CN104694831B - 一种合金结构钢42CrMo板坯及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种合金结构钢42CrMo板坯及其生产方法，该方法包括如下步骤：(1)入炉铁水S≤0.030％、P≤0.120％、Si≤0.85％；(2)转炉冶炼出钢条件C≥0.10％，P≤0.008％；温度＝1650～1680℃；(3)LF精炼调整成分目标值：C＝0.41～0.43％、Si＝0.23～0.27％、Mn＝0.58～0.62％、S≤0.010％、P≤0.015％、Cr＝0.92～0.98％、Mo＝0.17～0.19％、Cu≤0.20％、Ni≤0.30％，钢水出站温度：第一炉1560+45℃，连浇炉1550+45℃；(4)VD精炼真空度≤67Pa时≥15分钟，同时采用0.15～0.20MPa弱吹氩搅拌，破空后喂140～150m直径为Φ13mm的CaSi丝，喂后弱吹氩≥10分钟，出站温度第一炉1560±5℃，连浇炉1550±5℃；(5)连铸：采用一级水表控制板坯铸机二冷各区水量分布；轻压下区间为f_S＝0.45～0.95，分配系数见表2，压下量3.8mm。本发明满足大截面42CrMo板坯的生产需要。

Description

一种合金结构钢42CrMo板坯及其生产方法

技术领域

本发明属于转炉冶金领域，特别提供一种合金结构钢42CrMo板坯及其生产方法。

背景技术

42CrMo合金结构钢主要用于制作机车牵引用大齿轮、增压器传动齿轮、后轴、发动机汽缸，石油深井钻杆接头及打捞工具等各种机械的重要部件，要求其具有很高的力学性能，诸如良好的锻造、冲压和切削加工性能，同时还要有承受使用条件下的拉、压、剪、扭、弯及锻等各种载荷的综合作用的能力。因此，在冶金质量方面对钢的化学成分、内部和表面的质量都提出了非常严格的要求。

42CrMo钢种属于合金钢中的Cr-Mo钢系列，GBT3077-1999合金结构钢标准明确了42CrMo钢的化学成分及力学性能，该标准适用于直径和厚度不大于250mm的合金结构钢棒材。据资料：新兴铸管有限公司采用转炉→精炼→方坯连铸生产过截面300mm×300mm的方坯。广东韶关钢铁有限公司采用转炉+KR脱硫炉冶炼→LF精炼→RH精炼→连铸工艺，完成了截面320mm×425mm的42CrMo钢种开发及批量生产。但42CrMo钢大截面板坯的生产研制未见报道。但市场对大截面板坯有一定需求量，天津钢铁有限公司2013年开展了截面尺寸为180mm×1600mm合金结构钢42CrMo板坯的研制开发工作。考虑到产品开发的经济性，同时考虑到42CrMo性能要求，参照GBT3077-1999合金结构钢标准，我们设计了一种新化学成分的钢种用于生产42CrMo合金结构钢。形成高炉炼铁→顶底复吹转炉→LF钢包精炼炉→VD真空脱气→板坯连铸的生产优质板坯的生产线。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种大截面的合金结构钢42CrMo板坯及其生产方法。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

一种合金结构钢42CrMo板坯，该板坯的化学成分及含量如下：C＝0.41～0.43％、Si＝0.23～0.27％、Mn＝0.58～0.62％、S≤0.010％、P≤0.015％、Cr＝0.92～0.98％、Mo＝0.17～0.19％、Cu:≤0.20％、Ni≤0.30％；截面尺寸为180mm×1600mm。

一种合金结构钢42CrMo板坯生产方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)原料：入炉铁水：S≤0.030％、P≤0.120％、Si≤0.85％；

(2)转炉冶炼：采用顶底复吹转炉实现钢水的初炼，转炉出钢过程中采取挡渣出钢，控制下渣量0～40mm，防止回磷；出钢过程中向钢包内加入合成渣料进行渣洗，同时进行钢包顶渣的改质，进一步脱硫去夹杂；采取高拉碳操作，采用高拉碳工艺，减少炉后增碳，出钢条件：C≥0.10％，P≤0.008％；温度＝1650～1680℃；

