CN101440420A - 含氮齿轮钢生产工艺中的增氮方法 - Google Patents

含氮齿轮钢生产工艺中的增氮方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于冶金领域，涉及齿轮钢生产的相关工艺，是含氮齿轮钢生产工艺中的增氮方法，通过在真空冶炼后向钢水中吹氮或全程向钢水中吹氮来为钢水增氮。本发明采用吹氮气增N，基本不影响其它合金元素含量，并且还有助于夹杂物的上浮，提高钢水的纯净度。采用本发明的增氮方法，可使含氮齿轮钢合金元素含量基本控制在目标值附近，而氮含量仍然在设定范围之内。

Description

含氮齿轮钢生产工艺中的增氮方法
技术领域
本发明属于冶金领域，涉及齿轮钢生产的相关工艺，具体的说是含氮齿轮钢生产工艺中的增氮方法。
背景技术
一般生产16CrMnBH、17CrMnBHZ、18CrMnBH、ZF7B等含N钢种时，不论是正常增加N含量，还是真空后补N，都是采用添加CrN或MnN合金的方式，这样操作虽然有N元素含量稳定可控的优点，但在N含量偏低，Cr或Mn已经达到目标值时，再添加合金，则会造成Cr或Mn超出目标值较多，而这类含N钢种基本都是保淬透性齿轮钢，要求以点成分控制最佳，一旦补N，基本难以实现点成分控制目标，对用户的使用造成一定的影响。同时采用合金加N，还存在成本高的问题，目前CrN、MnN的价格大约在35000元/吨，MnFe、CrFe的价格大约在20000元/吨左右，采用合金方式增N，每炉约需添加含N合金500Kg，与添加MnFe或CrFe合金成本差大约在80余元/吨。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对以上现有技术存在的缺点，提出一种可减少成本，不会影响其它合金含量，提高钢水纯净度的含氮齿轮钢生产工艺中的增氮方法。
本发明解决以上技术问题的技术方案是：
含氮齿轮钢生产工艺中的增氮方法，通过在真空冶炼后向钢水中吹氮或全程向钢水中吹氮来为钢水增氮。
本发明的含氮齿轮钢生产工艺中的增氮方法，真空冶炼后，取钢水测氮含量，若氮含量低于设定值，则由吹氩转换为吹氮，吹氮时每隔3～7分钟检测钢水氮含量，根据氮含量调整吹氮流量、吹氮压力和吹氮时间，直至氮含量位于设定范围之内。在LF精炼时按照含氮量0.0155％向钢水中加入CrN合金或MnN合金，VD真空处理10～15分钟，破真空后，则由吹氩转换为吹氮，吹氮流量是215.0～225.0L/Min，吹氮压力是2.0～3.0bar，吹氮时间是13～20分钟。
本发明的含氮齿轮钢生产工艺中的增氮方法，在LF精炼时向钢水中吹氮，每隔5～15分钟对钢水氮含量进行检测，检测时改吹氮气为吹氩气，若氮含量低于设定值，则由吹氩转换为吹氮，根据氮含量调整吹氮流量、吹氮压力和吹氮时间，真空冶炼后，取钢水测氮含量，若氮含量低于设定值，则由吹氩转换为吹氮，吹氮时每隔3～7分钟检测钢水氮含量，根据氮含量调整吹氮流量、吹氮压力和吹氮时间，直至氮含量位于设定范围之内。在LF精炼时向钢水中吹氮，吹氮流量215.0～225.0L/Min吹氮压力是2.0～3.0bar，吹氮10分钟时，改吹氮为吹氩，检测钢水含氮量，得到氮含量数据后改吹氩为吹氮，吹氮20分钟时改吹氮为吹氩，检测钢水含氮量，得到氮含量数据后改吹氩为吹氮，吹氮30分钟时改吹氮为吹氩，检测钢水含氮量，得到氮含量数据后改吹氩为吹氮，吹氮35分钟时进行真空处理，真空处理10～15分钟，破真空后，检测钢水含氮量，并进行吹氮，吹氮压力是215.0～225.0L/Min，吹氮流量2.0～3.0bar，吹氮时间13～20分钟。
本发明的含氮齿轮钢生产工艺中的增氮方法，增氮范围是0.0060～0.0160％。
本发明的优点是：本发明的增氮方法可以大大降低成本，氮气的价格仅有0.7元/m3，以目前吹半个小时氮气约18000L，85吨钢水中N含量大约从50ppm上升到150ppm计算，再考虑补N，吨钢成本应该不到0.30元。本发明采用吹氮气增N，基本不影响其它合金元素含量，并且还有助于夹杂物的上浮，提高钢水的纯净度。采用本发明的增氮方法，可使含氮齿轮钢合金元素含量基本控制在目标值附近，而氮含量仍然在设定范围之内。
具体实施方式
实施例一至实施例五
实施例一至实施例五的含氮齿轮钢的化学成分如表1所示，实施例一和实施例二是17CrMnBHZ含氮齿轮钢，实施例三、实施例四和实施例五是18CrMnBH含氮齿轮钢：
表1
 
