CN108660292A - 一种生产高合金钢的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种生产高合金钢的方法，所述方法为：利用转炉冶炼、精炼以及连铸处理制备高合金钢，所述精炼过程中采用Al₂O₃质量分数为38‑42％的精炼渣系进行处理。本发明利用转炉冶炼、精炼以及连铸处理制备高合金钢，通过在精炼过程中对精炼渣系成分的调整，结合缓冷处理工艺，降低了生产成本，提高了钢材的成材率，得到了截面成分均匀的高合金钢，同时提高合金钢的韧性、耐磨性能，延长其使用寿命，具有良好的经济效益和应用前景。

Description

一种生产高合金钢的方法

技术领域

本发明涉及合金冶炼领域，具体涉及一种生产高合金钢的方法。

背景技术

钢铁中合金元素在10％以上时，称为高合金钢。高合金钢是一种附加值高、 性能优异的高合金钢。常用的模具钢、轧辊钢等均属于高合金钢。

近年来，由于工业生产技术的发展和不断出现的新材料，对模具钢的工作 条件日益苛刻，对模具钢的性能、品质、品种等方面不断地提出新的要求，为 此世界各国近年来都积极开发了具有各种特性、适应不同性能要求的新型模具 钢。近年来，我国模具行业结构调整步伐加快，主要向大型、复杂、精密、高 寿命、高效率方向发展。现代制造业的发展对热作模具钢性能提出了更高的要 求。世界各国主要采用以下2种途径提高模具钢的性能：一是优化模具钢的成 分和开发新钢种；二是改进模具钢生产流程和工艺控制技术。

轧辊钢是金属轧制设备的主要部件，在轧机部件中，轧辊的工作条件最为 复杂，服役中收到各种周期性应力-弯曲、扭转、剪切、冲击、摩擦和热应力等 交互作用。因此轧辊具备良好的抗折断性、耐磨性、抗剥落性等性能可以明显 的延长轧辊的使用寿命。它适用于制造工作辊、中间辊、支撑辊、矫直辊及电 极辊。近年来，我国冷轧辊行业结构调整步伐加快，主要向大型、复杂、精密、 高寿命、高效率方向发展。现代制造业的发展对冷轧辊钢性能提出了更高的要 求。世界各国主要采用以下2种途径提高模具钢的性能：一是优化冷轧辊钢的 成分和开发新钢种；二是改进冷轧辊钢生产流程和工艺控制技术。

目前高合金钢的冶炼多以电炉+模铸的方式进行，例如CN107937813A公开 了一种CrNiWCo双相合金钢及其制备方法，涉及一种双相合金钢及其制备方法， 制备过程中，熔炼依次经过电弧炉→LF炉→VOD炉；自然冷却后，经过快锻和 轧制，再高温扩散回火，自然冷却处理，即得到CrNiWCo双相合金钢。

然而，利用电炉+模铸的方法进行制备时，能耗大，成本高，同时存在着合 金成分分布不均匀的问题，尤其模铸锭中心点正偏析严重，容易在电渣过程中 遗传，导致碳化物液析及性能指标差，且成材率不理想。

有鉴于此，部分企业采用转炉的方法对高合金钢进行制备，例如 CN104060184B公开了一种Mn含量8.0％高合金钢的冶炼方法，化学成分质量 百分比是：C为0.95～1.05，Si≤0.40，Mn为7.00～9.00，P≤0.020，S≤0.020， Cr为1.20～1.70，Mo为0.30～0.40，V为0.15～0.25，余量是铁及不可避免的 杂质；冶炼工艺路线是铁水预处理-炼钢采用转炉+中频炉-LF炉精炼-RH炉精炼 -连铸机。

利用转炉的方法制备高合金钢，虽然成本得到了有效控制，但是合金成分 仍然存在偏析，部分有害元素难以消除，难以获得质量优异的高合金钢。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种生产高合金钢的方法，利用转炉 冶炼、精炼以及连铸处理制备高合金钢，通过在精炼过程中对精炼渣系成分的 调整，结合缓冷处理工艺，降低了生产成本，提高了钢材的成材率，得到了截 面成分均匀的高合金钢，同时提高合金钢的韧性、耐磨性能，延长其使用寿命， 具有良好的经济效益和应用前景。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种生产高合金钢的方法，所述方法为：利用转炉冶炼、精 炼以及连铸处理制备高合金钢，所述精炼过程中采用Al₂O₃质量分数为38-42％ 的精炼渣系进行处理。

本发明利用转炉+连铸的方式生产高合金钢，并在精炼过程采用Al₂O₃质量 分数为38-42％的精炼渣系进行处理，结合后续缓冷处理代替传统的退火工艺， 最终得到了成本低、质量好、成材率高的高合金钢。

