TWI384081B - Manufacture of Medium Carbon and Sulfur Series Fast Cutting Steel - Google Patents

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Description

中碳硫系快削鋼之製造方法
本發明是有關於一種轉爐煉鋼的製造方法，特別是指一種中碳硫系快削鋼的製造方法。
目前中碳硫系快削鋼主要應用於馬達軸心或一般機械用軸心的製造，在性能上，利用硫含量的添加，可有效改善快削鋼的切削性質，於是，利用轉爐煉製中碳硫系快削鋼，可將硫含量控制在規格範圍之內，也可加快煉製中碳硫系快削鋼的速度。
習知中碳硫系快削鋼之製造方法，包含一備料步驟、一轉爐煉鋼步驟、一精煉步驟，及一澆鑄步驟。
該備料步驟是準備一由含鐵礦石熔融而成的鐵水。
該轉爐煉鋼步驟是將該鐵水在轉爐內通入含氧氣體，以氧化燃燒反應進行煉製，得到一含碳、硫的鋼液，及一鋼渣。
該精煉步驟是在該鋼液中添加酸性渣，並吹入惰性氣體攪拌，且添加增碳劑，進行硫含量的調整和脫氧，得一中碳含硫鋼液。
該澆鑄步驟是待該中碳含硫鋼液的反應完成，且達到預定組成成份時，進行澆鑄，得到一中碳硫鋼胚。
以轉爐煉鋼的特徵在於：不容易將過多的硫去除，使硫溶於鐵水與鋼液內，並以硫化鐵(FeS)的方式存在，因此，在精煉步驟中必須添加含有氧化鈣(CaO)和二氧化矽 (SiO2 )等的酸性渣，使在該鋼液中的硫化鐵(FeS)與氧化鈣(CaO)反應生成硫化鈣(CaS)，成為鋼產浮在該鋼液上，等待分離，藉此達到控制該鋼液中的硫合量。
然而大量添加酸性渣，亦會增加鋼渣中二氧化矽(SiO2 )的含量，阻礙存在於該鋼液中的矽與氧反應，導致鋼液中的矽無法以矽脫氧，而使得該鋼液中的含氧量過高。
如此，為了在該精煉過程中進行脫氧，必須加入例如是鋁、矽等脫氧劑，進行脫氧，然而添加鋁進行脫氧，容易在澆鑄口產生鋁氧化物的堆積，所以利用惰性氣體進行攪拌，可保持該中碳硫系鋼液的良好流動性，防止鋁氧化物在澆鑄口堆積。
然而，在利用惰性氣體攪拌的時候，鋼液內容易有大量的氣泡產生，導致澆鑄後在中碳硫鋼胚的表皮及次表皮有針、氣孔的缺陷，而使得在後續的軋延過程中有針縫、線縫及夾渣等缺陷在小鋼胚的表面形成，故必須經過長時間的表面研磨加工，去除表面缺陷，才能達到客戶要求的品級，對於加工的成本及產線生產的能力均有不良的影響和浪費。
因此，本發明之目的，即在提供一種能夠改善轉爐煉鋼過程以避免鋼胚表面有缺陷形成的中碳硫系快削鋼之製造方法。
於是，本發明之中碳硫系快削鋼之製造方法，包含一備料步驟、一轉爐煉鋼步驟、一酸鹼控制步驟、一精煉步 驟，及一澆鑄步驟。
該備料步驟是準備一由含鐵礦石熔融而成的鐵水。
該轉爐煉鋼步驟是將該鐵水在轉爐內通入含氧氣體煉製，得到一含碳與硫的鋼液，及一鹼性的鋼渣。
該酸鹼控制步驟是去除該鹼性鋼渣，將該鋼液倒入盛鋼桶，並在該鋼液內添加一含矽與錳的添加劑，得一含碳、硫與錳的鋼液，及一含矽的酸性鋼渣。
該精煉步驟是在該鋼液中添加該矽鐵合金，並控制該鋼液的自由氧含量不大於25ppm，且添加增碳劑和硫化鐵調整該鋼液的組成，得一碳含量為0.4~0.48%且硫含量不小於0.24%的中碳含硫鋼液。
該澆鑄步驟是將該酸性鋼渣去除，並調整該中碳含硫鋼液溫度至一待澆鑄溫度，且在一與該中碳含硫鋼液凝固溫度相差不大於45℃的澆鑄溫度進行澆鑄，得到一中碳硫鋼胚。
本發明之功效在於：以轉爐煉鋼法煉製中碳硫系快削鋼，避免在煉製過程中添加酸性渣，而輕易的控制硫含量，並且在不高於凝固溫度45℃內的範圍內進行澆鑄，以避免中碳硫鋼胚成型時在表面形成針、氣孔等缺陷。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。
