CN105779868A - 一种农用车减震器套管用低碳结构圆钢及其转炉冶炼方法 - Google Patents

一种农用车减震器套管用低碳结构圆钢及其转炉冶炼方法 Download PDF

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Abstract

一种农用车减震器套管用低碳结构圆钢及其转炉冶炼方法，化学组分包含20#钢的主元素，还包括Als：0.0060～0.0150（wt%）、Ca:0.0015～0.0035(wt%)；冶炼控制：转炉初炼工艺高拉碳操作，控制转炉终点[C]≥0.15wt%，保证转炉终点钢中氧含量小于600ppm；电弧炉精炼控制过程增氮小于10ppm，控制硫含量在0.020～0.030(wt%)范围内；方坯连铸控制过程增氮小于10ppm。本发明低碳圆钢通过成分调整和工艺控制实现良好的力学性能和抗疲劳性能。通过该发明的应用，节约成本50‑60元/吨钢，具有现实的成本意义；采用碳素钢代替合金钢，符合钢铁产业绿色发展的要求。

Description

一种农用车减震器套管用低碳结构圆钢及其转炉冶炼方法
技术领域
本发明涉及低碳钢及其冶炼方法，尤其涉及一种农用车减震器套管用低碳结构圆钢及其转炉冶炼方法。
背景技术
近年来全球农机工业总产值呈稳定增长态势，每年保持10%-15%左右的增长。而我国当前农业机械化率仅为57%，与发达国家的90%相比，发展空间更大。我国实施的农机补贴政策大大加速了我国农业机械化的进程。业内预计，2017年农机补贴将达到230亿元，将拉动1000亿元的消费。我国农机装备制造行业的发展空间很大，对钢材需求也将持续增长。但是，农机产品用钢的更新换代与使用升级显著落后于农机技术快速发展的需求，其产品仍延续传统的设计使用规范，大多采用合金结构钢。农机减震器套筒用钢属于农用车减震器中关键部件，除需要具有良好的力学性能外，还要求有优良的抗疲劳性能，其材料一直沿用20Cr等含铬合金结构钢。但是，该系列钢种合金元素较高，20Cr铬含量为1.0%，吨钢铬合金成本在100元左右，生产成本较高；同时，炼钢及轧钢生产过程需严格控制其元素稳定性，生产控制难度较大。伴随着管材生产的在线热处理技术发展，合金钢管材热处理后性能存在较大富裕，造成了材料成本的浪费。但是，采用GB/T699《优质碳素结构钢》中的20#钢进行热处理又不能满足用户要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种低成本的农用车减震器套管用低碳结构圆钢及其转炉冶炼方法，该低碳结构圆钢热处理后可以替代20Cr圆钢制造农用车减震器套管，大幅降低减震器套管的原料成本。
解决上述技术问题技术方案是：
一种农用车减震器套管用低碳结构圆钢，其化学组分及重量百分比分别为：C:0.18～0.20、Si：0.20～0.30、Mn:0.55～0.65、P≤0.030、S：0.020～0.030、Als：0.0060～0.0150、Ca:0.0015～0.0035。
上述的一种农用车减震器套管用低碳结构圆钢，其化学组分中Ca/Al在0.15～0.25范围内；夹杂物级别≤2.0；成品氮含量小于50ppm。
一种农用车减震器套管用低碳结构圆钢的转炉冶炼方法，包括转炉初炼→电弧炉精炼→方坯连铸工艺步骤，其改进之处为：
所述转炉初炼工艺中高拉碳操作，控制转炉终点[C]≥0.15wt%，保证转炉终点钢中氧含量小于600ppm；出钢参考温度：第一炉1630-1660℃，连拉出钢温度1620-1650℃；出钢时间≥4min；出钢1/4时进行脱氧合金化；出钢采用双挡渣操作，控制下渣量小于1.5kg/吨钢；出钢前2min开始吹氩；吹气2min后测温、取钢样。
