CN115141978A - 一种船用柴油机连杆锻件用钢锭及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种船用柴油机连杆锻件用钢锭及其生产，它包括以下质量百分含量的化学成分：C：0.30‑0.33％、Si：0.15‑0.40％、Mn：1.40‑1.50％、P≤0.020％、S≤0.010％、V≤0.02％、Al：0.010‑0.040％、Nb≤0.01％、H≤0.0018％、O≤0.0020％和N≤80ppm，As+Pb+Sb+Bi+Sn≤0.025％、余量为Fe和不可避免的杂质。通过精确控制钢锭的化学成分(即采用了特定质量百分比的化学元素)，提高了钢的纯净度，减小钢锭成分偏析，使其有着优异的纯净度及力学性能。

Description

一种船用柴油机连杆锻件用钢锭及其生产方法
技术领域
本发明属于金属材料技术领域，涉及一种钢锭，具体涉及一种船用柴油机连杆锻件用钢锭及其生产方法。
背景技术
船用柴油机功率越来越高，用于柴油机连杆锻件越来越大型化，锻件性能要求越来越高。作为船用柴油机连杆锻件材料，对钢材纯净度、性能提出了更苛刻的要求。目前，国内可以具备船用大型柴油机锻件用钢的达十数家，主要集中在江浙沪以及华北临海一带，但产品质量参差不齐，主要体现在钢中夹杂物等级高，钢水纯净度不足导致超声探伤不合。
申请号为201510981026.3的中国发明专利公开了一种船用低速大功率柴油机连杆锻件及制造工艺，既实现连杆锻件的几何宽度尺寸，又能够确保其内部探伤无缺陷的船用低速大功率柴油机连杆锻件及制造工艺，质量百分比(％)：C0.35～0.39、Si0.15～0.30、Mn0.70～0.90、P≤0.020、S≤0.015、Cr0.20～0.30，其余是Fe。优点：一是本申请化学成分科学选择及工艺的创新，满足其机械性能的指标要求；二是确保了其内部探伤无缺陷；三是加工余量小，切削加工工时短，大大地降低了制造成本。该申请柴油机连杆锻件的元素成分均匀性有提升空间。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种船用柴油机连杆锻件用钢锭，具有优异的元素成分均匀性且纯净度好。
为了实现上述技术目的，本发明提供了一种船用柴油机连杆锻件用钢锭，它包括以下质量百分含量的化学成分：
C：0.30-0.33％、Si：0.15-0.40％、Mn：1.40-1.50％、P≤0.020％、S≤0.010％、V≤0.02％、Al：0.010-0.040％、Nb≤0.01％、H≤0.0018％、O≤0.0020％和N≤80ppm，As+Pb+Sb+Bi+Sn≤0.025％、余量为Fe和不可避免的杂质。
优化地，它的成品样中A、B、C、D和Ds类夹杂物等级分别不大于1级。
本发明的又一目的在于提供一种上述船用柴油机连杆锻件用钢锭的生产方法，包括以下步骤：
(a)对钢包进行预热；
(b)以铁水和废钢为原料炼制得钢水，使用渣料进行脱P，至钢水中C的质量百分含量≥0.06wt％、P的质量百分含量≤0.015wt％；于温度为1620～1650℃时出钢，出钢时随钢流水加入1.0～1.5kg/t的铝块对钢水进行预脱氧；
(c)对所述钢水进行LF精炼，控制Si的质量百分含量下限区间为0.15～0.20％且定[O]满足≤8ppm；喂1.5～2.0m/t铝线，以1650～1670℃的温度进行吊包；
(d)在高真空的条件下对钢水进行循环脱气以对所述钢水进行VD精炼，使得钢水中H≤0.8ppm、O≤10ppm和S≤0.010％；
