CN104878321A - 一种25Cr2Ni4MoV转子钢的冶炼工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种25Cr2Ni4MoV转子钢冶炼工艺，具体包含以下步骤：（1）选择原料；（2）电弧炉初炼；（3）LF炉精炼；（4）真空碳脱氧；（5）浇注。本发明在配料时选用优质废钢和料头，严格控制钢液有害残余元素含量As、Sn、Sb、Cu、Al等满足工艺要求；电炉出钢采用留钢留渣操作，有效防止了回磷；脱氧方式采用真空碳脱氧工艺，有效降低了钢液非金属夹杂物和气体含量，大大提高了钢水纯净度。

Description

一种25Cr2Ni4MoV转子钢的冶炼工艺

技术领域

本发明属于炼钢工艺技术领域，尤其涉及一种25Cr2Ni4MoV转子钢的冶炼工艺。

背景技术

随着近年来电力工业的迅猛发展，火电设备已进入更高层次的发展时期，主要着眼于提高效率，降低污染、耗能和成本。电力设备正向着高参数、大容量、自动化方向发展。机组的不断大型化，转子锻件尺寸重量的增加，对材料的力学性能、冶金质量、锻造设备及质量要求也越来越高。这也相应地对钢锭冶炼工艺提出了更高的要求。

25Cr2Ni4MoV钢是一种低碳高强度合金结构钢，各项力学性能均较为优越，是目前多种汽轮发电机转子的首选材质。传统冶炼工艺脱氧一般通过初炼炉出钢及LF精炼结束时加入脱氧剂的沉淀脱氧方式，脱氧产物多为氧化铝、氧化硅等高熔点夹杂，尺寸较小的夹杂物在精炼及浇注过程不能及时上浮排除而留在钢液中，导致钢水浇注过程水口结瘤，致使钢锭夹杂物含量较高，严重影响产品质量；另外，V含量也是影响转子质量的关键因素，过高容易导致转子在锻造过程中开裂，过低不仅产品性能难以保证，还会引起转子热处理晶粒粗大；同时，研究表明，钢中的磷会引起钢的回火脆化，硫会导致钢的韧性降低；当钢中含氢量较高时，冷却过程中的相变会引起较严重的内应力，在锻件的富氢部位产生白点，造成严重的纵裂倾向；钢中As、Sn、Sb等杂质元素也会导致钢的回火脆化。因此在转子钢的冶炼过程中，必须充分利用现有的冶炼设备不断研究探索更新冶炼工艺，严格控制钢中P、S、Si、Mn、[H]、[O]和有害杂质元素含量，均匀细化晶粒。提高钢锭质量，保证转子各项力学性能良好。

发明内容

本发明提供了一种25Cr2Ni4MoV转子钢的冶炼工艺，旨在通过减少钢液中夹杂物和气体含量、细化晶粒、降低有害残余元素As、Sn、Sb含量等手段提高钢锭质量，保证产品性能满足优质转子钢性能要求。

为了实现上述发明目的，本发明采用如下所述的技术方案：

一种25Cr2Ni4MoV转子钢冶炼工艺，25Cr2Ni4MoV转子钢中各元素含量的重量百分比为：C含量0.20%～0.25%、Si含量≤0.10%、Mn含量0.20%～0.35%、P含量≤0.010%、S含量≤0.005%、Cr含量1.80%～2.00%、Ni含量3.55%～3.75%、Mo含量0.35%～0.45%、V含量0.05%～0.10%、Nb含量0.020%～0.030%、Cu含量≤0.20%、Sb含量≤0.002%、Al含量≤0.010%、As含量≤0.015%、Sn含量≤0.010%，其余为Fe；25Cr2Ni4MoV转子钢的冶炼工艺具体包含以下步骤：

（1）选择原料

挑选优质废钢、料头，并配入生铁，确保熔清残余元素含量满足Cu≤0.20%、Sb≤0.002%、As≤0.015%、Sn≤0.010%；

（2）电弧炉初炼

将原料投入电弧炉中进行冶炼，保证终点C≥0.10%，出钢时确保P≤0.003%，出钢温度为1650～1680℃，采用留钢留渣操作，出钢过程随钢流加入Cr1.80%～2.00%、Mn0.20%～0.35%和活性石灰；

