CN102021270B

CN102021270B - 提高合金结构钢各向同性的方法

Info

Publication number: CN102021270B
Application number: CN2010106013187A
Authority: CN
Inventors: 王玉玲; 王之香; 邬中华
Original assignee: Shanxi Taigang Stainless Steel Co Ltd
Current assignee: Shanxi Taigang Stainless Steel Co Ltd
Priority date: 2010-12-15
Filing date: 2010-12-15
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2030-12-15
Also published as: CN102021270A

Abstract

本发明涉及一种提高合金结构钢各向同性的方法，它包括下述步骤：I 电炉冶炼先将废钢加入电炉中，再加入铁水，然后开始吹氧加入造渣材料冶炼，在P≤0.015％后，电炉出钢；根据所冶炼的钢种加入含有对应元素的铁合金，进行初步合金化；II 钢包精炼炉精炼把装有钢水的钢包移到精炼工位，加入造渣原料进一步脱氧、去夹杂、脱S至S≤0.005％，同时加入对应元素的铁合金，调整钢水成分；III VD真空脱气把装有钢水的钢包移到VD真空处理工位，喂Si-Ca线，在高真空度下进一步脱气；VD处理后喂Si-Ca线。本提高合金结构钢各向同性的方法处理后的钢各向性能良好，且横向和纵向冲击功差别小，零件成型率高达到98％。

Description

提高合金结构钢各向同性的方法

技术领域

本发明涉及一种提高合金结构钢各向同性的冶金方法。

背景技术

随着机械制造业的发展，对合金结构钢的质量要求越来越高。合金结构钢要求纵向具有良好的性能，同时要求横向也具有良好的性能，亦即要求钢各向同性、性能良好。冶炼时尽量提高钢的各向同性，即性能相差越小，加工性能越好，零件成型率越高，使用寿命越长。目前国内合金钢横纵向性能相差较大，横向冲击功与纵向冲击功之比在0.5～0.8范围，结构零件成型过程中废品率较高，使用寿命较短，如钩尾框成型过程中开裂比例高达20％。

发明内容

为了克服现有提高合金结构钢各向同性的方法的上述不足，本发明提供一种合金结构钢成型性能好、延长结构零件使用寿命的提高合金结构钢各向同性的方法。

本提高合金结构钢各向同性的方法主要关键技术是在现有的合金结构钢冶炼、模铸成锭、钢锭红送初轧、均热开坯的整个过程中，电炉冶炼完成熔化和氧化，控制出钢P≤0.015％，P易偏析于晶界，降低晶界的表面能，还可在晶界上形成磷共晶型非金属夹杂，造成晶界脆化，钢中P含量越低，钢的韧性越好，成型性越好；其次是精炼过程深脱S，控制S≤0.005％，钢中S和Mn结合生成塑性MnS，在热加工过程中要发生变形，并延伸成条状，显著降低钢材的性能，特别是钢材横断面性能大幅度下降，使钢材出现各向性能差别，钢中S含量越低，钢的各向同性性能越好。此外，VD脱气结束后喂Si-Ca线，喂线量0.6-0.8公斤/吨钢，进行夹杂物去除及变性处理，用球状的(Ca、Mn)S代替了条状的MnS，显著提高钢的性能，特别是钢的横向性能，使钢的横向冲击功与纵向冲击功之比≥0.90。

本提高合金结构钢各向同性的方法包括下述依次的步骤：

I 电炉冶炼

将废钢和预处理后的铁水加入电炉，铁水的重量比例不小于50％，一般为50％-90％。废钢中的P含量为0.020～0.035％、S含量为0.020-0.040％；预处理后的铁水中P含量为0.040～0.070％、S含量不大于0.010％；铁水温度不低于1250℃，一般为1250℃-1500℃。

先将废钢加入电炉中，再加入铁水，然后开始吹氧，开吹5-10分钟加入造渣材料石灰(18-22Kg/吨钢)。废钢熔化和铁水氧化同时进行，在冶炼过程中废钢及石灰炉料迅速熔化，同时脱C、脱P、去气、去夹杂，在P≤0.015％后，电炉出钢。电炉出钢前，先根据所冶炼的钢种，在钢包精炼炉的钢包内加入含有对应元素的铁合金、石灰(8-12Kg/t)、合成渣(3-4Kg/t)与硅铝钡(3-4Kg/t)并烘烤不少于30分钟，然后把电炉的钢水倒入钢包中，钢水在钢包中进行初步合金化。

II 钢包精炼炉精炼

把装有钢水的钢包移到精炼工位，送电，加入造渣原料电石、石灰、合成渣进一步脱氧、去夹杂、脱S至S≤0.005％，同时加入对应元素的铁合金，调整钢水成分。

III VD真空脱气

把装有钢水的钢包移到VD真空处理工位，喂Si-Ca线0.1-0.2Kg/吨钢，在高真空度下(压强在67Pa以下)保持20分钟以上，进一步脱气。VD处理工序中喂Si-Ca线，喂线量0.5-0.6Kg/吨钢。钢包底吹氩气不少于15分钟，吹氩气过程钢水不裸露。液面轻微上下波动。

