CN111283156A - 齿轮用连铸方坯浇注过程降低偏析的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种齿轮用连铸方坯浇注过程降低偏析的方法，包括以下步骤：在LF精炼结束前钢水升温至连铸钢水过热度在20~30℃，连铸150×150mm方坯一冷和二冷使用较大水量，足辊段水量比例达到40%，关闭结晶器电磁搅拌，末端电磁搅拌使用较低的电流，使用2.00m/min拉速浇注。本发明通过不使用结晶器电磁搅拌，避免钢水浇注过程中在结晶器内过分搅拌，产生卷渣影响钢水纯净度，增加冷却水量，提高冷却强度，降低拉速，铸坯充分冷却，达到促进柱状晶生长、降低中心等轴晶率的效果，避免溶质元素向晶间和中心聚集，降低铸坯元素偏析，可以使齿轮用连铸方坯对角线上从表面至3/8对角线处的碳极差控制在0.015%范围内，中心碳偏析指数在1.05以内，提高钢材性能稳定性。

Description

齿轮用连铸方坯浇注过程降低偏析的方法
技术领域
本发明属于合金钢技术领域，涉及一种齿轮用连铸方坯生产，具体涉及一种齿轮用连铸方坯浇注过程降低偏析的方法。
背景技术
齿轮钢主要应用于汽车、工程机械及机械制造业的传动部件，不但要有良好的强韧性、耐磨性，能很好地承受冲击、弯曲和接触应力，而且还要求变形小、精度高和噪声低。高质量的齿轮钢满足窄的淬透性带宽、高的纯净度、晶粒细小均匀和良好的表面质量等四大质量指标。
连铸过程中，铸坯凝固末端钢液的运动状态是影响铸坯内部质量的一个重要因素。由于枝晶搭桥会造成凝固末端位置补缩不充分，产生缩松缩孔缺陷。同时，由于元素在液固两相中的溶解度不同，会造成元素偏析，由于元素偏析，造成目前诸多特殊钢厂钢材成分波动大、夹杂多、淬透性带宽，造成齿轮热处理变形大、噪声大、寿命低，纯净度控制一般也不易达到要求，难以保证大量供应和质量的稳定性。
电磁搅拌在控制和改善固-液界面前沿钢液流动、扩大等轴晶区、细化晶粒、提高铸坯表面和内部质量等方面都发挥着不可替代的作用。这体现在众多的专利、学术期刊和会议交流文件中。旋转电磁场降低凝固末端元素偏析等级的机制为：电磁力引起的动量对流增加了熔体的热、质传输过程，使熔体温度分布更趋均匀，温度梯度减小，使心部熔体的固相率更趋一致，且在短时内增至特征固相分数，凝固末期熔体的凝固速率增大，使心部熔体在短时间内同时凝固，减缓了溶质元素再分配造成的成份分布不均。然而，电磁搅拌过强会促进凝固前沿溶质交换，致使偏析严重。为了获得最佳的搅拌效果，降低元素偏析等级，必须选择合适的搅拌位置，同时电磁搅拌的电流、频率、搅拌方式(交替旋转或单向旋转)等都会对铸坯组织产生影响，需要进行深入研究。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种齿轮用连铸方坯浇注过程降低偏析的方法，本方法是通过不使用结晶器电磁搅拌，避免钢水浇注过程中在结晶器内过分搅拌，产生卷渣影响钢水纯净度，增加冷却水量，提高冷却强度，达到促进柱状晶生长以及降低中心等轴晶率的效果，避免溶质元素向晶间和中心聚集，降低铸坯元素偏析，还能有效控制由于硫元素偏析导致的硫化物夹杂物超标问题，同时使用末端电磁搅拌进行搅拌，避免枝晶搭桥形成较大残余缩孔，本发明可以使齿轮用连铸方坯对角线上从表面至3/8对角线处的碳极差控制在0.015%范围内，中心碳偏析指数在1.05以内，从而提高钢材性能稳定性。