(3)LF精炼：钢水进站后吹氩，并根据钢水情况补充部分渣料，选择适当的电压、电流快速化渣，化好渣后，进行测温、取样；分期分批加入精炼渣料和还原剂，采用Al粉、电石、碳化硅扩散脱氧，白渣精炼时间≥20分钟，白渣形成后取钢水样做全分析，调整成分目标值：C＝0.41～0.43％、Si＝0.23～0.27％、Mn＝0.58～0.62％、S≤0.010％、P≤0.015％、Cr＝0.92～0.98％、Mo＝0.17～0.19％、Cu≤0.20％、Ni≤0.30％，钢水出站温度：第一炉1560+45℃，连浇炉1550+45℃；

(4)VD精炼工序：钢水真空处理要求在真空度≤67Pa时保持≥15分钟，同时采用0.15～0.20MPa弱吹氩搅拌，破空后喂140～150mΦ13mmCaSi丝，喂后弱吹氩≥10分钟，软吹氩结束到连铸开浇间隔≥8分钟，以保证钢水出站氢含量为≤2.5ppm；出站温度控制：第一炉1560±5℃，连浇炉1550±5℃；

(5)连铸：截面：180mm×1600mm板坯连铸机，重点控制以下几个方面：

a.浇铸方式：全程保护浇铸，使用铝碳套管，高碳钢专用保护渣；

b.采用如表1所示的一级水表控制板坯铸机二冷各区水量分布；

表1二冷水量分布

以达到控制铸坯内部质量；

c.钢水过热度控制在15℃以内，稳定拉速为1.2～1.5m/min，目标值：1.3m/min；

d.结晶器液位波动控制在±3mm以内，结晶器振动采用非正弦，其振动曲线的非正弦系数：0.55；

e.采用动态轻压下技术，轻压下区间为：f_S＝0.45～0.95，轻压下的分配系数见表2：

表2轻压下分配系数

压下区间系数	压下量系数
		0	0
0.3	0.2
		0.7	0.8
1.0	1.0

压下量：3.8mm

本发明具有的优点和积极效果是：通过本发明中的生产方法，能够生产大截面42CrMo板坯，该钢种化学成分控制严格，整批供货均匀、波动小；采用顶底复吹技术，低压大流量氧枪供氧，吹炼平稳，成分和温度命中率高；采用挡渣出钢；LF、VD精炼工序配有钢包全过程底吹氩及钢包喂丝设备，可以有效脱除钢中气体，降低钢中夹杂物含量，提高钢水纯净度；采用结晶器非正弦振动，铸坯表面振痕浅；二冷动态配水保证铸坯在二冷区内的均匀冷却，减少了铸坯表面裂纹、鼓杜缺陷的发生；动态轻压下技术使铸坯的凝固组织更加均匀致密，起到改善中心偏析和减少中心疏松的作用。

附图说明

图1是实施例一中42CrMo板坯酸侵低倍形貌图；

图2是实施例二中42CrMo板坯酸侵低倍形貌图；

图3是实施例三中42CrMo板坯酸侵低倍形貌图。

具体实施方式:

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

一种合金结构钢42CrMo大截面板坯，该板坯的化学成分及含量如下：C＝0.41～0.43％、Si＝0.23～0.27％、Mn＝0.58～0.62％、S≤0.010％、P≤0.015％、Cr＝0.92～0.98％、Mo＝0.17～0.19％、Cu:≤0.20％、Ni≤0.30％；截面尺寸为180mm×1600mm。

实施例一：

一种合金结构钢42CrMo大截面板坯生产方法，包括如下步骤：

(1)采取精料原则，入炉铁水：Si：0.61％、P：0.080％、S：0.027％；

(2)转炉冶炼：采用顶底复吹转炉实现钢水的初炼，前、中期造渣脱P，中、后期造渣脱S，转炉出钢过程中采取挡渣出钢，严格控制下渣，下渣厚度36mm，防止回磷；出钢过程中向钢包内加入合成渣料进行渣洗，同时进行钢包顶渣的改质，进一步脱硫去夹杂；采取高拉碳操作，采用高拉碳工艺，减少炉后增碳，出钢条件：C：0.12％、P：0.006％；出钢温度1665℃；

