CN106917033A - 一种高品质40Cr合金结构直条圆钢的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高品质40Cr合金结构直条圆钢的制备方法，包括以下步骤：A、铁水预处理脱硫；B、钢水冶炼；C、脱氧合金化；D、钢水LF炉精炼；E、钢水VD炉真空精炼；F、钢水浇铸；G、钢坯加热；H、轧制；I、钢材精整。本发明生产的高品质40Cr合金结构直条圆钢洁净度高、夹杂物及有害元素P、S含量低，具有高强度、优异的塑韧性、冲击韧性和顶锻变形能力，可较好地满足高端机械制造行业领域的需求。

Description

一种高品质40Cr合金结构直条圆钢的制备方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金及黑色金属压力加工技术领域，具体涉及一种高品质40Cr合金结构直条圆钢的制备方法。

背景技术

40Cr合金结构圆钢是一种用途广泛的钢种，随着机械制造行业的快速发展，其需求量日益增加，广泛应用于制作重要用途的调质零件，如交变负荷下工作的零件、中等转速和中等负荷的零件、表面淬火后作负荷及耐磨性要求较高而无很大冲击的工件，如齿轮、套筒、曲轴等；由于这些零件加工制作工艺复杂，且一般都为机械设备的重要部位，往往需要承受多种载荷的综合作用，因此对钢材有特殊质量要求，要求成分均匀稳定、有害元素低、钢质纯净度高，具有良好的内在、表面质量及加工工艺性能。目前国内40Cr合金结构圆钢大多采用“转炉+LF炉+连铸+棒材轧机”生产，钢中气体含量和夹杂物相对较高，氧含量>35ppm，氮含量>50ppm，氢含量>2ppm，非金属夹杂物大多为0.5~1.5级；此外，钢的显微组织结构及配比不尽合理，导致钢的加工变形能力有限，制约了40Cr合金结构钢在高端机械制造行业领域的应用。

目前国内已有40Cr合金结构钢生产的专利和论文研究报道，但钢中有害元素、夹杂物及气体含量相对较高、断面收缩率及顶锻合格率较低，制约了其在高端机械制造行业领域的应用。为进一步改善40Cr合金结构圆钢机械加工变形能力，急需开发一种具有高洁净度，钢中有害元素、气体含量及夹杂物含量低的40Cr合金结构直条圆钢。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高品质40Cr合金结构直条圆钢的制备方法。

本发明的目的是这样实现的，包括以下步骤：

A、铁水预处理脱硫：将高炉铁水运至KR法铁水预处理装置进行脱硫处理，搅拌头插入深度控制为2300~2500mm，按14.0～16.0 kg/t钢的量，加入CaO质脱硫剂进行脱硫处理，搅拌时间控制为8分钟；搅拌结束后进行扒后渣操作，保证钢包内铁水面裸露≥3/4，扒净脱硫渣，得到预处理后的铁水；

B、钢水冶炼：将A步骤的预处理后的铁水、优质精废钢加入LD转炉中，进行顶底复合吹炼，分别按30.0～34.0kg/t钢、20.0～24.0kg/t钢、2.0～4.0kg/t钢的加入量，加入活性石灰、轻烧白云石、菱镁球造渣，控制终点碳含量≥0.12wt%，出钢温度≤1645℃；出钢前向钢包底部加入活性石灰及精炼渣进行渣洗，石灰加入量为2.0kg/t钢，精炼渣加入量为1.0kg/t钢；出钢时采用全程底吹氩工艺，氩气流量控制为30～40NL/min；

C、脱氧合金化：将B步骤冶炼完毕的钢水出钢，当钢包中的钢水量大于1/4时，按下列脱氧合金化顺序：硅铁→高碳铬铁→高碳锰铁→增碳剂，依次向钢包中加入下列物质：按2.7～4.3kg/t钢的量，加入硅铁；按13.2～16.7kg/t钢的量，加入高碳铬铁；按5.7～7.9kg/t钢的量，加入高碳锰铁；按1.0kg/t钢的量，加入增碳剂；在钢包钢水量达到4/5时加完上述合金及增碳剂；出钢完毕后，将钢水吊送至LF精炼炉进行精炼处理；

D、钢水LF炉精炼：将C步骤出钢完毕钢水吊至LF炉精炼工位接好氩气带，开启氩气采用氩气流量10～20NL/min吹氩2分钟，然后下电极采用档位7～9档化渣；通电3分钟后，抬电极观察炉内化渣情况，之后测温、取样；若渣况较稀，补加石灰3.0～4.0kg/t钢、碳化硅0.3～0.6 kg/t钢、电石0.5 kg/t钢调渣，控制渣碱度为6.0～7.0；根据钢样分析结果，补加合金同步调整钢液成分；之后将钢水温度加热至1615～1625℃后进行喂线处理，喂入硅钙线，喂线速度为3.0m/s，喂线量为150m；喂线结束采用流量为15NL/min的小氩气量对钢水进行软吹氩，软吹时间为3分钟，之后将钢水吊至VD炉真空精炼工位；