本发明是通过以下技术方案实现的：
齿轮用连铸方坯浇注过程降低偏析的方法，包括以下步骤：
1）在 LF精炼中期将钢水合金成分调整至目标值后，电极通电对钢水进行升温，保证连铸钢水的过热度，真空处理结束及时将钢包吊运到连铸，保证连铸顺行；
2）钢包到连铸工位进行加盖，开浇后进行手动测温，与自动测温进行对比调节，保证温度显示准确性；
3）钢包开浇后做好长水口、中包及浸入式水口的保护浇铸，保证钢水与空气隔绝，做好中包对中调整，保证水口插入深度；
4）连铸进行恒拉速浇铸，关闭结晶器电磁搅拌，设置末端电磁搅拌参数，同时一冷水和二冷水量设定不变，直到中包浇铸结束。
本发明的进一步改进方案为：
所述步骤1）中，当电极通电进行钢水升温时，温度升高到液相线温度+60~80℃，保证连铸钢水过热度在20~30℃；真空处理工位必须保证在连铸上一炉钢水浇完前2min内将下一炉钢包吊运到连铸平台。
进一步的，所述步骤2）中，当通过手持测温枪进行测温时，测温枪头需插入中包钢液面15~25cm，停留时间为25~35s。
进一步的，所述步骤3）中，长水口通过液压机械手装在钢包滑动水口上，与钢包底部成90°垂直向下；当调整中包浸入式水口对中情况时，水口插入结晶器中左右与铜管臂距离相差不超过2mm，前后与铜管臂距离相差不超过2mm；浸入式水口插入结晶器钢液面以下110mm~120mm。
进一步的，所述步骤4）中，连铸浇铸拉速恒定在2.00m/min，波动范围±0.01m/min。
进一步的，所述步骤4）中，一冷水水量设定140~160m3/h，二冷水比水量设定0.40~0.80L/kg；二冷水各段分配比例：足辊段40%、活动段40%和固定段20%。
进一步的，所述步骤4）中，末端电磁搅拌参数设置为55~65A/10Hz，搅拌模式为交替模式，末端电磁搅拌位置距结晶器距离为6~10m。
本发明的有益效果为：
第一、本发明的齿轮用连铸方坯浇注过程降低偏析的方法，通过关闭结晶器电磁搅拌，钢水在结晶器中不能产生搅拌，不会带动结晶器中钢水温度的均匀，钢水从结晶器内壁到中心会形成一定的温度梯度，提高柱状晶生长速度，凝固前沿溶质元素来不及向四周扩散，搅拌钢水会使凝固前沿溶质元素向四周转移从而导致偏析的产生，电磁搅拌产生的电磁力会打断柱状晶，阻碍柱状晶继续向中心快速生长，不利于偏析的控制，同时钢水在结晶器中过分搅拌会造成结晶器液面波动，导致保护渣卷入钢水中，严重影响钢水纯净度。关闭结晶器电磁搅拌会降低电的消耗，实现降本增效。
第二、本发明的齿轮用连铸方坯浇注过程降低偏析的方法，在保证铸坯成型，出结晶器后增加冷却水量，提高冷却强度，降低拉速，充分冷却，达到促进柱状晶生长以及降低中心等轴晶率的效果，避免溶质元素向晶间和中心聚集。
第三、本发明的齿轮用连铸方坯浇注过程降低偏析的方法，避免连铸坯元素偏析聚集，解决由于硫元素偏析导致的夹杂物硫化物超标问题，同时使用60A/10Hz末端电磁搅拌避免枝晶搭桥降低铸坯缩孔残余级别，提高轧材中心质量。
第四、本发明的齿轮用连铸方坯浇注过程降低偏析的方法，通过连铸工艺技术优化，改善铸坯横断面上成分偏析，保证了连铸坯成分的均匀性，使钢中硫化物夹杂的数量和级别降低，使钢材达到了纯净度高、组织均匀、淬透性带窄和强韧性配合良好的高质量水平。可以使齿轮用连铸方坯对角线上从表面至3/8对角线处的碳极差控制在0.015%范围内，中心碳偏析指数在1.05以内，从而提高钢材性能稳定性。
具体实施方式
