CN113774180A - 一种高硅系列弹簧钢氧化物夹杂的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高硅系列弹簧钢氧化物夹杂的控制方法，包括以下步骤：1）铁水预脱硫：采用KR铁水预脱硫，保证脱硫后铁水中的S含量≤0.003%，做好脱硫前后扒渣，保证扒渣效果；2）转炉吹炼：顶底复吹转炉冶炼，保证出钢C≥0.08%，避免钢水过氧化；3）转炉出钢过程脱氧造渣：出钢过程加入铝块脱氧，之后加入硅铁合金，同时加入精炼渣、石灰造渣；4）炉外精炼：钢包炉外精炼过程造高氧化铝高碱度渣，炉渣二元碱度在5.0～7.0；采用氩气弱搅拌，搅拌流量控制在100～600NL/min，精炼吊包的Al含量控制在0.025%～0.040%；5）VD真空处理：VD真空处理的时间15～20分钟，真空处理后软吹时间30～40分钟。钢中的氧含量≤7.0ppm，平均6.0ppm；B类粗系、细系夹杂物级别均≤0.5级；D类粗系细系夹杂物级别≤0.5级，无Ds夹杂。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢铁行业中的炼钢工艺的领域，具体涉及一种高硅系列弹簧钢氧化物夹杂的控制方法。
背景技术
钢中非金属夹杂物容易造成钢材疲劳开裂，影响钢材的疲劳寿命，尤其以氧化物夹杂危害大，氧化物夹杂塑性小，在钢材中不易变形，极易成为裂纹源，造成疲劳失效。氧化物夹杂按GB/T 10561评级方法分为B类氧化铝类、C类硅酸盐类、D类、DS类球状氧化物类，而在弹簧钢的实际生产过程中， B类和D类、DS类氧化物夹杂级别容易偏高。目前国内高硅系列弹簧钢夹杂物控制方法各不相同，有采用不加铝也不控制铝含量、中等碱度的方案，出钢采用硅铁脱氧不加铝脱氧，钢中Al含量在0.005～0.015%，炉渣二元碱度在2.0～4.0，该方法钢中夹杂物较多，较易出现B类氧化物大颗粒夹杂物。或采用低铝低碱度的工艺方案，采用Si、Mn的脱氧方式，钢中Al含量0.005%以下，炉渣碱度在1.0～1.5，Al2O3含量在5%以下；原材料采用低铝材料,低碱度炉渣对耐材易造成侵蚀，通常需要采用专用钢包；该渣系精炼过程脱硫较为困难；LF精炼过程电极埋弧较差，升温较困难；该方案在大尺寸氧化物夹杂控制方面较不稳定。
发明内容
本发明的目的在于：克服现有技术的不足，提供一种高硅系列弹簧钢氧化物夹杂的控制方法。
本发明所采取的技术方案是：
一种高硅系列弹簧钢氧化物夹杂的控制方法，包括以下步骤：
1）铁水预脱硫：采用KR铁水预脱硫，保证脱硫后铁水中的S含量≤0.003%，做好脱硫前后扒渣，保证扒渣效果；
2）转炉吹炼：顶底复吹转炉冶炼，保证出钢C≥0.08%，避免钢水过氧化；
3）转炉出钢过程脱氧造渣：出钢过程加入铝块脱氧，之后加入硅铁合金，同时加入精炼渣、石灰造渣；
4）炉外精炼：钢包炉外精炼过程造高氧化铝高碱度渣，炉渣二元碱度在5.0～7.0；采用氩气弱搅拌，搅拌流量控制在100～600NL/min，精炼吊包的Al含量控制在0.025%～0.040%；
5）VD真空处理：VD真空处理的时间15～20分钟，真空处理后软吹时间30～40分钟。
本发明进一步改进方案是，所述步骤1）中，采用铁水原料中的S含量≤0.040%。
本发明进一步改进方案是，所述步骤3）中，转炉出钢20吨以前加入铝块，30吨以后加入合金，同步加入精炼渣、石灰。
本发明进一步改进方案是，所述步骤3）中，按照0.8～1.2kg/t的比例加入铝块脱氧，控制精炼到站Al：0.020%～0.040%。
本发明进一步改进方案是，所述步骤4）中，化学成分质量百分比为：CaO：45%～55%、SiO2：8%～12%、MgO：5%～10%、Al2O3：25%～35%。
本发明进一步改进方案是，所述步骤4）中，精炼过程加入电石、铝粒进行渣面脱氧。所述步骤4～5）中， Al控制在0.010～0.030%。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
