CN114752854B

CN114752854B - 一种易切削钢冶炼的脱氧和合金化方法

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Publication number: CN114752854B
Application number: CN202210329998.4A
Authority: CN
Inventors: 苏振伟; 周淼; 屠兴圹; 黄云飞; 林俊
Original assignee: Zenith Steel Group Co Ltd; Changzhou Zenith Special Steel Co Ltd
Current assignee: Zhongtian Iron And Steel Group Huai'an New Materials Co ltd; Zenith Steel Group Co Ltd; Changzhou Zenith Special Steel Co Ltd
Priority date: 2022-03-31
Filing date: 2022-03-31
Publication date: 2022-09-27
Anticipated expiration: 2042-03-31
Also published as: CN114752854A

Abstract

本发明属于易切削钢技术领域，具体涉及一种易切削钢冶炼的脱氧和合金化方法。易切削钢的元素组成按重量百分数计为C：≤0.09％，Si：≤0.08％，Mn：1.10～1.40％，P：0.04～0.09％，S：0.33～0.42％，Cr、Ni、Cu≤0.20％，钢中活度氧含量30～40ppm，其余为铁和不可避免的杂质。易切削钢的冶炼工艺流程为：高炉炼铁‑转炉初炼‑LF精炼‑小方坯连铸。通过优化冶炼过程中的脱氧和合金化方案，有效提高了钢水氧含量调整效率，减少脱氧剂的消耗，提高了合金收得率，降低了易切削钢的冶炼成本。

Description

一种易切削钢冶炼的脱氧和合金化方法

技术领域

本发明属于易切削钢技术领域，具体涉及一种易切削钢冶炼的脱氧和合金化方法。

背景技术

易切削钢是指在钢中加入一定数量的一种或多种硫、磷、铅、钙、硒、碲等利于车削加工的元素，以改善其切削性的合金钢，属于专用钢。现代化工业发展为自动化、高速化和精密化，要求钢材具有良好的切削加工性能，以提高生产效率，适应大批量生产。

目前，易切削钢广泛用于制作受力较小而对尺寸和粗糙度要求严格的仪器仪表、手表零件、汽车、机床和其他各种机器；对尺寸精度和粗糙度要求严格，而对力学性能要求相对较低的标准件，如打印机轴、螺栓、阀门、衬套、销钉、管接头、弹簧座垫及机床丝杠、塑料成型模具、外科手术用具等。

目前行业中常见的易切削钢按所含易切削元素可分为以下四类：

(1)、硫易切削钢

硫在钢中与锰形成MnS夹杂物，这类夹杂物能中断基体金属的连续性，在切削时促使断屑形成小而短的卷曲半径，使切屑易于脆断，减少切屑与刀具的接触面积。同时，硫还能起减摩的作用，使切屑不粘附在切削刃上，减少刀具磨损，降低加工表面粗糙度，提高刀具寿命。

(2)、铅易切削钢

铅在钢中呈细小金属颗粒形态，均匀分布或附着于硫化物的周围。由于铅的熔点较低，切削时融熔渗出起润滑作用，降低摩擦，提高切削性，但并不影响常温力学性能。

(3)、钙易切削钢

钢中钙与铝、硅结合形成低熔点的复合氧化物(主要是CaO·Al₂O₃·SiO₂)，高速切削时，钙系氧化物附着于切削工具表面起润滑和减摩作用，从而提高刀具的使用寿命。

(4)、硒、碲、铋易切削钢

硒以硒化物如FeSe、MnSe等形态存在于钢中，其作用与硫相似。碲可单独加入，也可与铅或硫同时加入钢中，形成复合夹杂物，以降低切削抗力和切削热，使切屑容易排除，显著提高钢的切削性，得到良好的加工表面粗糙度。