E、钢水VD炉真空精炼：将D步骤钢水吊至VD真空精炼炉后，接通吹氩管，开启氩气采用氩气流量15NL/min吹氩2分钟，之后对钢水定氧定氢，同时测温取样；取样完毕后，将真空罐盖车开至工作位，合上真空罐盖，进行抽真空，真空抽至100Pa时，开始进行保真空脱气处理，同时进行底吹氩处理，氩气流量控制为20～40NL/min，在真空度100Pa条件下钢水脱气处理时间12分钟；真空脱气处理完毕后关闭真空主阀，提升罐盖，对钢水取样和定氧定氢；之后对钢水进行小氩气量软吹氩处理，氩气流量为10～20NL/min，软吹氩时间为2分钟；钢水软吹氩结束后，加入钢水覆盖剂，加入量控制为1.0 kg/t钢，然后将钢水吊至浇铸工位；

F、钢水浇铸：在中间包温度为1510～1520℃，拉速为1.8～2.0m/min，二冷比水量为0.5～0.6L/kg，结晶器电磁搅拌电流强度为200A、运行频率为3.0Hz的条件下，采用R9m直弧形连续矫直5机5流小方坯铸机将E步骤的钢水全程保护连铸成断面150mm×150mm的钢坯；

G、钢坯加热：将F步骤的钢坯送入推钢式蓄热式加热炉进行加热，控制空气、煤气均预热温度为1020℃，加热炉内采用微正压弱还原性气氛，炉膛压力控制为10～15Pa，以防止钢的过氧化和脱碳；钢坯加热时间控制为50～60分钟，加热温度为1060～1100℃；

H、轧制：将G步骤钢坯从加热炉出钢后，开轧温度控制为990～1020℃，采用Φ470×1/Φ350×4横列式轧机生产，总轧制道次为10-12道；粗轧Φ470×1轧机：7 个道次，粗轧温度为990～1020℃，轧制速度为 0.8～1.2m/s ；第二列Ф350×4机列，共3~5个道次，终轧温度为850～900℃，终轧速度为5.0～10.0m/s；

I、钢材精整：将H步骤终轧后的钢材送入冷床进行空冷，空冷后钢材下冷床剪切成6米的定尺材，然后进行常规收集、打捆、称重、挂牌，之后将钢材吊至成品库进行堆冷，堆冷温度≤500℃，堆冷后即得40Cr合金结构直条圆钢。

本发明的有益效果：

1、本发明提供了一种高品质40Cr合金结构直条圆钢的制备方法，通过铁水预处理、转炉冶炼、LF炉精炼、VD炉真空精炼、全程保护浇铸，使钢中有害元素、气体含量及夹杂物显著降低，P≤0.015wt%、S≤0.005wt%，氧含量≤0.0020wt%，氮含量≤0.0030wt%，非金属夹杂物≤0.5级，钢坯具有高洁净度、优异的表面及内在质量，有利于钢材获得优异的塑韧性和机械加工能力；轧钢环节采用投资少的横列式轧机轧制，严格控制加热制度，防止钢的过热、脱碳，轧制过程采取“低温快轧”及精整快速收集堆冷工艺，钢材具有良好的显微组织结构、冲击韧性及顶锻变形能力，可较好地满足高端机械制造行业领域的需求。

2、本发明生产的高品质40Cr合金结构直条圆钢洁净度高、夹杂物及有害元素P、S含量低，具有高强度、优异的塑韧性、冲击韧性和顶锻变形能力，可较好地满足高端机械制造行业领域的需求。

3、本发明提供了一种高品质40Cr合金结构直条圆钢的制备方法，通过化学成分优化设计、KR法铁水预处理深脱硫、LD转炉冶炼、LF炉钢包精炼、VD炉真空精炼、小方坯全程保护浇注、棒材轧机轧制等工艺技术，获得了具有下列质量比化学成分的40Cr合金结构圆钢：C 0.37～0.41 wt%、Si 0.20～0.30wt%、Mn 0.50～0.65wt%、Cr 0.80～1.00wt%、S≤0.004wt%、P≤0.015wt%、O≤0.0020wt%、N≤0.0030wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。本发明所生产的直条圆钢具有高洁净度和优异的工艺力学性能，非金属夹杂物≤0.5级，脱碳层深度0.08-0.16mm，屈服强度ReL 830-880MPa，抗拉强度Rm1050-1120MPa，断面收缩率Z≥62.0%，冲击吸收功Aku2 65-78J，1/3热顶锻合格。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。

本发明所述的高品质40Cr合金结构直条圆钢的制备方法，包括以下步骤：

A、铁水预处理脱硫：将高炉铁水运至KR法铁水预处理装置进行脱硫处理，搅拌头插入深度控制为2300~2500mm，按14.0～16.0 kg/t钢的量，加入CaO质脱硫剂进行脱硫处理，搅拌时间控制为8分钟；搅拌结束后进行扒后渣操作，保证钢包内铁水面裸露≥3/4，扒净脱硫渣，得到预处理后的铁水；

B、钢水冶炼：将A步骤的预处理后的铁水、优质精废钢加入LD转炉中，进行顶底复合吹炼，分别按30.0～34.0kg/t钢、20.0～24.0kg/t钢、2.0～4.0kg/t钢的加入量，加入活性石灰、轻烧白云石、菱镁球造渣，控制终点碳含量≥0.12wt%，出钢温度≤1645℃；出钢前向钢包底部加入活性石灰及精炼渣进行渣洗，石灰加入量为2.0kg/t钢，精炼渣加入量为1.0kg/t钢；出钢时采用全程底吹氩工艺，氩气流量控制为30～40NL/min；

