非調(diào)質(zhì)曲軸鋼lf精煉工藝研究

非調(diào)質(zhì)曲軸鋼lf精煉工藝研究

非調(diào)質(zhì)鋼通過(guò)在研磨和研磨過(guò)程中分離細(xì)鐵粉碳或氮化物，從而達(dá)到分散的目的，可達(dá)800.100ma。非調(diào)質(zhì)鋼利用這一特點(diǎn),具有節(jié)能、簡(jiǎn)化生產(chǎn)工序及產(chǎn)品質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)連桿、曲軸、驅(qū)動(dòng)軸等零件和結(jié)構(gòu)件。2006年以前,本溪鋼鐵集團(tuán)公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)本鋼)主要通過(guò)電爐流程生產(chǎn)該類(lèi)鋼種。2005年底,本鋼350mm×470mm矩形坯連鑄機(jī)投產(chǎn)以后,開(kāi)始研究轉(zhuǎn)爐流程生產(chǎn)該類(lèi)鋼種。目前,48MnV-C非調(diào)質(zhì)曲軸鋼已在轉(zhuǎn)爐流程中批量生產(chǎn)。在生產(chǎn)過(guò)程中,采用了BOF(公稱(chēng)容量150t)與LF、RH不同組合方式,發(fā)現(xiàn)其鋼中氫、氮含量控制結(jié)果差異較大,本文對(duì)此進(jìn)行研究。148鋼水增氮技術(shù)48MnV-C非調(diào)質(zhì)曲軸鋼生產(chǎn)執(zhí)行本鋼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)BX508-2006,主要化學(xué)成分如表1所示。由表1可見(jiàn),48MnV-C鋼中氮含量要求較高,需要進(jìn)行鋼水增氮操作。氮是非調(diào)質(zhì)鋼中經(jīng)濟(jì)而有效的微合金化元素,釩是非調(diào)質(zhì)鋼最常用、最有效的強(qiáng)化元素。氮增強(qiáng)了非調(diào)質(zhì)鋼中釩的沉淀強(qiáng)化作用,大幅度提高鋼的強(qiáng)度。充分利用廉價(jià)而豐富的氮,在保證一定的強(qiáng)度下,可節(jié)約價(jià)格昂貴的釩合金,進(jìn)一步降低非調(diào)質(zhì)鋼的成本。2鋼水預(yù)算的制定2.1確定含氮地層常用的鋼水增氮方法有2種,均是在精煉工序進(jìn)行。一種方法是通過(guò)鋼包透氣磚向液態(tài)鋼水中吹氮?dú)?或通過(guò)采用氮?dú)庾鯮H驅(qū)動(dòng)氣來(lái)對(duì)鋼液進(jìn)行增氮。另一種方法是向鋼液中加入含氮合金?？紤]到現(xiàn)有精煉裝置沒(méi)有吹氮?dú)膺M(jìn)行鋼水增氮功能,因此,采用了氮合金化增氮操作,采用的氮化錳合金含氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%～4.0%。2.2氮和釩合金化48MnV-C非調(diào)質(zhì)曲軸鋼生產(chǎn)工藝流程為“轉(zhuǎn)爐→精煉→矩形坯連鑄”,氮和釩的合金化在精煉工序進(jìn)行。本鋼煉鋼廠現(xiàn)有LF和RH精煉設(shè)備,因此,可以考慮的精煉工藝組合有兩種方式,一是LF精煉法,二是RH與LF雙聯(lián)法。3試驗(yàn)結(jié)果與討論3.1鐵水硫改良劑由表1可見(jiàn),48MnV-C鋼對(duì)鋼中硫含量有一定范圍要求,再考慮到后續(xù)有LF精煉控制措施。因此,要求鐵水硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于0.035%。