目前硫易切削钢已经成为最普遍采用的类别，而1215系列又是硫易切削钢的代表性钢种。目前，国内主流钢厂生产1215系列易切削钢采用“转炉-LF精炼-连铸”工艺流程，为保证化学成分和活度氧含量，炉后使用铝作为脱氧剂，并使用低碳锰铁进行合金化。但该脱氧和合金化方法很容易将活度氧脱至过低，进而在后续冶炼过程中难以有效增氧；或脱氧后活度氧含量过高，导致LF精炼过程中持续调整氧含量，导致1215系列易切削钢的脱氧剂消耗升高，冶炼效率降低，合金收得率降低，最终导致冶炼成本升高。因此，开发一种脱氧效果更稳定、合金化成本更低的脱氧和合金化方法，有效提高钢水氧含量调整效率，提高合金收得率，降低易切削钢冶炼成本，是目前亟需解决的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明通过优化易切削钢冶炼过程中的脱氧和合金化方法，有效提高了钢水氧含量调整效率，提高了合金收得率，降低了易切削钢的冶炼成本。

一种易切削钢冶炼的脱氧和合金化方法，冶炼工艺流程为高炉炼铁-转炉初炼-LF精炼-小方坯连铸。下面对本发明的易切削钢的制造方法做详细叙述。

本发明易切削钢元素组成按重量百分数计为：C：≤0.09％，Si：≤0.08％，Mn：1.10～1.40％，P：0.04～0.09％，S：0.33～0.42％，Cr、Ni、Cu≤0.20％，钢中活度氧含量30～40ppm，其余为铁和不可避免的杂质。

易切削钢的制造方法步骤如下：

(1)高炉炼铁工序：

高炉炼铁提供铁水，作为易切削钢冶炼的主要原料。

(2)转炉初炼工序：

转炉初炼工序以高炉铁水和废钢作为炉料，其中铁水占比90％，废钢占比10％，总装炉量145～150吨。转炉首先吹氧，将C、Si等元素氧化脱去(将C脱至0.04％～0.06％，将Si脱至≤0.08％)，随后造低碱度渣(碱度1～3)并保证渣量充足。转炉出钢温度≥1600℃，出钢C控制在0.04～0.06％；出钢过程中不加脱氧剂，出钢1/4时加入硅锰，出钢完成时加入低碳锰铁，并加入适量的石灰作为渣料。

其中，硅锰用量600～800kg/炉，低碳锰铁用量1200～1500kg/炉，石灰用量300kg/炉。

(3)LF精炼工序：

LF精炼工序要求在钢水进站后尽快升温，并取样分析钢水活度氧含量，活度氧含量确定前不进行脱氧及合金化操作。易切削钢的活度氧含量需要控制在30～40ppm，在定氧完成后，根据氧含量使用电石进行渣面脱氧，以便快速将活度氧控制到目标范围。之后加入低碳锰铁、磷铁、硫铁等，将化学成分调整至要求范围。

(4)小方坯连铸工序：

小方坯连铸工序主要控制过热度、二冷冷却、和连铸拉速。

其中连浇炉过热度控制在≤30℃，二冷冷却方式采用气雾冷却，比水量选择弱冷模式；连铸过程中包使用酸性覆盖剂，使用易切削钢专用保护渣；连铸拉速控制在1.7～1.9m/min，恒拉速控制。

有益效果

本发明的脱氧和合金化方法在易切削钢冶炼中的应用，炉后不使用脱氧剂，采用硅锰和低碳锰铁的复合合金化方式，并在LF完成活度氧的分析后，使用电石进行渣面脱氧，精确控制钢水的活度氧含量。本发明的脱氧和合金化方法，可有效提高钢水活度氧含量调整效率，提高合金收得率，减少脱氧剂的消耗，降低易切削钢的冶炼成本。

