CN117683969A - 降低Mn-V系非调质曲轴钢磁痕缺陷率的RH真空精炼方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了降低Mn‑V系非调质曲轴钢磁痕缺陷率的RH真空精炼方法及其应用,其中降低Mn‑V系非调质曲轴钢磁痕缺陷率的RH真空精炼方法包括:控制RH到站钢水中铝含量为0.012‑0.020wt%,开泵抽真空后4‑6min再向钢水中加入纯铝块,使钢水中的铝含量增加至0.030‑0.040wt%,RH高真空时间为35‑45min,复压后软吹1‑10min,完成RH真空处理步骤。本申请能够将RH复压后钢水中的钙含量降低至0.0005%以下,Mn‑V系非调质曲轴钢的磁痕缺陷率从改进前的2.5%左右降低至0.1‑0.5%的水平,磁痕缺陷率显著降低。
Description
技术领域
本发明涉及非调质曲轴钢技术领域,具体而言,涉及降低Mn-V系非调质曲轴钢磁痕缺陷率的RH真空精炼方法及其应用。
背景技术
非调质钢由于其不需要调质处理,具有加工工序简单、能耗低、性能均匀的特点,广泛应用于汽车零配件的生产,例如曲轴、连杆等。典型的非调质钢按照成分分类,有Mn-V系、Mn-V-S系、Mn-S系等,主要差别在于最终零件对力学性能或切削性能的要求不同。较高C、Mn、V元素的Mn-V系非调质钢具有良好的疲劳性能和冲击性能,一般应用于制备重型卡车曲轴。
磁痕检验是曲轴制备流程最后一道检验工序,主要用于检查曲轴表面和近表面的缺陷,典型的有裂纹、材料偏析、气泡、夹杂物等。一旦磁痕检验不通过,该曲轴就会报废,极大的影响零件成品率和订单交付率,因此一种能够降低Mn-V系非调质曲轴钢磁痕缺陷率的方法尤其必要。
发明内容
本发明的目的在于提供降低Mn-V系非调质曲轴钢磁痕缺陷率的RH真空精炼方法及其应用,以提高Mn-V系非调质曲轴钢成品率和订单交付率。
本发明是这样实现的:
第一方面,本发明提供一种降低Mn-V系非调质曲轴钢磁痕缺陷率的RH真空精炼方法,包括:控制RH到站钢水中铝含量为0.012-0.020wt%,开泵抽真空后4-6min再向钢水中加入纯铝块,使钢水中的铝含量增加至0.030-0.040wt%,RH高真空时间为35-45min,复压后软吹1-10min,完成RH真空处理步骤。
在可选的实施方式中,控制RH到站钢水中MgO含量为6-8wt%。
在可选的实施方式中,所述Mn-V系非调质曲轴钢中包括C 0.45-0.51wt%、Si0.17-0.37wt%、Mn 1.00-1.20wt%、Cr 0.05-0.25wt%、V 0.06-0.10wt%、N 0.008-0.020wt%。
在可选的实施方式中,所述磁痕缺陷为钙铝酸盐夹杂物导致的磁痕缺陷。
在可选的实施方式中,所述钙铝酸盐夹杂物为长度大于500μm的夹杂物。
在可选的实施方式中,复压后钢水中Ca含量小于0.0005wt%。
第二方面,本发明提供一种Mn-V系非调质曲轴钢的生产方法,包括:钢水依次经过初炼炉、LF精炼、RH真空精炼和连铸得到Mn-V系非调质曲轴钢,其中RH真空精炼的方法如前述实施方式任意一项所述。
非调钢采用“初炼炉(转炉或电炉)—LF—RH—连铸”工序冶炼,生产出的连铸坯经过高温轧制成圆钢,圆钢在下游客户端经过“热锻—机加工”后,得到最终曲轴零件。
第三方面,本发明提供一种前述实施方式所述生产方法得到的Mn-V系非调质曲轴钢。
在可选的实施方式中,对其进行微观夹杂物检验,结果Ds类夹杂物评级均在0.5级以下。
本发明具有以下有益效果:
本申请能够将RH复压后钢水中的钙含量降低至0.0005%以下,Mn-V系非调质曲轴钢的磁痕缺陷率从改进前的2.5%左右降低至0.1-0.5%的水平,磁痕缺陷率显著降低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为对比例1中得到的曲轴磁痕检验发现的表面缺陷;
图2为扫描电子显微镜下观察到的图1中的表面缺陷;
图3为局部进行扫描电镜检验的形貌和能谱结果。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。
第一方面,本发明提供一种降低Mn-V系非调质曲轴钢磁痕缺陷率的RH真空精炼方法,包括:控制RH到站钢水中铝含量为0.012-0.020wt%,开泵抽真空后4-6min再向钢水中加入纯铝块,使钢水中的铝含量增加至0.030-0.040wt%,RH高真空时间为35-45min,复压后软吹1-10min,完成RH真空处理步骤。
本实施例主要从改善钢水洁净度来降低最终曲轴的磁痕缺陷率,具体地:
控制RH到站钢水中铝含量为0.012-0.020wt%,Al含量过低,钢水氧化性强,洁净度差;Al含量过高,LF精炼过程容易生成钙铝酸盐夹杂物。
RH开始真空后4-6min后,优选地RH开始真空5分钟后,向钢水中加入纯Al块,使钢水中的Al含量增至0.030-0.040wt%。Al块的加入一方面是使钢液中的溶解氧含量迅速降低,生成氧化铝夹杂物,尽快上浮;另一方面,较高的Al含量使钢液中已经生成的钙铝酸盐中Al2O3比例大幅增高,钙铝酸盐的熔点大幅升高,更容易在RH过程上浮去除。
RH高真空时间为35-45分钟,现有技术中RH时间一般为10-25分钟,本实施例延长了RH高真空时间,使钢水中的夹杂物能够尽可能上浮去除。此外,长时间的高真空时间,可以促进钢液中的Ca挥发进入气相(化学反应[Ca]→Ca(g)),从而减少钢液中的总Ca含量,促进夹杂物高熔点化。高熔点的夹杂物能够能更快、更容易上浮去除。但过长的高真空时间,对生产节奏和耐材都有影响。
RH复压后,软吹时间控制在1-10分钟。经过长时间的RH真空处理,钢水已经充分干净。软吹时间过长,钢液中较高的Al含量会和炉渣反应,会新生成部分夹杂物,反而污染钢水。
在可选的实施方式中,控制RH到站钢水中MgO含量为6-8wt%,避免后续RH长时间处理对钢包耐材的侵蚀。
在可选的实施方式中,所述Mn-V系非调质曲轴钢中包括C 0.45-0.51wt%、Si0.17-0.37wt%、Mn 1.00-1.20wt%、Cr 0.05-0.25wt%、V 0.06-0.10wt%、N 0.008-0.020wt%,较高的C、Mn、V元素含量有利于保证零件具有良好的力学性能。
在可选的实施方式中,所述磁痕缺陷为钙铝酸盐夹杂物导致的磁痕缺陷。
本申请通过对长条状宏观夹杂物导致的磁痕缺陷进行大量检验,发现该类型夹杂物主要成分为钙铝酸盐,本发明的主要目的是通过RH工艺优化,减少钙铝酸盐的生成、加大钙铝酸盐的去除,使钢水中主要生成镁铝尖晶石类的夹杂物,从而避免该类型长条状夹杂物的不利影响。
在可选的实施方式中,所述钙铝酸盐夹杂物为长度大于500μm的夹杂物。
现有技术中一般认为尺寸>10μm的夹杂物是大尺寸夹杂物,例如较大的B类和Ds类,这些夹杂物在定义上都属于微观夹杂物,这类夹杂物在曲轴磁痕检验中不会明显导致磁痕缺陷。本申请中阐述的长条状宏观夹杂物,特指长度>500μm,在曲轴磁痕检验中可以明显导致磁痕缺陷的一类夹杂物。为了提高曲轴磁痕检验合格率,避免长度>500μm钙铝酸盐夹杂物尤其必要。
对于非调质曲轴钢,现有技术中没有长条状宏观夹杂物的控制方法。
