CN115404402A - 一种高铝渗氮钢的大圆坯连铸工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及大规格高铝合金圆坯连铸工艺技术领域一种高铝渗氮钢的大圆坯连铸工艺方法，包括以下步骤：步骤一：在LF炉内进行还原和调渣操作；步骤二：在VD炉进行钢水的脱氢处理；步骤三：开浇前中包充氩时间5‑7min；中包充氩流为70‑80NL/min；步骤四：将大包的钢水浇注到中间包内，过热度30‑40℃；浸入水口插入深度120‑125mm，拉速0.24‑0.26min；步骤五：连铸工序；步骤六：采用三段搅拌：铸流搅拌：300A/2.5Hz；二冷搅拌：250A/2.5Hz；末端搅拌：400A/1.2Hz。通过实施本发明的连铸方法，消除了连铸开浇过程漏钢、过程结瘤断浇等问题。
Description
技术领域
本发明涉及大规格高铝合金圆坯连铸工艺技术领域，尤其涉及一种高铝渗氮钢的大圆坯连铸工艺方法。
背景技术
含铝量较高的Cr-Mo-Al钢属于合金结构钢中的高级氮化钢，也属于高强度钢。Cr-Mo-Al钢主要用于气体渗氮，钢中的Al元素是提高淡化层硬度的主要合金元素，它与氮形成高度弥散的氮化铝，其硬度极高，可达9-10莫氏硬度，由于铝、铬、钼元素的共同作用，Cr-Mo-Al钢淡化后的表面硬度可达1100-1200HV；Cr-Mo-Al钢与渗碳钢相比，钢的表面氮化层硬度和耐磨性均较渗碳钢为高，所以经过氮化的零件经久耐用，性能较好。基于模铸工艺Cr-Mo-Al钢存在着严重的质量的问题，模铸的Cr-Mo-Al钢经常出现较严重的点状偏析，它在横向低倍试样上呈点状分布，在纵向低倍试样上呈气体通道形状分布；钢锭经常产生表面夹杂或皮下夹杂，轧制后往往在钢坯表面形成夹杂裂纹。钢中气体的存在和钢锭结晶条件对点状偏析的形成有着重要的影响，尽量降低钢中气体含量和钢锭均匀快速冷却，能够显著改善Cr-Mo-Al钢中的点状偏析，通过连铸工艺可实现连铸坯的均匀快速冷却。 Cr-Mo-Al钢中含有0.70-1.10％的Al，所以钢水的黏度较大，流动性差，连铸的可浇性差，由于钢水铝含量极高浇铸过程易二次氧化生成出现结瘤而断浇。此外钢中【Al】容易与渣中SiO2反应，导致钢水增硅、钢水中铝的氧化导致连铸保护渣性能发生变化，影响钢的成分控制、钢的洁净度、铸坯表面质量，因此冶炼过程必须采用专用的精炼渣系，连铸过程采用专用保护渣及中包覆盖剂，全流程防止二次氧化措施，才能保证铸坯内部及表面质量的最佳控制。
目前该类钢种主要由模铸工艺生产，通过模铸浇铸成锭-初轧开坯-锻造，工序时间长、成本高，同时模铸工艺生产质量稳定性较差，生产效率低，探伤合格率较低，导致成材率低。因此，本发明的方法实现了大圆坯连铸生产，大规格圆连铸坯直接用于锻造。
本发明目的是实现高铝渗氮钢的连铸工艺替代模铸工艺，连铸过程采用专用保护渣及中包覆盖剂，全流程防止二次氧化措施，减少模铸工艺经常出现较严重的点状偏析、轧制后钢坯表面夹杂裂纹的现象；解决大圆坯连铸的可浇性差，钢中易生成A1203夹杂出现结瘤而断浇的问题，以提高钢水纯净度和钢坯成材率。
发明内容
本发明的目的就是针对上述问题，提供一种高铝渗氮钢的大圆坯连铸工艺方法。
