CN108823358A - 一种高硅低氧弹簧钢的炼制方法 - Google Patents

一种高硅低氧弹簧钢的炼制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高硅低氧弹簧钢的炼制方法，其包括转炉冶炼、LF精炼和VD真空精炼工序，所述转炉冶炼工序：转炉出钢过程加钢芯铝沉淀脱氧，钢芯铝加入量为0.5～1.5kg/t；向钢包中加入CaO‑Al2O3系预熔合成渣，加入量为8～10kg/t；所述LF精炼工序：在LF精炼前期加入多功能调渣剂，加入量在3～5kg/t；采用渣面加碳化硅扩散脱氧，加入量在4～6kg/t；精炼渣的二元碱度R2控制在3～5，精炼渣中的FeO≤0.5wt%；所述VD真空精炼工序：真空结束后软吹氩气搅拌，软吹氩气流量为10～60NL/min。本方法生产的钢中夹杂物数量少且尺寸细小，可有效提高产品的疲劳寿命；钢材做成铁路弹条扣件疲劳寿命可以达到500万次以上，做成汽车稳定杆疲劳寿命可以达到20万次以上。

Description

一种高硅低氧弹簧钢的炼制方法
技术领域
本发明涉及一种炼钢方法，尤其是一种高硅低氧弹簧钢的炼制方法。
背景技术
弹簧钢是特钢行业的一个细分种类，主要用于制造各类弹性部件，用于生产铁路弹簧、铁路弹条扣件、汽车稳定杆、工程机械弹簧等。随着铁路的提速、汽车的轻量化、工程机械大型化，对其所使用的弹簧钢也提出了更高的要求。弹簧钢中如果有非金属夹杂物存在，会破坏钢材基体组织的连续性和均匀性，造成产品的疲劳断裂，因此生产过程中必须降低钢材氧含量，减少钢材中的非金属夹杂物，从而提高疲劳性能。
国内主要使用包括60Si2Mn、60Si2Cr、60Si2CrV等在内的高硅弹簧钢。高硅弹簧钢由于钢中硅含量较高，冶炼脱氧过程采用硅锰脱氧，造成其精炼渣碱度难于提高，精炼渣碱度多在1.5～2.5，在三元炉渣相图CaO-SiO2-Al2O3中并不在低熔点区。而熔点高不利于钢中非金属夹杂物的上浮并吸附到精炼渣中，会导致最终的钢材中氧含量较高，夹杂物较多。因此有的企业将精炼渣碱度控制在1左右，在三元炉渣相图CaO-SiO2-Al2O3的低碱度低熔点区；此精炼渣虽然熔点较低，但脱氧、脱硫能力差，造成钢中氧含量较高，钢种夹杂物较多。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能有效的降低钢中夹杂的高硅低氧弹簧钢的炼制方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：其包括转炉冶炼、LF精炼和VD真空精炼工序，所述转炉冶炼工序：转炉出钢过程加钢芯铝沉淀脱氧，钢芯铝加入量为0.5～1.5kg/t；向钢包中加入CaO-Al2O3系预熔合成渣，加入量为8～10kg/t；
所述LF精炼工序：采用渣面加碳化硅扩散脱氧，加入量在4～6kg/t；精炼渣的二元碱度R2控制在3～5，精炼渣中的FeO≤0.5wt%；
所述VD真空精炼工序：真空结束后软吹氩气搅拌，软吹氩气流量为10～60NL/min。
本发明所述转炉冶炼工序中，控制转炉终点C≥0.08wt％，终点温度≥1600℃。
本发明所述LF精炼工序中，在LF精炼前期加入CaO-Al2O3-SiO2三元调渣剂，加入量在3～5kg/t；精炼过程中全程底吹氩搅拌。
本发明所述VD真空精炼工序中，控制真空度67Pa及以下保持10～15分钟，并全程底吹氩搅拌。
本发明所述VD真空精炼工序中，软吹氩气搅拌时间15～40分钟。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明通过采用转炉出钢加钢芯铝强化脱氧、加预熔合成渣迅速成渣；LF精炼过程采用碳化硅扩散脱氧，造高碱度低熔点精炼渣；VD精炼过程在真空后进行软吹氩搅拌，有利于吸附钢中脱氧产生的非金属夹杂物，提高钢的洁净度，可将钢材氧含量控制在5～10ppm。