对于弹簧钢,现有技术中主要采用低碱度、非Al脱氧工艺进行夹杂物控制,钢水洁净度不好,且耐材、合金成本较高;对于Al脱氧的轴承钢,一般采用合金、钢包精细化管理,避免含Si夹杂物生成、避免卷渣等方式来减少大尺寸夹杂物,但是这些方法都是常规冶炼方法,去除大尺寸夹杂物效果并不明显。现有技术中还提到采用Ca处理或者Mg处理改善宏观夹杂物,但生产表明现场可实施性差,改善效果不明显,往往出现Ds夹杂物超标的质量问题,并且存在工艺安全问题,无法应用于本申请体系。
在可选的实施方式中,复压后钢水中Ca含量小于0.0005wt%。
本申请采用“RH大量补Al使夹杂物高熔点化”、“RH长时间高真空处理”等处理方式,RH复压后检验钢液中的Ca含量,均在0.0005%以下,钢中的夹杂物均为细小的氧化铝或者镁铝尖晶石类夹杂物,未检测到有较大尺寸钙铝酸盐残留在钢液中,这样就从源头上解决了钙铝酸盐后续团聚、轧制成大尺寸长条状宏观夹杂物的问题,从而有利于降低磁痕缺陷率。
第二方面,本发明提供一种Mn-V系非调质曲轴钢的生产方法,包括:钢水依次经过初炼炉、LF精炼、RH真空精炼和连铸得到Mn-V系非调质曲轴钢,其中RH真空精炼的方法如前述实施方式任意一项所述。
非调钢采用“初炼炉(转炉或电炉)—LF精炼—RH真空精炼—连铸”工序冶炼,生产出的连铸坯经过高温轧制成圆钢,圆钢在下游客户端经过“热锻—机加工”后,得到最终曲轴零件。
第三方面,本发明提供一种前述实施方式所述生产方法得到的Mn-V系非调质曲轴钢。
在可选的实施方式中,对其进行微观夹杂物检验,结果Ds类夹杂物评级均在0.5级以下。
根据客户端曲轴磁痕缺陷率检验结果,相对于之前的生产方法,本申请能够将磁痕缺陷率从2.5%左右降低至0.1-0.5%的水平。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供一种Mn-V系非调质曲轴钢的生产方法,包括:钢水依次经过初炼炉、LF精炼、RH真空精炼和连铸得到Mn-V系非调质曲轴钢,其中:
初炼炉步骤包括,转炉加废钢30吨、铁水114吨,氧枪吹炼14分钟后,钢水成分:C0.14wt%、Mn 0.15wt%、P 0.014wt%、S 0.018wt%。出钢后加入铝铁、合金、渣料,完成合金化和化渣操作。
LF精炼步骤包括,到站后补加210kg石灰造渣,渣面加入少量碳化硅完成脱氧。精炼过程进行合金微调,保证各元素进入要求范围。
RH真空精炼步骤包括:控制RH到站钢水中铝含量为0.013wt%、渣中MgO含量为6.1wt%,开泵抽真空后5min再向钢水中加入纯铝块,使钢水中的铝含量增加至0.037wt%,RH高真空时间为36min,复压后软吹8min,完成RH真空处理步骤;
连铸步骤包括,全程进行保护性浇注,拉速0.65m/min。
其中,所述Mn-V系非调质曲轴钢中包括C 0.47wt%、Si 0.24wt%、Mn 1.15wt%、Cr 0.16wt%、V 0.08wt%和N 0.012wt%。
实施例2
本实施例提供一种Mn-V系非调质曲轴钢的生产方法,包括:钢水依次经过初炼炉、LF精炼、RH真空精炼和连铸得到Mn-V系非调质曲轴钢,其中:
初炼炉步骤包括,转炉加废钢33吨、铁水113吨,氧枪吹炼15分钟后,钢水成分:C0.11wt%、Mn 0.16wt%、P 0.010wt%、S 0.022wt%。出钢后加入铝铁、合金、渣料,完成合金化和化渣操作。
LF精炼步骤包括,到站后补加219kg石灰造渣,渣面加入少量碳化硅完成脱氧。精炼过程进行合金微调,保证各元素进入要求范围。
RH真空精炼步骤包括:控制RH到站钢水中铝含量为0.019wt%、渣中MgO含量为7.8wt%,开泵抽真空后5min再向钢水中加入纯铝块,使钢水中的铝含量增加至0.032wt%,RH高真空时间为43min,复压后软吹5min,完成RH真空处理步骤;