所述电弧炉精炼工艺中进站参考温度为：第一炉1550-1570℃，连拉炉次1540-1560℃；钢水进站加石灰、萤石，降电极化渣，精炼时间40-50min，白渣时间≥15min；过程中Als含量在0.0060～0.0150（wt%）；控制过程增氮小于10ppm；控制硫含量在0.020～0.030（wt%）范围内；净吹时间≥10min；出站参考温度：第一炉1600-1610℃，连拉炉1560-1570℃。
所述方坯连铸采用全程保护浇注，钢包长水口采用氩封保护，保证增氮量小于10ppm；中间包及塞棒烘烤时间160-180min，水口烘烤时间100-120min；结晶器振动采用非正弦方式；选用中高碳保护渣；二冷选用弱冷冷却方式，比水量控制在0.8-1.0L/kg钢；连铸浇速按照恒拉速控制，拉速波动小于0.1m/min；中间包第一炉开浇温度：1535-1545℃；连浇过程中的适宜温度为：1510-1525℃。
上述的一种农用车减震器套管用中碳结构圆钢的转炉冶炼方法，所述转炉初炼工艺中，采用铝制品、硅锰铁、硅铁、增碳剂进行脱氧合金化，合金及渣料加入顺序为：增碳剂、铝粒、硅锰铁、硅铁、合成渣、白灰；其中铝粒加入量为0.8-1.0kg/吨钢、合成渣加入量为1.2-1.5kg/吨钢、白灰加入量为1.5-1.7kg/吨钢；所述电弧炉精炼工艺中钙处理操作时钙线第一炉按2-3m/吨钢控制，连拉炉按1.5-2m/吨钢控制，保证Ca/Al=0.15-0.25；所述方坯连铸工艺中，大包开浇前2min中包用氩气驱赶中包空气，防止初浇钢水氧化；中间包钢水液面采用普通覆盖剂，上层加碳化稻壳，开浇前测温孔、塞棒孔用纤维毯密封。
本发明通过采用GB/T699《优质碳素结构钢》中20#钢的主元素含量，保证力学性能的“强度指标”；通过添加铝元素含量进行细晶，适当提高锰元素含量，补偿固溶强化作用；经过多次工业试验表明，当Als含量控制在0.0060～0.0150（wt%）时可以保证材料的晶粒度稳定控制在6~7级；并且当Mn含量控制在0.55～0.65（wt%）时，且Als含量控制在0.0060～0.0150%时，材料热处理的淬透性同20Cr相近；通过借鉴易切削钢原理，在钢中适当加入硫元素改善加工性能；通过多次工业试验，当控制钢中硫含量在0.020～0.030（wt%）时，既能保证良好的机加工性能又不会产生大量硫化物类夹杂物。本发明通过Al和Mn元素替代Cr元素，提高其材料韧性及热处理淬透性；同时，生产工艺上钙处理配合相应的夹杂物控制及处理工艺，在常规Ca/Al的基础上提高其比值，控制Ca/Al在0.15-0.25之间，实现低夹杂控制水平，提高材料抗疲劳性能，满足农用车减震器套管用钢需要。
本发明的有益效果为：
本发明低碳圆钢通过成分调整和工艺控制实现良好的力学性能和抗疲劳性能；通过该发明的应用，节约钢中贵重合金Cr元素、强化了炼钢过程控制，排除钢管热处理成本增加20-30元/吨成本升高外，综合考虑可降低成本50-60元/吨钢，具有现实的成本意义；采用碳素钢代替合金钢，符合钢铁产业绿色发展的要求；同时也推动了小型减震器套管企业在线热处理炉的投用，对于推动行业节能降耗绿色发展具有重要意义。
具体实施方式
本发明一种农用车减震器套管用低碳结构圆钢，其化学组分及重量百分比见表1：
表1成分（wt%）
C Si Mn P S Als Ca
控制范围 0.18～0.20 0.20～0.30 0.55～0.65 ≤0.030 0.020～0.030 0.0060～0.0150 0.0015～0.0035