本发明的目的是这样实现的：一种高铝渗氮钢的大圆坯连铸工艺方法，包括以下步骤：步骤一：在LF炉内进行还原和调渣操作，精炼渣成分：CaO：50-55%，SiO2：2-5%，Al2O3：30-38%；当钢水温度达到1560-1570℃，钢水的成分符合以下要求，喂入铝线调整成分后送电20-25min，同时进行白渣还原25-30分钟；钢水的成分：C：0.36- 0.41；Si：0.25-0.40；Mn：0.30-0.60；P：≤0.025 ；S：≤0.015；Cr： 1.40 -1.60； Cu：≤0.2；Mo：0.18-0.25；Al：0.8-1.0；其余为Fe及其它残余元素；步骤二：在VD炉进行钢水的脱氢处理，VD 处理高真空度≤67Pa下保持时间15-20分钟；破空后进行底吹氩软搅拌15-25分钟；钢水氢含量控制[H]≤2ppm；步骤三：开浇前中包充氩时间5-7min；中包充氩流为70-80NL/min；步骤四：将大包的钢水浇注到中间包内，过热度30-40℃；浸入水口插入深度120- 125mm，拉速0.24-0.26min；步骤五：连铸工序：采用专用结晶器保护渣，液渣层厚度控制在8-10mm；步骤六：采用三段搅拌：铸流搅拌：300A/2.5Hz；二冷搅拌：250A/2.5Hz；末端搅拌：400A/1.2Hz。
步骤一精炼渣成分：CaO：50-55%；SiO2：2-5%；Al2O3：30-38%，钢水中全铝与酸溶铝的比例：AIS/AIT≥0.98。
步骤四中水口选用四孔浸入式水口。
步骤三中的中包使用低硅中包覆盖剂成分: CaO：40-50%；SiO2：2-3%；Al2O3：30-35%。
步骤五中结晶器振动采用高频率低振幅，具体是结晶器振动频率系数M值300，振程系数C值3.5，负滑脱率：-80%到-90％。
步骤五中专用结晶器保护渣为碱性高玻璃化连铸保护渣，成分：CaO：25-30%；SiO2：25-30%；Al2O3：5-10%；MgO：3-5%。
本发明的有益效果是： 通过实施本发明的连铸方法，消除了连铸开浇过程漏钢、过程结瘤断浇等问题，实现了高铝渗氮钢的大圆坯作为锻造坯直接使用；大规格连铸坯替代模铸，消除了模铸钢存在的成分偏析、表面质量差、锻件探伤合格率低的问题；相比模铸工艺成材率提升10-12%，制造成本降低10%以上。
具体实施方式
本发明的技术构思是：1、采用专项精炼造渣工艺，以及采用喂入铝线的方式，实现精炼过程的铝回收率达到90%以上，大幅度减少钢水中A1203夹杂的生成，获得Al含量大于1%的大规格连铸圆坯。实现钢水中AI成分的精准控制。精炼渣主要成分：CaO：50-55%；SiO2：2-5%；Al2O3：30-38%，钢水中全铝与酸溶铝的比例： AIS/AIT≥0.98，Al元素是提高淡化层硬度的主要合金元素，当钢水中化学成分Al：0.85-1.50%时，钢材的渗氮效果最佳。当刚水中的Al含量超过0.5%时，钢水中的Al元素极容易氧化形成A1203夹杂；因此必须通过专有的渣系进行控制，减少A1203的生成，钢水中Al以酸溶剂铝的形式存在：AIS/AIT≥0.98。
2、在LF精炼炉调整温度和造专项精炼渣，以及采用喂入铝线的方式进行成分调整，精炼渣主要成分：CaO：50-55%；SiO2：2-5%；Al2O3：30-38%； AI成分控制在1.10%。成分符合要求后，用底吹氩气进行吹氩搅拌，使钢液成分和温度均匀，镇静10-15min，促使夹杂物充分上浮去除。
3、VD处理总时间25-30分钟，高真空度(67Pa)保持时间≥15分钟，处理过程中合理调节氩气流量，有利于夹杂物的快速上浮和充分脱气，VD后软搅拌时间≥15分钟。
4、连铸工序结晶器振动采用高频率低振幅开浇，负滑脱率：-90％；结晶器使用高碱性高玻璃化连铸保护渣。对于Φ690mm大断面铸坯，使用CaO/Al203=3-4、CaO／Si02=0.7-1.1的结晶器保护渣可保证铸坯表面质量良好；高的结晶器振动负滑动率可有效改善拉坯阻力，减少漏钢风险。