连铸步骤包括,全程进行保护性浇注,拉速0.65m/min。
其中,所述Mn-V系非调质曲轴钢中包括C 0.46wt%、Si 0.23wt%、Mn 1.12wt%、Cr 0.15wt%、V 0.09wt%和N 0.013wt%。
对比例1
本实施例提供一种Mn-V系非调质曲轴钢的生产方法,其中RH到站钢水中铝含量过低,具体包括:钢水依次经过初炼炉、LF精炼、RH真空精炼和连铸得到Mn-V系非调质曲轴钢,其中:
初炼炉步骤包括,转炉加废钢32吨、铁水113吨,氧枪吹炼15分钟后,钢水成分:C0.15wt%、Mn 0.13wt%、P 0.009wt%、S 0.020wt%。出钢后加入铝铁、合金、渣料,完成合金化和化渣操作。
LF精炼步骤包括,到站后补加204kg石灰造渣,渣面加入少量碳化硅完成脱氧。精炼过程进行合金微调,保证各元素进入要求范围。
RH真空精炼步骤包括:控制RH到站钢水中铝含量为0.009wt%、渣中MgO含量为7.0wt%,开泵抽真空后5min再向钢水中加入纯铝块,使钢水中的铝含量增加至0.035wt%,RH高真空时间为38min,复压后软吹7min,完成RH真空处理步骤;
连铸步骤包括,全程进行保护性浇注,拉速0.65m/min。
其中,所述Mn-V系非调质曲轴钢的成分C 0.48wt%、Si 0.21wt%、Mn 1.13wt%、Cr 0.17wt%、V 0.08wt%和N 0.011wt%。
对比例2
本实施例提供一种Mn-V系非调质曲轴钢的生产方法,其中RH到站钢水中铝含量过高,具体包括:钢水依次经过初炼炉、LF精炼、RH真空精炼和连铸得到Mn-V系非调质曲轴钢,其中:
初炼炉步骤包括,转炉加废钢35吨、铁水112吨,氧枪吹炼14分钟后,钢水成分:C0.11wt%、Mn 0.20wt%、P 0.011wt%、S 0.021wt%。出钢后加入铝铁、合金、渣料,完成合金化和化渣操作。
LF精炼步骤包括,到站后补加224kg石灰造渣,渣面加入少量碳化硅完成脱氧。精炼过程进行合金微调,保证各元素进入要求范围。
RH真空精炼步骤包括:控制RH到站钢水中铝含量为0.022wt%、渣中MgO含量为6.7wt%,泵抽真空后5min再向钢水中加入纯铝块,使钢水中的铝含量增加至0.033wt%,高真空时间为38min,复压后软吹7min,完成RH真空处理步骤;
连铸步骤包括,全程进行保护性浇注,拉速0.65m/min。
其中,所述Mn-V系非调质曲轴钢的成分C 0.46wt%、Si 0.22wt%、Mn 1.09wt%、Cr 0.15wt%、V 0.08wt%和N 0.012wt%。
对比例3
本实施例提供一种Mn-V系非调质曲轴钢的生产方法,真空处理过程不再加入铝块,具体包括:钢水依次经过初炼炉、LF精炼、RH真空精炼和连铸得到Mn-V系非调质曲轴钢,其中:
初炼炉步骤包括,转炉加废钢35吨、铁水112吨,氧枪吹炼14分钟后,钢水成分:C0.17wt%、Mn 0.15wt%、P 0.014wt%、S 0.018wt%。出钢后加入铝铁、合金、渣料,完成合金化和化渣操作。
LF精炼步骤包括,到站后补加228kg石灰造渣,渣面加入少量碳化硅完成脱氧。精炼过程进行合金微调,保证各元素进入要求范围。
RH真空精炼步骤包括:控制RH到站钢水中铝含量为0.015wt%、渣中MgO含量为6.4wt%,真空处理过程不再加入铝块,高真空时间为38min,复压后软吹7min,完成RH真空处理步骤;
连铸步骤包括,全程进行保护性浇注,拉速0.65m/min。
其中,所述Mn-V系非调质曲轴钢的成分C 0.48wt%、Si 0.24wt%、Mn 1.11wt%、Cr 0.18wt%、V 0.07wt%和N 0.012wt%。