參閱圖2，本發明中碳硫系快削鋼之製造方法之一較佳 實施例，包含一備料步驟、一轉爐煉鋼步驟、一酸鹼控制步驟、一精煉步驟，及一澆鑄步驟。
該備料步驟是準備一由含鐵礦石熔融而成的鐵水。該含鐵礦石的組成包括磁鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦等的鐵礦石，該鐵礦石是透過高爐煉製後，得到含有碳、矽、錳、磷、硫等雜質的鐵水。
該轉爐煉鋼步驟是將該鐵水在一鹼性轉爐(Basic Oxygen Furnace；BOF)內通入含氧氣體進行煉製，在該轉爐內利用碳、矽、錳、磷、硫等雜質對氧的親和力比鐵強的化學性質，在轉爐內通入大量的氧氣，進行氧化燃燒的反應，並添加含錳合金，穩定硫含量，如此，使多數的雜質形成塩基性的氧化物，浮在已分離出雜質的鋼液上，並成為一鹼性鋼渣等待分離，而位於下層的鋼液則形成一含碳、硫的鋼液。
該酸鹼控制步驟，利用一比重介於該鋼渣和該鋼液之間的渣鏢阻擋該鹼性鋼渣，將含碳、硫的該鋼液倒入盛鋼桶中，然後，在該鋼液內添加一含矽與錳的添加劑，使矽與該鋼液中的氧進行反應，其目的在於以矽將該鋼液中的氧去除，並形成酸性的二氧化矽(SiO2 )鋼渣，再利用錳元素穩定該鋼液中的硫含量，因此，得到一含碳、硫與錳的鋼液，及一含矽的酸性鋼渣。
該精煉步驟是對含碳、硫與錳的該鋼液通入高純度的氬氣進行攪拌，並在該鋼液中添加矽鐵，使矽鐵與該鋼液內的氧直接進行矽與氧的氧化反應，且控制該鋼液的自由 氧含量不大於25ppm，並添加增碳劑、硫化鐵及含錳合金，調整該鋼液中的碳、硫及錳含量，使鋼液的碳含量為0.4~0.48%、硫含量為0.24~0.33%、錳含量在1.35~1.65%，且磷含量不大於0.030%。
在此特別一提的是，本發明是利用鹼性轉爐煉製一種中碳硫系快削鋼，故在該轉爐步驟和該精煉步驟時，不須額外添加酸性渣，而是利用增碳劑和硫化鐵的添加控制該鋼液中的碳與硫含量，達到碳含量為0.4~0.48%，及硫含量為0.24~0.63%。而脫氧和穩定硫含量的控制方式則是在該酸鹼控制步驟利用下列二種方式，達到穩定控制硫含量：1.控制出鋼時，鋼渣的酸鹼度：在該酸鹼控制步驟中，利用渣鏢擋住鹼性鋼渣，防止鹼性鋼渣流入盛鋼桶，並且在鋼液中加入矽鐵，使得矽與鋼液中的自由氧產生反應，生成酸性的二氧化矽(SiO2 )鋼渣，如此，可避免額外添加具有氧化鈣的酸性渣與該鋼液中的硫反應。
2.添加與硫親和力強的元素：在該鋼液中添加錳元素，並利用錳與硫的親和力大於鐵之化學性質，生成硫化錳(MnS)溶於該鐵水內，而不與鐵反應進入該鋼液內。
如此，利用中碳含硫快削鋼對硫含量的需求和硫本身的化學性質便可穩定地控制硫含量和氧含量，也可避免酸性渣的添加。
當該鋼液在該精煉步驟中用來進行氧化作用的氧含量被嚴格控制在自由氧含量不大於25ppm後，並不需要添加太多的鋁幫助脫氧反應，因此，在該精煉步驟中，將該鋼液的鋁含量控制在不大於0.01%時，能夠有效避免鋁氧化物在澆鑄口形成堆積，如此，可避免吹入大量惰性氣體時，大幅度的攪動已煉製好的該中碳含硫鋼液，而使該中碳含硫鋼液產生過多的氣泡，當該鋼液的鋁含量為0.002~0.004%時，不需要添加入任何惰性氣體，就可以維持該鋼液和該中碳含硫鋼液的流動性，且不會造成澆鑄口的堵塞。
該澆鑄步驟是先等待該中碳含硫鋼液反應完成，去除浮在該中碳含硫鋼液表面的酸性鋼渣，並調整該中碳含硫鋼液溫度至一待澆鑄溫度，該待澆鑄溫度是等於40℃加上等待澆鑄所需時間與單位時間之溫度損失的乘積，再加上該中碳含硫鋼液的凝固溫度的總合。在本實施例中，該溫度損失值是每等待2分鐘下降1℃。
