥40吨，出钢时间≥120s，出钢量在60±5吨，出钢温度≥1620℃；出钢时大包渣料配比及用量：石灰600±50Kg、复合脱氧剂100±10Kg，预熔渣200Kg，预脱氧Al加入量折合纯铝1.5Kg/t，总渣量：1000Kg～1200Kg；
出钢合金加入量根据出钢量，按内控成分要求计算加入，其中，加入的合金元素为低碳铬铁、锰铁、硅铁、镍板及纯铝+钢芯铝，电炉出钢终点成分控制C≥0.06％、P≤0.012％，其余残余有害元素含量符合内控要求。
(2)LF精炼
入LF精炼工位钢液温度≥1500℃，出钢结束至入精炼工位时间控制在15分钟以内；给电加热≥10分钟后，温度≥1560℃，取样分析化学成分根据化学成分进行分批次适当的加入所需合金元素进行成分调整；精炼过程氩气控制：流量100～400NL/min。根据到LF工位渣况情况可根据钢中磷、硫含量及渣况等适当加石灰(0-100Kg)和萤石(0～50Kg)、调渣，不得加入工艺规定之外的渣料。渣系目标成分：CaO：50％-58％，SiO2：10％-15％，MgO：3％-6％，Al2O3：18％-25％。
精炼过程铝控制：入LF精炼工位时要求Al含量为0.020-0.030％；若到LF工位铝含量较低可按照内控要求采用喂线机进行喂铝线调整铝成分或Al含量不在0.020-0.030％之间，则在LF精炼前期按0.030％目标一次喂Al，达到完全脱氧的目的。VD后若钢中Al烧损较严重(≥50％)含量采用喂线方式将Al调整到0.020％-0.030％；
精炼结束要求钢水化学成分达到如下内控范围内：C：0.29～0.31％，Si：1.00～1.10％，Mn：1.10～1.20％，Cr：1.00～1.10％，Ni：1.50～1.65％，Al：0.015-0.030％，Mo：0.02～0.03％。
(3)VD真空脱气
LF炉精炼结束后对钢水进行真空VD脱气操作，并且要求钢水温度在1630℃～1650℃的时候进行脱气操作。入VD脱气前介质满足条件：水压≥0.5MPa，水温≤30℃，蒸汽压力≥0.8MPa，蒸汽温度≥180℃。VD过程氩气流量控制：粗真空(>200乇)期间按照50-100NL/min控制，极真空期间按照150-200NL/min控制，根据透气性可做适当的调节，保证破渣面200～300mm。破空前2～3min按照50-150NL/min控制，调整至弱氩标准，渣面蠕动，不裸露钢水。
(4)弱氩操作
待钢水各项元素成分全部符合内控要求后，按照工艺进行弱氩操作以便进一步均匀钢水成分，去处夹杂物、有害气体、杂质等。弱氩过程中要求氩气主吹流量50-150NL/min，辅吹流量30-50NL/min，渣面蠕动，钢水不裸露。在满足大包钢水浇铸温度的前提下弱氩时间必须≥20min。
(5)连铸浇注
弱氩结束后钢水测温第一包达到1560～1580℃；连浇包达到1545～1565℃时吊包入连铸机进行连铸浇注连铸坯，得到气体含量较低及内生夹杂物达到高品质钢标准要求的半成品铸坯，见表1。
表1
Figure BDA0003095754040000081
(6)连铸坯去应力退火
连铸坯长度根据提坯要求切割；250×280mm连铸坯坑冷要求：连铸坯切割后及时入坑缓冷，保证连铸坯入坑温度≥700℃，铸坯缓冷时间大于36小时并按现行热送退火《锭、坯热送管理规定(试行)》执行。其去应力退火工艺曲线见图2所示。
(7)电渣重熔过程及电渣锭去应力退火
采用现有250mm×280mm连铸坯进行电渣重熔生产Φ470mm锭。电渣炉渣系配比：电渣重熔渣系采用四元渣(CaF260％、Al2O330％、CaO 8％、MgO 2％)。电渣重熔过程控制：电渣重熔过程采用保护气氛电渣炉冶炼生产，并根据电极坯成分及成品要求，确定脱氧剂的用量，要求过程分批均匀加入；控制冶炼过程熔速的恒定，熔速控制6.0kg±0.5kg/min，冷却水温：40℃～55℃；其去应力退火工艺见图3所示。
(8)电渣锭加热开坯