本发明冶炼工艺采用“转炉冶炼→电弧炉精炼→方坯连铸”工艺流程，具体为：
转炉冶炼：采取高拉碳操作，终点控制目标[C]≥0.15wt%，保证转炉终点钢中氧含量小于600ppm；出钢参考温度：第一炉出钢温度1630-1660℃，连拉出钢温度1620-1650℃；出钢时间≥4min，钢包干净、无残钢残渣；出钢1/4时采用铝制品、硅锰铁、硅铁、增碳剂脱氧合金化；合金及渣料加入顺序为：增碳剂、铝粒、硅锰铁、硅铁、合成渣、白灰；其中铝粒加入量为0.8-1.0kg/吨钢、合成渣加入量为1.2-1.5kg/吨钢、白灰加入量为1.5-1.7kg/吨钢；出钢采用双挡渣操作，严格控制下渣量小于1.5kg/吨钢；出钢前2min开始吹氩；吹气2min后测温、取钢样。
电弧炉精炼：进站参考温度：第一炉1550-1570℃，连拉炉次1540-1560℃；钢水进站加石灰、萤石，降电极化渣，精炼时间40-50min，白渣时间≥15min；过程中Als含量在0.0060～0.0150（wt%）；控制过程增氮小于10ppm；控制硫含量在0.020～0.030（wt%）范围内；钙处理操作时钙线第一炉按2-3m/吨钢控制，连拉炉按1.5-2m/吨钢控制，保证Ca/Al=0.15-0.25；净吹要求先加保温剂，然后保持渣面“不裸露”净吹，净吹时间≥10min；出站参考温度：第一炉1600-1610℃，连拉炉1560-1570℃。
方坯连铸：连铸采用全程保护浇注，钢包长水口采用氩封保护，保证增氮量小于10ppm；中间包包盖密封严实；中间包及塞棒烘烤时间160-180min，水口烘烤时间100-120min；大包开浇前2min中包用氩气驱赶中包空气，防止初浇钢水氧化；中间包钢水液面采用普通覆盖剂，上层加碳化稻壳，开浇前测温孔、塞棒孔用纤维毯密封；结晶器振动采用非正弦方式；选用中高碳保护渣；二冷选用弱冷冷却方式，比水量控制在0.8-1.0L/kg钢；连铸浇速按照恒拉速控制，拉速波动小于0.1m/min；中间包第一炉开浇温度：1535-1545℃；连浇过程中的适宜温度为：1510-1525℃。
以下通过具体实施例对本发明做进一步详细说明：
实施例1、实施例2和实施例3农用车减震器套管用低碳结构圆钢化学组分及重量百分比见表2：
表2实施例1～3化学组分及重量百分比（单位：wt%）
C Si Mn S Als Ca
实施例1 0.18 0.21 0.55 0.0250 0.0062 0.0015
实施例2 0.19 0.22 0.60 0.0287 0.0142 0.0030
实施例3 0.20 0.29 0.65 0.0289 0.0150 0.0035
实施例1：
农用车减震器套管用低碳结构圆钢，其Ca/Al为0.24，成品氮含量为42ppm，其冶炼工艺为：
转炉冶炼：终点成分[C]0.17wt%、[P]0.014wt%，转炉终点钢中氧含量442ppm；出钢时间4.5min，钢包干净、无残钢残渣；出钢1/4时顺序加入增碳剂、铝粒、硅锰铁、硅铁、合成渣、白灰进行脱氧合金化，其中铝粒的加入量为0.9kg/吨钢，合成渣的加入量为1.3kg/吨钢，白灰加入量为1.4kg/吨钢；双挡渣操作，下渣量小于1.5kg/吨钢；出钢前3min开始吹氩；炉后吹氩站操作：吹气4min后测温、取钢样。
电弧炉精炼：精炼时间44min，白渣时间18min；钢水进站加石灰、萤石，降电极化渣后，用铝线调整钢中Als含量，过程中Als含量0.0062wt%。控制过程增氮5ppm；待成分、温度合格后，进行钙处理操作：钙线2m/吨钢，Ca含量0.0015wt%，Ca/Al=0.24；净吹要求先加保温剂，然后保持渣面“不裸露”净吹，净吹时间13min。