本发明专利提供了一种可以使齿轮用连铸方坯在浇注过程中降低偏析，改善夹杂物硫化物和缩孔级别，同时降低轧材淬透性带宽、提高组织均匀性和强韧性配合的技术方法。通过不使用结晶器电磁搅拌，避免钢水浇注过程中在结晶器内过分搅拌，结晶器中钢水会形成一定的温度梯度，提高柱状晶生长速度，凝固前沿溶质元素来不及向四周扩散，从而降低元素偏析，增加足辊段冷却水量，提高冷却强度，进一步促进柱状晶生长，降低中心等轴晶率，避免溶质元素向晶间和中心聚集，从而降低铸坯元素偏析。偏析的降低会使得硫和锰元素无法偏聚形成硫化锰，从而改善夹杂物硫化物的评定级别。使用交替模式的末端电磁搅拌进行搅拌，避免枝晶搭桥形成较大残余缩孔，改善缩孔级别。齿轮用钢轧材淬透性带宽是一项非常重要的性能指标，主要是由碳元素的偏析导致的，铸坯偏析的降低会使得轧材偏析改善，从而降低会钢材的淬透性带宽。轧材偏析的降低，使得热处理后组织更加均匀，从而使得各项性能指标都能满足产品需求。本发明可以使齿轮用连铸方坯对角线上从表面至3/8对角线处的碳极差控制在0.015%范围内，中心碳偏析指数在1.05以内，从而提高钢材性能稳定性。
下面通过具体实施方式对本发明技术方案做详细说明。
在江苏沙钢集团淮钢特钢股份有限公司炼钢车间对SAE8620H、20CrMnTiH3/RT等钢种上进行工业生产，具体方案过程如下：
实施例1
1）LF精炼工序进行SAE8620H冶炼时，精炼中期将钢水合金元素成分调整至目标值后，电极通电将钢水升温至液相线温度+70℃吊包进行真空处理；
2）连铸150×150mm方坯结晶器使用150m3/h水量，关闭结晶器电磁搅拌器，末端电磁搅拌器的搅拌参数为：60A/10Hz（交替模式），拉速为2.00m/min，二冷比水量0.60L/kg，足辊段水量比例为40%；
3）使用Φ6mm 合金钻头在方坯横向低倍试样对角线上从表面起10mm、1/16L、1/8R、1/4L、3/8L，1/2L共6个点钻屑取样，并用红外碳硫分析仪碳含量，经分析，从表面10mm至3/8L，碳极差为0.011%以内，中心碳偏析指数在1.03以内，L为对角线长度。
具体横向低倍试样上各点碳含量数据如表1所示：
表1 断面各点碳含量数据/%
Figure DEST_PATH_IMAGE001
备注：L为对角线长。
实施例2
1）LF精炼工序进行20CrMnTiH3/RT冶炼时，精炼中期将钢水合金元素成分调整至目标值后，电极通电将钢水升温至液相线温度+70℃吊包进行真空处理；
2）连铸150×150mm方坯结晶器使用150m3/h水量，关闭结晶器电磁搅拌器，末端电磁搅拌器的搅拌参数为：60A/10Hz（交替模式），拉速为2.00m/min，二冷比水量0.60L/kg，足辊段水量比例为40%；
3）使用Φ6mm 合金钻头在方坯横向低倍试样对角线上从表面起10mm、1/16L、1/8R、1/4L、3/8L，1/2L共6个点钻屑取样，并用红外碳硫分析仪碳含量，经分析，从表面10mm至3/8L，碳极差为0.012%以内，中心碳偏析指数在1.05以内，L为对角线长度。
具体横向低倍试样上各点碳含量数据如表2所示：
表2 断面各点碳含量数据/%
Figure DEST_PATH_IMAGE002
备注：L为对角线长。
实施例3
1）LF精炼工序进行22CrMoH冶炼时，精炼中期将钢水合金元素成分调整至目标值后，电极通电将钢水升温至液相线温度+70℃吊包进行真空处理；