C、脱氧合金化：将B步骤冶炼完毕的钢水出钢，当钢包中的钢水量大于1/4时，按下列脱氧合金化顺序：硅铁→高碳铬铁→高碳锰铁→增碳剂，依次向钢包中加入下列物质：按2.7～4.3kg/t钢的量，加入硅铁；按13.2～16.7kg/t钢的量，加入高碳铬铁；按5.7～7.9kg/t钢的量，加入高碳锰铁；按1.0kg/t钢的量，加入增碳剂；在钢包钢水量达到4/5时加完上述合金及增碳剂；出钢完毕后，将钢水吊送至LF精炼炉进行精炼处理；

D、钢水LF炉精炼：将C步骤出钢完毕钢水吊至LF炉精炼工位接好氩气带，开启氩气采用氩气流量10～20NL/min吹氩2分钟，然后下电极采用档位7～9档化渣；通电3分钟后，抬电极观察炉内化渣情况，之后测温、取样；若渣况较稀，补加石灰3.0～4.0kg/t钢、碳化硅0.3～0.6 kg/t钢、电石0.5 kg/t钢调渣，控制渣碱度为6.0～7.0；根据钢样分析结果，补加合金同步调整钢液成分；之后将钢水温度加热至1615～1625℃后进行喂线处理，喂入硅钙线，喂线速度为3.0m/s，喂线量为150m；喂线结束采用流量为15NL/min的小氩气量对钢水进行软吹氩，软吹时间为3分钟，之后将钢水吊至VD炉真空精炼工位；

E、钢水VD炉真空精炼：将D步骤钢水吊至VD真空精炼炉后，接通吹氩管，开启氩气采用氩气流量15NL/min吹氩2分钟，之后对钢水定氧定氢，同时测温取样；取样完毕后，将真空罐盖车开至工作位，合上真空罐盖，进行抽真空，真空抽至100Pa时，开始进行保真空脱气处理，同时进行底吹氩处理，氩气流量控制为20～40NL/min，在真空度100Pa条件下钢水脱气处理时间12分钟；真空脱气处理完毕后关闭真空主阀，提升罐盖，对钢水取样和定氧定氢；之后对钢水进行小氩气量软吹氩处理，氩气流量为10～20NL/min，软吹氩时间为2分钟；钢水软吹氩结束后，加入钢水覆盖剂，加入量控制为1.0 kg/t钢，然后将钢水吊至浇铸工位；

F、钢水浇铸：在中间包温度为1510～1520℃，拉速为1.8～2.0m/min，二冷比水量为0.5～0.6L/kg，结晶器电磁搅拌电流强度为200A、运行频率为3.0Hz的条件下，采用R9m直弧形连续矫直5机5流小方坯铸机将E步骤的钢水全程保护连铸成断面150mm×150mm的钢坯；

G、钢坯加热：将F步骤的钢坯送入推钢式蓄热式加热炉进行加热，控制空气、煤气均预热温度为1020℃，加热炉内采用微正压弱还原性气氛，炉膛压力控制为10～15Pa，以防止钢的过氧化和脱碳；钢坯加热时间控制为50～60分钟，加热温度为1060～1100℃；

H、轧制：将G步骤钢坯从加热炉出钢后，开轧温度控制为990～1020℃，采用Φ470×1/Φ350×4横列式轧机生产，总轧制道次为10-12道；粗轧Φ470×1轧机：7 个道次，粗轧温度为990～1020℃，轧制速度为 0.8～1.2m/s ；第二列Ф350×4机列，共3~5个道次，终轧温度为850～900℃，终轧速度为5.0～10.0m/s；

I、钢材精整：将H步骤终轧后的钢材送入冷床进行空冷，空冷后钢材下冷床剪切成6米的定尺材，然后进行常规收集、打捆、称重、挂牌，之后将钢材吊至成品库进行堆冷，堆冷温度≤500℃，堆冷后即得40Cr合金结构直条圆钢。

步骤A中所述的高炉铁水的化学成分为：C 3.8~4.1wt%、Si 0.40~0.60wt%、Mn0.30~0.50wt% 、P 0.090~0.110wt%、S≤0.020wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。

步骤A中所述的预处理后的铁水的化学成分为：C 3.8~4.1wt%、Si 0.40~0.60wt%、Mn 0.30~0.50wt% 、P 0.090~0.110wt%、S≤0.003wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。

步骤B中所述的优质精废钢的化学成分为C 0.12~0.20wt%、Si 0.10~0.25wt%、Mn0.30~0.50wt% 、P 0.010~0.025wt%、S 0.015~0.030wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。

步骤C中所述的硅铁的化学成分为：Si 73.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；所述的高碳铬铁的化学成分为：Cr 57.5wt%，C 7.6wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；所述的高碳锰铁的化学成分为：Mn 75.3wt%，C 7.2wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；所述的增碳剂的化学成分为：C 92.3wt%，S 0.065wt%，灰份3.85wt%，挥发份1.46wt%，水份0.67wt%，其余为不可避免的不纯物。

步骤D中所述的碳化硅的化学成分为：SiC65.3 wt%，总碳 29.5 wt %， 总Si50.5wt%， 其余为Fe及不可避免的不纯物。

步骤D中所述的硅钙线的化学成分为：Si 53.5wt%、Ca 28.2wt%、其余为Fe及不可避免的不纯物。

步骤I中所述的40Cr合金结构直条圆钢的化学成分为：C 0.37～0.41 wt%、Si0.20～0.30wt%、Mn 0.50～0.65wt%、Cr 0.80～1.00wt%、S≤0.004wt%、P≤0.015wt%、O≤0.0020wt%、N≤0.0030wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。