一、采用出钢加铝强脱氧，硅铁按常规合金在铝块加入后加入，氧含量快速降低，避免硅脱氧速度慢的缺点，产生的氧化铝类夹杂物容易快速上浮去除；
二、采用高氧化铝高碱度精炼渣系，加入预熔精炼渣和石灰造渣，出钢和精炼过程不用萤石化渣，保证了快速成渣，炉渣流动性好，具有较强的脱氧和吸附夹杂的能力，保证了精炼过程夹杂物的上浮时间；
三、精炼过程氩气弱搅拌，避免精炼过程钢水裸露氧化；采用真空处理结束后软吹的方法，进一步提高夹杂物去除。
四、规定了出钢过程物料的加入顺序，保证了铝尽早加入钢中，先与钢水反应，钢中初始自由氧高，铝尽早反应生成的氧化铝夹杂呈大颗粒簇状，易于上浮排除，有利于提高钢水纯净度。
五、经过生产实践，钢水纯净度可控制在如下水平：钢中的氧含量≤7.0ppm，平均6.0ppm；B类粗系、细系夹杂物级别均≤0.5级；D类粗系细系夹杂物级别≤0.5级，无Ds夹杂。
附图说明
图1为实施例1钢中夹杂物（D细0.5级）；
图2为实施例2钢中夹杂物（B细＜0.5级）；
图3为实施例3钢中夹杂物（D细0.5级）；
图4 典型超标夹杂物（B粗3.5级）。
具体实施方式
针对高碳SiMn系弹簧钢的工艺。
钢中化学成分质量百分比为：C：0.56～0.64%，Si：1.50～2.00%，Mn：0.70～1.00%，P≤0.025%，S≤0.020%。
60Si2Mn采用铁水预脱硫→LD→LF→VD→CCM工艺流程生产。具体包括以下步骤：
1）原料铁水S≤0.040%，KR预脱硫，脱硫后铁水S≤0.003%；
2）转炉顶底复吹冶炼，出钢C≥0.08%，出钢20吨前，加入0.8～1.1kg/t铝块强脱氧，炉外精炼到站Al为0.020～0.040%；加入铝块之后加入硅铁合金，同时加入精炼渣、石灰造渣；
3）精炼终渣二元碱度为5.0～6.5，化学成分质量百分比为：CaO：45%～52%、SiO2：8%～10%、MgO：5%～10%、Al2O3：25%～32%；
4）精炼时间60～100min，精炼前期底吹氩气流量在450～600NL/min，中期300～450NL/min，后期100～250NL/min，精炼吊包Al为0.025%～0.040%，成品Al为0.010%～0.030%；
5）VD真空处理时间为15～20分钟，真空处理后软吹时间30～40分钟。
通过步骤1）～步骤5）所得的60Si2Mn钢中，T.O为5.2～7.0ppm，B类夹杂物级别为0～0.5级；D类夹杂物级别为0～0.5级，无Ds夹杂。
实施例1
钢种60Si2Mn，钢中化学成分的质量百分比为：C：0.59%，Si：1.82%，Mn：0.85%，P：0.015%，S：0.002%。采用铁水预脱硫→LD→LF→VD→CCM工艺流程生产。其具体包括以下步骤：
1）原料铁水S为0.035%，KR预脱硫，脱硫后铁水S为0.002%；
2）转炉顶底复吹冶炼，出钢C为0.09%，出钢20吨前，加入1.0kg/t铝块强脱氧，炉外精炼到站Al为0.029%；加入铝块之后加入硅铁合金，同时加入精炼渣、石灰造渣；这里可具体到哪些硅铁合金。
3）精炼终渣二元碱度为5.21，主要成分为：CaO：50.02%、SiO2：9.59%、MgO：6.27%、Al2O3：28.59%；
4）精炼时间82min，精炼前期搅拌氩气流量为520NL/min，中期400NL/min，后期140NL/min，精炼吊包Al为0.033%，成品Al为0.018%；
5）VD处理时间为16分钟，软吹时间为33分钟。
通过步骤1）～步骤5）所得的60Si2Mn钢中，夹杂物和氧含量指标好于GB/T1222-2016第1组要求。其中T.O为5.9ppm，B类夹杂物级别为0/0.5级；D类夹杂物级别为0.5级，无Ds夹杂，见表1、图1。
表1 60Si2Mn夹杂物检验结果
针对高碳SiCr系弹簧钢的工艺
钢中化学成分质量百分比为：C：0.56～0.64%，Si：1.40～1.80%，Mn：0.40～0.70%，Cr：0.70～1.00%，P≤0.025%，S≤0.020%。
