CN102399938A - 一种棒线材合金钢的夹杂物控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冶金技术领域，特别涉及一种棒线材合金钢的夹杂物控制方法，解决棒线材合金钢的夹杂物超标的问题，改善钢水的洁净度，并提高钢水的可浇性。本发明的技术方案是：采用“转炉冶炼→LF精炼→RH精炼→方坯连铸”生产工艺，生产在LF精炼结束时对钢水进行钙处理，经软吹后再进行RH处理，具体步骤如下：（1）转炉冶炼的钢液采用铝进行脱氧；（2）LF精炼结束时，向钢液喂入钙线；（3）喂线完毕后，对钢液进行软吹氩气；（4）对钢液进行RH真空处理；（5）RH真空处理完毕后，对钢液进行软吹氩气；（6）加入中间包覆盖剂，采用连铸钢包长水口吹氩保护浇注；本发明较大的节省了生产成本，且夹杂物评级相比原工艺明显下降。

Description

一种棒线材合金钢的夹杂物控制方法

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，特别涉及一种棒线材合金钢的夹杂物控制方法。

背景技术

随着社会的发展，对钢的综合性能要求日趋严格，对合金结构钢提出了更高强度、更高安全性、长寿命和低成本的迫切要求。大量的研究表明，钢中大尺寸夹杂物严重地影响着钢的疲劳性能和其他力学性能，特别是对于高强度钢的疲劳性能，大尺寸的夹杂物成为主要的裂纹源。在所有夹杂物中，无论是钙铝酸盐类、氧化铝类还是硫化物类，它们虽然对疲劳强度有不同的影响，但主要是由于自身尺寸不同造成的影响。夹杂物尺寸就成为控制疲劳破坏的最主要因素。

冶金工业一方面通过应用各种冶炼工艺使夹杂物含量越来越少，尺寸越来越小；另一方面则是将夹杂物改性，使夹杂物在热加工中较易变形，使夹杂物塑性化，如钙处理。钙处理一般是在浇涛前一次性加入足够的钙，对钢液进行处理。通过钙处理的方法可以生成12CaO∙7Al₂O₃和CaO∙Al₂O₃等低熔点夹杂物，这类夹杂物在轧制过程可以发生稍许变形，因而能够减少夹杂物-钢基体界面上生成裂纹和空洞，有利于改善钢材的疲劳性能；除此之外，这类夹杂物不会粘结在水口上，造成水口堵塞，可以大大改善铝镇静钢的浇铸性能。可是，钙处理变性得到的非金属夹杂物浸润角大，不易上浮，因上浮时间少容易残留在钢中，生成少量大尺寸的CaO-Al₂O₃系夹杂物，容易导致钢中非金属夹杂物超标。因此，对高品质钢一般不允许钙处理。

理论分析表明，钢中酸溶铝增加时，与之平衡的溶解氧呈下降趋势，当酸溶铝含量在0.02%~0.05%时，钢中氧活度为(2~4)×10^-4%。因此，生产低氧钢宜采用铝脱氧。采用铝脱氧常会带来钢水可浇性差，连铸水口粘接、堵塞等问题，一些企业在生产优质钢时，为了不进行钙处理而保证浇注，不得不将铝含量控制在0.01%以下，从而造成全氧偏高，钢水的洁净度受到一定的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种棒线材合金钢的夹杂物控制方法，以解决棒线材合金钢的夹杂物超标的问题，改善钢水的洁净度，并提高钢水的可浇性。

本发明的技术解决方案是：采用“转炉冶炼→LF精炼→RH精炼→方坯连铸”生产工艺，生产在LF精炼结束时对钢水进行钙处理，经软吹后再进行RH处理，具体的操作步骤如下：

（1）转炉冶炼的钢液采用铝进行脱氧，使钢液中氧气体积百分比含量<10×10^-4%后，进行LF精炼，精炼过程中控制炉渣中的成分为CaO：45~57wt%，Al₂O₃：18~30wt%，SiO₂：3~15wt%，MgO：5~10wt%，FeO：<1wt%，LF精炼时间30min~55min；

（2）LF精炼结束时，向钢液喂入铁钙线、硅钙线或实心钙线，喂线速度50~250m/min，控制钢液中的钙铝质量百分比为（0.08~0.16）：1；

（3）喂线完毕后，对钢液进行软吹氩气，软吹时间为2~10min，软吹气量控制在20~50NL/min；

（4）对钢液进行RH真空处理，控制真空度小于267Pa，处理时间20min~40min，纯脱气时间10min~30min，提升气量为1300~1600NL/min，经RH真空处理后，钢液中的钙含量小于10×10^-4wt%；