本发明通过每个工序工艺过程的控制，达到脱氧、夹杂物上浮的目的，经此工艺精炼后的钢水具有低氧、低硫的特点，钢中氧含量在5～10ppm，平均氧含量7ppm，硫含量在0.001～0.006%。本发明造高碱度低熔点精炼渣，在三元炉渣相图CaO-SiO2-Al2O3中的低熔点区，此精炼渣具有良好的脱氧、脱硫能力。本发明生产的钢中夹杂物数量少且尺寸细小，可有效提高产品的疲劳寿命；钢材做成铁路弹条扣件疲劳寿命可以达到500万次以上，做成汽车稳定杆疲劳寿命可以达到20万次以上。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本高硅低氧弹簧钢的炼制方法包括转炉冶炼→LF精炼→VD真空处理工序，各工序工艺如下所述：
（1）转炉冶炼工序：采用铁水+废钢后进行转炉冶炼，控制转炉终点C≥0.08%，终点温度≥1600℃，出钢过程钢芯铝加入量在0.5～1.5kg/t，降低钢水中的氧含量；转炉出钢过程，向钢包中加入CaO-Al2O3系预熔合成渣进行造渣，预熔合成渣加入量在8～10kg/t，预熔合成渣的主要成分含量见表1；出钢过程加根据需要加合金进行合金化；出钢采用挡渣操作后到LF精炼站的渣层厚度≤80mm。
表1：预熔合成渣主要成分
（2）LF精炼工序：钢包到LF精炼位后采用电极加热，在LF前期加入多功能调渣剂加入量在3～5kg/t，多功能调渣剂主要成分含量见表2；LF精炼过程采用渣面加碳化硅扩散脱氧，碳化硅加入量在4～6kg/t。控制精炼渣二元碱度R2控制在3～5，位于CaO-Al2O3-SiO2三元炉渣相图的低熔点区域，熔点小于1500℃，精炼渣中氧化性组分FeO质量百分比例≤0.5%。LF精炼时间≥50分钟，精炼过程全程通过钢包底部透气元件吹入氩气搅拌。
表2：多功能调渣剂主要成分
（3）VD真空处理工序：VD真空精炼过程中，控制真空度67Pa及以下保持10～15分钟，并全程通过钢包底部透气元件吹入氩气搅拌，真空结束后软吹氩气搅拌，软吹氩气流量为10～60NL/min，软吹氩气搅拌时间15～40分钟。
实施例1：本高硅低氧弹簧钢的炼制方法采用下述具体工艺。
（1）转炉冶炼工序：转炉终点C 0.08%，终点温度1615℃，转炉出钢过程加钢芯铝1.5kg/t、CaO-Al2O3系预熔合成渣10kg/t，加硅铁1315kg、硅锰合金620kg进行合金化；采用挡渣锥挡渣，到LF精炼炉渣后56mm。
（2）LF精炼工序：在精炼前期添加新型多功能调渣剂5kg/t，并在精炼过程中散加碳化硅6kg/t；精炼渣碱度R2=5，FeO 0.25wt%；LF精炼时间50分钟，全程底吹氩搅拌，LF精炼结束温度1605℃。
（3）VD真空处理工序：真空度66Pa真空处理时间10分钟，终点温度1532℃，全程底吹氩搅拌；破空后软吹氩气，流量25NL/min，时间27min。
本实施例60Si2Mn弹簧钢的化学成分组成及质量百分含量见表3；所采用的预熔合成渣成分见表4；所采用的多功能调渣剂主要成分见表5。本实施例60Si2Mn钢材取样检验氧含量和氮含量，结果见表6。
实施例2：本高硅低氧弹簧钢的炼制方法采用下述具体工艺。
（1）转炉冶炼工序：转炉终点C 0.12%，终点温度1618℃，转炉出钢过程加钢芯铝0.5kg/t、CaO-Al2O3系预熔合成渣8kg/t，加硅铁1080kg、硅锰合金410kg、高碳铬铁810kg进行合金化；采用挡渣锥挡渣，到LF精炼炉渣后52mm。
（2）LF精炼工序：在精炼前期添加新型多功能调渣剂3kg/t，并在精炼过程中散加碳化硅4kg/t；精炼渣碱度R2=3，FeO 0.50wt%；LF精炼时间65分钟，全程底吹氩搅拌，结束温度1607℃。
（3）VD真空处理工序：真空度65Pa真空处理12分钟，终点温度1538℃，全程底吹氩搅拌；破空后软吹氩气，流量20NL/min，时间15min。
本实施例60Si2Cr弹簧钢的化学成分组成及质量百分含量见表3；所采用的预熔合成渣成分见表4；所采用的多功能调渣剂主要成分见表5。本实施例60Si2Cr钢材取样检验氧含量和氮含量，结果见表6。
实施例3：本高硅低氧弹簧钢的炼制方法采用下述具体工艺。