(e)向所述钢水中喂入1.0～1.5m/tSi-Ca线，加覆盖剂5-8包、碳化稻壳3-4包以覆盖保温；
(f)软吹过程中测温，于1550℃～1555℃吊包浇注以获得钢锭；使用氩气保护罩对浇注钢流进行保护以防止吸气净化钢水。
优化地，步骤(a)中，待钢包红热时检查其内无残渣、包口无冷钢。
优化地，步骤(b)中，向EAF电弧炉中加入所述铁水和所述废钢，其质量比为1：0.5～1.2。
进一步地，步骤(b)中，所述铁水和所述废钢的质量比为1：1。
优化地，步骤(c)中，用电石和SiC以质量比2:1的比例进行小批量脱氧。
优化地，步骤(f)中，所述吹氩时间≥15min。
优化地，步骤(f)中，浇注前对钢锭模内进行吹氩气以防止钢水被氧化；浇注使用的钢锭模温度为30～60℃、干燥无裂纹；在补注到帽口1/2时加1.5～1.8kg/t发热剂。
优化地，步骤(f)中，钢锭完全凝固后进缓冷坑缓冷100～150h脱模。
本发明船用柴油机连杆锻件用钢锭，通过精确控制钢锭的化学成分(即采用了特定质量百分比的化学元素)，提高了钢的纯净度，减小钢锭成分偏析，使其有着优异的纯净度及力学性能；再配合采用特定的生产步骤进行配合，能够获得纯净度高、力学性能稳定的船用柴油机连杆锻件用钢锭。
具体实施方式
本发明船用柴油机连杆锻件用钢锭，它包括以下质量百分含量的化学成分：C:0.30-0.33％、Si：0.15-0.40％、Mn：1.40-1.50％、P≤0.020％、S≤0.010％、V≤0.02％、Al：0.010-0.040％、Nb≤0.01％，H≤0.0018％、O≤0.0020％和N≤80ppm，As+Pb+Sb+Bi+Sn≤0.025％、余量为Fe和不可避免的杂质质(As、Pb、Sb、Bi和Sn为有害成分，通常是控制其总量即可)。通过精确控制钢锭的化学成分(即采用了特定质量百分比的化学元素)，提高了钢的纯净度，使锻后锻件其有着优异的纯净度、稳定的力学性能。此时，船用柴油机连杆锻件成品样中A、B、C、D、Ds类夹杂物等级分别不大于1级。
上述船用柴油机连杆锻件用钢锭的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)对钢包进行预热；(b)以铁水和废钢为原料炼制得钢水，使用渣料进行脱P，至钢水中C的质量百分含量≥0.06wt％、P的质量百分含量≤0.015wt％；于温度为1620～1650℃时出钢，出钢时随钢流水加入1.0～1.5kg/t的铝块对钢水进行预脱氧；(c)对所述钢水进行LF精炼，控制Si的质量百分含量下限区间为0.15～0.20％且定[O]满足≤8ppm；喂1.5～2.0m/t铝线，以1650～1670℃的温度进行吊包；(d)在高真空的条件下对钢水进行循环脱气以对所述钢水进行VD精炼，使得钢水中H≤0.8ppm、O≤10ppm和S≤0.010％；(e)向所述钢水中喂入1.0～1.5m/tSi-Ca线，加覆盖剂5-8包、碳化稻壳3-4包以覆盖保温；(f)软吹过程中测温，于1550℃～1555℃吊包浇注以获得钢锭；使用氩气保护罩对浇注钢流进行保护以防止吸气净化钢水。
步骤(a)中，待钢包红热时检查其内无残渣、包口无冷钢。步骤(b)中，向EAF电弧炉中加入所述铁水和所述废钢，其质量比为1：0.5～1.2；所述铁水和所述废钢的质量比为1：1。步骤(c)中，用电石和SiC以质量比2:1的比例进行小批量脱氧。步骤(f)中，所述吹氩时间≥15min；浇注前对钢锭模内进行吹氩气以防止钢水被氧化；浇注使用的钢锭模温度为30～60℃、干燥无裂纹；在补注到帽口1/2时加1.5～1.8kg/t发热剂。钢锭完全凝固后进缓冷坑缓冷100～150h脱模。