方坯连铸：全程保护浇注，钢包长水口采用氩封保护，过程增氮量5ppm；中间包包盖密封严实；中间包及塞棒烘烤时间180min，水口烘烤时间120min；大包开浇前2min中包用氩气驱赶中包空气，防止初浇钢水氧化；中间包钢水液面采用普通覆盖剂，上层加碳化稻壳，开浇前测温孔、塞棒孔用纤维毯密封；结晶器振动采用非正弦方式；选用中高碳保护渣；二冷选用弱冷冷却方式，比水量0.8L/kg钢；连铸浇速：按照恒拉速控制，拉速波动小于0.1m/min。
实施例2：
农用车减震器套管用低碳结构圆钢，其Ca/Al为0.21，成品氮含量为48ppm，其冶炼工艺为：
转炉冶炼：终点成分[C]0.15wt%、[P]0.013wt%，转炉终点钢中氧含量479ppm；出钢时间4.5min。钢包干净、无残钢残渣；出钢1/4时顺序加入增碳剂、铝粒、硅锰铁、硅铁、合成渣、白灰，其中铝粒的加入量为0.9kg/吨钢，合成渣的加入量为1.3kg/吨钢，白灰加入量为1.6kg/吨钢；双挡渣操作，下渣量小于1.5kg/吨钢；出钢前3min开始吹氩。炉后吹氩站操作：吹气4min后测温、取钢样。
电弧炉精炼：精炼时间48min，白渣时间18min；钢水进站加石灰、萤石，降电极化渣后，用铝线调整钢中Als含量，过程中Als含量0.0142wt%，控制过程增氮8ppm；待成分、温度合格后，进行钙处理操作。钙线3.5m/吨钢，Ca含量0.0030wt%，Ca/Al=0.21；净吹要求先加保温剂，然后保持渣面“不裸露”净吹，净吹时间13min。
方坯连铸：全程保护浇注，钢包长水口采用氩封保护，过程增氮量7ppm；中间包包盖密封严实；中间包及塞棒烘烤时间180min，水口烘烤时间120min；大包开浇前2min中包用氩气驱赶中包空气，防止初浇钢水氧化；中间包钢水液面采用普通覆盖剂，上层加碳化稻壳，开浇前测温孔、塞棒孔用纤维毯密封；结晶器振动采用非正弦方式；选用中高碳保护渣；二冷选用弱冷冷却方式，比水量0.8L/kg钢；连铸浇速按照恒拉速控制，拉速波动小于0.1m/min。
实施例3：
农用车减震器套管用低碳结构圆钢，其Ca/Al为0.23，成品氮含量为49ppm，其冶炼工艺为：
转炉冶炼：终点成分[C]0.15wt%、[P]0.020wt%，转炉终点钢中氧含量497ppm；出钢时间4.5min。钢包干净、无残钢残渣；出钢1/4时加入顺序：增碳剂、铝粒、硅锰铁、硅铁、合成渣、白灰，其中铝粒的加入量为1.0kg/吨钢，合成渣的加入量为1.3kg/吨钢，白灰加入量为1.6kg/吨钢；双挡渣操作，下渣量小于1.5kg/吨钢；出钢前3min开始吹氩。炉后吹氩站操作：吹气4min后测温、取钢样。
电弧炉精炼：精炼时间49min，白渣时间17min；钢水进站加石灰、萤石，降电极化渣后，用铝线调整钢中Als含量，过程中Als含量0.0150wt%。控制过程增氮7ppm；待成分、温度合格后，进行钙处理操作，钙线3.8m/吨钢，Ca含量0.0035wt%，Ca/Al=0.23；净吹要求先加保温剂，然后保持渣面“不裸露”净吹，净吹时间13min。
方坯连铸：全程保护浇注，钢包长水口采用氩封保护，过程增氮量4ppm；中间包包盖密封严实；中间包及塞棒烘烤时间180min，水口烘烤时间120min；大包开浇前2min中包用氩气驱赶中包空气，防止初浇钢水氧化；中间包钢水液面采用普通覆盖剂，上层加碳化稻壳，开浇前测温孔、塞棒孔用纤维毯密封；结晶器振动采用非正弦方式；选用中高碳保护渣；二冷选用弱冷冷却方式，比水量0.8L/kg钢；连铸浇速按照恒拉速控制，拉速波动小于0.1m/min。