本发明提供的一种高品质40Cr合金结构直条圆钢具有下列化学成分及气体含量(见表1所示)，具有下列工艺力学性能、夹杂物及显微组织结构(见表2、表3所示)；

表1 本发明的高品质40Cr合金结构直条圆钢化学成份

表2 本发明生产的40Cr合金结构直条圆钢显微组织、脱碳层及夹杂物

表3 本发明生产的40Cr合金结构直条圆钢热处理后工艺力学性能

实施例1

A、铁水预处理脱硫：将高炉铁水(化学成分C 3.8wt%、Si 0.40wt%、Mn 0.30wt% 、P0.110wt%、S 0.020wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)运至KR法铁水预处理装置进行脱硫处理，搅拌头插入深度控制为2300mm，按14.0kg/t_钢的量，加入常规CaO质脱硫剂进行脱硫处理，搅拌时间控制为8分钟；搅拌结束后进行扒后渣操作，保证钢包内铁水面裸露≥3/4，扒净脱硫渣；预处理后铁水成分控制为：C 3.8wt%、Si 0.40wt%、Mn 0.30wt% 、P 0.110wt%、S0.003wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。

B、钢水冶炼：将A步骤的预处理深脱硫铁水(化学成分C 3.8wt%、Si 0.40wt%、Mn0.30wt% 、P 0.110wt%、S 0.003wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)、优质精废钢(化学成分C 0.12wt%、Si 0.10wt%、Mn 0.30wt% 、P 0.025wt%、S 0.030wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)加入LD转炉中，进行常规顶底复合吹炼，分别按30.0kg/t钢、20.0kg/t钢、2.0kg/t钢的加入量，加入活性石灰、轻烧白云石、菱镁球造渣，控制终点碳含量0.12wt%，出钢温度1640℃；出钢前向钢包底部加入活性石灰及精炼渣进行渣洗，石灰加入量为2.0kg/t钢，精炼渣加入量为1.0kg/t钢；出钢时采用全程底吹氩工艺，氩气流量控制为30NL/min。

C、脱氧合金化：将B步骤冶炼完毕的钢水出钢，当钢包中的钢水量大于1/4时，按下列脱氧合金化顺序：硅铁→高碳铬铁→高碳锰铁→增碳剂，依次向钢包中加入下列物质：按2.7kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铁：Si 73.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按13.2kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳铬铁：Cr 57.5wt%，C 7.6wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按5.7kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳锰铁：Mn 75.3wt%，C 7.2wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按1.0kg/t钢的量，加入下列质量比的增碳剂：C 92.3wt%，S0.065wt%，灰份3.85wt%，挥发份1.46wt%，水份 0.67wt%，其余为不可避免的不纯物；在钢包钢水量达到4/5时加完上述合金及增碳剂；出钢完毕后，将钢水吊送至LF精炼炉进行精炼处理。

D、钢水LF炉精炼：将C步骤出钢完毕钢水吊至LF炉精炼工位接好氩气带，开启氩气采用小氩量(10NL/min)吹氩2分钟，然后下电极采用档位7～9档化渣；通电3分钟后，抬电极观察炉内化渣情况，之后测温、取样；若渣况较稀，补加石灰3.0kg/t钢、碳化硅(化学成分：SiC65.3 wt%, 总C 29.5, 总Si 50.5wt%, 其余为Fe及不可避免的不纯物)0.3 kg/t钢、电石0.5 kg/t钢调渣，控制渣碱度为6.0；根据钢样分析结果，补加合金同步调整钢液成分；之后将钢水温度加热至1625℃后进行喂线处理，喂入具有下列质量比的硅钙线： Si53.5wt%、Ca 28.2wt%、其余为Fe及不可避免的不纯物，喂线速度为3.0m/s，喂线量为150m；喂线结束采用流量为15NL/min的小氩气量对钢水进行软吹氩，软吹时间为3分钟，之后将钢水吊至VD炉真空精炼工位。

E、钢水VD炉真空精炼：将D步骤钢水吊至VD真空精炼炉后，接通吹氩管，开启氩气采用小氩量(15NL/min)吹氩2分钟，之后对钢水定氧定氢，同时测温取样；取样完毕后，将真空罐盖车开至工作位，合上真空罐盖，进行抽真空，真空抽至100Pa时，开始进行保真空脱气处理，同时进行底吹氩处理，氩气流量控制为20NL/min，在真空度100Pa条件下钢水脱气处理时间12分钟；真空脱气处理完毕后关闭真空主阀，提升罐盖，对钢水取样和定氧定氢；之后对钢水进行小氩气量软吹氩处理，氩气流量为10NL/min，软吹氩时间为2分钟；钢水软吹氩结束后，加入钢水覆盖剂，加入量控制为1.0 kg/t钢，然后将钢水吊至浇铸工位。

F、钢水浇铸：在中间包温度为1520℃，拉速为2.0m/min，二冷比水量为0.6L/kg，结晶器电磁搅拌电流强度为200A、运行频率为3.0Hz的条件下，采用R9m直弧形连续矫直5机5流小方坯铸机将E步骤的钢水全程保护连铸成断面150mm×150mm的钢坯。