本发明利用转炉+连铸的方式生产高合金钢，能够获得质量良好的高合金钢， 同时大幅降低冶炼成本；通过在精炼过程采用Al₂O₃质量分数为38-42％的精炼 渣系进行处理，能够有效提高钢水纯净度，获得横向截面成分均匀的高合金钢， 同时提高合金钢的韧性、耐磨性能等，进而延长其使用寿命；通过缓冷模拟退 火代替传统的退火工艺，降低退火成本。

本发明按照所需钢种的成分对所述高合金钢进行配料。

根据本发明，所述转炉冶炼包括以下依次进行的工序：高炉铁水预处理、 提钒转炉、转炉冶炼、LF精炼、VD真空精炼以及连铸处理。

根据本发明，所述连铸处理为圆坯连铸。

根据本发明，所述连铸处理后进行缓冷处理。

根据本发明，所述缓冷处理后对钢材进行精整。

根据本发明，所述转炉炼钢过程中控制钢水中P≤0.80％、S≤0.050％，冶炼 终点C≥0.04％，P≤0.005，终点温度控制为≥1630℃。

根据本发明，所述LF精炼过程采用Al₂O₃质量分数为38-42％的精炼渣系进 行处理，所述精炼渣系的碱度为9-11，熔点为1336-1379℃。

根据本发明，所述精炼渣系中Al₂O₃的质量分数为38-42％，例如可以是38％、38.5％、39％、39.5％、40％、40.5％、41％、41.5％或42％，以及上述数值之间的 具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。

根据本发明，所述精炼渣系的碱度为9-11，例如可以是9、9.5、10、10.5 或11，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不 再穷尽列举。

根据本发明，所述精炼渣系的熔点为1336-1379℃，例如可以是1336℃、 1340℃、1345℃、1350℃、1355℃、1360℃、1365℃、1370℃、1375℃或1379℃， 以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽 列举。

根据本发明，所述连铸处理包括二冷配水、拉速、结晶器电磁搅拌、末端 电磁搅拌、连铸坯表面及内部质量控制等步骤。

本发明在连铸过程中采用低过热度、通过对拉速的控制以及二段弱冷工艺， 最大限度提高矫直前温度，以确保较高的入坑温度，然后使用缓冷模拟退火工 艺，代替退火，以降低生产成本。

作为优选的技术方案，本发明所述生产高合金钢的方法包括以下步骤：

(1)对高炉铁水依次进行预处理以及提钒转炉工序，然后进行转炉炼钢， 冶炼过程中控制钢水中P≤0.80％、S≤0.050％，冶炼终点C≥0.04％，P≤0.005， 终点温度控制为≥1630℃，冶炼结束后进行LF精炼，精炼过程采用Al₂O₃质量 分数为38-42％的精炼渣系进行处理，精炼渣系的碱度为9-11，熔点为 1336-1379℃，然后进行VD真空精炼；

(2)对步骤(1)得到钢水进行圆坯连铸处理，然后进行铸坯缓冷和精整 后得到高合金钢。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

(1)成本优势：通过转炉+连铸生产高合金钢，产品质量达到同类钢使用 性能，并大幅降低冶炼成本，通过缓冷模拟退火代替传统的退火工艺，降低退 火成本，吨钢节省成本≥200元。

(2)质量优势：通过转炉+连铸的方法进行生产，并在精炼过程采用Al₂O₃质量分数为38-42％的精炼渣系进行处理，得到横向截面成分均匀，无成分偏析 的高合金钢。

(3)成材率高：通过转炉+连铸的方法进行生产，并在精炼过程采用Al₂O₃质量分数为38-42％的精炼渣系进行处理，可连续浇注4炉以上，利于批量生产 与试用，成材率较传统方法提高约5％。

(4)钢水纯净度更高：转炉可采用全铁水冶炼，通过在精炼过程采用Al₂O₃质量分数为38-42％的精炼渣系进行处理，消除了废钢带入的有害元素的风险。

具体实施方式

为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了， 所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例1

按质量百分含量计，目标要求高合金钢中成分为：C 0.405，Si 1.10，Mn 0.40， P≤0.008，S≤0.003，Cr 5.10，Mo 1.37，V 0.87，H≤0.00010，O≤0.0010，N ≤0.0060，Ti≤0.0045，余量为Fe。

按要求进行配料，按照以下方法制备高合金钢：

(1)对高炉铁水依次进行预处理以及提钒转炉工序，然后进行转炉冶炼， 冶炼过程中控制钢水中P≤0.80％、S≤0.050％，冶炼终点C≥0.04％，P≤0.005， 终点温度控制为≥1630℃，冶炼结束后进行LF精炼，精炼过程采用Al₂O₃质量 分数为40％的精炼渣系进行处理，精炼渣系的碱度为10.5，熔点为1370℃，然 后进行VD真空精炼；