成分 C Mn Si P S Cr Ni Cu Mo Alt B N
目标值 0.18 1.22 0.25 0.025 1.20 0.05 0.039 0.0022 0.0110
实施例一 0.18 1.23 0.26 0.013 0.026 1.22 0.03 0.07 0.06 0.032 0.0022 0.0096
实施例二 0.18 1.21 0.37 0.013 0.020 1.20 0.03 0.07 0.06 0.035 0.0025 0.0094
目标值 0.17 1.20 0.25 0.025 1.10 0.05 0.039 0.0022 0.0110
实施例三 0.17 1.21 0.31 0.007 0.027 1.10 0.01 0.07 0.05 0.030 0.0027 0.0104
实施例四 0.16 1.19 0.27 0.012 0.024 1.12 0.03 0.07 0.05 0.041 0.0025 0.0093
实施例五 0.17 1.22 0.27 0.010 0.016 1.11 0.03 0.07 0.05 0.032 0.0024 0.0101
实施例一、实施例三和实施例四采用真空后补氮时采用吹氮气增氮，具体过程如下：
在LF精炼时按照含氮量0.0155％加入CrN合金，实际氮含量为0.0145％、0.0142％、0.0147％；进VD位进行真空处理12分钟，取样测氮含量分别为0.0073％、0.0066％、0.0079％，均低于设定值。由吹氩转换为吹氮，吹氮流量和压力分别为222.0L/Min/2.9bar、220.5L/Min/2.5bar、219.0L/Min/2.6bar左右，吹氮时间5分钟时氮含量分别为：0.0080％、0.0075％、0.0085％；吹氮10分钟时氮含量分别为：0.0092％、0.0093％、0.0097％，吹氮时间分别为13分钟、16分钟、15分钟时喂S线、B线，静搅5分钟吊包上连铸，此时氮含量分别为0.0096％、0.0093％、0.0104％，其它化学成分见表1。
实施例二和实施例五直接全程采用吹氮气增氮，具体过程如下：
在LF精炼时直接进行吹氮增氮，吹氮流量和压力分别为221L/Min/2.5bar、220.5L/Min/2.5bar，吹氮时间10分钟时氮含量分别为：0.0071％、0.0075％；改吹氮为吹氩，得到氮含量数据后改吹氩为吹氮，吹氮20分钟时氮含量分别为：0.0107％、0.0108％，改吹氮为吹氩，得到氮含量数据后改吹氩为吹氮，吹氮30分钟时氮含量分别为0.0135％、0.0140％，改吹氮为吹氩，得到氮含量数据后改吹氩为吹氮，吹氮35分钟吊包进VD位，此时实际氮含量分别为0.0144％、0.0151％；进VD位进行真空处理10分钟，取样测氮含量分别为0.0075％、0.0072％，均低于设定值。由吹氩转换为吹氮，吹氮压力和流量分别为220.5L/Min/2.7bar、220.0L/Min/2.0bar左右，吹氮时间5分钟时氮含量分别为：0.0088％、0.0085％；吹氮10分钟时氮含量分别为：0.0102％、0.0103％，吹氮时间分别为15分钟、14分钟时喂S线、B线，静搅5分钟吊包上连铸，此时氮含量分别为0.0101％、0.094％，其它化学成分见表1。
为了和本发明的实施例对比，采用加氮合金方式增氮，生产的是16CrMnBH含氮齿轮钢，具体过程是：在LF精炼时按照含氮量0.0145％加入CrN合金，实际氮含量为0.0134％、0.0136％；进VD位进行真空处理10分钟，取样测氮含量分别为0.0075％、0.0075％，均低于设定值。按照含氮量0.0105％加入CrN合金，此时氮含量分别为0.0100％、0.0096％，其它成分如下表：
表2
 
