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38CrMoAl鋼生産工藝實踐
发布时间: 2016-04-29 來源:東北特鋼 浏覽人數:18695
 

 

  隨著現代冶煉工藝的成熟,連鑄技術裝配和生産技術水平的提高,高Al鋼在連續鑄鋼中的實踐,類似于38CrMoAl等鋼種由模鑄生産轉向于連鑄生産,爲煉鋼成本的降低起著重要作用。
  38CrMoAl鋼系高級氮化鋼,具有高耐磨性、高疲勞強度和相當大的強度。良好地耐熱性及耐腐蝕性能,被廣泛應用于受沖擊負荷不大,而在反複條件下的機械氮化零件,如自動車床主軸、蝸杆、精密齒輪、高壓閥門、滾子、仿模活塞杆、汽輪機上的調速器、轉動套、磨床主軸等哥哥耐磨件。
  38CrMoAl鋼廣泛應用于多個領域。該鋼種鋁含量極高,冶煉生産中容易産生高熔點的Al2O3和CaS夾雜,鋼水處理不到位,成分控制不理想,渣系調整不好,保護澆注未做充分,易造成連鑄生産結水口,難以實現順利澆注。
  水口結瘤不僅降低連鑄的生産效益,還是引起鋼鐵産品缺陷的主要原因。針對該鋼種可澆性差的現象,新余新良特殊鋼有限責任公司制訂了有效可行的冶煉,澆注工藝路線和控制措施,實現了該鋼種良好地可澆性。
  1 生産工藝
  新良特钢公司对38CrMoAl钢设计生産工藝流程为:600吨混铁炉→50tEBT炉(附有底侧吹工艺)→50tLF精炼→VD→R9m3机3流合金钢弧形连铸机(结晶器液面自动控制,结晶器电磁搅拌,铸坯断面250mm×250mm,汽水雾化冷却,PLC自动控制系统)→冷床缓冷→检查→入库。38CrMoAl的化学成分见表1.
表1 38CrMoAl的化學成分
成分,%
C
Si
Mn
Cr
Mo
Al
P
S
國標
0.35
0.42
0.2
0.45
0.30
0.60
1.35
1.65
0.15
0.25
0.70
1.10
≤0.035
≤0.035
內控
0.37
0.41
0.25
0.35
0.35
0.45
1.40
1.50
0.16
0.19
0.75
0.96
≤0.020
≤0.002
 
  38CrMoAl在生産工藝中过程控制十分重要,特别是高熔点夹杂物控制,保护浇注控制等对高铝钢影响尤为明显。
  2 工藝措施
  爲實現低成本戰略,由連鑄坯取代模鑄錠,可大大提高鑄坯的成材率,其工藝關鍵在解決可澆性的難題。
  2.1 電爐工藝控制與措施
  EBT初煉爐采用熱裝鐵水和廢鋼的配料原則,鐵水與廢鋼比例88%:12%,充分利用熱鐵水與氧反應放出的化學熱進行升溫冶煉,在電弧爐無需電極,也不供電的情況下達到冶煉效果,並由2支爐壁集束槍、2支側吹槍和2支底吹N2-Ar切換透氣芯來達到合理的供氧、攪拌及控制供氧強度的目的。使其熔清C含量控制在0.90%-1.2%範圍,避免鋼液産生過度氧化,從而在二次精煉過程中産生大量夾雜物。
  控制終點C在0.10%-0.18%範圍,P控制在≤0.015%,達到工藝出鋼溫度時,停氧由爐門噴吹碳粉進行脫氧,排盡爐渣方能出鋼。
  要求EBT爐內鋼液中氧脫至≤200ppm,出鋼過程將合金配至成分下限並隨鋼流加入,考慮Al具有強脫氧作用,注意鋼液回矽現象,Al按成品上限含量1.60%配入,且必須盡早隨鋼流一次性加入,可以使生成的Al2O3夾雜有充足的上浮時間,對鋼液的淨化及Al2O3的降低都有很好的效果。
  出鋼實施留鋼操作,嚴禁出鋼後期氧化渣進入精煉鋼包內,出鋼過程將隨鋼流加入的石灰、精煉渣等渣料,有利于LF爐提前快速形成泡沫渣,爲LF精煉工序提供良好條件。
  出鋼量必須嚴格控制,保證鋼包自由空間≥800mm,出鋼後包內溫度控制在1550-1590℃,有利于LF爐精煉快速成渣和VD良好地脫氣效果。
  2.2 LF精煉控制與措施
  爲提高精煉效果,減輕精煉爐的冶煉任務,在EBT爐爐後鋼包內將把化學成分調整到工藝控制要求的水平。
  1)合理供電曲線
  LF精煉過程中,精煉前期10min內石灰未完全成渣,形成泡沫渣要有一定的時間和合理的溫度,所以前期電流不宜過大,待基本形成泡沫渣後再調整供電電流,有利于把通電過程中經電極電離使大氣中N2氣吸入量得到有效控制,在整個精煉過程中,要求增氮量≤5ppm,精煉時間控制在55-65min,且白渣保護時間≥35min。
  2)吹Ar控制
  LF精煉過程中,吹氩攪拌起著均勻成分和溫度,促進鋼-渣界面反應,使夾雜物碰撞長大並加速夾雜物上浮等重要作用。在微調合金時,要合理調整氩氣流量,防止攪拌過大造成卷渣,並增加鋼中氣體及夾雜物,同時延長升溫時間;過小鋼液流動,夾雜物上浮速度慢,易造成成分、溫度不均勻現象發生,需要有合適的吹氩量,吹氩量的選擇在15-30m3/h爲宜,而實際操作中要根據鋼水溫度、透氣性能進行微調。吹氩攪拌以不裸露鋼液面而有輕微翻騰爲最佳。
  3)LF精煉造渣
  在LF爐冶煉過程中使用石灰(CaO含量≥92%)和螢石作爲造渣劑,采用電石、鋁粉、碳粉等強脫氧劑還原材料,形成具有良好流動性、高還原性、高堿度並以CaO-SiO2-Al2O3爲基礎的複合渣子,保證白渣中的MnO+FeO控制在≤0.5%。在充分還原的同時,將氧脫至12ppm,S控制在≤0.008%,保證Al2O3夾雜物的充分上浮,防止MnS的生成。不進行鈣處理,這是因爲Al含量太高,鋼中生成的Al2O3相對偏多,如果要達到適合的Ca/Al比,用常規的Ca變形,不僅會大大增加成本,也不容易生成低熔點的12CaO•7Al2O3等鈣鋁酸,反而生成高熔點産物,不利于夾雜物的去除,鋼水最終純淨度難以保證。
  2.3 VD工藝控制與措施
  VD處理總時間22-26min,高真空度(67pa)保持時間≥15min,處理過程中合理調節Ar流量,讓鋼水翻開渣面,有利于夾雜物的快速上浮和充分脫氣,經VD處理後靜吹氩時間≥15min,並取樣分析其渣系成分和鋼水成分,結果分別見表2和表3.
表2  渣系成分
爐號
Al2O3
CaO
SiO2
FeO
MgO
D52-2566
38.41
55.57
0.001
0.25
6.54
D52-2568
39.26
56.34
0.001
0.28
4.85
 