（3）LF炉精炼

将步骤（2）中冶炼后的钢水进入到LF炉内精炼，用碳粉进行扩散脱氧，取样分析后，按照合金活泼性顺序依次分批加入合金进行合金化调整，白渣保持时间为20～30分钟，V的加入量为0.05%-0.10%，出钢前钢液中Si≤0.10%，S≤0.004%，精炼结束控制熔渣中FeO≤1.0%，出钢前不计烧损按0.020%～0.030%加入Nb铁；

（4）真空碳脱氧

将步骤（3）中冶炼后的钢水进入VD炉内进行真空碳脱氧处理，VD炉的真空度为0.2～0.5乇，该真空度保持时间控制在15～20min；在该步骤中钢水返加热时间为10～15min，氩气流量为40～60L/min，返加热后钢水软吹氩静置时间为5～15min；

（5）浇注

钢水浇注过程采用真空上注，真空度为0.2～0.5乇。

为更好地实施本发明，在步骤（3）中，炉渣碱度控制为2.5～3.5，炉渣厚度控制在200～300mm。

由于采用上述技术方案，本发明具有以下优越性：

（1）本发明在配料时选用优质废钢和料头，严格控制钢液有害残余元素含量As、Sn、Sb、Cu、Al等满足工艺要求；电炉出钢采用留钢留渣操作，有效防止了回磷；脱氧方式采用真空碳脱氧工艺，有效降低了钢液非金属夹杂物和气体含量，大大提高了钢水纯净度；

（2）25Cr2Ni4MoV转子钢加入V是为了细化晶粒，提高锻件综合力学性能，但加V钢的裂纹敏感性强，这种钢在凝固至1000℃以下时，VN、V(C，N)等第二相在初始奥氏体晶界析出，其钉扎作用降低了晶界的流动性，抑制了动态再结晶的进行，加强了奥氏体晶界的应力集中程度，导致晶界脆化产生空洞，在应力的作用下易发展成裂纹；为此，通过适当降低V含量，并补加微量Nb合金化的方式，明显减少了钢锭锻造过程开裂现象，并保证了产品性能和晶粒度要求，提高了转子锻件质量。

具体实施方式

一种25Cr2Ni4MoV转子钢的冶炼工艺，25Cr2Ni4MoV转子钢中各元素含量的重量百分比为：C含量0.20%～0.25%、Si含量≤0.10%、Mn含量0.20%～0.35%、P含量≤0.010%、S含量≤0.005%、Cr含量1.80%～2.00%、Ni含量3.55%～3.75%、Mo含量0.35%～0.45%、V含量0.05%～0.10%、Nb含量0.020%～0.030%、Cu含量≤0.20%、Sb含量≤0.002%、Al含量≤0.010%、As含量≤0.015%、Sn含量≤0.010%，其余为Fe；25Cr2Ni4MoV转子钢的冶炼工艺具体包含以下步骤：

（1）选择原料

挑选优质废钢、料头，并配入生铁；

（2）电弧炉初炼

将原料投入电弧炉中进行冶炼，电极下端形成熔池后，即开始吹氧助熔，造好泡沫渣，钢水温度≥1550℃时，取样做全分析，确保残余元素含量满足Cu≤0.20%、Sb≤0.002%、As≤0.015%、Sn≤0.010%；熔化废钢与脱碳相结合，充分利用碳氧反应去气去夹杂，控制好电弧炉碳氧枪吹氧强度，避免钢液过度氧化，保证终点C≥0.10%；熔炼过程及时大量放渣和补加渣料，充分利用氧化期的有利条件降低[P]含量，初炼炉出钢前钢水[P]含量控制≤0.003%，出钢温度为1650～1680℃，采用留钢留渣操作，严禁氧化渣进入精炼包，出钢过程随钢流加入Cr1.80%～2.00%、Mn0.20%～0.35%、活性石灰200～300kg，为保证后续的真空碳脱氧效果，严禁加入预熔渣、Si-Fe、Si-Mn、Si-Al-Ca-Ba、铝等脱氧材料；

（3）LF炉精炼

将步骤（2）中冶炼后的钢水进入到LF炉内精炼，炉渣碱度控制在2.5～3.5，厚度控制在200～300mm，并保证熔渣流动性良好；脱氧过程分批多次加入碳粉进行扩散脱氧，确保脱氧良好取样分析后，按照合金活泼性顺序依次分批加入合金进行合金化调整，白渣保持时间控制在≥20min，待成分均匀后，测温、取样进行全分析，确保化学成份、温度达到工艺要求后方可出钢；出钢前保证S≤0.004%，为保证后续真空碳脱氧效果良好，要求出钢前钢液中Si≤0.10%，精炼结束控制熔渣中FeO≤1.0%，不计烧损按量0.020%～0.030%加入Nb铁；