5、中包使用低硅中包覆盖剂；中包充氩时间大于5min；中包充氩流量控制70-80NL/min。低硅中包覆盖剂的使用杜绝钢水中的Al和覆盖剂中Si02反应，造成刚水中Al203的增加和钢水中Si的增加，影响钢水成分的稳定性和可浇性。
6、Ф690断面结晶器及中包控制：（1）结晶器振动采用高频率低振幅，负滑脱率：-90％；水口选用四孔浸入式水口，插入深度为结晶器钢液面以下125mm。（2）结晶器使用高碱性高玻璃化连铸保护渣，中包使用低硅中包覆盖剂。（3）中包充氩时间大于5min；中包充氩流量控制70-80NL/min。大断面圆坯连铸，在圆坯连铸二冷区域设置电磁搅拌，（4）Ф690断面连铸坯，采用三段搅拌：铸流搅拌：300A/2.5Hz；二冷搅拌：250A/2.5Hz；末端搅拌：400A/1.2Hz。圆坯连铸坯能作为锻造大断面锻件的坯料直接使用。
本发明的高铝渗氮钢包括下述依次的步骤：
1、在LF炉内进行还原和调渣操作， 精炼炉调整温度和成分后，钢水的成分（质量百分比）符合以下要求，喂入铝线调整成分后送电时间大于20min；同时进行白渣还原25分钟。
C 0.36- 0.41 ；Si 0.25-0.40；Mn 0.30-0.60 ；P ≤ 0.025 ；S ≤ 0.015 ；Cr1.40 -1.60 ； Cu ≤0.2 ；Mo 0.18 ～ 0.25 ；Al：0.8-1.0；其余为Fe及其它残余元素 。
2、在VD炉进行钢水的脱氢处理，VD 处理高真空度（≤67Pa）下保持时间≥15 分钟；破空后进行底吹氩软搅拌15-25分钟；钢水氢含量控制[H] ≤2ppm。
3、开浇前中包充氩时间大于5min；中包充氩流量70-80NL/min。
4、将大包的钢水浇注到中间包内，过热度30-40℃；浸入水口插入深度120- 125mm；拉速0.24min。
5、专用结晶器保护渣，液渣层厚度严格控制在8-10mm。
6、Ф690断面连铸坯，采用三段搅拌：铸流搅拌： 300A/2.5Hz；二冷搅拌： 250A/2.5Hz；末端搅拌： 400A/1.2Hz。
本发明的连铸方法生产的断面为Ф690断面连铸圆坯，铸坯中心低倍质量（中心裂纹、偏析等）较好、铸坯表面符合锻造坯表面要求，可作为锻造坯直接使用，制造成本降低10%以上。
下面结合实施例详细说明本发明的大圆坯连铸方法的具体实施方式，但本发明的具体实施方式不局限于下述的实施例。
本实施例是在Ф690断面的三机三流圆坯连铸机上进行的，钢种38CrMoAl，产品高等级渗氮钢锻造坯，成品化学成分质量百分比目标要求为：C 0.36- 0.41 ；Si 0.25-0.40；Mn 0.30-0.60 ；P ≤ 0.025 ；S ≤ 0.015 ；Cr 1.40 -1.60 ； Cu ≤0.2 ；Mo 0.18 ～0.25 ；Al：0.8-1.0；其余为Fe及其它残余元素。
本实施例包括下述依次的步骤：
1、在LF炉内进行还原和调渣操作， 精炼炉调整温度和成分后，钢水的成分（质量百分比）符合以下要求，喂入铝线调整成分后送电时间大于20min；同时进行白渣还原25分钟。
C 0.36- 0.41 ；Si 0.25-0.40；Mn 0.30-0.60 ；P ≤ 0.025 ；S ≤ 0.015 ；Cr1.40 -1.60 ； Cu ≤0.2 ；Mo 0.18 ～ 0.25 ；Al：0.8-1.0；其余为Fe及其它残余元素。
专项精炼渣成分：CaO:50-55%,SIO2:0-1% , AI203:30-38%; MgO：5-8%
2、在VD炉进行钢水的脱氢处理，VD 处理高真空度（≤67Pa）下保持时间≥15 分钟；破空后进行底吹氩软搅拌15-25分钟；钢水氢含量控制[H] ≤2ppm。