G、钢坯加热：将F步骤的钢坯送入推钢式蓄热式加热炉进行加热，控制空气、煤气均预热温度为1020℃，加热炉内采用微正压弱还原性气氛，炉膛压力控制为10Pa，以防止钢的过氧化和脱碳；钢坯加热时间控制为60分钟，加热温度为1100℃。

H、轧制：将G步骤钢坯从加热炉出钢后，开轧温度控制为1020℃，采用Φ470×1/Φ350×4横列式轧机生产，总轧制道次为12道；粗轧Φ470×1轧机：7 个道次，粗轧温度为1020℃，轧制速度为 1.2m/s ；第二列Ф350×4机列，共5 个道次，终轧温度为900℃，终轧速度为10.0m/s。

I、钢材精整：将H步骤终轧后的钢材送入冷床进行空冷，空冷后钢材下冷床剪切成6米的定尺材，然后进行常规收集、打捆、称重、挂牌，之后将钢材吊至成品库进行堆冷，堆冷温度500℃，堆冷后即获得一种高品质40Cr合金结构圆钢，具有下列重量百分比的化学成分：C 0.37 wt%、Si 0.20wt%、Mn 0.50wt%、Cr 0.80wt%、S0.004wt%、P0.015wt%、O0.0020wt%、N0.0030wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。

本实施例提供的一种高品质40Cr合金结构直条圆钢显微组织、脱碳层、夹杂物及热处理后工艺力学性能见表4、表5所示；

表4 本实施例生产的40Cr合金结构直条圆钢显微组织、脱碳层及夹杂物

表5 本实施例生产的40Cr合金结构直条圆钢热处理后工艺力学性能

实施例2

A、铁水预处理脱硫：将高炉铁水(化学成分C 4.0wt%、Si 0.50wt%、Mn 0.40wt% 、P0.100wt%、S0.018wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)运至KR法铁水预处理装置进行脱硫处理，搅拌头插入深度控制为2400mm，按15.0 kg/t钢的量，加入常规CaO质脱硫剂进行脱硫处理，搅拌时间控制为8分钟；搅拌结束后进行扒后渣操作，保证钢包内铁水面裸露≥3/4，扒净脱硫渣；预处理后铁水成分控制为：C 4.0wt%、Si 0.50wt%、Mn 0.40wt% 、P 0.100wt%、S0.002wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。

B、钢水冶炼：将A步骤的预处理深脱硫铁水(化学成分C 4.0wt%、Si 0.50wt%、Mn0.40wt% 、P 0.100wt%、S0.002wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)、优质精废钢(化学成分C 0.16wt%、Si 0.18wt%、Mn 0.40wt% 、P 0.018wt%、S 0.022wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)加入LD转炉中，进行常规顶底复合吹炼，分别按32.0kg/t钢、22.0kg/t钢、3.0kg/t钢的加入量，加入活性石灰、轻烧白云石、菱镁球造渣，控制终点碳含量0.14wt%，出钢温度1640℃；出钢前向钢包底部加入活性石灰及精炼渣进行渣洗，石灰加入量为2.0kg/t钢，精炼渣加入量为1.0kg/t钢；出钢时采用全程底吹氩工艺，氩气流量控制为35NL/min。

C、脱氧合金化：将B步骤冶炼完毕的钢水出钢，当钢包中的钢水量大于1/4时，按下列脱氧合金化顺序：硅铁→高碳铬铁→高碳锰铁→增碳剂，依次向钢包中加入下列物质：按3.5kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铁：Si 73.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按15.0kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳铬铁：Cr 57.5wt%，C 7.6wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按6.8kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳锰铁：Mn 75.3wt%，C 7.2wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按1.0kg/t钢的量，加入下列质量比的增碳剂：C 92.3wt%，S0.065wt%，灰份3.85wt%，挥发份1.46wt%，水份 0.67wt%，其余为不可避免的不纯物；在钢包钢水量达到4/5时加完上述合金及增碳剂；出钢完毕后，将钢水吊送至LF精炼炉进行精炼处理。

D、钢水LF炉精炼：将C步骤出钢完毕钢水吊至LF炉精炼工位接好氩气带，开启氩气采用小氩量(10NL/min)吹氩2分钟，然后下电极采用档位7～9档化渣；通电3分钟后，抬电极观察炉内化渣情况，之后测温、取样；若渣况较稀，补加石灰3.6kg/t钢、碳化硅(化学成分：SiC65.3 wt%，总C 29.5，总Si 50.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)0.4 kg/t钢、电石0.5 kg/t钢调渣，控制渣碱度为6.5；根据钢样分析结果，补加合金同步调整钢液成分；之后将钢水温度加热至1620℃后进行喂线处理，喂入具有下列质量比的硅钙线： Si 53.5wt%、Ca 28.2wt%、其余为Fe及不可避免的不纯物，喂线速度为3.0m/s，喂线量为150m；喂线结束采用流量为15NL/min的小氩气量对钢水进行软吹氩，软吹时间为3分钟，之后将钢水吊至VD炉真空精炼工位。

E、钢水VD炉真空精炼：将D步骤钢水吊至VD真空精炼炉后，接通吹氩管，开启氩气采用小氩量(15NL/min)吹氩2分钟，之后对钢水定氧定氢，同时测温取样；取样完毕后，将真空罐盖车开至工作位，合上真空罐盖，进行抽真空，真空抽至100Pa时，开始进行保真空脱气处理，同时进行底吹氩处理，氩气流量控制为30NL/min，在真空度100Pa条件下钢水脱气处理时间12分钟；真空脱气处理完毕后关闭真空主阀，提升罐盖，对钢水取样和定氧定氢；之后对钢水进行小氩气量软吹氩处理，氩气流量为15NL/min，软吹氩时间为2分钟；钢水软吹氩结束后，加入钢水覆盖剂，加入量控制为1.0 kg/t钢，然后将钢水吊至浇铸工位。