过程参数控制为：电渣锭入炉时要求炉温≤500℃，入炉后均温1～2h后再进行升温操作，500～800℃预热阶段要减小风量，Ф470mm锭均温时间按1～1.5h控制。加热时严禁烧高温，曲线标识温度为实际钢锭温度，钢温与炉温偏差为20℃～80℃。电渣锭开轧温度：1100℃～1150℃，终轧温度≥950℃。Φ470mm电渣锭轧制开过程坯控制为240mm×240mm长度5300～5900mm，尺寸偏差±5mm，长度偏差±30mm；开坯后方坯及时入坑缓冷保温，保温时间≥48h。
(9)过程坯加热、连轧及保温
过程坯加热过程控制为，预热段温度≤850℃，加热段温度1100-1200℃，均热段温度1160-1220℃，；连铸坯总加热时间≥4h，高温扩散时间≥2.0h；
轧制过程水除鳞控制：两道次喷水除鳞，使得240×240mm方坯表面温降低50～80℃，形成一个方坯截面非均温温度梯度分布水除鳞压力20-25Mpa，除磷效果≥95％，开轧温度1030～1120℃，终轧温度≥850℃，钢材采用快床收集下冷床后及时入保温坑保温，入坑温度≥400℃，保温时间≥24h，出坑温度≤150℃；
(10)退火
采用连续退火炉对连轧后钢材进行退火制备得到一种高品质航空用30CrMnSiNi2A高强钢，钢材保温后在8h内入退火炉热处理，退火温度：720℃±10℃，辊速：4.0m/h，且连续退火炉布局为14区阶段式连续退火，退火温度区间范围600-720℃。
步骤(7)中所述14区阶段式温控退火工艺的温度分布见下表2。
表2
Figure BDA0003095754040000091
Figure BDA0003095754040000101
根据上述步骤制备的一种航空用30CrMnSiNi2A高强钢连铸电极坯电渣重熔钢的化学成分和重量百分比为：C：0.29～0.31％，Si：1.00～1.10％，Mn：1.10～1.20％，Cr：1.00～1.10％，Ni：1.50～1.65％，Mo：0.02～0.03％，V：0.02-0.03％，Ti：0.015～0.025％，Al：0.015-0.030％，其余为Fe。
对比例1
对比例1涉及一种30CrMnSiNi2A钢的生产流程为，一炼EAF电炉+LF精炼+VD真空脱气→浇铸1225Kg、610Kg电极坯→电极坯堆冷→二炼电极坯表面抛丸处理→二炼电渣重熔Φ470mm电渣锭→坑冷、退火→表面检查清理→轧钢750机组开过程220mm×220mm方坯(供小棒线、长度5.3米～5.9米)→子炉头尾管理、头尾及取样孔切除干净→坑冷、检查清理→大棒线、小棒线轧制产材→坑冷、退火。其中主要工艺流程及生产工艺参见下表3：
表3
Figure BDA0003095754040000102
Figure BDA0003095754040000111
实施例2
采用实施例1的一种航空用30CrMnSiNi2A高强钢及其生产方法制备2炉航空用30CrMnSiNi2A高强钢，炉号分别为L19310117、L19310118。采用对比例1的30CrMnSiNi2A钢生产方法制备2炉进行对照30CrMnSiNi2A钢，炉号分别为L17X16286、L17X16284。对上述新方法制备的2炉30CrMnSiNi2A钢和旧方法制备的2炉30CrMnSiNi2A钢进行物检对比，具体对比项目包括：氧含量，非金属夹杂物，轧材奥氏体晶粒等级，力学性能，显微组织结构。
(1)气体含量检测
气体含量测试方法为：分别取不同炉号的正常冶炼炉中冶炼的30CrMnSiNi2A钢材，检测其中氧含量。
具体检测数据如表4所示：30CrMnSiNi2A钢液中气体含量：
表4
Figure BDA0003095754040000121
采用实施例1制备的航空用30CrMnSiNi2A高强钢连铸电极坯电渣重熔钢轧材氧含量平均值为14.5ppm，对比例1中氧含量平均值为21.5ppm，氧含量降低后钢材中氧化物夹杂减少，大大提高飞机起落架使用寿命，技术优势明显。
(2)非金属夹杂物检测
非金属夹杂物测试方法为：分别取不同炉号的正常冶炼炉中冶炼的30CrMnSiNi2A钢材，检测材上非金属夹杂物。
具体检测数据如表5所示：航空用30CrMnSiNi2A高强钢非金属夹杂物检测数据。
表5
Figure BDA0003095754040000122