（1）转炉冶炼工序：转炉终点C 0.13%，终点温度1600℃，转炉出钢过程加钢芯铝1.3kg/t、CaO-Al2O3系预熔合成渣9.2kg/t，加硅铁1150kg、硅锰合金400kg、高碳铬铁950kg进行合金化；采用挡渣锥挡渣，到LF精炼炉渣后54mm。
（2）LF精炼工序：在精炼前期添加新型多功能调渣剂4kg/t，并在精炼过程中散加碳化硅5kg/t；精炼渣碱度R2=3.9，FeO 0.38wt%；LF精炼时间60分钟，全程底吹氩搅拌，结束温度1604℃。
（3）VD真空处理工序：VD真空精炼炉真空度65Pa真空处15分钟，终点温度1535℃，全程底吹氩搅拌；破空后软吹氩气，流量10NL/min，时间40min。
本实施例60Si2CrV弹簧钢的化学成分组成及质量百分含量见表3；所采用的预熔合成渣成分见表4；所采用的多功能调渣剂主要成分见表5。本实施例60Si2CrV钢材取样检验氧含量和氮含量，结果见表6。
实施例4：本高硅低氧弹簧钢的炼制方法采用下述具体工艺。
（1）转炉冶炼工序：转炉终点C 0.12%，终点温度1608℃，转炉出钢过程加钢芯铝1kg/t、CaO-Al2O3系预熔合成渣9.5kg/t，加硅铁1180kg、硅锰合金420kg、高碳铬铁960kg进行合金化；采用挡渣锥挡渣，到LF精炼炉渣后55mm。
（2）LF精炼工序：在精炼前期添加新型多功能调渣剂3.8kg/t，并在精炼过程中散加碳化硅4.2kg/t；精炼渣碱度R2=3.8，FeO 0.42wt%；LF精炼时间64分钟，全程底吹氩搅拌，LF精炼结束温度1607℃。
（3）VD真空处理工序：VD真空精炼炉真空度67Pa真空处理12分钟，终点温度1534℃，全程底吹氩搅拌；破空后软吹氩气，流量26NL/min，时间30min。
本实施例60Si2CrVAT弹簧钢的化学成分组成及质量百分含量见表3；所采用的预熔合成渣成分见表4；所采用的多功能调渣剂主要成分见表5。本实施例60Si2CrVAT钢材取样检验氧含量和氮含量，结果见表6。
实施例5：本高硅低氧弹簧钢的炼制方法采用下述具体工艺。
（1）转炉冶炼工序：转炉终点C 0.10%，终点温度1619℃，转炉出钢过程加钢芯铝1.2kg/t、CaO-Al2O3系预熔合成渣9.8kg/t，加硅铁1020kg、硅锰合金480kg、高碳铬铁700kg进行合金化；采用挡渣锥挡渣，到LF精炼炉渣后55mm。
（2）LF精炼工序：在精炼前期添加新型多功能调渣剂4.2kg/t，并在精炼过程中散加碳化硅4.5kg/t；精炼渣碱度R2=3.7，FeO 0.36wt%；LF精炼时间63分钟，全程底吹氩搅拌，LF精炼结束温度1608℃。
（3）VD真空处理工序：VD真空精炼炉真空度60Pa真空处理12分钟，终点温度1539℃，全程底吹氩搅拌；破空后软吹氩气，流量60NL/min，时间15min；
本实施例SAE9254弹簧钢的化学成分组成及质量百分含量见表3；所采用的预熔合成渣成分见表4；所采用的多功能调渣剂主要成分见表5。本实施例SAE9254钢材取样检验氧含量和氮含量，结果见表6。
实施例6：本高硅低氧弹簧钢的炼制方法采用下述具体工艺。
（1）转炉冶炼工序：转炉终点C 0.15%，终点温度1605℃，转炉出钢过程加钢芯铝0.8kg/t、CaO-Al2O3系预熔合成渣9.4kg/t，加硅铁1030kg、硅锰合金470kg、高碳铬铁690kg进行合金化；采用挡渣锥挡渣，到LF精炼炉渣后53mm。
（2）LF精炼工序：在精炼前期添加新型多功能调渣剂3.5kg/t，并在精炼过程中散加碳化硅5.5kg/t；精炼渣碱度R2=4.3，FeO 0.45%；LF精炼时间70分钟，全程底吹氩搅拌，LF精炼结束温度1610℃。
（3）VD真空处理工序：VD真空精炼炉真空度66Pa真空处理13分钟，终点温度1533℃，全程底吹氩搅拌；破空后软吹氩气，流量15NL/min，时间35min。
本实施例54SiCr6弹簧钢的化学成分组成及质量百分含量见表3；所采用的预熔合成渣成分见表4；所采用的多功能调渣剂主要成分见表5。本实施例54SiCr6钢材取样检验氧含量和氮含量，结果见表6。
实施例7：本高硅低氧弹簧钢的炼制方法采用下述具体工艺。