之后，把装有钢水的钢包移到铸台，钢水浇铸成锭、红送轧制成材。

上述的提高合金结构钢各向同性的方法，其特征是：在步骤I，钢水在钢包中进行初步合金化时，铁合金中合金元素的含量要高、成分准确、有害元素含量低；铁合金加入量应使钢水中对应元素的含量达到相应标准要求的中下限；在步骤II钢包精炼炉的钢包出钢时，钢水中的合金元素控制在标准的中限。

上述的提高合金结构钢各向同性的方法，其特征是：在步骤I在步骤I电炉出钢前加入萤石，加入量3-4Kg/t。

本提高合金结构钢各向同性方法的主要关键技术是同时降低钢中P、S含量并进行夹杂物去除及变性处理，在保证合金结构钢高强度的同时提高钢的韧性，并且横向冲击功与纵向冲击功之比由0.5～0.8提高到0.9之上，保证钢具有良好的热加工性能，避免钩尾框锻造等合金零件成型及使用过程中开裂。用本方法处理合金结构钢成本低、便于操作、处理后的钢各向性能良好，且横向和纵向冲击功差别很小，成型性能好，零件成型率达到98％。

具体实施方式

下面结合实施例详细说明本提高合金结构钢各向同性的方法的具体实施方式，但本提高合金结构钢各向同性的方法的具体实施方式不局限于下述的实施例。

实施例一

本实施例冶炼的是铁道车辆钩尾框用25MnCrNiMoA钢。

25MnCrNiMoA钢化学成分的质量百分比要求如下表1。

表1

元素

C

Si

Mn

S

P

Cr

Ni

Mo

含量

0.24～0.28

0.20～0.40

1.20～1.50

≤0.025

0.40～0.60

0.35～0.55

0.20～0.30

钩尾框的形状复杂，锻造工序长，主要过程有制坯(自由锻)、成品锻造(两次模锻)、热弯(180度弯曲)等，成型难度大，特别是在热弯曲成型过程中容易出现裂纹现象，因此要求钢强韧性能良好，各向性能差异小。

本实施例的步骤如下：

I 电炉冶炼

(1)把废钢20吨加入60吨高功率的电炉中，废钢中的P＝0.028％、S＝0.031％；再把40吨预处理后的铁水加入到同一电炉中，预处理后的铁水温度为1462℃、P＝0.051％、S＝0.09％。

(2)加入铁水后开始吹氧助熔，吹氧5分钟后加入石灰1084Kg，白云石244Kg。在冶炼过程中废钢和石灰、白云石迅速熔化，同时脱C、脱P、去气、去夹杂。

(3)钢水温度达到1640-1680℃，C≥0.10％，P≤0.015％时出钢，本实施例的出钢温度为1660℃，C＝0.11％，P＝0.010％。然后把钢水倒入装有硅锰合金1100kg、石灰600kg、萤石200Kg、合成渣300kg、硅铝钡200Kg、铬铁500Kg、钼铁200Kg、镍板230Kg并烘烤了37分钟的钢包精炼炉的钢包内，钢水在该钢包内进行钢水初步合金化。

II钢包炉精炼

(1)把装有钢水的钢包精炼炉的钢包移到LF精炼工位，测温1557℃，喂Al线80Kg，送电，加电石70Kg。

(2)取样分析，钢水的化学成分的重量百分配比为：

C＝0.21％；Si＝0.29％；Mn＝1.36％；P＝0.007％；S＝0.001％；

Al＝0.02％；Cr＝0.47％；Mo＝0.27％；其余为Fe与不可避免的杂质。

调渣加石灰200Kg、合成渣300Kg；调成分加碳粉35Kg。

(3)取样分析，钢水的化学成分的重量百分配比为：

C＝0.26％；Mn＝1.37％；Cr＝0.46％；Ni＝0.43％；Mo＝0.26％；

Si＝0.29％；S＝0.003％；其余为Fe与不可避免的杂质。

(4)测温1660℃，精炼结束。

IIIVD真空脱气

把钢包移到VD真空处理工位，先喂Si-Ca线0.2Kg/吨钢，之后在65Pa的高真空度下保持20分钟，破真空后停止吹氩气，喂Al线50m，喂Si-Ca线0.4Kg/t钢水，钢包再底吹氩气15分钟以上，吹氩气过程钢水不裸露。