采用实施例1制备的航空用30CrMnSiNi2A高强钢连铸电极坯电渣重熔钢轧材洁净度要比对比例1轧材洁净度高，主要体现在B类夹杂物上。非金属夹杂物控制的好提高钢材洁净度进而提高钢材基体连续性，降低了钢材开裂的风险。
(3)轧材实际晶粒等级检测
实际晶粒度测试方法为：分别取不同炉号的正常冶炼炉中冶炼的30CrMnSiNi2A钢材，检测材上实际晶粒度，见表6所示：航空用30CrMnSiNi2A高强钢实际晶粒度检测数据。
表6
Figure BDA0003095754040000131
通过检测发现，本发明得到的航空用30CrMnSiNi2A高强钢轧材上的实际晶粒度更细约7.5级，见图1所示。比对比例1方法制备的航空用30CrMnSiNi2A高强钢轧材上的实际晶粒度高1～1.5级，晶粒度级别越高说明晶粒越细，晶界之间的结合力更强，钢材强度塑性也会有进一步提高。
(4)力学性能检测
对30CrMnSiNi2A钢的力学性能进行测试，经过检测得知，本发明得到的航空用30CrMnSiNi2A高强钢的力学性能提升较好。断后伸长率A：13.5～14％，面缩率Z：53～55％，冲击功AKU：106～110J，抗拉强度Rm:1733～1742MPa，具体检测数据如表7所示：航空用30CrMnSiNi2A高强钢的力学性能。
表7
Figure BDA0003095754040000132
本发明的一种航空用30CrMnSiNi2A高强钢连铸电极坯电渣重熔钢及其生产方法，完全由电炉连铸+炉外精炼+电渣重熔替代了国外一直采用的电炉模铸+炉外精炼+电渣重熔的冶炼工艺，使得材料纯净度、气体含量、晶粒度及力学性能提高效果明显。通过此方法可进行批量化、***性、节能性的生产，对能源及成本节省较明显。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质。

Claims (1)

1.一种航空用30CrMnSiNi2A高强钢，其特征在于，包括以下重量百分比的各化学成分：
C：0.27％～0.34％，
Si：0.90％～1.20％，
Mn：1.00％～1.30％，
Cr：0.90％～1.20％，
Ni：1.40％～1.80％，
Al：0.015％～0.03％，
Mo：0.02％～0.03％，
V：0.02％～0.03％，
Ti：0.015％～0.025％，
W：0.15％～0.2％，
P≤0.012％，
S≤0.01％，
其余为Fe；
所述航空用30CrMnSiNi2A高强钢的生产方法，包括以下步骤：Consteel电炉初炼、LF精炼、VD真空脱气、弱氩操作、连铸浇注、连铸坯入坑保温及去应力退火、电渣重熔及电渣锭去应力退火过程、电渣锭加热开坯、过程坯加热、连轧及保温、退火；
所述Consteel电炉初炼的控制参数及具体步骤为：
炼钢原料由高炉铁水及含低磷的返回废钢组成，冶炼初期全熔后采用1510～1540℃温度进行冶炼造渣，利用在较低温度下脱P反应有利于向正反应方向生成P2O5进入渣中能够有效进行脱P，杜绝后期钢材产生磷脆影响钢材质量减轻钢材后续裂纹敏感度；全熔后炉内温度为1560℃以上，控制供氧制度对炉内进行有效的C、O反应，提高炉内温度，在进行脱碳的同时进行脱硫反应；其中，电炉渣料以石灰、白云石为主，分批次加入；每批加料的用量为：石灰500～800kg ，白云石200～400kg ，渣料总耗量50～80kg /吨；
电炉冶炼完毕出钢时，采用偏心底出钢方式，为防止电炉下渣要求炉内留钢量≥40吨，出钢时间≥120s，出钢量在60±5吨，出钢温度≥1620℃；出钢时大包渣料配比及用量：石灰600±50kg 、复合脱氧剂100±10kg ，预熔渣200kg ，预脱氧Al加入量折合纯铝1.5kg/t，总渣量：1000kg ～1200kg ；
出钢合金加入量根据出钢量，按内控成分要求计算加入，其中，加入的合金元素为低碳铬铁、锰铁、硅铁、镍板及纯铝+钢芯铝，电炉出钢终点成分控制C≥0.06％、P≤0.012％，其余残余有害元素含量符合内控要求；
所述LF精炼的控制参数及具体步骤为：
入LF精炼工位的钢液温度≥1500℃，出钢结束至入精炼工位时间15分钟以内；给电加热≥10分钟，温度≥1560℃，分批次加入所需合金元素进行成分调整；