F、钢水浇铸：在中间包温度为1515℃，拉速为1.9m/min，二冷比水量为0.6L/kg，结晶器电磁搅拌电流强度为200A、运行频率为3.0Hz的条件下，采用R9m直弧形连续矫直5机5流小方坯铸机将E步骤的钢水全程保护连铸成断面150mm×150mm的钢坯。

G、钢坯加热：将F步骤的钢坯送入推钢式蓄热式加热炉进行加热，控制空气、煤气均预热温度为1020℃，加热炉内采用微正压弱还原性气氛，炉膛压力控制为12Pa，以防止钢的过氧化和脱碳；钢坯加热时间控制为56分钟，加热温度为1080℃。

H、轧制：将G步骤钢坯从加热炉出钢后，开轧温度控制为1000℃，采用Φ470×1/Φ350×4横列式轧机生产，总轧制道次为11道；粗轧Φ470×1轧机： 7 个道次，粗轧温度为1000℃，轧制速度为 1.0m/s ；第二列Ф350×4机列，共4个道次，终轧温度为880℃，终轧速度为8.0m/s。

I、钢材精整：将H步骤终轧后的钢材送入冷床进行空冷，空冷后钢材下冷床剪切成6米的定尺材，然后进行常规收集、打捆、称重、挂牌，之后将钢材吊至成品库进行堆冷，堆冷温度480℃，堆冷后即获得一种高品质40Cr合金结构圆钢，具有下列重量百分比的化学成分：C 0.39 wt%、Si 0.25wt%、Mn 0.58wt%、Cr 0.90wt%、S 0.003wt%、P0.012wt%、O0.0018wt%、N0.0027wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。

本实施例提供的一种高品质40Cr合金结构直条圆钢显微组织、脱碳层、夹杂物及热处理后工艺力学性能见表6、表7所示；

表6 本实施例生产的40Cr合金结构直条圆钢显微组织、脱碳层及夹杂物

表7 本实施例生产的40Cr合金结构直条圆钢热处理后工艺力学性能

实施例3

A、铁水预处理脱硫：将高炉铁水(化学成分C 4.1wt%、Si 0.60wt%、Mn 0.50wt% 、P0.090wt%、S0.015wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)运至KR法铁水预处理装置进行脱硫处理，搅拌头插入深度控制为2500mm，按16.0 kg/t钢的量，加入常规CaO质脱硫剂进行脱硫处理，搅拌时间控制为8分钟；搅拌结束后进行扒后渣操作，保证钢包内铁水面裸露≥3/4，扒净脱硫渣；预处理后铁水成分控制为：C 4.1wt%、Si 0.60wt%、Mn 0.50wt% 、P 0.090wt%、S0.001wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。

B、钢水冶炼：将A步骤的预处理深脱硫铁水(化学成分C 4.1wt%、Si 0.60wt%、Mn0.50wt% 、P 0.090wt%、S0.001wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)、优质精废钢(化学成分C 0.20wt%、Si 0.25wt%、Mn 0.50wt% 、P 0.010wt%、S 0.015wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)加入LD转炉中，进行常规顶底复合吹炼，分别按34.0kg/t钢、24.0kg/t钢、4.0kg/t钢的加入量，加入活性石灰、轻烧白云石、菱镁球造渣，控制终点碳含量0.14wt%，出钢温度1645℃；出钢前向钢包底部加入活性石灰及精炼渣进行渣洗，石灰加入量为2.0kg/t钢，精炼渣加入量为1.0kg/t钢；出钢时采用全程底吹氩工艺，氩气流量控制为40NL/min。

C、脱氧合金化：将B步骤冶炼完毕的钢水出钢，当钢包中的钢水量大于1/4时，按下列脱氧合金化顺序：硅铁→高碳铬铁→高碳锰铁→增碳剂，依次向钢包中加入下列物质：按4.3kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铁：Si 73.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按16.7kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳铬铁：Cr 57.5wt%，C 7.6wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按7.9kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳锰铁：Mn 75.3wt%，C 7.2wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按1.0kg/t钢的量，加入下列质量比的增碳剂：C 92.3wt%，S0.065wt%，灰份3.85wt%，挥发份1.46wt%，水份 0.67wt%，其余为不可避免的不纯物；在钢包钢水量达到4/5时加完上述合金及增碳剂；出钢完毕后，将钢水吊送至LF精炼炉进行精炼处理。

D、钢水LF炉精炼：将C步骤出钢完毕钢水吊至LF炉精炼工位接好氩气带，开启氩气采用小氩量(20NL/min)吹氩2分钟，然后下电极采用档位7～9档化渣；通电3分钟后，抬电极观察炉内化渣情况，之后测温、取样；若渣况较稀，补加石灰4.0kg/t钢、碳化硅(化学成分：SiC65.3 wt%, 总C 29.5, 总Si 50.5wt%, 其余为Fe及不可避免的不纯物) 0.6 kg/t钢、电石0.5 kg/t钢调渣，控制渣碱度为7.0；根据钢样分析结果，补加合金同步调整钢液成分；之后将钢水温度加热至1615℃后进行喂线处理，喂入具有下列质量比的硅钙线： Si53.5wt%、Ca 28.2wt%、其余为Fe及不可避免的不纯物，喂线速度为3.0m/s，喂线量为150m；喂线结束采用流量为15NL/min的小氩气量对钢水进行软吹氩，软吹时间为3分钟，之后将钢水吊至VD炉真空精炼工位。

