CN117947348A - 一种Mg脱氧高性能75Cr1钢及其生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种Mg脱氧高性能75Cr1钢及其生产工艺，属于冶金技术领域，包括以下质量分数的元素：C：0.72％～0.75％，Si：0.25％～0.30％，Mn：0.65％～0.75％，Cr：0.45％～0.60％，P≤0.035％，S≤0.035％，Mg:0.001％～0.003％，Al：0.01％～0.03％。本发明利用镁对钢中夹杂物进行处理后，明显降低了由于夹杂物作为疲劳裂纹源对材料疲劳性能的影响，相同疲劳载荷条件下疲劳寿命提高了15％。采用镁‑铝合金包芯线的加入方式，可有效避免因镁元素过于活泼带来的钢水喷溅、收得率低等问题。

Description

一种Mg脱氧高性能75Cr1钢及其生产工艺

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体是一种Mg脱氧高性能75Cr1钢及其生产工艺。

背景技术

75Cr1钢由于其优良的硬度、淬透性、耐磨性以及能满足各种使用要求的韧性，被广泛应用于各类刀片、锯片等。由于75Cr1钢须具备在高速下稳定工作的能力，对其力学性能和疲劳性能提出了较高的要求。通常认为，材料的疲劳性能与其内部夹杂物密切相关，大尺寸夹杂物可作为疲劳裂纹源在循环载荷下诱发疲劳裂纹的重要因素。因此，控制钢中夹杂物形态、尺寸、分布等有望进一步改善钢的抗疲劳性能。此外，75Cr1钢较好的耐磨性和强度也取决于其内部珠光体片层间距及原奥氏体晶粒度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Mg脱氧高性能75Cr1钢，以解决上述现有技术中提出的问题。

本发明还提供了上述Mg脱氧高性能75Cr1钢的生产工艺。

具体如下，本发明第一方面提供了一种Mg脱氧高性能75Cr1钢：

由以下重量分数的元素组成：C：0.72％～0.75％，Si：0.25％～0.30％，Mn：0.65％～0.75％，Cr：0.45％～0.60％，P≤0.035％，S≤0.035％，Mg:0.001％～0.003％，Al：0.01％～0.03％，余量为Fe和不可避免的杂质。

Mg元素是一种强脱氧元素，可用于脱氧和脱硫，以提高钢的清洁度。添加微量镁可以改善夹杂物类型，使其更细小弥散，并提高钢的纯度。镁的微合金化作用可以细化晶粒结构，提高力学性能。因此，本发明中的Mg元素含量应控制在0.001％～0.003％。

Al元素可以作为一种有效的脱氧剂，帮助去除钢中的氧气。这有助于减少氧化物的形成，改善钢的质量，并减少气泡和夹杂物的生成，提高钢的纯度。铝还能在炼钢过程中作为晶粒细化剂。它有助于控制晶粒的尺寸和形状，使钢的晶粒更加均匀细小。这可以提高钢材的强度和韧性。因此，本发明中的Al元素含量应控制在0.01％～0.03％。

本发明第二方面提供Mg脱氧高性能75Cr1钢的生产工艺，包括如下步骤：

S1、BOF炉冶炼；

S2、LF炉精炼，所述LF炉精炼工序为造还原渣精炼并实施合金化操作，炉渣二元碱度CaO/SiO2比率为3～5，渣中TFe≤0.5％；

S3、Ca处理结束后进行Mg处理，LF炉精炼出钢后钢中硫含量控制在0.002％～0.004％，氧含量控制在0.001％～0.002％，在LF炉真空脱气处理后加入镁-铝合金包芯线；

S4、弧形连铸机生产加工。

根据本发明Mg脱氧高性能75Cr1钢的生产工艺技术方案中的一种技术方案，至少具备如下有益效果：

由于镁在高温钢中的高蒸气压，添加到钢中的镁的产率极低，采用镁-铝合金包芯线可有效提高镁收得率。本发明通过将镁合金在LF炉中处理后加入钢液中，提高了镁氧化物的形核率，镁处理较强的脱氧能力可以将钢液中的总氧含量从0.002％降低到0.001％以下。

用本发明的Mg处理钢液中的夹杂物从原先大尺寸的氧化铝转变为镁铝尖晶石，且表面包裹有CaS形成核壳结构。夹杂物的细化效果明显，分布更为弥散。大于10μm的夹杂物尺寸<12％。

在发生珠光体相变时，由于细小尺寸夹杂物的存在，对碳原子的长程扩散起到了良好的阻碍作用，使得碳元素来不及扩散就发生了珠光体转变，从而降低了珠光体片层间距。

采用镁-铝合金包芯线的加入方式，可有效避免因镁元素过于活泼带来的钢水喷溅、收得率低等问题。由于铝的加入，铝作为活泼性相对较低但具备一定脱氧能力的合金元素，可以抑制金属镁的汽化反应速度，而且使金属镁的溶解度增大，自身形成的大尺寸氧化物又可在镁合金气泡的作用下上浮，不会对钢材质量造成危害。