3、开浇前中包充氩时间大于5min；中包充氩流量70-80NL/min；连铸过程中包使用低硅中包覆盖剂。
4、将大包的钢水浇注到中间包内，过热度30-40℃；浸入式四孔水口插入深度120-125mm ；拉速0.24min ，全过程恒拉速。
5、连铸工序针对该钢种进行结晶器的专用参数设置：结晶器振动采用高频率低振幅开浇，负滑脱率：-90％；结晶器冷却水流量为4000L/min；结晶器使用高碱性高玻璃化连铸保护渣，液渣层厚度严格控制在8-10mm。
6、Ф690断面连铸坯，采用三段搅拌：M-EMS： 300A/2.5Hz；E-EMS： 250A/2.5Hz；F-EMS： 400A/1.2Hz；三段式电磁搅拌：开浇后启动铸流搅拌和二冷搅拌，铸坯进入17.5米位置是自动启动末端搅拌。
实施例一
1、在LF炉内进行还原和调渣操作， 精炼炉调整温度和成分后，钢水的成分（质量百分比）控制，喂入铝线调整成分后送电时间25min；同时进行白渣还原25min。
C :0.38 ；Si: 0.30；Mn :0.55 ；P :0.012 ；S :0.005 ；Cr :1.52 ； Cu :0.02 ；Mo :0.21 ；Al：0.93；其余为Fe及其它残余元素 。
2、在VD炉进行钢水的脱氢处理，VD 处理高真空度（52Pa）下保持时间17分钟；破空后进行底吹氩软搅拌21分钟；钢水氢含量控制[H] :0.9ppm。
3、开浇前中包充氩时间6min；中包充氩流量75NL/min；连铸过程中包使用低硅中包覆盖剂。
4、将大包的钢水浇注到中间包内，过热度36℃；浸入式四孔水口插入深度120mm ；拉速0.24min ，全过程恒拉速。
5、连铸工序针对该钢种进行结晶器的专用参数设置：结晶器振动频率系数M值300，振程系数C值3.5；负滑脱率：-90％；结晶器冷却水流量为4000L/min；结晶器使用高碱性高玻璃化连铸保护渣，液渣层厚8mm。
6、Ф690断面连铸坯，采用三段搅拌：开浇后启动铸流搅拌： 300A/2.5Hz；同时开启二冷搅拌： 250A/2.5Hz；铸坯进入17.5米位置是自动启动末端搅拌： 400A/1.2Hz。
7、连铸圆坯经过水平矫直后进行切割成3米定尺坯，后续进行快锻机锻造成为成品锻件。
实施例二
1、在LF炉内进行还原和调渣操作， 精炼炉调整温度和成分后，钢水的成分（质量百分比）控制，喂入铝线调整成分后送电时间23min；同时进行白渣还原28min。
C :0.40 ；Si: 0.31；Mn :0.52 ；P :0.010 ；S :0.006 ；Cr :1.53 ； Cu :0.01 ；Mo :0.19 ；Al：0.95；其余为Fe及其它残余元素 。
2、在VD炉进行钢水的脱氢处理，VD 处理高真空度（56Pa）下保持时间16分钟；破空后进行底吹氩软搅拌20分钟；钢水氢含量控制[H] :0.85ppm。
3、开浇前中包充氩时间6min；中包充氩流量80NL/min；连铸过程中包使用低硅中包覆盖剂。
4、将大包的钢水浇注到中间包内，过热度35℃；浸入式四孔水口插入深度125mm ；拉速0.25min ，全过程恒拉速。
5、连铸工序针对该钢种进行结晶器的专用参数设置：结晶器振动频率系数M值300，振程系数C值3.5；负滑脱率：-90％；结晶器冷却水流量为4000L/min；结晶器使用高碱性高玻璃化连铸保护渣，液渣层厚9mm。
6、Ф690断面连铸坯，采用三段搅拌：开浇后启动铸流搅拌： 300A/2.5Hz；同时开启二冷搅拌： 250A/2.5Hz；铸坯进入17.5米位置是自动启动末端搅拌： 400A/1.2Hz。