E、钢水VD炉真空精炼：将D步骤钢水吊至VD真空精炼炉后，接通吹氩管，开启氩气采用小氩量(15NL/min)吹氩2分钟，之后对钢水定氧定氢，同时测温取样；取样完毕后，将真空罐盖车开至工作位，合上真空罐盖，进行抽真空，真空抽至100Pa时，开始进行保真空脱气处理，同时进行底吹氩处理，氩气流量控制为40NL/min，在真空度100Pa条件下钢水脱气处理时间12分钟；真空脱气处理完毕后关闭真空主阀，提升罐盖，对钢水取样和定氧定氢；之后对钢水进行小氩气量软吹氩处理，氩气流量为20NL/min，软吹氩时间为2分钟；钢水软吹氩结束后，加入钢水覆盖剂，加入量控制为1.0 kg/t钢，然后将钢水吊至浇铸工位；

F、钢水浇铸：在中间包温度为1510℃，拉速为1.8m/min，二冷比水量为0.5L/kg，结晶器电磁搅拌电流强度为200A、运行频率为3.0Hz的条件下，采用R9m直弧形连续矫直5机5流小方坯铸机将E步骤的钢水全程保护连铸成断面150mm×150mm的钢坯；

G、钢坯加热：将F步骤的钢坯送入推钢式蓄热式加热炉进行加热，控制空气、煤气均预热温度为1020℃，加热炉内采用微正压弱还原性气氛，炉膛压力控制为15Pa，以防止钢的过氧化和脱碳；钢坯加热时间控制为50分钟，加热温度为1060℃；

H、轧制：将G步骤钢坯从加热炉出钢后，开轧温度控制为990℃，采用Φ470×1/Φ350×4横列式轧机生产，总轧制道次为10道；粗轧Φ470×1轧机： 7 个道次，粗轧温度为990℃，轧制速度为 0.8m/s ；第二列Ф350×4机列，共3个道次，终轧温度为850℃，终轧速度为5.0m/s；

I、钢材精整：将H步骤终轧后的钢材送入冷床进行空冷，空冷后钢材下冷床剪切成6米的定尺材，然后进行常规收集、打捆、称重、挂牌，之后将钢材吊至成品库进行堆冷，堆冷温度450℃，堆冷后即获得一种高品质40Cr合金结构圆钢，具有下列重量百分比的化学成分：C0.41 wt%、Si 0.30wt%、Mn 0.65wt%、Cr 1.00wt%、S0.002wt%、P0.010wt%、O0.0015wt%、N0.0025wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。

本实施例提供的一种高品质40Cr合金结构直条圆钢显微组织、脱碳层、夹杂物及热处理后工艺力学性能见表8、表9所示；

表8 本实施例生产的40Cr合金结构直条圆钢显微组织、脱碳层及夹杂物

表9 本实施例生产的40Cr合金结构直条圆钢热处理后工艺力学性能

Claims (8)

1.一种高品质40Cr合金结构直条圆钢的制备方法，其特征在于所述制备方法包括以下步骤：

A、铁水预处理脱硫：将高炉铁水运至KR法铁水预处理装置进行脱硫处理，搅拌头插入深度控制为2300~2500mm，按14.0～16.0 kg/t钢的量，加入CaO质脱硫剂进行脱硫处理，搅拌时间控制为8分钟；搅拌结束后进行扒后渣操作，保证钢包内铁水面裸露≥3/4，扒净脱硫渣，得到预处理后的铁水；

B、钢水冶炼：将A步骤的预处理后的铁水、优质精废钢加入LD转炉中，进行顶底复合吹炼，分别按30.0～34.0kg/t钢、20.0～24.0kg/t钢、2.0～4.0kg/t钢的加入量，加入活性石灰、轻烧白云石、菱镁球造渣，控制终点碳含量≥0.12wt%，出钢温度≤1645℃；出钢前向钢包底部加入活性石灰及精炼渣进行渣洗，石灰加入量为2.0kg/t钢，精炼渣加入量为1.0kg/t钢；出钢时采用全程底吹氩工艺，氩气流量控制为30～40NL/min；

C、脱氧合金化：将B步骤冶炼完毕的钢水出钢，当钢包中的钢水量大于1/4时，按下列脱氧合金化顺序：硅铁→高碳铬铁→高碳锰铁→增碳剂，依次向钢包中加入下列物质：按2.7～4.3kg/t钢的量，加入硅铁；按13.2～16.7kg/t钢的量，加入高碳铬铁；按5.7～7.9kg/t钢的量，加入高碳锰铁；按1.0kg/t钢的量，加入增碳剂；在钢包钢水量达到4/5时加完上述合金及增碳剂；出钢完毕后，将钢水吊送至LF精炼炉进行精炼处理；