(3)LF精炼：钢水进站后吹氩，并根据钢水情况补充部分渣料，选择适当的电压、电流快速化渣，化好渣后，进行测温、取样；分期分批加入精炼渣料和还原剂，采用Al粉、电石、碳化硅扩散脱氧，白渣精炼时间23分钟，尽快形成白渣；白渣形成后，取钢水样做全分析，调整成分目标值：C＝0.42％、Si＝0.26％、Mn＝0.58％、S＝0.005％、P＝0.012％、Cr＝0.92％、Mo＝0.17％、Cu＝0.10％、Ni＝0.20％，钢水出站温度：第一炉1605℃；

(4)VD精炼工序：钢水真空处理真空度60Pa时保持19分钟，同时采用0.15MPa压力吹氩搅拌；破空后喂145m直径为Φ13mm的CaSi丝，以改善钢水流动性及夹杂物变性处理；喂CaSi丝结束后，进行压力为0.18MPa的软吹操作10分钟；软吹氩结束到连铸开浇间隔8分钟，以保证出站氢含量为1.5ppm；连铸到站温度1563℃；

(5)连铸工序：截面：180mm×1600mm板坯连铸机，重点控制以下几个方面：

a.浇铸方式：高碳钢专用保护渣；采取全程加铝碳保护套管保护浇注，浇注速度：1.3m/min，比水量0.82/Kg；

b.采用如表1所示的一级水表控制板坯铸机二冷各区水量分布，

表1二冷水量分布

以达到控制铸坯内部质量；

c.钢水过热度控制在14℃，稳定拉速为1.2～1.5m/min，目标值：1.3m/min；

d.结晶器液位波动控制在±3mm以内，结晶器振动采用非正弦，其振动曲线的非正弦系数：0.55，该振动曲线方式负滑脱时间短，铸坯表面振痕浅，有利于板坯表面的控制；

e.采用动态轻压下技术，轻压下区间为：f_S＝0.45～0.95(f_S：凝固率)，轻压下的分配系数见表2：

表2轻压下分配系数

压下区间系数	压下量系数
		0	0
0.3	0.2
		0.7	0.8
1.0	1.0

压下量：3.8mm；

(6)铸坯检验：外形尺寸及表面质量较好；低倍检验：浇铸时取低倍试样，加工后对其截面经行侵蚀，板坯低倍检验情况见表3：

表3试样检验情况

42CrMo板坯酸侵低倍形貌见图1；

(7)入库。

实施例二

一种合金结构钢42CrMo大截面板坯生产方法，包括如下步骤

(1)采取精料原则，入炉铁水：Si：0.71％、P：0.090％、S：0.024％；

(3)转炉冶炼：采用顶底复吹转炉实现钢水的初炼，前、中期造渣脱P，中、后期造渣脱S，转炉出钢过程中采取挡渣出钢，严格控制下渣，下渣厚度39mm，防止回磷；出钢过程中向钢包内加入合成渣料进行渣洗，同时进行钢包顶渣的改质，进一步脱硫去夹杂；采取高拉碳操作，采用高拉碳工艺，减少炉后增碳，出钢条件：C：0.11％、P：0.007％；出钢温度1662℃；

(3)LF精炼：钢水进站后吹氩，并根据钢水情况补充部分渣料，选择适当的电压、电流快速化渣，化好渣后，进行测温、取样；分期分批加入精炼渣料和还原剂，采用Al粉、电石、碳化硅扩散脱氧，白渣精炼时间23分钟，尽快形成白渣；白渣形成后，取钢水样做全分析，调整成分目标值：C＝0.41％、Si＝0.27％、Mn＝0.61％、S＝0.007％、P＝0.015％、Cr＝0.97％、Mo＝0.18％、Cu＝0.20％、Ni＝0.30％，钢水出站温度：1595℃；

(4)VD精炼工序：钢水真空处理真空度60Pa时保持20分钟，同时采用0.15MPa压力吹氩搅拌；破空后喂150m直径为Φ13mm的CaSi丝，以改善钢水流动性及夹杂物变性处理；喂CaSi丝结束后，进行压力为0.18MPa的软吹操作15分钟；软吹氩结束到连铸开浇间隔8分钟，以保证出站氢含量为1.5ppm；连铸到站温度1551℃；