60Si2Cr，采用铁水预脱硫→LD→LF→VD→CCM工艺流程生产。具体包括以下步骤：
1）原料铁水S≤0.040%，KR预脱硫，脱硫后铁水S≤0.003%；
2）转炉顶底复吹冶炼，出钢C≥0.08%，出钢20吨前，加入0.9～1.2kg/t铝块强脱氧，炉外精炼到站Al为0.020～0.040%；加入铝块之后加入硅铁合金，同时加入精炼渣、石灰造渣；
3）精炼终渣二元碱度为5.0～7.0，化学成分质量百分比为：CaO：47%～55%、SiO2：9%～12%、MgO：5%～10%、Al2O3：27%～33%；
4）精炼时间60～100min，精炼前期底吹氩气流量在500～600NL/min，中期300～500NL/min，后期100～250NL/min，精炼吊包Al为0.025%～0.040%，成品Al为0.010%～0.030%；
5）VD真空处理时间为15～20分钟，真空处理后软吹时间30～40分钟。
通过步骤1）～步骤5）所得的60Si2Mn钢中，T.O为5.0～6.5ppm，B类夹杂物级别为0～0.5级；D类夹杂物级别为0～0.5级，无Ds夹杂。
实施例2
钢种60Si2Cr，钢中化学成分的质量百分比为：C：0.60%，Si：1.60%，Mn：0.55%，Cr：0.84%，P：0.015%，S：0.003%。采用铁水预脱硫→LD→LF→VD→CCM工艺流程生产。其具体包括以下步骤：
1）原料铁水S为0.030%，KR预脱硫，脱硫后铁水S为0.001%；
2）转炉顶底复吹冶炼，出钢C为0.08%，出钢20吨前，加入1.1kg/t铝块强脱氧，炉外精炼到站Al为0.032%；加入铝块之后加入硅铁合金，同时加入精炼渣、石灰造渣；
3）精炼终渣二元碱度为5.26，主要成分为：CaO：53.86%、SiO2：10.24%、MgO：5.66%、Al2O3：29.38%；
4）精炼时间85min，精炼前期搅拌氩气流量为550NL/min，中期450NL/min，后期150NL/min，精炼吊包Al为0.035%，成品Al为0.021%；
5）VD处理时间为18分钟，软吹时间为35分钟。
通过步骤1）～步骤5）所得的60Si2Cr钢中，夹杂物和氧含量指标好于GB/T1222-2016第1组要求，T.O为5.5ppm，B类夹杂物级别为0.5级；D类夹杂物级别为0.5级，无Ds夹杂，见表2、图2。
表2 60Si2Cr夹杂物检验结果
针对中碳高Si系弹簧钢的工艺
钢中化学成分质量百分比为：C：0.35～0.42%，Si：1.50～1.80%，Mn：0.50～0.80%，P≤0.025%，S≤0.020%。
38Si7，采用铁水预脱硫→LD→LF→VD→CCM工艺流程生产。具体包括以下步骤：
1）原料铁水S≤0.040%，KR预脱硫，脱硫后铁水S≤0.003%；
2）转炉顶底复吹冶炼，出钢C≥0.08%，出钢20吨前，加入0.9～1.3kg/t铝块强脱氧，炉外精炼到站Al为0.020～0.040%；加入铝块之后加入硅铁合金，同时加入精炼渣、石灰造渣；
3）精炼终渣二元碱度为5.0～6.0，化学成分质量百分比为：CaO：47%～55%、SiO2：8%～11%、MgO：5%～10%、Al2O3：28%～35%；
4）精炼时间60～100min，精炼前期底吹氩气流量在500～600NL/min，中期300～500NL/min，后期100～250NL/min，精炼吊包Al为0.025%～0.040%，成品Al为0.010%～0.030%；
5）VD真空处理时间为15～20分钟，真空处理后软吹时间30～40分钟。
通过步骤1）～步骤5）所得的60Si2Mn钢中，T.O为5.5～7.0ppm，B类夹杂物级别为0～0.5级；D类夹杂物级别为0～0.5级，无Ds夹杂。
实施例3
38Si7，钢中化学成分的质量百分比为：C：0.38%，Si：1.59%，Mn：0.65%，P：0.012%，S：0.003%。采用铁水预脱硫→LD→LF→VD→CCM工艺流程生产。其具体包括以下步骤：
1）原料铁水S为0.030%，KR预脱硫，脱硫后铁水S为0.001%；