根据本发明的一些实施方式：炉渣二元碱度CaO/SiO2比率为5。

二元碱度的控制影响炉渣对夹杂物和氧化物的吸附和分离效果，适当的二元碱度有助于有效地吸附和去除杂质，提高钢的质量。

根据本发明的一些实施方式：所述镁-铝合金包芯线为Al、Mg和Fe的组合，其中重量百分比为：Al：45％～65％，Mg：15％～30％，余量为Fe。

镁和铝一方面作为脱氧剂，在钢水中起着去除氧气和硫的作用。控制合适的镁和铝含量比例可以提高脱氧和脱硫效果，改善钢的纯净度。

另一方面镁和铝的合金化作用有助于晶粒的细化，提高钢的晶粒均匀性。适当的含量比例能够促进晶粒的形成，从而改善钢材的力学性能。

根据本发明的一些实施方式：采用喂线方式将所述镁-铝合金包芯线加入到钢液中，镁-铝合金包芯线的线芯重量为190克/米～240克/米，镁-铝合金包芯线的喂入量为1.8米/吨钢～2米/吨钢，喂线速度控制在1.5米/秒～2.5米/秒。

控制镁-铝合金包芯线的添加量、方法和时间能够实现更好的钢清洁度、提高钢的韧性以及提高产品性能。

根据本发明的一些实施方式：所述BOF炉冶炼的出钢温度为1650℃～1665℃。

根据本发明的一些实施方式：所述BOF炉冶炼的出钢温度为1650℃～1655℃。

根据本发明的一些实施方式：所述BOF炉冶炼的出钢温度为1655℃～1665℃。

适当的出钢温度有助于确保钢材的化学成分均匀性，防止在过早凝固的情况下出现成分偏差，有助于确保各种元素能够在合适的量级下溶解于钢中，避免在低温条件下形成不必要的固态相。

根据本发明的一些实施方式：所述BOF炉冶炼的出钢碳含量为0.65％～0.75％。

根据本发明的一些实施方式：所述BOF炉冶炼的出钢碳含量为0.65％～0.70％。

根据本发明的一些实施方式：所述BOF炉冶炼的出钢碳含量为0.70％～0.75％。

控制出钢中的碳含量，可以调整钢的强度和硬度，有助于平衡钢的韧性和塑性。过高的碳含量可能增加钢材的脆性，而低碳含量可能导致钢材的塑性下降。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明利用镁对钢中夹杂物进行处理后，明显降低了由于夹杂物作为疲劳裂纹源对材料疲劳性能的影响，相同疲劳载荷条件下疲劳寿命提高了15％。

附图说明

图1为实施例1中典型夹杂物形态；

图2为实施例1中金相组织形貌；

图3为实施例2中典型夹杂物形态；

图4为实施例2中金相组织形貌；

图5为对比例1中典型夹杂物形态；

图6为对比例1中金相组织形貌。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。

本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

实施例1

本实施例中Mg脱氧高性能75Cr1钢，由以下重量分数的元素组成:

C：0.72％，Si：0.25％，Mn：0.70％，Cr：0.450％，P≤0.033％，S≤0.033％，Mg：0.001％，Al：0.01％，余量为Fe及不可避免杂质。

本实施例Mg脱氧高性能75Cr1钢按照以下步骤生产：

S1、BOF炉冶炼，BOF炉冶炼的出钢温度为1650℃，出钢碳含量为0.65％；

S2、LF炉精炼，造还原渣精炼并实施合金化操作，炉渣二元碱度CaO/SiO2比率为5，渣中TFe≤0.5％；

S3、LF炉精炼出钢后钢中硫含量控制在0.002％，氧含量控制在0.001％，采用喂线方式将镁-铝合金包芯线加入到钢液中，镁-铝合金包芯线中重量百分比为：Al：65％，Mg：15％，余量为Fe，镁-铝合金包芯线的线芯重量为240克/米，镁-铝合金包芯线的喂入量为1.8米/吨钢，喂线速度控制在2.5米/秒；

S4、采用弧形连铸机生产。

对铸坯内部夹杂物进行元素分析如图1所示，夹杂物尺寸较为细小，形成了以CaS包裹、Mg-Al-O尖晶石为核心的复合夹杂物，夹杂物大多呈球形，尺寸约2微米，分布较为弥散。对热轧板金相组织进行分析可知，如图2所示，镁处理后的珠光体平均晶粒组织约为24微米，珠光体内渗碳体平均片层间距约为0.34微米。

实施例2

本实施例中Mg脱氧高性能75Cr1钢，由以下重量分数的元素组成:

C：0.75％，Si：0.28％，Mn：0.68％，Cr：0.60％，P≤0.034％，S≤0.034％，Mg：0.003％，Al：0.03％，余量为Fe及不可避免杂质。

本实施例Mg脱氧高性能75Cr1钢按照以下步骤生产：

S1、BOF炉冶炼，BOF炉冶炼的出钢温度为1665℃，出钢碳含量为0.75％；

S2、LF炉精炼，造还原渣精炼并实施合金化操作，炉渣二元碱度CaO/SiO2比率为5，渣中TFe≤0.5％；

S3、LF炉精炼出钢后钢中硫含量控制在0.004％，氧含量控制在0.002％，采用喂线方式将镁-铝合金包芯线加入到钢液中，镁-铝合金包芯线中重量百分比为：Al：45％，Mg：30％，余量为Fe，镁-铝合金包芯线的线芯重量为190克/米，镁-铝合金包芯线的喂入量为2米/吨钢，喂线速度控制在1.5米/秒；

S4、采用弧形连铸机生产。

对铸坯内部夹杂物进行元素分析如图3所示，夹杂物尺寸较为细小，形成了以CaS包裹、Mg-Al-O尖晶石为核心的复合夹杂物，夹杂物大多呈球形，尺寸约2微米，分布较为弥散。对热轧板金相组织进行分析可知，如图4所示，镁处理后的珠光体平均晶粒组织约为21微米，珠光体内渗碳体平均片层间距约为0.22微米。。

对比例1

本实施例中Mg脱氧高性能75Cr1钢，由以下重量分数的元素组成:

C：0.75％，Si：0.29％，Mn：0.68％，Cr：0.60％，P≤0.033％，S≤0.033％，Mg：0.0026％，Al：0.03％，余量为Fe及不可避免杂质。

本实施例Mg脱氧高性能75Cr1钢按照以下步骤生产：

S1、BOF炉冶炼，BOF炉冶炼的出钢温度为1655℃，出钢碳含量为0.70％；

S2、LF炉精炼，造还原渣精炼并实施合金化操作，炉渣二元碱度CaO/SiO2比率为5，渣中TFe≤0.5％；

S3、LF炉精炼出钢后钢中硫含量控制在0.005％，氧含量控制在0.002％，采用喂线方式将镁-铝合金包芯线加入到钢液中，镁-铝合金包芯线中重量百分比为：Al：45％，Mg：30％，余量为Fe，镁-铝合金包芯线的线芯重量为190克/米，镁-铝合金包芯线的喂入量为3米/吨钢，喂线速度控制在2米/秒；

S4、采用弧形连铸机生产。

对铸坯内部夹杂物进行元素分析如图5所示，夹杂物尺寸较为细小，形成了以较厚的MnS包裹、Mg-Al-O尖晶石为核心的复合夹杂物，形态不规则，尺寸约3.5微米，分布较为弥散。对热轧板金相组织进行分析可知，如图6所示，镁处理后的珠光体平均晶粒组织约为33微米，珠光体内渗碳体平均片层间距约为0.60微米。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种Mg脱氧高性能75Cr1钢，其特征在于，由以下重量分数的元素组成：

C：0.72％～0.75％，Si：0.25％～0.30％，Mn：0.65％～0.75％，Cr：0.45％～0.60％，P≤0.035％，S≤0.035％，Mg:0.001％～0.003％，Al：0.01％～0.03％，余量为Fe和不可避免的杂质。

2.一种如权利要求1所述的Mg脱氧高性能75Cr1钢的生产工艺，包括BOF炉冶炼、LF炉精炼以及弧形连铸机生产加工，其特征在于：

所述LF炉精炼工序为造还原渣精炼并实施合金化操作，炉渣二元碱度CaO/SiO2比率为3～5，渣中TFe≤0.5％，Ca处理结束后进行Mg处理，LF炉精炼出钢后钢中硫含量控制在0.002％～0.004％，氧含量控制在0.001％～0.002％，在LF炉真空脱气处理后加入镁-铝合金包芯线。

3.根据权利要求2所述的Mg脱氧高性能75Cr1钢的生产工艺，其特征在于，所述镁-铝合金包芯线为Al、Mg和Fe的组合，其中重量百分比为：Al：45％～65％，Mg：15％～30％，余量为Fe。

4.根据权利要求3所述的施工方法，其特征在于，采用喂线方式将所述镁-铝合金包芯线加入到钢液中，镁-铝合金包芯线的线芯重量为190克/米～240克/米，镁-铝合金包芯线的喂入量为1.8米/吨钢～2米/吨钢，喂线速度控制在1.5米/秒～2.5米/秒。

5.根据权利要求2所述的施工方法，其特征在于，所述BOF炉冶炼的出钢温度为1650℃～1665℃。

6.根据权利要求2所述的施工方法，其特征在于，所述BOF炉冶炼的出钢碳含量为0.65％～0.75％。