（5）RH真空处理完毕后，对钢液进行软吹氩气，软吹时间10min~25min，软吹气量控制20~50NL/min；

（6）加入中间包覆盖剂，采用连铸钢包长水口吹氩保护浇注；

所述的棒线材合金钢为轴承钢、弹簧钢或冷镦钢；

所述的步骤（2）中喂入的钙线中硅钙线的直径为13

0.6mm，其中硅含量为50~65wt%，钙含量≥28wt%，余量为杂质；铁钙线的直径为13

0.6mm，其中铁含量≥64wt%，钙含量≥30wt%，余量为杂质；实心钙线的直径为9.5

0.5mm，其中钙含量≥97%，余量为杂质；

所述的步骤（6）中，中间包覆盖剂的成分为CaO：45~55wt%，Al₂O₃：30~40wt%，SiO₂：≤9wt%，MgO：≤6wt%。

本发明的优点在于：

1．生产高品质钢，采用钙处理夹杂物不会超标。常规工艺通常在浇注前一次性加钙进行钙处理，易生成较大的夹杂物且不易上浮，导致夹杂物超标。本发明将钙处理放在LF处理结束后，夹杂物在此时即转变为液态的夹杂物，即使生成较大的夹杂物，经过RH的循环处理和两次软吹操作，液态夹杂物上浮时间至少比常规工艺长30min，尺寸较大的夹杂物（直径大于10μm）也完全可以碰撞聚合并从钢液中排出。大尺寸的夹杂物得到控制，钢的疲劳性能也会相应提高；

2．钢水可浇性好，可以适当控制铝含量，进一步降低全氧。因钢中的夹杂物呈液态，不易在水口粘结，不能造成水口堵塞，钢水的可浇性大大改善，因此，易将铝控制在0.02%~0.04%，进一步降低钢中的全氧，钢中的夹杂物也相应减少；

3．可使夹杂物塑性化，改善钢的疲劳性能。因夹杂物熔点低，在钢中呈现液态球状。在热轧时，熔点低的夹杂物可以发生稍许变形，因而能够减少夹杂物-钢基体界面上生成裂纹和空洞，有利于改善钢材的疲劳性能。此外，由于较低熔点的球状夹杂物与钢基体界面应力集中程度降低，这也有利于改善钢材的疲劳性能；

4．钢水的钙含量可控。在真空条件下，钢中的溶解钙易生成钙蒸气从钢中逸出，因此在RH本处理的过程中，钢中的钙含量会越来越少，最终可以使钙含量小于10×10^-4%，这样可以避免因钙含量高再次产生较大尺寸的夹杂物。

表1为原有钙处理工艺、无钙处理工艺与本发明所得的夹杂物评级。评级方法参照GB/T 10561-2005，从表1可以看出，本发明相比原钙处理工艺D类夹杂物级别明显降低，相比无钙处理工艺，夹杂物等级并没有超标；

表1

具体实施方式

实施例1：本实施例以生产棒线材冷镦钢35CrMo予以说明；

（1）转炉冶炼的钢液采用铝进行脱氧，使钢液中氧气体积百分比含量<10×10^-4%后，进行LF精炼，精炼过程中控制炉渣中的成分为CaO：57wt%，Al₂O₃：22.1wt%，SiO₂： 15wt%，MgO：5wt%，FeO：0.9wt%，LF精炼时间30min；

（2）LF精炼结束时，向钢液喂入直径为12.4mm铁钙线，其中铁含量64wt%，钙含量30wt%，余量为杂质；喂线速度200m/min，控制钢液中的钙铝质量百分比为0.16：1；

（3）喂线完毕后，对钢液进行软吹氩气，软吹时间为2min，软吹气量控制在50NL/min；

（4）对钢液进行RH真空处理，控制真空度小于267Pa，处理时间20min，纯脱气时间10min，提升气量为1300NL/min，经RH真空处理后，钢液中的钙含量为9×10^-4wt%；

（5）RH真空处理完毕后，对钢液进行软吹氩气，软吹时间10min，软吹气量控制50NL/min；

（6）加入中间包覆盖剂，其中CaO：45wt%，Al₂O₃：40wt%，SiO₂：9wt%，MgO： 6wt%，采用连铸钢包长水口吹氩保护浇注，得到铸坯；

最终产品35CrMo钢种棒线材合金钢的各组分含量为：C：0.36 wt%、Si：0.24 wt%、Mn ：0.70wt%、P：0.015 wt%、S：0.010 wt%、Cr ：0.95~0.99 wt%、Mo：0.18%wt%、Al：0.04wt%，余量为铁；钢的全氧含量为7.2×10^-4%，连浇炉数由无钙处理工艺的3~4炉提升至本发明的8~10炉，较大的节省了生产成本，且夹杂物评级相比原有钙处理工艺明显下降。

实施例2：

本实施例以生产棒线材轴承钢GCr15予以说明；

（1）转炉冶炼的钢液采用铝进行脱氧，使钢液中氧气体积百分比含量<10×10^-4%后，进行LF精炼，精炼过程中控制炉渣中的成分为CaO：45wt%，Al₂O₃：30wt%，SiO₂：15wt%，MgO：9.5wt%，FeO：0.5wt%，LF精炼时间55min；

（2）LF精炼结束时，向钢液喂入直径为13.6mm硅钙线，其中硅含量为65wt%，钙含量为28wt%，余量为杂质；喂线速度250m/min，控制钢液中的钙铝质量百分比为0.1：1；