(2)对步骤(1)得到钢水进行圆坯连铸处理，然后进行铸坯缓冷和精整 后得到高合金钢。

实施例2

按质量百分含量计，目标要求高合金钢中成分为：C 0.410，Si 1.00，Mn 0.45， P≤0.008，S≤0.004，Cr 5.15，Mo 1.40，V 0.85，H≤0.00010，O≤0.0010，N ≤0.0060，Ti≤0.0045，余量为Fe。

按要求进行配料，按照以下方法制备高合金钢：

(1)对高炉铁水依次进行预处理以及提钒转炉工序，然后进行转炉冶炼， 冶炼过程中控制钢水中P≤0.80％、S≤0.045％，冶炼终点C≥0.04％，P≤0.005， 终点温度控制为≥1630℃，冶炼结束后进行LF精炼，精炼过程采用Al₂O₃质量 分数为41％的精炼渣系进行处理，精炼渣系的碱度为11，熔点为1360℃，然后 进行VD真空精炼；

(2)对步骤(1)得到钢水进行圆坯连铸处理，然后进行铸坯缓冷和精整 后得到高合金钢。

实施例3

按质量百分含量计，目标要求高合金钢中成分为：C 0.38，Si 0.95，Mn 0.40， P≤0.006，S≤0.003，Cr 4.95，Mo 1.50，V 0.85，H≤0.00010，O≤0.0010，N ≤0.0060，Ti≤0.0040，余量为Fe。

按要求进行配料，按照以下方法制备高合金钢：

(1)对高炉铁水依次进行预处理以及提钒转炉工序，然后进行转炉冶炼， 冶炼过程中控制钢水中P≤0.80％、S≤0.040％，冶炼终点C≥0.04％，P≤0.006， 终点温度控制为≥1630℃，冶炼结束后进行LF精炼，精炼过程采用Al₂O₃质量 分数为39％的精炼渣系进行处理，精炼渣系的碱度为9，熔点为1355℃，然后 进行VD真空精炼；

(2)对步骤(1)得到钢水进行圆坯连铸处理，然后进行铸坯缓冷和精整 后得到高合金钢。

对比例1

按照电弧炉，LF炉，VOD炉，模铸的工艺次序制备高合金钢，合金钢的成 分要求与实施例1相同。

经过检测以及与实施例1对比，本对比例制备的成本更高，合金成分分布 不均匀，且成材率不理想。

对比例2

与实施例1相比，除了步骤(1)所述精炼过程中采用Al₂O₃质量分数为30％ 的精炼渣系进行处理外，其他步骤和条件与实施例1完全相同。

经过检测，与实施例1所得钢材相比，本对比例得到钢材截面存在成分偏 析现象。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺 流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明 必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应 该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的 添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种生产高合金钢的方法，其特征在于，所述方法为：利用转炉冶炼、精炼以及连铸处理制备高合金钢，所述精炼过程中采用Al₂O₃质量分数为38-42％的精炼渣系进行处理。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下依次进行的工序：高炉铁水预处理、提钒转炉、转炉冶炼、LF精炼、VD真空精炼以及连铸处理。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述连铸处理为圆坯连铸。

4.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述连铸处理后进行缓冷处理。

5.如权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述缓冷处理后对钢材进行精整。

6.如权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述转炉冶炼过程中控制钢水中P≤0.80％、S≤0.050％，冶炼终点C≥0.04％，P≤0.005，终点温度控制为≥1630℃。

7.如权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述LF精炼过程采用Al₂O₃质量分数为38-42％的精炼渣系进行处理。

8.如权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，所述精炼渣系的碱度为9-11，熔点为1336-1379℃。

9.如权利要求1-8任一项所述的方法，其特征在于，所述连铸处理包括二冷配水、拉速、结晶器电磁搅拌、末端电磁搅拌、连铸坯表面及内部质量控制。

10.如权利要求1-9任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)对高炉铁水依次进行预处理以及提钒转炉工序，然后进行转炉冶炼，冶炼过程中控制钢水中P≤0.80％、S≤0.050％，冶炼终点C≥0.04％，P≤0.005，终点温度控制为≥1630℃，冶炼结束后进行LF精炼，精炼过程采用Al₂O₃质量分数为38-42％的精炼渣系进行处理，精炼渣系的碱度为9-11，熔点为1336-1379℃，然后进行VD真空精炼；

(2)对步骤(1)得到钢水进行圆坯连铸处理，然后进行铸坯缓冷和精整后得到高合金钢。