（1）转炉冶炼工序：转炉终点C 0.13%，终点温度1626℃，转炉出钢过程加钢芯铝0.8kg/t、CaO-Al2O3系预熔合成渣8.5kg/t，加硅铁1040kg、硅锰合金450kg、高碳铬铁680kg进行合金化；采用挡渣锥挡渣，到LF精炼炉渣后80mm。
（2）LF精炼工序：在精炼前期添加新型多功能调渣剂3.9kg/t，并在精炼过程中散加碳化硅4.8kg/t；精炼渣碱度R2=3.3，FeO 0.48%；LF精炼时间68分钟，全程底吹氩搅拌，LF精炼结束温度1605℃。
（3）VD真空处理工序：VD真空精炼炉真空度65Pa真空处理10分钟，终点温度1535℃，全程底吹氩搅拌；破空后软吹氩气，流量44NL/min，时间32min。
本实施例54SiCrV6弹簧钢的化学成分组成及质量百分含量见表3；所采用的预熔合成渣成分见表4；所采用的多功能调渣剂主要成分见表5。本实施例54SiCrV6钢材取样检验氧含量和氮含量，结果见表6。
实施例8：本高硅低氧弹簧钢的炼制方法采用下述具体工艺。
（1）转炉冶炼工序：转炉终点C 0.10%，终点温度1614℃，转炉出钢过程加钢芯铝1.2kg/t、CaO-Al2O3系预熔合成渣9.8kg/t，加硅铁1350kg、硅锰合金650kg、高碳铬铁40kg进行合金化；采用挡渣锥挡渣，到LF精炼炉渣后54mm。
（2）LF精炼工序：在精炼前期添加新型多功能调渣剂3.5kg/t，并在精炼过程中散加碳化硅4.2kg/t；精炼渣碱度R2=3.6，FeO 0.32%；LF精炼时间62分钟，全程底吹氩搅拌，LF精炼结束温度1603℃。
（3）VD真空处理工序：VD真空精炼炉真空度64Pa真空处理11分钟，终点温度1532℃全程底吹氩搅拌；破空后软吹氩气，流量32NL/min，时间29min。
本实施例251A58弹簧钢的化学成分组成及质量百分含量见表3；所采用的预熔合成渣成分见表4；所采用的多功能调渣剂主要成分见表5。本实施例251A58钢材取样检验氧含量和氮含量，结果见表6。
表3：实施例1－8化学成分（wt%）
表4：实施例1－8中预熔合成渣主要成分（wt%）
表5：实施例1－8中多功能调渣剂主要成分（wt%）
表6：实施例1－8精炼渣碱度、钢材氧含量检测结果
从表6中可以看出，本方法生产的钢材氧含量非常低，远低于GB/T1222-2016中氧含量不大于20ppm的要求。
经试验，采用本方法生产的钢材，做成高铁弹条后进行疲劳检验，疲劳寿命满足500万次不断裂的要求。经试验，采用本方法生产的钢材，做成汽车稳定杆后进行疲劳试验，疲劳寿命满足20万次不断裂的要求。

Claims (5)

1.一种高硅低氧弹簧钢的炼制方法，其包括转炉冶炼、LF精炼和VD真空精炼工序，其特征在于，所述转炉冶炼工序：转炉出钢过程加钢芯铝沉淀脱氧，钢芯铝加入量为0.5～1.5kg/t；向钢包中加入CaO-Al2O3系预熔合成渣，加入量为8～10kg/t；
所述LF精炼工序：采用渣面加碳化硅扩散脱氧，加入量在4～6kg/t；精炼渣的二元碱度R2控制在3～5，精炼渣中的FeO≤0.5wt%；
所述VD真空精炼工序：真空结束后软吹氩气搅拌，软吹氩气流量为10～60NL/min。
2.根据权利要求1所述的一种高硅低氧弹簧钢的炼制方法，其特征在于：所述转炉冶炼工序中，控制转炉终点C≥0.08wt％，终点温度≥1600℃。
3.根据权利要求1所述的一种高硅低氧弹簧钢的炼制方法，其特征在于：所述LF精炼工序中，在LF精炼前期加入CaO-Al2O3-SiO2三元调渣剂，加入量在3～5kg/t；精炼过程中全程底吹氩搅拌。
4.根据权利要求1所述的一种高硅低氧弹簧钢的炼制方法，其特征在于：所述VD真空精炼工序中，控制真空度67Pa及以下保持10～15分钟，并全程底吹氩搅拌。
5.根据权利要求1－4任意一项所述的一种高硅低氧弹簧钢的炼制方法，其特征在于：所述VD真空精炼工序中，软吹氩气搅拌时间15～40分钟。
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