表3 鋼水經真空脫氣後主要成分%
爐號
C
Si
Mn
Cr
Mo
Al
P
S
N,ppm
O,ppm
H,ppm
D52-2566
0.38
0.28
0.40
1.50
0.18
0.96
0.015
0.002
45
12
1.1
D52-2567
0.39
0.27
0.39
1.48
0.19
0.93
0.012
0.001
44
11
1.2
D52-2568
0.37
0.29
0.41
1.45
0.18
0.94
0.014
0.002
42
12
1.0
D52-2569
0.40
0.27
0.42
1.47
0.17
0.96
0.012
0.002
43
10
1.2
D52-2570
0.38
0.29
0.43
1.16
0.18
0.95
0.011
0.001
40
11
1.3
D52-2571
0.38
0.28
0.41
1.48
0.18
0.95
0.012
0.002
36
10
1.1
 
  2.4 CC工藝控制與措施
  1)連鑄采用全程保護澆注,大包保證自動開澆,大包套管處使用密封墊圈並吹氩保護。
  2)開澆時中包保持幹淨、幹燥,烘烤良好,且必須使用氩氣吹掃中間包內的氩氣方能開澆,使用2支掃管同時吹掃。
  3)開澆後保證中間包鋼液面高度≥700mm,保持靜壓力,讓夾雜物有充足上浮時間,中包在線容量≥12t,加適量覆蓋劑確保渣面不發紅,中包覆蓋劑使用低矽高堿度覆蓋劑,減少吸氣、回矽及二次氧化。
  4)控制過熱度在30-45℃,確定合理的比水量二冷水及拉速,保證連鑄坯表面和內在質量,澆注拉速爲0.65-0.85m/min,全部使用液面自動控制。
  5)浸入式水口采用鋁锆質量且孔徑設爲φ35mm,使用密封墊圈進行保護,結晶器采用專用保護渣,熔化性能良好,無結渣等現象。
  3 實踐結果
  3.1 鋼水可澆性情況
  在准備條件充分的情況下,2015年5月試澆6爐,除首包未使用液面自動控制外,其余全部使用液面自動控制。可澆性良好,澆畢觀察浸入式水口內壁清潔良好,無結瘤現象,全Alt與Als最多相差0.002%,說明過程二次氧化少,鋼水純淨度高。
  3.2 鋼水潔淨度情況
  由于對S的控制,加上未喂鈣線,所以難于生成高熔點的CaS夾雜。由于Al屬一次性加入,且Al的量很高,所以在生産過程中,對LF爐爐渣中的Si全部被還原到鋼水中,造成增矽嚴重。
  實驗保證了VD處理時間,延長了LF爐冶煉時間及整個過程吹氩時間,對夾雜物上浮的數量相對增多,鋼水純淨度提高。
  3.3 鋼水鑄坯質量
  該實驗的6爐鋼化學成分全部符合表1要求,經軋材加工後最終産品均滿足用戶要求。鑄坯檢驗結果見表4,軋材檢驗結果見表5。
表4 铸坯檢驗結果
檢驗項目
中心疏松/級
縮孔/級
裂紋等其他缺陷/級
檢驗結果
≤1.0
≤1.5
 
表5  轧材檢驗結果
检 验
项 目
氣體,ppm
夾雜,級
機械性能
T[O]
[H]
[N]
A
B
C
D
检验 结 果
8-11
≤1.5
36-45
≤1.0
≤1.0
≤0.5
满足國標
 
  4 結語
  1)采用一次性盡早加入鋁,使Al2O3有充足的時間上浮。
  2)加強EBT爐的脫氧,有利于鋁收得率提高,生成的Al2O3數量更少。
  3)精煉過程造高堿度高還原性、流動性良好地白渣,充分吸附鋼中上浮的Al2O3夾雜物。
  4)控制鋼水中S含量≤0.002%,減少CaS生成。
  5)加大VD處理效果和軟吹氩時間,有利于夾雜物的上浮。
  6)連鑄實施全程保護澆注,加大中間包容量。
 
 摘選自《世界金屬導報》第54卷
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