CN1667129A - 含硫易切削非调质钢的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种含硫易切削非调质钢的生产方法，转炉不需要采用脱硫操作，减少了渣量消耗，实现了转炉少渣冶炼工艺。选择合适的脱氧剂和脱氧工艺，有效地控制了高硫钢硫化物夹杂，使其细小、均匀分布，实现了高硫钢硫化物夹杂的无害化处理。通过精炼工艺和精炼渣系研究，确保硫元素的吸收率、窄成分范围控制及夹杂充分去除，解决了降低氧含量和保证硫含量的矛盾以及高硫钢连铸低倍组织控制问题。本发明可稳定控制钢中S：0.040－0.060％，改写了国内转炉－精炼－连铸－控扎控冷工艺不能生产含硫易切削非调质钢的历史。试制的含硫易切削非调质钢质量优良，达到了电炉冶炼－精炼－模铸－控轧控冷工艺水平，已形成批量生产，发展到用户使用，反映良好。
Description
所属领域
本发明涉及一种含硫易切削非调质钢的生产方法，特别适用于含硫易切削非调质钢转炉-精炼-连铸-控扎控冷的生产。
背景技术
非调质钢是一种省去调质处理的新型节能绿色结构材料，其性能和价格比远优于传统的结构钢，用来代替调质钢，具有节省能源、材料、工艺简单等优点，可以减少环境污染、避免氧化、脱碳、变形、开裂。国内生产含硫易切削非调质钢传统工艺为：电炉冶炼-精炼-模铸-控轧控冷。采用该方法生产的含硫易切削非调质钢，钢的纯净度差、成材率低、生产成本高。为了克服电炉冶炼的缺点，本发明提出采用转炉-精炼-连铸-控轧控冷工艺生产含硫易切削非调质钢，这样可以显著提高钢材纯净度、降低生产成本，提高生产率。
传统采用电炉冶炼-精炼-模铸-控轧控冷工艺生产的含硫易切削非调质钢种要求钢中0.035％≤S≤0.075％，其成份为中碳加钒、铌、钛等元素的钢。生产工艺难点是钢中氧含量、硫元素的吸收率和窄范围、夹杂物细小、均匀的无害化处理及铸坯低倍组织的控制。国内外有关非调质钢发明专利主要涉及的方面为以通过优化成分设计来获得高强韧性及非调质钢的加热、冷却设备，对于非调质钢的冶炼方法，特别是采用转炉-精炼-连铸-控扎控冷生产工艺没有报导。本发明采用的转炉-精炼-连铸-控扎控冷工艺生产含硫易切削非调质钢，完全解决了上述的生产工艺难点。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种采用转炉-精炼-连铸-控扎控冷工艺生产含硫易切削非调质钢稳定的工艺。在保证工艺顺行、铸坯质量及良好力学性能的前提下，部分代替电炉-模铸-控轧控冷生产工艺，从而降低生产成本，提高生产率及产品质量。
本发明涉及一种含硫易切削非调质钢的生产方法，包括转炉冶炼→挡渣出钢→钢包脱氧合金化→LF钢包精炼→全保护浇铸→铸坯控温、控冷-控轧控冷，转炉采用双渣操作，终点碳按0.15～0.25％控制，终点磷按≤0.025％控制，出钢温度1660～1680℃，挡渣出钢；用Si-Ca-Ba终脱氧，加入量3.0～4.0kg/t钢；控制到站氧活度≤30ppm；并分批加入Fe-Si粉、电石等脱氧剂，保持包内还原性气氛，转炉冶炼：采用高硫铁水为原料，无需对铁水进行炉外脱硫处理。采用双渣法冶炼，严格控制转炉初渣和终渣的碱度，采用低温、高氧化铁的脱磷保硫操作；同时为了防止加入脱氧剂后影响硫元素的损失，在转炉出钢时，加入300kg/炉低碱度预熔渣，确保硫含量的稳定；LF炉精炼：精炼渣系采用碱度小于2的低碱度预熔渣系，预脱氧和终脱氧操作均取消了常规的铝脱氧剂工艺，精炼后期采用喂硫线微调成分工艺，实现在钢水高含硫量的硫元素窄范围控制；
连铸：非调质钢连铸采用钢水低过热度的低温10～30℃、控制拉速1.5～2.4m/min、控温矫直前铸坯表面温度≥1020℃、控冷二冷比水量：0.5～0.75L/kg的连铸工艺；
轧制：加热温度1100～1180℃，开轧温度1020～1100℃，终轧温度850～920℃，相对变形量：15～35％，轧后控冷冷速0.8～1.5℃/s到600℃后缓慢冷却到室温。
精炼到站加入专门配制的低碱度预熔渣，成分、特性分别为CaO：45.54％，SiO2：40.66％，Al2O3：2.80％，MgO：4.21％，CaF2：4.59％，S：0.28％，水分：0.48％.其熔点：1342℃，1450℃时的粘度：0.55Pa·s。确保精炼渣碱度为1.5-2.0，稳定S的吸收率和窄成分控制，不需要加入传统的合成渣。