LF精炼过程氩气：流量100～400NL/min；
根据钢中磷、硫含量及渣况，加石灰0-100kg 和萤石0～50kg 、调渣；
渣系目标成分：CaO：50％～58％，SiO2：10％～15％，MgO：3％～6％，Al2O3：18％～25％；
精炼过程铝的控制：入LF精炼工位时Al的含量为0.030～0.040％；
精炼结束后，钢水化学成分：C：0.29～0.31％，Si：1.00～1.10％，Mn：1.10～1.20％，Cr：1.00～1.10％，Ni：1.50～1.65％，Al：0.015-0.030％，Mo：0.02～0.03％，V：0.02％～0.03％，Ti：0.015％～0.025％，W：0.15％～0.2％，P≤0.012％，S≤0.01％；
所述VD真空脱气的控制参数及具体步骤为：
钢水温度在1630℃～1650℃进行脱气操作；
入VD脱气前介质满足条件：水压≥0.5MPa，水温≤30℃，蒸汽压力≥0.8MPa，蒸汽温度≥180℃；
VD过程氩气流量：粗真空＞200托，流量为50-100NL/min；极真空期间流量为150-200NL/min，根据透气性调节，破渣面200～300mm；破空前2～3min，流量50-150NL/min，调整至弱氩标准；
所述弱氩操作的控制参数及具体步骤为：
待钢水各项元素成分达到内控要求后，进行弱氩操作，均匀钢水成分，去处夹杂物、有害气体、杂质；
弱氩过程中，氩气主吹流量50-150NL/min，辅吹流量30-50NL/min，要求渣面蠕动，钢水不裸露；在满足大包钢水连铸浇注温度的前提下弱氩时间≥20min；
所述连铸浇注的控制参数及具体步骤为：
弱氩结束后钢水测温第一包达到1560～1580℃；连浇包达到1545～1565℃时，吊包入连铸机进行连铸浇注连铸坯，得到气体含量较低及内生夹杂物达到高品质钢标准要求的半成品连铸坯；
所述连铸坯入坑保温及去应力退火的控制参数及具体步骤为：
连铸坯长度根据提坯要求切割；250×280mm连铸坯坑冷要求：及时入坑缓冷，铸坯入坑温度≥700℃，铸坯缓冷时间大于36小时；
所述电渣重熔过程及电渣锭去应力退火的控制参数及具体步骤为：
采用250mm×280mm连铸坯进行电渣重熔生产Φ470mm锭；
电渣重熔渣系采用以下质量百分比含量的四元渣：CaF260％、Al2O330％、CaO 8％、MgO2％；
电渣重熔过程采用普通电渣炉冶炼生产，根据电极坯成分及成品要求，确定脱氧剂的用量，分批均匀加入；熔速6.0kg±0.5kg/min，冷却水温：40℃～55℃；
所述电渣锭加热开坯的控制参数及具体步骤为：
过程加热参数控制为：电渣锭入炉时要求炉温≤500℃，入炉后均温1～2h后再进行升温操作，500～800℃预热阶段要减小风量，Ф470mm锭均温时间按1～1.5h控制；加热时严禁烧高温，曲线标识温度为实际钢锭温度，钢温与炉温偏差为20℃～80℃；电渣锭开轧温度：1100℃～1150℃，终轧温度≥950℃；Φ470mm电渣锭轧制开过程坯控制为240mm×240mm长度5300～5900mm，尺寸偏差±5mm，长度偏差±30mm；开坯后方坯及时入坑缓冷保温，保温时间≥48h；
所述过程坯加热、连轧及保温的控制参数及具体步骤为：
过程坯加热过程控制为，预热段温度≤850℃，加热段温度1100-1200℃，均热段温度1160-1220℃；连铸坯总加热时间≥4h，高温扩散时间≥2.0h；
轧制过程水除鳞控制：两道次喷水除鳞，使得240×240mm方坯表面温降低50～80℃，形成一个方坯截面非均温温度梯度分布水除鳞压力20-25MPa ，除磷效果≥95％，开轧温度1030～1120℃，终轧温度≥850℃，钢材采用快床收集下冷床后及时入保温坑保温，入坑温度≥400℃，保温时间≥24h，出坑温度≤150℃；
所述退火的控制参数及具体步骤为：
钢材保温后在8h内入退火炉热处理，退火温度：720℃±10℃，辊速：4.0m/h，且采用退火炉为14区阶段式连续退火炉温控退火，退火温度区间范围600～720℃。
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