下面将结合对本发明优选实施方案进行详细说明。
实施例1-5
实施例1-5分别提供一种船用柴油机连杆锻件用钢锭，其化学成分如表1所示：
表1实施例1-5中船用柴油机连杆用钢锭的化学成分表
含量(wt％) 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
C 0.324 0.307 0.313 0.305 0.312
Si 0.25 0.27 0.28 0.25 0.26
Mn 1.42 1.42 1.44 1.45 1.44
P 0.010 0.009 0.008 0.011 0.010
S 0.002 0.004 0.004 0.002 0.003
V 0.004 0.004 0.002 0.003 0.004
Al 0.018 0.020 0.016 0.016 0.021
Nb 0.001 0.002 0.001 0.001 0.001
Hppm 1.1 1.3 1.4 1.1 1.3
O ppm 12.2 14.6 11.5 13.6 14.1
N ppm 46 48 51 47 43
As+Pb+Sb+Bi+Sn 0.010 0.015 0.021 0.018 0.020
上述船用柴油机连杆锻件用钢锭的生产方法，具体包括以下步骤：
(a)对钢包进行预热，待钢包红热时检查其内无残渣、包口无冷钢；(b)以铁水和废钢为原料炼制得钢水(即向EAF电弧炉中加入铁水和废钢，其质量比为1：1)，使用渣料进行脱P，至钢水中C的质量百分含量≥0.06wt％、P的质量百分含量≤0.015wt％；于温度为1620～1650℃时出钢，出钢时随钢流水加入1.0～1.5kg/t的铝块对钢水进行预脱氧；(c)对所述钢水进行LF精炼，控制Si的质量百分含量下限区间为0.15～0.20％且定[O]满足≤8ppm(用电石和SiC以质量比2:1的比例进行脱氧)；喂1.5～2.0m/t铝线，以1650～1670℃的温度进行吊包；(d)在高真空的条件下对钢水进行循环脱气以对所述钢水进行VD精炼，使得钢水中H≤0.8ppm、O≤10ppm和S≤0.010％；(e)向所述钢水中喂入1.0～1.5m/tSi-Ca线，加覆盖剂5-8包、碳化稻壳3-4包以覆盖保温；(f)软吹过程中测温，于1550℃～1555℃吊包浇注以获得钢锭；使用氩气保护罩对浇注钢流进行保护以防止吸气净化钢水。浇注前对钢锭模内进行吹氩气(吹氩时间≥15min)以防止钢水被氧化；浇注使用的钢锭模温度为30～60℃、干燥无裂纹；在补注到帽口1/2时加1.2～1.5kg/t发热剂。钢锭完全凝固后进缓冷坑缓冷100～150h脱模(为了保证各对比例得到所需的化学成分，可能会对上述工艺参数作适应性调整)。
最终实施例1-5中制得的钢锭化学成分中各类型非金属夹杂物(按GB/T10561方法测定)含量如表2所示。
表2实施例1-5中钢锭的各类型非金属夹杂物含量表
夹杂物类型 A B C D DS
实施例1 0 0.5 0 0.5 0.5
实施例2 0.5 0.5 0 0.5 0
实施例3 0 0.5 0 0.5 0.5
实施例4 0 0 0.5 0.5 0
实施例5 0 0 0 0 0.5
注：表中夹杂物类型：A类硫化物、B类氧化铝、C类硅酸盐、D类球状氧化物和Ds单颗粒球状氧化物。
对比例1-3分别提供一种船用柴油机连杆锻件用钢锭及其生产方法，其与实施例1中的基本一致，不同的是其脱氧方式不同(对比例1：纯CaC2方式脱氧；对比例2：电石和SiC以质量比3:1；对比例3：电石和SiC以质量比4：1)，将对比例1-3中钢锭锻件进行夹杂物检测，其结果如表3所示：