2）连铸150×150mm方坯结晶器使用150m3/h水量，关闭结晶器电磁搅拌器，末端电磁搅拌器的搅拌参数为：60A/10Hz（交替模式），拉速为2.00m/min，二冷比水量0.60L/kg，足辊段水量比例为40%；
3）使用Φ6mm 合金钻头在方坯横向低倍试样对角线上从表面起10mm、1/16L、1/8R、1/4L、3/8L，1/2L共6个点钻屑取样，并用红外碳硫分析仪碳含量，经分析，从表面10mm至3/8L，碳极差为0.013%以内，中心碳偏析指数在1.05以内，L为对角线长度。
具体横向低倍试样上各点碳含量数据如表3所示：
表3 断面各点碳含量数据/%
Figure DEST_PATH_IMAGE003
备注：L为对角线长。

Claims (10)

1.齿轮用连铸方坯浇注过程降低偏析的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）在 LF精炼中期将钢水合金成分调整至目标值后，电极通电对钢水进行升温，保证连铸钢水的过热度，真空处理结束及时将钢包吊运到连铸，保证连铸顺行；
2）钢包到连铸工位进行加盖，开浇后进行手动测温，与自动测温进行对比调节，保证温度显示准确性；
3）钢包开浇后做好长水口、中包及浸入式水口的保护浇铸，保证钢水与空气隔绝，做好中包对中调整，保证水口插入深度；
4）连铸进行恒拉速浇铸，关闭结晶器电磁搅拌，设置末端电磁搅拌参数，同时一冷水和二冷水量设定不变，直到中包浇铸结束。
2.根据权利要求1所述的齿轮用连铸方坯浇注过程降低偏析的方法，其特征在于：所述步骤1）中，当电极通电进行钢水升温时，温度升高到液相线温度+60~80℃，保证连铸钢水过热度在20~30℃。
3.根据权利要求1所述的齿轮用连铸方坯浇注过程降低偏析的方法，其特征在于：所述步骤1）中，真空处理工位必须保证在连铸上一炉钢水浇完前2min内将下一炉钢包吊运到连铸平台。
4.根据权利要求1所述的齿轮用连铸方坯浇注过程降低偏析的方法，其特征在于：所述步骤3）中，长水口通过液压机械手装在钢包滑动水口上，与钢包底部成90°垂直向下。
5.根据权利要求1所述的齿轮用连铸方坯浇注过程降低偏析的方法，其特征在于：所述步骤3）中，当调整中包浸入式水口对中情况时，水口插入结晶器中左右与铜管臂距离相差不超过2mm，前后与铜管臂距离相差不超过2mm。
6.根据权利要求5所述的齿轮用连铸方坯浇注过程降低偏析的方法，其特征在于：浸入式水口插入结晶器钢液面以下110mm~120mm。
7.根据权利要求1所述的齿轮用连铸方坯浇注过程降低偏析的方法，其特征在于：所述步骤4）中，连铸浇铸拉速恒定在2.00m/min，波动范围±0.01m/min。
8.根据权利要求1所述的齿轮用连铸方坯浇注过程降低偏析的方法，其特征在于：所述步骤4）中，一冷水水量设定140~160m3/h，二冷水比水量设定0.40~0.80L/kg。
9.根据权利要求8所述的齿轮用连铸方坯浇注过程降低偏析的方法，其特征在于：二冷水各段分配比例：足辊段40%、活动段40%和固定段20%。
10.根据权利要求1所述的齿轮用连铸方坯浇注过程降低偏析的方法，其特征在于：所述步骤4）中，末端电磁搅拌参数设置为55~65A/10Hz，搅拌模式为交替模式，末端电磁搅拌位置距结晶器距离为6~10m。
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