对比例4
本实施例提供一种Mn-V系非调质曲轴钢的生产方法,高真空时间过短,具体包括:钢水依次经过初炼炉、LF精炼、RH真空精炼和连铸得到Mn-V系非调质曲轴钢,其中:
初炼炉步骤包括,转炉加废钢33吨、铁水115吨,氧枪吹炼15分钟后,钢水成分:C0.15wt%、Mn 0.18wt%、P 0.015wt%、S 0.019wt%。出钢后加入铝铁、合金、渣料,完成合金化和化渣操作。
LF精炼步骤包括,到站后补加231kg石灰造渣,渣面加入少量碳化硅完成脱氧。精炼过程进行合金微调,保证各元素进入要求范围。
RH真空精炼步骤包括:控制RH到站钢水中铝含量为0.015wt%、渣中MgO含量为6.4wt%,泵抽真空后5min再向钢水中加入纯铝块,使钢水中的铝含量增加至0.034wt%,高真空时间为32min,复压后软吹7min,完成RH真空处理步骤;
连铸步骤包括,全程进行保护性浇注,拉速0.65m/min。
其中,所述Mn-V系非调质曲轴钢的成分C 0.47wt%、Si 0.25wt%、Mn 1.10wt%、Cr 0.16wt%、V 0.08wt%和N 0.011wt%。
图1是对比文件1中曲轴磁痕检验发现的表面缺陷。将样品加工成小块,放置在扫描电子显微镜下观察,如图2所示,发现是一条长度约2000μm的长条状夹杂物。图3所示为局部进行扫描电镜检验的结果,主要成分为钙铝酸盐夹杂物。
对实施例和对比例中复压后钢水中Ca含量、Ds类夹杂物评级和磁痕缺陷率进行测试,结果如下表所示。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种降低Mn-V系非调质曲轴钢磁痕缺陷率的RH真空精炼方法,其特征在于,包括:控制RH到站钢水中铝含量为0.012-0.020wt%,开泵抽真空后4-6min再向钢水中加入纯铝块,使钢水中的铝含量增加至0.030-0.040wt%,RH高真空时间为35-45min,复压后软吹1-10min,完成RH真空处理步骤。
2.根据权利要求1所述的降低Mn-V系非调质曲轴钢磁痕缺陷率的RH真空精炼方法,其特征在于,控制RH到站钢水中MgO含量为6-8wt%。
3.根据权利要求1所述的降低Mn-V系非调质曲轴钢磁痕缺陷率的RH真空精炼方法,其特征在于,所述Mn-V系非调质曲轴钢中包括C 0.45-0.51wt%、Si 0.17-0.37wt%、Mn1.00-1.20wt%、Cr 0.05-0.25wt%、V 0.06-0.10wt%、N 0.008-0.020wt%。
4.根据权利要求1所述的降低Mn-V系非调质曲轴钢磁痕缺陷率的RH真空精炼方法,其特征在于,所述磁痕缺陷为钙铝酸盐夹杂物导致的磁痕缺陷。
5.根据权利要求4所述的降低Mn-V系非调质曲轴钢磁痕缺陷率的RH真空精炼方法,其特征在于,所述钙铝酸盐夹杂物为长度大于500μm的夹杂物。
6.根据权利要求1所述的降低Mn-V系非调质曲轴钢磁痕缺陷率的RH真空精炼方法,其特征在于,复压后钢水中Ca含量小于0.0005wt%。
7.一种Mn-V系非调质曲轴钢的生产方法,其特征在于,包括:钢水依次经过初炼炉、LF精炼、RH真空精炼和连铸得到Mn-V系非调质曲轴钢,其中RH真空精炼的方法如权利要求1-6任意一项所述。
8.一种权利要求7所述生产方法得到的Mn-V系非调质曲轴钢。
9.根据权利要求8所述的Mn-V系非调质曲轴钢,其特征在于,对其进行微观夹杂物检验,结果Ds类夹杂物评级均在0.5级以下。
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