表3列出实施例1、实施例2、实施例3和20#钢、20Cr的技术指标对比情况：
表3
注：表3中实绩的数值为20炉的均值。
由表3可以看出：实施例1、实施例2和实施例3热处理后的各项指标如抗拉强度、屈服强度、断后延伸率、断面收缩率、冲击功等均优于20#钢，且能较好满足农用车减震器套管用钢要求。

Claims (4)

1.一种农用车减震器套管用低碳结构圆钢，其特征在于：其化学组分及重量百分比分别为：C:0.18～0.20、Si：0.20～0.30、Mn:0.55～0.65、P≤0.030、S：0.020～0.030、Als：0.0060～0.0150、Ca:0.0015～0.0035。
2.如权利要求1所述的一种农用车减震器套管用低碳结构圆钢，其特征在于：其化学组分中Ca/Al在0.15～0.25范围内；夹杂物级别≤2.0；成品氮含量小于50ppm。
3.一种农用车减震器套管用低碳结构圆钢的转炉冶炼方法，包括转炉初炼→电弧炉精炼→方坯连铸工艺步骤，其特征在于：
所述转炉初炼工艺中高拉碳操作，控制转炉终点[C]≥0.15wt%，保证转炉终点钢中氧含量小于600ppm；出钢参考温度：第一炉1630-1660℃，连拉出钢温度1620-1650℃；出钢时间≥4min；出钢1/4时进行脱氧合金化；出钢采用双挡渣操作，控制下渣量小于1.5kg/吨钢；出钢前2min开始吹氩；吹气2min后测温、取钢样；
所述电弧炉精炼工艺中进站参考温度为：第一炉1550-1570℃，连拉炉次1540-1560℃；钢水进站加石灰、萤石，降电极化渣，精炼时间40-50min，白渣时间≥15min；过程中Als含量在0.0060～0.0150（wt%）；控制过程增氮小于10ppm；控制硫含量在0.020～0.030（wt%）范围内；净吹时间≥10min；出站参考温度：第一炉1600-1610℃，连拉炉1560-1570℃；
所述方坯连铸采用全程保护浇注，钢包长水口采用氩封保护，保证增氮量小于10ppm；中间包及塞棒烘烤时间160-180min，水口烘烤时间100-120min；结晶器振动采用非正弦方式；选用中高碳保护渣；二冷选用弱冷冷却方式，比水量控制在0.8-1.0L/kg钢；连铸浇速按照恒拉速控制，拉速波动小于0.1m/min；中间包第一炉开浇温度：1535-1545℃；连浇过程中的适宜温度为：1510-1525℃。
4.如权利要求3所述的一种农用车减震器套管用中碳结构圆钢的转炉冶炼方法，其特征在于：所述转炉初炼工艺中，采用铝制品、硅锰铁、硅铁、增碳剂进行脱氧合金化，合金及渣料加入顺序为：增碳剂、铝粒、硅锰铁、硅铁、合成渣、白灰；其中铝粒加入量为0.8-1.0kg/吨钢、合成渣加入量为1.2-1.5kg/吨钢、白灰加入量为1.5-1.7kg/吨钢；所述电弧炉精炼工艺中钙处理操作时钙线第一炉按2-3m/吨钢控制，连拉炉按1.5-2m/吨钢控制，保证Ca/Al=0.15-0.25；所述方坯连铸工艺中，大包开浇前2min中包用氩气驱赶中包空气，防止初浇钢水氧化；中间包钢水液面采用普通覆盖剂，上层加碳化稻壳，开浇前测温孔、塞棒孔用纤维毯密封。
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CN116254387A (zh) * 2023-03-13 2023-06-13 丽水华宏钢铁制品有限公司 一种电炉纯废钢生产帘线用钢的冶炼方法

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