成分 C Mn Si P S Cr Ni Cu Mo Alt B N
目标值 0.16 1.19 0.25 0.025 0.99 0.05 0.039 0.0022 0.0100
0.17 1.20 0.26 0.009 0.029 1.05 0.03 0.06 0.05 0.042 0.0026 0.0100
0.17 1.21 0.27 0.011 0.030 1.03 0.03 0.07 0.05 0.037 0.0022 0.0096
由表1和表2可以看出采用加氮合金方式增氮的钢种氮含量接近目标值，但Cr含量超的较多；而不论采用全程吹氮气增氮还是VD真空处理后吹氮气增氮，合金元素含量基本能够控制在目标值附近，而氮含量距离目标值则相差较多，但仍然在设定范围之内，此方法还是简单可行的，只是需要多次轮换吹氩、吹氮，多次检测钢水的化学成分，以及时调整吹氮时间。
本实施例的钢种轧制成圆钢后，经过检测其冲击韧性、淬透性硬度、低倍、夹杂物等均符合用户的要求。
本发明还可以有其它实施方式，凡采用同等替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (6)

1.含氮齿轮钢生产工艺中的增氮方法，其特征在于：通过在真空冶炼后向钢水中吹氮或全程向钢水中吹氮来为钢水增氮。
2.如权利要求1所述的含氮齿轮钢生产工艺中的增氮方法，其特征在于：真空冶炼后，取钢水测氮含量，若氮含量低于设定值，则由吹氩转换为吹氮，吹氮时每隔3～7分钟检测钢水氮含量，根据氮含量调整吹氮流量、吹氮压力和吹氮时间，直至氮含量位于设定范围之内。
3.如权利要求2所述的含氮齿轮钢生产工艺中的增氮方法，其特征在于：在LF精炼时按照含氮量0.0155％向钢水中加入CrN合金或MnN合金，VD真空处理10～15分钟，破真空后，则由吹氩转换为吹氮，吹氮流量是215.0～225.0L/Min，吹氮压力是2.0～3.0bar，吹氮时间是13～20分钟。
4.如权利要求1所述的含氮齿轮钢生产工艺中的增氮方法，其特征在于：在LF精炼时向钢水中吹氮，每隔5～15分钟对钢水氮含量进行检测，检测时改吹氮气为吹氩气，若氮含量低于设定值，则由吹氩转换为吹氮，根据氮含量调整吹氮流量、吹氮压力和吹氮时间，真空冶炼后，取钢水测氮含量，若氮含量低于设定值，则由吹氩转换为吹氮，吹氮时每隔3～7分钟检测钢水氮含量，根据氮含量调整吹氮流量、吹氮压力和吹氮时间，直至氮含量位于设定范围之内。
5.如权利要求4所述的含氮齿轮钢生产工艺中的增氮方法，其特征在于：在LF精炼时向钢水中吹氮，吹氮流量215.0～225.0L/Min吹氮压力是2.0～3.0bar，吹氮10分钟时，改吹氮为吹氩，检测钢水含氮量，得到氮含量数据后改吹氩为吹氮，吹氮20分钟时改吹氮为吹氩，检测钢水含氮量，得到氮含量数据后改吹氩为吹氮，吹氮30分钟时改吹氮为吹氩，检测钢水含氮量，得到氮含量数据后改吹氩为吹氮，吹氮35分钟后进行真空处理，真空处理10～15分钟，破真空后，检测钢水含氮量，并进行吹氮，吹氮压力是215.0～225.0L/Min，吹氮流量2.0～3.0bar，吹氮时间13～20分钟。
6.如权利要求1到5中任一个权利要求所述的含氮齿轮钢生产工艺中的增氮方法，其特征在于：增氮范围是0.0060～0.0160％。
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