之后，进行模铸成锭、红送钢锭轧制成材、检验。本实施例钢材规格为150×150(mm)方。夹杂物试样取自对角线1/4处，夹杂物测试结果见表2。

表2

力学性能试样毛坯尺寸为25mm，取自对角线1/4处。力学性能试样毛坯经910℃淬火、610℃回火处理后，加工成试样进行力学性能测试，结果见表3：

表3

实施例二

本实施例冶炼的是42CrMo钢，它的成分的质量百分比要求见表4。

表4

元素

C

Si

Mn

S

P

Cr

Mo

含量

0.38～0.45

0.17～0.37

0.50-0.80

≤0.025

0.90～1.20

0.15～0.25

本实施例的步骤如下：

I 电炉冶炼

(1)把废钢6.4吨加入60吨高功率的电炉中，废钢中的P＝0.034％、S＝0.039％；再把54.2吨预处理后的铁水加入到同一电炉中，预处理后的铁水温度为1462℃、P＝0.051％、S＝0.09％。

(2)加入铁水后开始吹氧助熔，吹氧5分钟后加入石灰1072Kg，白云石252Kg。在冶炼过程中废钢和石灰、白云石迅速熔化，同时脱C、脱P、去气、去夹杂。

(3)钢水温度达到1640-1680℃，C≥0.10％，P≤0.015％时出钢，本实施例的出钢温度为1654℃，C＝0.19％，P＝0.005％。然后把钢水倒入装有萤石200Kg、硅铁600Kg、硅锰合金200kg、碳锰合金300kg、石灰500kg、合成渣200kg、硅铝钡200Kg、钼铁180Kg、铬铁900Kg，并烘烤了37分钟的钢包精炼炉的钢包内，钢水在该钢包内进行钢水初步合金化。

II钢包炉精炼

(1)把装有钢水的钢包精炼炉的钢包移到LF精炼工位，测温1557℃，喂Al线80Kg，送电，加电石65Kg。

(2)取样分析，钢水的化学成分的重量百分配比为：

C＝0.25％；Si＝0.13％；Mn＝0.55％；P＝0.005％；S＝0.002％；

Al＝0.55％；Cr＝1.02％；Mo＝0.17％；其余为Fe与不可避免的杂质。

调渣加石灰200Kg、合成渣200Kg；调成分加碳锰100Kg，碳粉90Kg、硅铁60Kg、高铬100Kg、钼铁25Kg。

(3)取样分析，钢水的化学成分的重量百分配比为：

C＝0.37％；Si＝0.21％；Mn＝0.77％；P＝0.006％；S＝0.003％；Al＝0.039％；

Cr＝1.02％；Mo＝0.20％；其余为Fe与不可避免的杂质。

调渣加石灰100Kg。

(4)取样分析，钢水的化学成分的重量百分配比为：

C＝0.40％；Si＝0.24％；Mn＝0.76％；P＝0.006％；S＝0.002％；

Al＝0.025％；Cr＝1.07％；Mo＝0.20％；其余为Fe与不可避免的杂质。

(5)测温1658℃，精炼结束。

IIIVD真空脱气

把钢包移到VD真空处理工位，先喂线0.2Kg/吨钢，之后抽真空在64Pa的高真空度下保持20分钟，破真空后停止吹氩气，喂Si-Ca线(含Ca量33％)，喂入量0.3Kg/t钢水，钢包再底吹氩气15分钟以上，吹氩气过程钢水不裸露。

之后，进行模铸成锭、红送钢锭轧制成材、检验。本实施例钢材规格为260×260(mm)方。试样毛坯尺寸为25mm，取自对角线1/2处，试样毛坯经850℃淬火、520℃回火处理后，加工成试样进行性能测试，结果见表5。

表5

Claims

1.一种提高合金结构钢各向同性的方法，它包括下述依次的步骤：

Ⅰ 电炉冶炼

将废钢和预处理后的铁水加入电炉，铁水的重量比例不小于50%，废钢中的P含量为0.020~0.035%、S含量为0.020-0.040%；预处理后的铁水中P含量为0.040~0.070%、S含量不大于0.010%；铁水温度不低于1250℃；

先将废钢加入电炉中，再加入铁水，然后开始吹氧，开吹5-10分钟加入造渣材料石灰；废钢熔化和铁水氧化同时进行，在冶炼过程中废钢及石灰炉料迅速熔化，同时脱C、脱P、去气、去夹杂，在P≤0.015%后，电炉出钢；电炉出钢前，先根据所冶炼的钢种，在钢包精炼炉的钢包内加入含有对应元素的铁合金、石灰、合成渣与硅铝钡并烘烤不少于30分钟，然后把电炉的钢水倒入钢包中，钢水在钢包中进行初步合金化；

Ⅱ 钢包精炼炉精炼

把装有钢水的钢包移到精炼工位，送电，加入造渣原料电石、石灰、合成渣进一步脱氧、去夹杂、脱S至S≤0.005%，同时加入对应元素的铁合金，调整钢水成分；

Ⅲ VD真空脱气

把装有钢水的钢包移到VD真空处理工位，喂Si-Ca线0.1-0.2 Kg/吨钢，在真空度64Pa以下保持20分钟以上，进一步脱气；VD处理工序中喂Si-Ca线，喂线量0.5—0. 6Kg/吨钢；钢包底吹氩气不少于15分钟，吹氩气过程钢水不裸露。