本发明可稳定控制钢中S：0.040-0.060％，改写了国内转炉-精炼-连铸-控轧控冷工艺不能生产含硫易切削非调质钢的历史。试制的含硫易切削非调质钢质量优良，已形成批量生产，发到用户使用，反映良好。
该发明的工艺路线：
含硫铁水→转炉冶炼→挡渣出钢→钢包脱氧合金化→LF钢包精炼→喂S线→钢包底吹氩→全保护浇铸→铸坯控温、控冷→控轧控冷。包括碱性中间包、过滤挡墙、全保护浇铸、电磁搅拌、铸坯控温、控冷、铸坯表面质量检查。
该发明的主要工艺措施：
转炉采用双渣操作，终点碳按0.15～0.25％控制，出钢温度1660～1680℃，挡渣出钢。用Si-Ca-Ba终脱氧，加入量3.0～4.0kg/t钢。控制到站氧活度≤30ppm。并分批加入Fe-Si粉、电石等脱氧剂，保持包内还原性气氛。转炉与精炼到站分别加入300kg/炉低碱度预熔渣，精炼喂S线，确保硫元素的吸收率和窄成分范围。软吹时间大于10min，确保软吹效果，使钢中夹杂充分上浮。并保证连铸不出现水口结瘤停浇发生，得到表面质量良好的连铸坯。采用全保护浇铸，中包设置挡渣墙，结晶器使用Al2O3≤4％的低碳保护渣。结晶器采用电磁搅拌。铸坯控温、控冷。加强铸坯检查，保证轧机轧槽、导卫等状态良好，确保轧材表面质量。严格控制钢坯加热温度，加热温度1100～1180℃，使合金元素固溶，避免奥氏体晶粒粗大及铁素体减少和网状化，开轧温度1020～1100℃，终轧温度850～920℃，相对变形量：15～35％，终轧温度过高易导致再结晶晶粒长大，不利于形变诱导析出，轧后控冷(冷速0.8～1.5℃/s)到600℃后缓慢冷却到室温，确保铁素体、珠光体形态及析出物数量、大小、分布，保证轧材性能。
1.成品成分和性能控制见表1、2
表1 含硫易切削非调质钢化学成分控制 ％
| 钢号 | C | Si | Mn | P | S | V |
| 含硫易切削非调质钢 | 0.37～0.44 | 0.30～0.60 | 0.60～1.50 | ≤0.035 | 0.035～0.075 | 0.06～0.13 |
表2 含硫易切削非调质钢性能控制
| 钢号 | σs(MPa) | σb(MPa) | δ5(％) | Ψ(％) | Ak(J) |
| 含硫易切削非调质钢 | ≥490 | ≥785 | ≥15 | ≥28 | ≥32 |
具体实施方式
本发明涉及一种含硫易切削非调质钢转炉-精炼-连铸工艺的生产方法，包括含硫铁水→转炉冶炼→挡渣出钢→钢包脱氧合金化→LF钢包精炼→喂S线→钢包底吹氩→全保护浇铸→铸坯控冷→控轧控冷。
转炉冶炼：采用高硫铁水为原料，无需对铁水进行炉外脱硫处理。采用双渣法冶炼，严格控制转炉初渣和终渣的碱度，采用低温、高氧化铁的脱磷保硫操作；同时为了防止加入脱氧剂后影响硫元素的损失，在转炉出钢时，加入300kg/炉低碱度预熔渣，确保硫含量的稳定。LF炉精炼：精炼渣系采用碱度小于2的低碱度预熔渣系。预脱氧和终脱氧操作均取消了常规的铝脱氧剂工艺。精炼后期采用喂硫线微调成分工艺，实现了在钢水高含硫量的硫元素窄范围控制。这种工艺即保证了钢水中有较低的含氧量和稳定的硫含量，同时又避免了连铸时中包的水口堵塞。
连铸：非调质钢连铸采用钢水低过热度的低温、快拉、控冷的连铸工艺。采用此工艺可减轻硫化物热脆性对铸坯过程和铸坯质量的危害，避免了漏钢事故的同时，减少了铸坯脱方、角部裂纹等连铸缺陷的发生，提高了铸坯质量。
根据转炉终点成分计算转炉脱氧合金加入量，并在出钢过程中加入低碱度预熔渣，精炼到站渣中(FeO+MnO)＜5％。精炼到站再加入低碱度预熔渣，精炼结束喂S线，保证钢中S含量。
连铸中包设置挡渣墙；控制中包钢液面深度≥700mm；严格控制大包长水口在中包液面的***深度大于200mm，中包浸入水口***结晶器液面以下120mm。
二冷采用弱冷，结晶器采用电磁搅拌，铸坯控冷。
转炉工艺主要参数如表3。
精炼工艺主要数据如表4。
连铸工艺参数见表5。
成品成分及轧材力学性能见表6。
采用转炉-精炼-连铸-控扎控冷工艺生产的含硫易切削非调质钢，质量优良，达到了电炉冶炼-精炼-模铸-控轧控冷工艺水平，如表6中发明例的转炉-精炼-连铸-控扎控冷工艺生产的含硫易切削非调质钢各项性能指标达到了比较例的电炉冶炼-精炼-模铸-控轧控冷工艺生产的含硫易切削非调质钢。
表3 YF40MnV非调质钢炼钢主要工艺参数
| 炉次 | 钢种 | 铁水温度(℃) | 终点成分(％) | 出钢温度(℃) | 预溶渣(kg) | 脱氧剂(kg)SiCaBa | 氧活度(ppm) | |||