轉(zhuǎn)爐出鋼要擋渣,以利于LF造渣精煉。轉(zhuǎn)爐出鋼過(guò)程要完成鋼中碳、硅、錳、鉻、釩元素的第一次合金化,其鋼中含量要為精煉工序的成分調(diào)整留有余地,特別是錳,要考慮LF加氮化錳增氮時(shí)的增錳量。3.2生產(chǎn)工序鋼含量的變化生產(chǎn)實(shí)踐表明:只經(jīng)LF精煉并氮合金化處理,鋼中氮含量控制非常穩(wěn)定。但在軋材檢驗(yàn)時(shí),發(fā)現(xiàn)軋材中產(chǎn)生“白點(diǎn)”缺陷的比率比較高。通過(guò)化學(xué)分析檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn),此時(shí)鋼材中氫含量比較高。以某兩連澆6爐試驗(yàn)數(shù)據(jù)為依據(jù),分析如下:1)鋼中氮含量。采用LF精煉法時(shí),各生產(chǎn)工序鋼中氮含量變化如表2所示。由表2可見(jiàn),中間包的鋼中w(N)波動(dòng)范圍較窄,在(108～134)×10-6,平均為120×10-6。2)鋼中氫含量。采用LF精煉法時(shí),各生產(chǎn)工序鋼中氫含量變化如表3所示。由表3可見(jiàn),在LF精煉前,鋼水中氫含量就已經(jīng)較高,平均w(H)已達(dá)4×10-6;再經(jīng)LF精煉處理,鋼水中w(H)又平均增加了1×10-6,達(dá)到了5×10-6左右。這么高的氫含量,足以導(dǎo)致鋼材產(chǎn)生“白點(diǎn)”缺陷。本鋼轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)特殊鋼的優(yōu)勢(shì)在于轉(zhuǎn)爐采用的鋼鐵料90%是鐵水,其鐵水中有害元素Pb、Sb、As、Sn、Bi及Ni、Cr、Mo、Cu等殘余元素含量非常低,生產(chǎn)效率高等。但不足之處在于生產(chǎn)原材料的干燥程度不能完全滿(mǎn)足要求。因此,造成在LF精煉前鋼水中氫含量偏高。3.3rh真空循環(huán)脫氫采取RH與LF雙聯(lián)法,是為避免僅采用LF精煉處理的48MnV-C鋼時(shí),其鋼中氫含量較高,造成軋材上出現(xiàn)“白點(diǎn)”缺陷的問(wèn)題。利用RH真空循環(huán)脫氫,降低鋼中氫含量,進(jìn)而達(dá)到避免鋼材產(chǎn)生“白點(diǎn)”缺陷。但如何組合LF和RH精煉次序、對(duì)脫氮又有何影響,這還需要進(jìn)一步研究。3.3.1rh脫氣前后鋼中氮含量的變化在生產(chǎn)X70管線鋼和GCr15軸承鋼時(shí),采用了LF+RH組合方式。取3爐X70鋼和5爐GCr15鋼數(shù)據(jù)(均選取了RH精煉前鋼水氮含量較高的爐次分析),其鋼中氮含量平均值變化如圖1所示。由圖1可見(jiàn),經(jīng)RH脫氣后,鋼水脫氮率在40%左右。考慮到RH脫氫的同時(shí),也有40%左右(生產(chǎn)中,脫氮率波動(dòng)范圍較大、不穩(wěn)定)的脫氮作用,因此,沒(méi)有采用先LF后RH這種精煉組合方式來(lái)生產(chǎn)48MnV-C鋼。3.3.2rh+lf精制法根據(jù)Sievere法則,RH真空脫氫時(shí),鋼水中氫含量與真空室中氫氣分壓的平方根成正比。在RH真空室內(nèi),在驅(qū)動(dòng)氣體氬氣的作用和真空脫碳生產(chǎn)的CO氣體的作用下,鋼液中的氫向上述氣泡中擴(kuò)散從而使脫氫反應(yīng)(H2=2[H])激烈地進(jìn)行,從而達(dá)到脫氫的目的。RH精煉后,再經(jīng)LF精煉調(diào)整化學(xué)成分和溫度,其中包括鋼水氮含量的調(diào)整。