(5)连铸工序：截面：180mm×1600mm板坯连铸机，重点控制以下几个方面：

a.浇铸方式：高碳钢专用保护渣；采取全程加铝碳保护套管保护浇注，浇注速度：1.4m/min，比水量0.82L/Kg；

b.采用如表1所示的一级水表控制板坯铸机二冷各区水量分布，

表1二冷水量分布

以达到控制铸坯内部质量；

c.钢水过热度控制在15℃，稳定拉速为1.2～1.5m/min，目标值：1.3m/min；

d.结晶器液位波动控制在±3mm以内，结晶器振动采用非正弦，其振动曲线的非正弦系数：0.55，该振动曲线方式负滑脱时间短，铸坯表面振痕浅，有利于板坯表面的控制；

e.采用动态轻压下技术，轻压下区间为：f_S＝0.45～0.95(f_S：凝固率)，轻压下的分配系数见表2：

表2轻压下分配系数

压下区间系数	压下量系数
		0	0
0.3	0.2
		0.7	0.8
1.0	1.0

压下量：3.8mm；

(6)铸坯检验：外形尺寸及表面质量较好；低倍检验：浇铸时取低倍试样，加工后对其截面经行侵蚀，板坯低倍检验情况见表4：

表4试样检验情况

42CrMo板坯酸侵低倍形貌见图1；

(7)入库。

实施例三

一种合金结构钢42CrMo大截面板坯生产方法，包括如下步骤：

(1)采取精料原则，入炉铁水：Si：0.78％、P：0.090％、S：0.026％；

(2)转炉冶炼：采用顶底复吹转炉实现钢水的初炼，前、中期造渣脱P，中、后期造渣脱S，转炉出钢过程中采取挡渣出钢，严格控制下渣，下渣厚度38mm，防止回磷；出钢过程中向钢包内加入合成渣料进行渣洗，同时进行钢包顶渣的改质，进一步脱硫去夹杂；采取高拉碳操作，采用高拉碳工艺，减少炉后增碳，出钢条件：C：0.11％、P：0.007％；出钢温度1676℃；

(3)LF精炼：钢水进站后吹氩，并根据钢水情况补充部分渣料，选择适当的电压、电流快速化渣，化好渣后，进行测温、取样；分期分批加入精炼渣料和还原剂，采用Al粉、电石、碳化硅扩散脱氧，白渣精炼时间23分钟，尽快形成白渣；白渣形成后，取钢水样做全分析，调整成分目标值：C＝0.43％、Si＝0.23％、Mn＝0.62％、S＝0.010％、P＝0.011％、Cr＝0.98％、Mo＝0.19％、Cu＝0.20％、Ni＝0.30％，钢水出站温度：1594℃；

(4)VD精炼工序：钢水真空处理真空度60Pa时保持23分钟，同时采用0.15MPa压力吹氩搅拌；破空后喂140mΦ13mmCaSi丝，以改善钢水流动性及夹杂物变性处理；喂CaSi丝结束后，进行压力为0.18MPa的软吹操作15分钟；软吹氩结束到连铸开浇间隔8分钟，以保证出站氢含量为1.5ppm；连铸到站温度1550℃；