（3）喂线完毕后，对钢液进行软吹氩气，软吹时间为10min，软吹气量控制在20NL/min；

（4）对钢液进行RH真空处理，控制真空度小于267Pa，处理时间40min，纯脱气时间30min，提升气量为1600NL/min，经RH真空处理后，钢液中的钙含量为2×10^-4wt%；

（5）RH真空处理完毕后，对钢液进行软吹氩气，软吹时间25min，软吹气量控制30NL/min；

（6）加入中间包覆盖剂，其中CaO：55wt%，Al₂O₃：32wt%，SiO₂：8wt%，MgO： 5wt%，采用连铸钢包长水口吹氩保护浇注，得到铸坯；

最终产品GCr15钢种棒线材合金钢的各组分含量为： C ：0.99wt%、Si ：0.24 wt%、Mn ：0.29 wt%、P：0.015 wt%、S：0.007 wt%、Cr：1.47wt%、Al：0.02wt%，余量为铁；钢中铝含量从原来的小于0.01%提升至0.02%，钢的全氧含量降低值为0.3×10^-4%，浇注过程没有发生絮流现象，且夹杂物评级并没有超标。

实施例3：

本实施例以生产线材弹簧钢55SiCrA予以说明；

（1）转炉冶炼的钢液采用铝进行脱氧，使钢液中氧气体积百分比含量<10×10^-4%后，进行LF精炼，精炼过程中控制炉渣中的成分为CaO：57wt%，Al₂O₃：30wt%，SiO₂：3wt%，MgO：9.9wt%，FeO：0.1wt%，LF精炼时间40min；

（2）LF精炼结束时，向钢液喂入直径为10mm实心钙线，其中钙含量97%，余量为杂质；喂线速度50m/min，控制钢液中的钙铝质量百分比为0.08：1；

（3）喂线完毕后，对钢液进行软吹氩气，软吹时间为6min，软吹气量控制在30NL/min；

（4）对钢液进行RH真空处理，控制真空度小于267Pa，处理时间30min，纯脱气时间20min，提升气量为1400NL/min，经RH真空处理后，钢液中的钙含量为4×10^-4wt%；

（5）RH真空处理完毕后，对钢液进行软吹氩气，软吹时间15min，软吹气量控制20NL/min；

（6）加入中间包覆盖剂，其中CaO：50wt%，Al₂O₃：35wt%，SiO₂： 9wt%，MgO： 6wt%，采用连铸钢包长水口吹氩保护浇注，得到铸坯；

最终产品55SiCrA钢种棒线材合金钢的各组分含量为C：0.53wt%、Si：1.40wt%、Mn ：0.65 wt%、P：0.015 wt%、S：0.007 wt%、Cr：0.65wt%、Al ：0.02wt%，余量为铁，钢中铝含量从原来的小于0.01%提升至0.02%，钢的全氧含量降低值约0.5×10^-4%，浇注流畅，且夹杂物评级并没有超标。

Claims (4)

1.一种棒线材合金钢的夹杂物控制方法，其特征在于，按以下工艺步骤进行：

（1）转炉冶炼的钢液采用铝进行脱氧，使钢液中氧气体积百分比含量<10×10^-4%后，进行LF精炼，精炼过程中控制炉渣中的成分为CaO：45~57wt%，Al₂O₃：18~30wt%，SiO₂：3~15wt%，MgO：5~10wt%，FeO：<1wt%，LF精炼时间30min~55min；

（2）LF精炼结束时，向钢液喂入铁钙线、硅钙线或实心钙线，喂线速度50~250m/min，控制钢液中的钙铝质量百分比为（0.08~0.16）：1；

（3）喂线完毕后，对钢液进行软吹氩气，软吹时间为2~10min，软吹气量控制在20~50NL/min；

（4）对钢液进行RH真空处理，控制真空度小于267Pa，处理时间20min~40min，纯脱气时间10min~30min，提升气量为1300~1600NL/min，经RH真空处理后，钢液中的钙含量小于10×10^-4wt%；

（5）RH真空处理完毕后，对钢液进行软吹氩气，软吹时间10min~25min，软吹气量控制20~50NL/min；

（6）加入中间包覆盖剂，采用连铸钢包长水口吹氩保护浇注。

2.根据权利要求1所述的一种棒线材合金钢的夹杂物控制方法，其特征在于，所述的棒线材合金钢为轴承钢、弹簧钢或冷镦钢。

3.根据权利要求1所述的一种棒线材合金钢的夹杂物控制方法，其特征在于，所述的步骤（2）中喂入的钙线中硅钙线的直径为13

0.6mm，其中硅含量为50~65wt%，钙含量≥28wt%，余量为杂质；铁钙线的直径为13

0.6mm，其中铁含量≥64wt%，钙含量≥30wt%，余量为杂质；实心钙线的直径为9.5

0.5mm，其中钙含量≥97%，余量为杂质。

4.根据权利要求1所述的一种棒线材合金钢的夹杂物控制方法，其特征在于，所述的步骤（6）中，中间包覆盖剂的成分为CaO：45~55wt%，Al₂O₃：30~40wt%，SiO₂：≤9wt%，MgO：≤6wt%。