具体实施方式

本发明易切削钢Y1215的具体化学成分如下：

Wt，％

钢的冶炼工艺流程：高炉炼铁—转炉初炼—LF精炼—小方坯连铸。

实施例1

1、化学成分

化学成分设计按重量百分数计为C：0.07％，Si：0.04％，Mn：1.22％，P：0.05％，S：0.39％，Cr：0.04％，Ni：0.03％，Cu：0.05％，[O]：37ppm。

2、高炉炼铁

高炉以烧结后的铁矿石为主要原料，经冶炼成铁水，作为易切削钢冶炼的主要原料。

3、转炉初炼

转炉初炼工序以高炉铁水和废钢作为炉料，其中，铁水占比90％，废钢占比10％，总装炉量150吨。转炉首先吹氧，将C、Si等元素氧化脱去(将C脱至0.04％～0.06％，将Si脱至≤0.08％)，随后造低碱度渣(碱度2.4～2.8)并保证渣量充足。转炉出钢温度1618℃，出钢C控制在0.05％；出钢过程中不加脱氧剂，出钢1/4时加入硅锰，出钢完成时加入低碳锰铁，并加入适量的石灰作为渣料。硅锰用量600kg/炉，低碳锰铁用量1500kg/炉，石灰用量300kg/炉。

4、LF精炼

钢水进站后尽快升温，LF升温至1637℃，并取样分析钢水活度氧含量，经分析活度氧46ppm。随后使用电石进行渣面脱氧，电石用量15kg/炉，快速将活度氧控制到了37ppm。之后加入低碳锰铁、磷铁、硫铁等，将化学成分调整至标准要求。

5、小方坯连铸

小方坯连铸工序，过热度25℃，二冷冷却方式采用气雾冷却，比水量0.8L/kg；连铸过程中包使用酸性覆盖剂，使用易切削钢专用保护渣；连铸拉速控制在1.8m/min，恒拉速控制。

实施例2

将实施例1步骤3中“硅锰用量600kg/炉，低碳锰铁用量1500kg/炉”替换为“硅锰用量600kg/炉，低碳锰铁用量1400kg/炉”，其他条件同实施例1。

实施例3

1、化学成分

化学成分设计按重量百分数计为C：0.08％，Si：0.06％，Mn：1.35％，P：0.08％，S：0.36％，Cr：0.08％，Ni：0.02％，Cu：0.09％，[O]：35ppm。

2、高炉炼铁

3、转炉初炼

转炉初炼工序以高炉铁水和废钢作为炉料，其中铁水占比90％，废钢占比10％，总装炉量145吨。转炉首先吹氧，将C、Si等元素氧化脱去，随后造低碱度渣(碱度2.5～2.8)并保证渣量充足。转炉出钢温度1616℃，出钢C控制在0.06％；出钢过程中不加脱氧剂，出钢1/4时加入硅锰，出钢完成时加入低碳锰铁，并加入适量的石灰作为渣料。硅锰用量800kg/炉，低碳锰铁用量1200kg/炉，石灰用量300kg/炉。

4、LF精炼

钢水进站后尽快升温，LF升温至1625℃，并取样分析钢水活度氧含量，经分析活度氧43ppm。随后使用电石进行渣面脱氧，电石用量15kg/炉，快速将活度氧控制到了35ppm。之后加入低碳锰铁、磷铁、硫铁等，将化学成分调整至标准要求。

5、小方坯连铸

小方坯连铸工序，过热度21℃，二冷冷却方式采用气雾冷却，比水量0.8L/kg；连铸过程中包使用酸性覆盖剂，使用易切削钢专用保护渣；连铸拉速控制在1.9m/min，恒拉速控制。