(5)连铸工序：截面：180mm×1600mm板坯连铸机，重点控制以下几个方面：

a.浇铸方式：高碳钢专用保护渣；采取全程加铝碳保护套管保护浇注，浇注速度：1.3m/min，比水量0.82L/Kg；

b.采用如表1所示的一级水表控制板坯铸机二冷各区水量分布，

表1二冷水量分布

以达到控制铸坯内部质量；

c.钢水过热度控制在13℃，稳定拉速为1.2～1.5m/min，目标值：1.3m/min；

d.结晶器液位波动控制在±3mm以内，结晶器振动采用非正弦，其振动曲线的非正弦系数：0.55，该振动曲线方式负滑脱时间短，铸坯表面振痕浅，有利于板坯表面的控制；

e.采用动态轻压下技术，轻压下区间为：f_S＝0.45～0.95(fS：凝固率)，轻压下的分配系数见表2：

表2轻压下分配系数

压下区间系数	压下量系数
		0	0
0.3	0.2
		0.7	0.8
1.0	1.0

压下量：3.8mm；

(6)铸坯检验：外形尺寸及表面质量较好；低倍检验：浇铸时取低倍试样，加工后对其截面经行侵蚀，板坯低倍检验情况见表5：

表5试样检验情况

42CrMo板坯酸侵低倍形貌见图1；

(6)铸坯检验：外形尺寸及表面质量较好；低倍检验：浇铸时取低倍试样，加后对其截面经行侵蚀，板坯试样低倍检验情况见表5：

42CrMo板坯酸侵低倍形貌见图3；

(7)入库。

本发明采用奥钢联板坯铸机，该主机共有14个扇形段，其中，1-6段为弧形段，7-8段为矫直段，9-14为水平段。配有结晶器液面自动检测和控制系统，二冷自动配水系统，动态轻压下系统，保证板坯内部及表面质量。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员应当理解，依然可以对发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术。

Claims (1)

1.一种合金结构钢42CrMo大截面板坯生产方法，合金结构钢42CrMo大截面板坯的化学成分及含量如下：C＝0.41～0.43％、Si＝0.23～0.27％、Mn＝0.58～0.62％、S≤0.010％、P≤0.015％、Cr＝0.92～0.98％、Mo＝0.17～0.19％、Cu≤0.20％、Ni≤0.30％；截面尺寸为180mm×1600mm，其特征在于，合金结构钢42CrMo大截面板坯生产方法包括如下步骤：

(1)原料：入炉铁水：S≤0.030％、P≤0.120％、Si≤0.85％；

(2)转炉冶炼：采用顶底复吹转炉实现钢水的初炼，转炉出钢过程中采取挡渣出钢，控制下渣量0～40mm，防止回磷；出钢过程中向钢包内加入合成渣料进行渣洗，同时进行钢包顶渣的改质，进一步脱硫去夹杂；采取高拉碳操作，采用高拉碳工艺，减少炉后增碳，出钢条件：C≥0.10％，P≤0.008％；温度＝1650～1680℃；

(3)LF精炼：钢水进站后吹氩，并根据钢水情况补充部分渣料，选择适当的电压、电流快速化渣，化好渣后，进行测温、取样；分期分批加入精炼渣料和还原剂，采用Al粉、电石、碳化硅扩散脱氧，白渣精炼时间≥20分钟，白渣形成后取钢水样做全分析，调整成分目标值：C＝0.41～0.43％、Si＝0.23～0.27％、Mn＝0.58～0.62％、S≤0.010％、P≤0.015％、Cr＝0.92～0.98％、Mo＝0.17～0.19％、Cu≤0.20％、Ni≤0.30％，钢水出站温度：第一炉1560+45℃，连浇炉1550+45℃；

(4)VD精炼工序：钢水真空处理要求在真空度≤67Pa时保持≥15分钟，同时采用0.15～0.20MPa弱吹氩搅拌，破空后喂140～150mΦ13mmCaSi丝，喂后弱吹氩≥10分钟，软吹氩结束到连铸开浇间隔≥8分钟，以保证钢水出站氢含量为≤2.5ppm；出站温度控制：第一炉1560±5℃，连浇炉1550±5℃；

(5)连铸：截面：180mm×1600mm板坯连铸机，重点控制以下几个方面：

a.浇铸方式：全程保护浇铸，使用铝碳套管，高碳钢专用保护渣；

b.采用如表1所示的一级水表控制板坯铸机二冷各区水量分布；

表1二冷水量分布

以达到控制铸坯内部质量；

c.钢水过热度控制在15℃以内，稳定拉速为1.2～1.5m/min，目标值：1.3m/min；

d.结晶器液位波动控制在±3mm以内，结晶器振动采用非正弦，其振动曲线的非正弦系数：0.55；

e.采用动态轻压下技术，轻压下区间为：f_S＝0.45～0.95，轻压下的分配系数见表2：

表2轻压下分配系数

压下区间系数 压下量系数 0 0 0.3 0.2 0.7 0.8 1.0 1.0

压下量：3.8mm。