2）转炉顶底复吹冶炼，出钢C为0.09%，出钢20吨前，加入1.2kg/t铝块强脱氧，炉外精炼到站Al为0.028%；加入铝块之后加入硅铁合金，同时加入精炼渣、石灰造渣；
3）精炼终渣二元碱度为5.13，主要成分为：CaO：50.43%、SiO2：9.83%、MgO：5.28%、Al2O3：33.22%；
4）精炼时间75min，精炼前期搅拌氩气流量为560NL/min，中期430NL/min，后期130NL/min，精炼吊包Al为0.029%，成品Al为0.016%；
5）VD处理时间为18分钟，软吹时间为37分钟。
通过步骤1）～步骤5）所得的38Si7钢中，夹杂物和氧含量指标好于GB/T1222-2016第1组要求，T.O为6.3ppm，B类夹杂物级别为0.5级；D类夹杂物级别为0.5级，无Ds夹杂，见表3、图3。
表3 38Si7夹杂物检验结果
对比例(现有技术)
钢种60Si2Mn的化学成分质量百分比为如实施例1：C：0.60%，Si：1.83%，Mn：0.87%，P：0.018%，S：0.005%。采用铁水预脱硫→LD→LF→VD→CCM工艺流程生产。具体包括以下步骤：
1）原料铁水S为0.040%，KR预脱硫，脱硫后铁水S为0.005%；
2）转炉顶底复吹冶炼，出钢C为0.07%，出钢过程加入硅铁脱氧，不加铝脱氧；
3）精炼终渣二元碱度为3.88，主要成分为：CaO：56.28%、SiO2：14.49%、MgO：5.11%、Al2O3：9.36%；
4）精炼时间82min，精炼前期搅拌氩气流量为850NL/min，中期670NL/min，后期430NL/min；
5）VD处理时间为15分钟，软吹时间为18分钟。
通过步骤1）～步骤5）所得的60Si2Mn钢中，夹杂物超过GB/T1222-2016要求，T.O为13.5ppm，B类粗系夹杂物3.5级，细系2.5级；D类粗系1.0级，细系夹杂物1.5级，Ds类夹杂物2.0级，见表4、图1。
表4 常规60Si2Mn夹杂物检验结果
Claims (7)
1.一种高硅系列弹簧钢氧化物夹杂的控制方法，其特征在于包括以下步骤：
1）铁水预脱硫：采用KR铁水预脱硫，保证脱硫后铁水中的S含量≤0.003%，做好脱硫前后扒渣，保证扒渣效果；
2）转炉吹炼：顶底复吹转炉冶炼，保证出钢C≥0.08%，避免钢水过氧化；
3）转炉出钢过程脱氧造渣：出钢过程加入铝块脱氧，之后加入硅铁合金，同时加入精炼渣、石灰造渣；
4）炉外精炼：钢包炉外精炼过程造高氧化铝高碱度渣，炉渣二元碱度在5.0～7.0；采用氩气弱搅拌，搅拌流量控制在100～600NL/min，精炼吊包的Al含量控制在0.025%～0.040%；
5）VD真空处理：VD真空处理的时间15～20分钟，真空处理后软吹时间30～40分钟。
2.如权利要求1所述的一种高硅系列弹簧钢氧化物夹杂的控制方法，其特征在于：所述步骤1）中，采用铁水原料中的S含量≤0.040%。
3.如权利要求1所述的一种高硅系列弹簧钢氧化物夹杂的控制方法，其特征在于：所述步骤3）中，转炉出钢20吨以前加入铝块，30吨以后加入合金，同步加入精炼渣、石灰。
4.如权利要求1所述的一种高硅系列弹簧钢氧化物夹杂的控制方法，其特征在于：所述步骤3）中，按照0.8～1.2kg/t的比例加入铝块脱氧，控制精炼到站Al：0.020%～0.040%。
5.如权利要求1所述的一种高硅系列弹簧钢氧化物夹杂的控制方法，其特征在于：所述步骤4）中，化学成分质量百分比为：CaO：45%～55%、SiO2：8%～12%、MgO：5%～10%、Al2O3：25%～35%。
6.如权利要求1所述的一种高硅系列弹簧钢氧化物夹杂的控制方法，其特征在于：所述步骤4）中，精炼过程加入电石、铝粒进行渣面脱氧。
7. 如权利要求1所述的一种高硅系列弹簧钢氧化物夹杂的控制方法，其特征在于：所述步骤4～5）中， Al控制在0.010～0.030%。
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