如此，使待澆鑄的中碳含硫鋼液在等待溫度下降的過程中，也能讓該中碳含硫鋼液內的氣泡上升，並降低其流動性，避免該中碳含硫鋼液中有過多的氣泡在表面生成，並在一與該中碳含硫鋼液凝固溫度相差不大於45℃的澆鑄溫度進行澆鑄，得到一中碳硫鋼胚。
如上所述，利用在該酸鹼控制步驟，去除鹼性鋼渣，在該鋼液內添加一含矽與錳的添加劑，進行脫氧和穩定硫含量，得一含碳、硫與錳的鋼液，及一含矽的酸性鋼渣， 然後在該精煉步驟添加矽鐵、增碳劑和硫化鐵，並控制自由氧的含量不大於25ppm，且控制硫含量，而在該澆鑄步驟中，以一與該中碳含硫鋼液凝固溫度相差不大於45℃的澆鑄溫度進行澆鑄，得到一具有極少量針、氣孔之缺陷的中碳含硫鋼胚。
歸納上述，本發明之中碳硫系快削鋼之製造方法，利用該轉爐步驟以鹼性轉爐進行氧化燃燒的煉製，並在該酸鹼控制步驟進行鋼渣的酸鹼度控制，在該精煉步驟添加矽鐵、增碳劑和硫化鐵，並控制自由氧的含量不大於25ppm，調整該鋼液的組成得到碳含量為0.4~0.48%且硫含量為0.24~0.33%的中碳含硫鋼液，而在該澆鑄步驟中以一與該中碳含硫鋼液凝固溫度相差不大於45℃的澆鑄溫度進行澆鑄，得到一具有極少量針、氣孔之缺陷的中碳含硫鋼胚，故確實能達到本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
21‧‧‧備料步驟
22‧‧‧轉爐煉鋼步驟
23‧‧‧酸鹼控制步驟
24‧‧‧精煉步驟
25‧‧‧澆鑄步驟
圖1是一流程圖，說明本發明中碳硫系快削鋼之製造方法之一較佳實施例。
21‧‧‧備料步驟
22‧‧‧轉爐煉鋼步驟
23‧‧‧酸鹼控制步驟
24‧‧‧精煉步驟
25‧‧‧澆鑄步驟

Claims (7)

  1. 一種中碳硫系快削鋼之製造方法，包含：一備料步驟，準備一由含鐵礦石熔融而成的鐵水；一轉爐煉鋼步驟，將該鐵水在轉爐內通入含氧氣體煉製，得到一含碳與硫的鋼液，及一鹼性的鋼渣；一酸鹼控制步驟，去除該鹼性鋼渣，將該鋼液倒入盛鋼桶，並在該鋼液內添加一含矽與錳的添加劑，得一含碳、硫與錳的鋼液，及一含矽的酸性鋼渣；一精煉步驟，在該鋼液中添加矽鐵，並控制該鋼液的自由氧含量不大於25ppm，且添加增碳劑和硫化鐵調整該鋼液的組成，得一碳含量為0.4~0.48%且硫含量不小於0.24%的中碳含硫鋼液；以及一澆鑄步驟，將該酸性鋼渣去除，並調整該中碳含硫鋼液溫度至一待澆鑄溫度，且在一與該中碳含硫鋼液凝固溫度相差不大於45℃的澆鑄溫度進行澆鑄，得到一中碳硫鋼胚。
  2. 依據申請專利範圍第1項所述中碳硫系快削鋼之製造方法，其中，該精煉步驟的該鋼液的鋁含量不大於0.01%。
  3. 依據申請專利範圍第2項所述中碳硫系快削鋼之製造方法，其中，分別在該轉爐步驟和該精煉步驟添加一含錳合金。
  4. 依據申請專利範圍第3項所述中碳硫系快削鋼之製造方法，其中，該精煉步驟的該鋼液的硫含量為0.24~0.33%。
  5. 依據申請專利範圍第4項所述中碳硫系快削鋼之製造方法，其中，該精煉步驟的該鋼液的鋁含量為0.002~0.004%。
  6. 依據申請專利範圍第5項所述中碳硫系快削鋼之製造方法，其中，該精煉步驟的該中碳含硫鋼液的錳含量為1.35~1.65%，及磷含量為不大於0.030%。
  7. 依據申請專利範圍第1或6項所述中碳硫系快削鋼之製造方法，其中，該澆鑄步驟的待澆鑄溫度是等於40℃加上等待澆鑄所需時間與單位時間之溫度損失的乘積，再加上該中碳含硫鋼液的凝固溫度的總合。
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