| C | Mn | P | S | |||||||
| D4233 | YF40MnV | 1356 | 0.12 | 0.008 | 0.015 | 0.018 | 1677 | 300 | 250 | |
| D4234 | YF40MnV | 1345 | 0.13 | 0.007 | 0.017 | 0.015 | 1689 | 300 | 250 | 264.3 |
| D4235 | YF40MnV | 1344 | 0.13 | 0.006 | 0.012 | 0.019 | 1674 | 300 | 250 | 250 |
| D4236 | YF40MnV | 1341 | 0.26 | 0.008 | 0.013 | 0.020 | 1670 | 300 | 250 | 135.1 |
| D4237 | YF40MnV | 1349 | 0.16 | 0.008 | 0.010 | 0.018 | 1657 | 300 | 250 | 228.6 |
| D4238 | YF40MnV | 1253 | 0.15 | 0.006 | 0.010 | 0.029 | 1662 | 300 | 250 | 377 |
表4 YF40MnV非调质钢精炼主要工艺参数
| 炉次 | 钢种 | 氧活度(ppm) | 结束成分(％) | 温度(℃) | 软吹情况 | 预溶渣(kg) | S线(m) | |||||||
| C | Si | Mn | P | S | V | 结束 | 吊包 | 时间(min) | 流量(NL/min) | |||||
| 3D4233 | YF40MnV | 23.3 | 0.43 | 0.38 | 1.30 | 0.016 | 0.050 | 0.11 | 1579 | 1565 | 10 | 19 | 300 | 350 |
| 3D4234 | YF40MnV | 15.3 | 0.42 | 0.37 | 1.28 | 0.017 | 0.050 | 0.12 | 1579 | 1557 | 17 | 67 | 300 | 300 |
| 3D4235 | YF40MnV | 18.3 | 0.43 | 0.38 | 1.30 | 0.017 | 0.047 | 0.1 | 1560 | 1555 | 11 | 14 | 300 | 360 |
| 3D4236 | YF40MnV | 15.9 | 0.43 | 0.37 | 1.28 | 0.017 | 0.048 | 0.1 | 1574 | 1551 | 12 | 43 | 300 | 300 |
| 3D4237 | YF40MnV | 18.9 | 0.41 | 0.37 | 1.28 | 0.012 | 0.050 | 0.1 | 1571 | 1553 | 15 | 18 | 300 | 300 |
| 3D4238 | YF40MnV | 15.6 | 0.42 | 0.38 | 1.29 | 0.013 | 0.055 | 0.09 | 1570 | 1557 | 14 | 27 | 300 | 350 |
表5 YF40MnV非调质钢连铸主要工艺参数
| 炉次 | 平均温度(℃) | 平均过热度(℃) | 拉速(m/min) | 保护渣 | 二冷配水(L/kg) | 电磁搅拌 | 铸坯质量 | 轧制参数 | ||||
| 电流(A) | 频率(Hz) | 加热温度(℃) | 开轧温度(℃) | 终轧温度(℃) | 轧后冷却 | |||||||
| 3D4233 | 1526 | 38 | 2.1～2.3 | XLZ-53B | 0.75 | 800 | 5 | 良好 | 1100～1150 | 1020～1080 | 850～920 | 控冷 |
| 3D4234 | 1521 | 31 | 2.1～2.3 | XLZ-53B | 0.75 | 800 | 5 | 良好 | 1100～1150 | 1020～1080 | 850～920 | 控冷 |
| 3D4235 | 1515 | 27 | 2.1～2.3 | XLZ-53B | 0.75 | 800 | 5 | 良好 | 1100～1150 | 1020～1080 | 850～920 | 控冷 |