7、连铸圆坯经过水平矫直后进行切割成3米定尺坯，后续进行快锻机锻造成为成品锻件。
本发明通过控制精炼造渣工艺，喂入铝线控制铝成分的方式，大幅度减少钢水中A1203夹杂的生成，钢水中全铝与酸溶铝的比例 AIS/AIT≥0.98，获得Al含量大于1%的大规格Cr-Mo-Al系渗氮钢连铸圆坯；大断面圆坯结晶器参数专项设置，结晶器振动采用高频率低振幅，大负滑脱率浇铸工艺，杜绝高铝钢开浇阻力大，表面差的问题；在圆坯连铸二冷区域设置电磁搅拌，采用三段搅拌，获得表面质量好、低倍质量稳定的大规格连铸坯，替代模铸锭作为锻造大断面锻件的坯料直接使用。
以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明所保护范围的结构特征并不限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围内。
Claims (6)
1.一种高铝渗氮钢的大圆坯连铸工艺方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：在LF炉内进行还原和调渣操作，精炼渣成分：CaO：50-55%，SiO2：2-5%，Al2O3：30-38%；当钢水温度达到1560-1570℃，钢水的成分符合以下要求，喂入铝线调整成分后送电20-25min，同时进行白渣还原25-30分钟；钢水的成分：C：0.36- 0.41；Si：0.25-0.40；Mn：0.30-0.60；P：≤0.025 ；S：≤0.015；Cr： 1.40 -1.60； Cu：≤0.2；Mo：0.18-0.25；Al：0.8-1.0；其余为Fe及其它残余元素；
步骤二：在VD炉进行钢水的脱氢处理，VD 处理高真空度≤67Pa下保持时间15-20分钟；破空后进行底吹氩软搅拌15-25分钟；钢水氢含量控制[H]≤2ppm；
步骤三：开浇前中包充氩时间5-7min；中包充氩流为70-80NL/min；
步骤四：将大包的钢水浇注到中间包内，过热度30-40℃；浸入水口插入深度120-125mm，拉速0.24-0.26min；
步骤五：连铸工序：采用专用结晶器保护渣，液渣层厚度控制在8-10mm；
步骤六：采用三段搅拌：铸流搅拌：300A/2.5Hz；二冷搅拌：250A/2.5Hz；末端搅拌：400A/1.2Hz。
2.根据权利要求1所述的一种高铝渗氮钢的大圆坯连铸工艺方法，其特征在于：步骤一精炼渣成分：CaO：50-55%；SiO2：2-5%；Al2O3：30-38%，钢水中全铝与酸溶铝的比例：AIS/AIT≥0.98。
3.根据权利要求1所述的一种高铝渗氮钢的大圆坯连铸工艺方法，其特征在于：步骤四中水口选用四孔浸入式水口。
4.根据权利要求1所述的一种高铝渗氮钢的大圆坯连铸工艺方法，其特征在于：步骤三中的中包使用低硅中包覆盖剂成分: CaO：40-50%；SiO2：2-3%；Al2O3：30-35%。
5.根据权利要求1所述的一种高铝渗氮钢的大圆坯连铸工艺方法，其特征在于：步骤五中结晶器振动采用高频率低振幅，具体是结晶器振动频率系数M值300，振程系数C值3.5，负滑脱率：-80%到-90％。
6.根据权利要求1所述的一种高铝渗氮钢的大圆坯连铸工艺方法，其特征在于：步骤五中专用结晶器保护渣为碱性高玻璃化连铸保护渣，成分：CaO：25-30%；SiO2：25-30%；Al2O3：5-10%；MgO：3-5%。
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