（4）真空碳脱氧

将步骤（3）中冶炼后的钢水进入VD炉内进行真空碳脱氧处理，脱气真空度控制在0.2～0.5乇，保持时间≥15分钟，总脱气时间控制在25～35分钟，在该步骤中钢水需进行返加热（二次加热），这是由于，脱气过程中，钢水温度有降低，并且为了不影响后续钢水的浇注，钢水返加热时，底部吹氩的氩气流量40～60L/min，并根据翻动情况调整氩气流量，保证钢水不裸露；为防止二次氧化，返加热采用大功率送点，加热时间尽量控制在10～15min；另外，为使钢液中夹杂物充分上浮，保证返加热后钢水软吹氩静置时间不低于10-15min；最终可将钢水纯净度控制在S≤0.004%、P≤0.006%、Cu≤0.15%、Sb≤0.002%、As≤0.015%、Sn≤0.010%、Al≤0.010%、[H]≤1.5ppm、[O]≤30ppm、[N]≤80ppm；

（5）浇注

钢水浇注采用真空上注，为保证浇注过程钢液扩散良好，要求VC浇注罐真空度控制在0.2～0.5乇，并为浇注过程中钢水二次脱气反应提供良好的动力学条件，破空后及时加入发热剂和碳化稻壳保温。

采用本发明的冶炼工艺，下表1和2分别列出了几个炉次钢水成品化学成分、晶粒度和锻件力学性能分析结果，通过表1和表2可看出，采用本发明生产的25Cr2Ni4MoV转子钢，钢水纯净度较高，锻件产品化学成分、超声波探伤和机械性能检测结果全部满足JB/T8708-1998《300MW～600MW汽轮发电机无中心孔转子锻件技术条件》。

表1 试验炉次钢水成品化学成分、晶粒度

表2 转子锻件力学性能

Claims (2)

1.一种25Cr2Ni4MoV转子钢冶炼工艺，25Cr2Ni4MoV转子钢中各元素含量的重量百分比为：C含量0.20%～0.25%、Si含量≤0.10%、Mn含量0.20%～0.35%、P含量≤0.010%、S含量≤0.005%、Cr含量1.80%～2.00%、Ni含量3.55%～3.75%、Mo含量0.35%～0.45%、V含量0.05%～0.10%、Nb含量0.020%～0.030%、Cu含量≤0.20%、Sb含量≤0.002%、Al含量≤0.010%、As含量≤0.015%、Sn含量≤0.010%，其余为Fe，其特征在于：25Cr2Ni4MoV转子钢的冶炼工艺具体包含以下步骤：

（1）选择原料

挑选优质废钢、料头，并配入生铁，确保熔清残余元素含量满足Cu≤0.20%、Sb≤0.002%、As≤0.015%、Sn≤0.010%；

（2）电弧炉初炼

将原料投入电弧炉中进行冶炼，保证终点C≥0.10%，出钢时确保P≤0.003%，出钢温度为1650～1680℃，采用留钢留渣操作，出钢过程随钢流加入Cr1.80%～2.00%、Mn0.20%～0.35%和活性石灰；

（3）LF炉精炼

将步骤（2）中冶炼后的钢水进入到LF炉内精炼，用碳粉进行扩散脱氧，取样分析后，按照合金活泼性顺序依次分批加入合金进行合金化调整，白渣保持时间为20～30分钟，V的加入量为0.05%-0.10%，出钢前钢液中Si≤0.10%，S≤0.004%，精炼结束控制熔渣中FeO≤1.0%，出钢前不计烧损按0.020%～0.030%加入Nb铁；

（4）真空碳脱氧

将步骤（3）中冶炼后的钢水进入VD炉内进行真空碳脱氧处理，VD炉的真空度为0.2～0.5乇，该真空度保持时间控制在15～20min；在该步骤中钢水返加热时间为10～15min，氩气流量为40～60L/min，返加热后钢水软吹氩静置时间为5～15min；

（5）浇注

钢水浇注过程采用真空上注，真空度为0.2～0.5乇。

2.根据权利要求1所述的25Cr2Ni4MoV转子钢冶炼工艺，其特征在于：在步骤（3）中，炉渣碱度控制为2.5～3.5，炉渣厚度控制在200～300mm。