表3对比例1-3中钢锭的各类型非金属夹杂物含量表
夹杂物类型 A B C D DS
对比例1 0 0.5 0 0.5 1.5
对比例2 0 0.5 0 1.5 0
对比例3 0 1.5 0 0.5 0.5
由表3可见，当钢锭未使用本申请的脱氧方式进行脱氧时，获得的锻件夹杂物不能满足船用柴油机连杆的使用要求，不能有效保证设备长期稳定运行。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种船用柴油机连杆锻件用钢锭，其特征在于，它包括以下质量百分含量的化学成分：
C：0.30-0.33％、Si：0.15-0.40％、Mn：1.40-1.50％、P≤0.020％、S≤0.010％、V≤0.02％、Al：0.010-0.040％、Nb≤0.01％、H≤0.0018％、O≤0.0020％和N≤80ppm，As+Pb+Sb+Bi+Sn≤0.025％、余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的船用柴油机连杆锻件用钢锭，其特征在于：它的成品样中A、B、C、D和Ds类夹杂物等级分别不大于1级。
3.权利要求1至2中任一所述船用柴油机连杆锻件用钢锭的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)对钢包进行预热；
(b)以铁水和废钢为原料炼制得钢水，使用渣料进行脱P，至钢水中C的质量百分含量≥0.06wt％、P的质量百分含量≤0.015wt％；于温度为1620～1650℃时出钢，出钢时随钢流水加入1.0～1.5kg/t的铝块对钢水进行预脱氧；
(c)对所述钢水进行LF精炼，控制Si的质量百分含量下限区间为0.15～0.20％且定[O]满足≤8ppm；喂1.5～2.0m/t铝线，以1650～1670℃的温度进行吊包；
(d)在高真空的条件下对钢水进行循环脱气以对所述钢水进行VD精炼，使得钢水中H≤0.8ppm、O≤10ppm和S≤0.010％；
(e)向所述钢水中喂入1.0～1.5m/tSi-Ca线，加覆盖剂5-8包、碳化稻壳3-4包以覆盖保温；
(f)软吹过程中测温，于1550℃～1555℃吊包浇注以获得钢锭；使用氩气保护罩对浇注钢流进行保护以防止吸气净化钢水。
4.根据权利要求3所述船用柴油机连杆锻件用钢锭的生产方法，其特征在于：步骤(a)中，待钢包红热时检查其内无残渣、包口无冷钢。
5.根据权利要求3所述船用柴油机连杆锻件用钢锭的生产方法，其特征在于：步骤(b)中，向EAF电弧炉中加入所述铁水和所述废钢，其质量比为1：0.5～1.2。
6.根据权利要求5所述船用柴油机连杆锻件用钢锭的生产方法，其特征在于：步骤(b)中，所述铁水和所述废钢的质量比为1：1。
7.根据权利要求3所述船用柴油机连杆锻件用钢锭的生产方法，其特征在于：步骤(c)中，用电石和SiC以质量比2:1的比例进行小批量脱氧。
8.根据权利要求3所述船用柴油机连杆锻件用钢锭的生产方法，其特征在于：步骤(f)中，所述吹氩时间≥15min。
9.根据权利要求3或8所述船用柴油机连杆锻件用钢锭的生产方法，其特征在于：步骤(f)中，浇注前对钢锭模内进行吹氩气以防止钢水被氧化；浇注使用的钢锭模温度为30～60℃、干燥无裂纹；在补注到帽口1/2时加1.5～1.8kg/t发热剂。
10.根据权利要求3所述船用柴油机连杆锻件用钢锭的生产方法，其特征在于：步骤(f)中，钢锭完全凝固后进缓冷坑缓冷100～150h脱模。
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