实施例4

将实施例3步骤3中“硅锰用量800kg/炉，低碳锰铁用量1200kg/炉”替换为“硅锰用量800kg/炉，低碳锰铁用量1400kg/炉”，其他条件同实施例3。

对比例1

将实施例1步骤3中“硅锰用量600kg/炉，低碳锰铁用量1500kg/炉”替换为“硅锰用量600kg/炉，低碳锰铁用量2000kg/炉”，其他条件同实施例1。

对比例2

将实施例1步骤3中“硅锰用量600kg/炉，低碳锰铁用量1500kg/炉”替换为“硅锰用量1200kg/炉，低碳锰铁用量1500kg/炉”，其他条件同实施例1。

对比例3

将实施例1步骤3中“出钢过程中不加脱氧剂，出钢1/4时加入硅锰，出钢完成时加入低碳锰铁”替换为“出钢过程中不加脱氧剂，出钢1/4时加入硅锰2300kg/炉”，其他条件同实施例1。

对比例4

将实施例1步骤3中“出钢过程中不加脱氧剂，出钢1/4时加入硅锰，出钢完成时加入低碳锰铁”替换为“出钢过程中加入铝块100kg/炉，出钢1/4时加入低碳锰铁2200kg/炉”，其他条件同实施例1。

对比例5

将实施例1步骤3中“出钢过程中不加脱氧剂，出钢1/4时加入硅锰，出钢完成时加入低碳锰铁”替换为“出钢过程中加入铝块脱氧，铝块用量100kg/炉”，其他条件同实施例1。

对比例6

将实施例1步骤3中“出钢过程中不加脱氧剂，出钢1/4时加入硅锰，出钢完成时加入低碳锰铁”替换为“出钢过程中加入电石脱氧，电石用量80kg/炉”，其他条件同实施例1。

对比例7

将实施例1步骤4中“随后使用电石进行渣面脱氧”替换为“随后使用铝粒进行渣面脱氧，铝粒用量50kg/炉”，其他条件同实施例1。

本发明实施例与对比例易切削钢冶炼化学成分、LF精炼进站活度氧含量、LF精炼时间、锰元素收得率的比较如下表1：

表1

备注：1.LF精炼时间超过30min，精炼效率明显降低，精炼成本明显上升。

2.锰元素收得率低于80％，合金消耗成本明显上升。

Claims

1.一种易切削钢冶炼的脱氧和合金化方法，其特征在于：所述方法具体步骤如下：

（1）高炉炼铁提供铁水，作为易切削钢冶炼的主要原料；

（2）转炉初炼工序

转炉初炼工序以高炉铁水和废钢作为炉料，首先吹氧，将C、Si元素氧化脱去，随后造低碱度渣并保证渣量充足；转炉出钢温度≥1600℃，出钢碳控制在0.04%~0.06%范围内；出钢过程中不加脱氧剂，出钢1/4时加入硅锰，出钢完成时加入低碳锰铁，并补加石灰作为渣料；

所述铁水占比90%，废钢占比10%，总装炉量145~150吨；

所述吹氧，将C脱至0.04%~0.06%，Si脱至≤0.08%；低碱度渣碱度1~3；

所述硅锰用量600～800kg/炉，低碳锰铁用量1200～1500kg/炉，石灰用量300kg/炉；

（3）LF精炼工序

在钢水进站后尽快升温，并取样分析钢水活度氧含量，易切削钢的活度氧含量控制在30~40ppm，在定氧完成后，根据氧含量使用电石进行渣面脱氧，之后加入低碳锰铁、磷铁、硫铁，将化学成分调整至要求范围；

（4）小方坯连铸工序连浇炉过热度控制在≤30℃，二冷冷却方式采用气雾冷却，比水量选择弱冷模式；连铸过程恒拉速控制；

所述连铸过程中包使用酸性覆盖剂，使用易切削钢专用保护渣，连铸拉速控制在1.7~1.9m/min；

所述方法冶炼得到的易切削钢的主要化学成分范围按重量百分数计为C：≤0.09%，Si：≤0.08%，Mn：1.10~1.40%，P：0.04~0.09%，S：0.33～0.42%，Cr、Ni、Cu≤0.20%，钢中活度氧含量30~40ppm，其余为铁和不可避免的杂质。