| 3D4236 | 1510 | 23 | 2.1～2.3 | XLZ-53B | 0.75 | 800 | 5 | 良好 | 1100～1150 | 1020～1080 | 850～920 | 控冷 |
| 3D4237 | 1517 | 27 | 2.1～2.3 | XLZ-53B | 0.75 | 800 | 5 | 良好 | 1100～1150 | 1020～1080 | 850～920 | 控冷 |
| 3D4238 | 1517 | 26 | 2.1～2.3 | XLZ-53B | 0.75 | 800 | 5 | 良好 | 1100～1150 | 1020～1080 | 850～920 | 控冷 |
表6 YF40MnV非调质钢成品成分和力学性能
| 炉次 | 成品成分(％) | 力学性能 | 备注 | |||||||||
| C | Si | Mn | P | S | V | σs(MPa) | σb(MPa) | δ5(％) | Ψ(％) | Ak(J) | ||
| 3D4233 | 0.43 | 0.38 | 1.30 | 0.016 | 0.050 | 0.11 | 560 | 860 | 20 | 37 | 50 | 发明例 |
| 3D4234 | 0.42 | 0.37 | 1.28 | 0.017 | 0.050 | 0.12 | 550 | 830 | 22 | 41 | 64 | 发明例 |
| 3D4235 | 0.43 | 0.38 | 1.30 | 0.018 | 0.047 | 0.10 | 570 | 900 | 16 | 33 | 48 | 发明例 |
| 3D4236 | 0.44 | 0.38 | 1.29 | 0.017 | 0.047 | 0.10 | 570 | 900 | 16 | 33 | 45 | 发明例 |
| 3D4237 | 0.41 | 0.37 | 1.27 | 0.012 | 0.048 | 0.10 | 535 | 820 | 22 | 41 | 62 | 发明例 |
| 3D4238 | 0.42 | 0.38 | 1.29 | 0.014 | 0.053 | 0.09 | 525 | 785 | 24 | 52 | 53 | 发明例 |
| A | 0.44 | 0.36 | 1.42 | 0.010 | 0.047 | 0.097 | 535 | 820 | 16 | 39 | 55 | 比较例 |
Claims (2)
1、一种含硫易切削非调质钢的生产方法，包括转炉冶炼→挡渣出钢→钢包脱氧合金化→LF钢包精炼→全保护浇铸→铸坯控温、控冷-控轧控冷，转炉采用双渣操作，终点碳按0.15～0.25％控制，终点磷按≤0.025％控制，出钢温度1660～1680℃，挡渣出钢；用Si-Ca-Ba终脱氧，加入量3.0～4.0kg/t钢；控制到站氧活度≤30ppm；并分批加入Fe-Si粉、电石等脱氧剂，保持包内还原性气氛，其特征在于：
转炉冶炼：采用高硫铁水为原料，无需对铁水进行炉外脱硫处理。采用双渣法冶炼，严格控制转炉初渣和终渣的碱度，采用低温、高氧化铁的脱磷保硫操作；同时为了防止加入脱氧剂后影响硫元素的损失，在转炉出钢时，加入300kg/炉低碱度预熔渣，确保硫含量的稳定；
LF炉精炼：精炼渣系采用碱度小于2的低碱度预熔渣系，预脱氧和终脱氧操作均取消了常规的铝脱氧剂工艺，精炼后期采用喂硫线微调成分工艺，实现在钢水高含硫量的硫元素窄范围控制；
连铸：非调质钢连铸采用钢水低过热度的低温10～30℃、控制拉速1.5～2.4m/min、控温矫直前铸坯表面温度≥1020℃、控冷二冷比水量：0.5～0.75L/kg的连铸工艺；
轧制：加热温度1100～1180℃，开轧温度1020～1100℃，终轧温度850～920℃，相对变形量：15～35％，轧后控冷冷速0.8～1.5℃/s到600℃后缓慢冷却到室温。
2、如权利要求1所述的含硫易切削非调质钢的生产方法，其特征在于：精炼到站加入专门配制的低碱度预熔渣，成分、特性分别为CaO：45.54％，SiO2：40.66％，Al2O3：2.80％，MgO：4.21％，CaF2：4.59％，S：0.28％，水分：0.48％。其熔点：1342℃，1450℃时的粘度：0.55Pa·s。确保精炼渣碱度为1.5-2.0，稳定S的吸收率和窄成分控制，不需要加入传统的合成渣。
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