D、钢水LF炉精炼：将C步骤出钢完毕钢水吊至LF炉精炼工位接好氩气带，开启氩气采用氩气流量10～20NL/min吹氩2分钟，然后下电极采用档位7～9档化渣；通电3分钟后，抬电极观察炉内化渣情况，之后测温、取样；若渣况较稀，补加石灰3.0～4.0kg/t钢、碳化硅0.3～0.6 kg/t钢、电石0.5 kg/t钢调渣，控制渣碱度为6.0～7.0；根据钢样分析结果，补加合金同步调整钢液成分；之后将钢水温度加热至1615～1625℃后进行喂线处理，喂入硅钙线，喂线速度为3.0m/s，喂线量为150m；喂线结束采用流量为15NL/min的小氩气量对钢水进行软吹氩，软吹时间为3分钟，之后将钢水吊至VD炉真空精炼工位；

E、钢水VD炉真空精炼：将D步骤钢水吊至VD真空精炼炉后，接通吹氩管，开启氩气采用氩气流量15NL/min吹氩2分钟，之后对钢水定氧定氢，同时测温取样；取样完毕后，将真空罐盖车开至工作位，合上真空罐盖，进行抽真空，真空抽至100Pa时，开始进行保真空脱气处理，同时进行底吹氩处理，氩气流量控制为20～40NL/min，在真空度100Pa条件下钢水脱气处理时间12分钟；真空脱气处理完毕后关闭真空主阀，提升罐盖，对钢水取样和定氧定氢；之后对钢水进行小氩气量软吹氩处理，氩气流量为10～20NL/min，软吹氩时间为2分钟；钢水软吹氩结束后，加入钢水覆盖剂，加入量控制为1.0 kg/t钢，然后将钢水吊至浇铸工位；

F、钢水浇铸：在中间包温度为1510～1520℃，拉速为1.8～2.0m/min，二冷比水量为0.5～0.6L/kg，结晶器电磁搅拌电流强度为200A、运行频率为3.0Hz的条件下，采用R9m直弧形连续矫直5机5流小方坯铸机将E步骤的钢水全程保护连铸成断面150mm×150mm的钢坯；

G、钢坯加热：将F步骤的钢坯送入推钢式蓄热式加热炉进行加热，控制空气、煤气均预热温度为1020℃，加热炉内采用微正压弱还原性气氛，炉膛压力控制为10～15Pa，以防止钢的过氧化和脱碳；钢坯加热时间控制为50～60分钟，加热温度为1060～1100℃；

H、轧制：将G步骤钢坯从加热炉出钢后，开轧温度控制为990～1020℃，采用Φ470×1/Φ350×4横列式轧机生产，总轧制道次为10-12道；粗轧Φ470×1轧机：7 个道次，粗轧温度为990～1020℃，轧制速度为 0.8～1.2m/s ；第二列Ф350×4机列，共3~5个道次，终轧温度为850～900℃，终轧速度为5.0～10.0m/s；

I、钢材精整：将H步骤终轧后的钢材送入冷床进行空冷，空冷后钢材下冷床剪切成6米的定尺材，然后进行常规收集、打捆、称重、挂牌，之后将钢材吊至成品库进行堆冷，堆冷温度≤500℃，堆冷后即得40Cr合金结构直条圆钢。

2.根据权利要求1所述的高品质40Cr合金结构直条圆钢的制备方法，其特征在于步骤A中所述的高炉铁水的化学成分为：C 3.8~4.1wt%、Si 0.40~0.60wt%、Mn 0.30~0.50wt% 、P0.090~0.110wt%、S≤0.020wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。

3.根据权利要求1所述的高品质40Cr合金结构直条圆钢的制备方法，其特征在于步骤A中所述的预处理后的铁水的化学成分为：C 3.8~4.1wt%、Si 0.40~0.60wt%、Mn 0.30~0.50wt% 、P 0.090~0.110wt%、S≤0.003wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。

4.根据权利要求1所述的高品质40Cr合金结构直条圆钢的制备方法，其特征在于步骤B中所述的优质精废钢的化学成分为C 0.12~0.20wt%、Si 0.10~0.25wt%、Mn 0.30~0.50wt%、P 0.010~0.025wt%、S 0.015~0.030wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。

5.根据权利要求1所述的高品质40Cr合金结构直条圆钢的制备方法，其特征在于步骤C中所述的硅铁的化学成分为：Si 73.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；所述的高碳铬铁的化学成分为：Cr 57.5wt%，C 7.6wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；所述的高碳锰铁的化学成分为：Mn 75.3wt%，C 7.2wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；所述的增碳剂的化学成分为：C 92.3wt%，S 0.065wt%，灰份3.85wt%，挥发份1.46wt%，水份 0.67wt%，其余为不可避免的不纯物。

6.根据权利要求1所述的高品质40Cr合金结构直条圆钢的制备方法，其特征在于步骤D中所述的碳化硅的化学成分为：SiC65.3 wt%，总碳 29.5 wt %， 总Si 50.5wt%， 其余为Fe及不可避免的不纯物。

7.根据权利要求1所述的高品质40Cr合金结构直条圆钢的制备方法，其特征在于步骤D中所述的硅钙线的化学成分为：Si 53.5wt%、Ca 28.2wt%、其余为Fe及不可避免的不纯物。

8.根据权利要求1所述的高品质40Cr合金结构直条圆钢的制备方法，其特征在于步骤I中所述的40Cr合金结构直条圆钢的化学成分为：C 0.37～0.41 wt%、Si 0.20～0.30wt%、Mn0.50～0.65wt%、Cr 0.80～1.00wt%、S≤0.004wt%、P≤0.015wt%、O≤0.0020wt%、N≤0.0030wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。