在增氮的同時(shí),鋼水氫含量將會(huì)隨之增加。在本鋼現(xiàn)有生產(chǎn)條件下,在LF精煉過(guò)程中,無(wú)論鋼水原始含氫量高低,都存在增氫趨勢(shì),平均增氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1×10-6(見(jiàn)表3)。以另外某兩個(gè)澆次7爐試驗(yàn)數(shù)據(jù)為依據(jù),分析如下:1)鋼中氮含量。RH精煉過(guò)程中,可對(duì)與目標(biāo)成分相差較大的元素進(jìn)行微調(diào),但硫、氮不在此調(diào)整。LF精煉時(shí),先調(diào)整溫度,同時(shí)造還原渣降低鋼中氧含量,然后合金化。成分調(diào)整次序?yàn)?碳→錳→硅→鉻→鋁→釩→氮→硫。注意錳的調(diào)整,在加入氮化錳前,錳的調(diào)整要留有余地。經(jīng)RH真空脫氣后,鋼水中w(N)=(25～50)×10-6。采用氮化錳增氮,每加100kg氮化錳可使鋼中w(N)增加(10～12)×10-6。RH+LF精煉組合方式的鋼水增氮結(jié)果如表4所示。通過(guò)加入氮化錳進(jìn)行氮合金化,可以穩(wěn)定地控制鋼水w(N)在(110～132)×10-6,平均值120×10-6。大批量生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為:成品鋼中w(N)在(108～134)×10-6,平均為120×10-6。在LF精煉末期喂鈣包芯線進(jìn)行鈣處理,然后喂硫包芯線調(diào)鋼中硫含量。最后進(jìn)行鋼包“軟吹氬”操作,吹氬時(shí)間5～10min。2)鋼中氫含量。采用RH+LF精煉法時(shí),各生產(chǎn)工序鋼中氫含量變化如表5所示。由表5可見(jiàn),與表3相似,在RH真空脫氣前,鋼包鋼水w(H)就已比較高,平均已達(dá)5×10-6;經(jīng)RH真空脫氣后,鋼水w(H)明顯降低。在真空值200Pa以下,脫氣20min左右時(shí),鋼水w(H)可脫至1×10-6以下,平均0.7×10-6;在LF精煉及氮合金化過(guò)程中,鋼水中w(H)平均增加了1×10-6左右;中間包鋼水中w(H)平均為1.9×10-6,最大2.4×10-6。生產(chǎn)實(shí)踐表明:在本鋼現(xiàn)有生產(chǎn)條件下,目前的鋼中氫含量沒(méi)有發(fā)現(xiàn)鋼材“白點(diǎn)”缺陷。3.4中間包內(nèi)鋼中的水氫含量中間包、長(zhǎng)水口等要密封并吹氬,防止鋼水二次氧化。由表4可見(jiàn),在連鑄工序,鋼水氮含量也幾乎沒(méi)有改變,中間包內(nèi)鋼中氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)在(110～132)×10-6,平均值為120×10-6。由表5可見(jiàn),在連鑄工序,鋼水氫含量幾乎沒(méi)有改變。另外,中間包過(guò)熱度控制在30℃左右,鑄坯拉速控制在0.56～0.62m/min。3.5生產(chǎn)的48mnv-c非調(diào)質(zhì)軸采用“轉(zhuǎn)爐→RH+LF精煉→矩形坯連鑄”生產(chǎn)工藝流程,生產(chǎn)的48MnV-C非調(diào)質(zhì)曲軸鋼,其軋材的“白點(diǎn)”缺陷率為0。而在精煉工序只采用LF處理,其生產(chǎn)的48MnV-C鋼材出現(xiàn)“白點(diǎn)”缺陷率高達(dá)35%。4內(nèi)鋼液質(zhì)量分?jǐn)?shù)1)采用“轉(zhuǎn)爐→RH+LF精煉→矩形坯連鑄”生產(chǎn)工藝流程,在LF采用氮化錳合金進(jìn)行增氮的方