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180t轉爐開發高等級汽車鍛件用鋼工藝
发布时间: 2016-07-29 來源:東北特鋼 浏覽人數:17462
 

 

  隨著我國汽車行業的蓬勃發展,對汽車零部件需求量越來越大,汽車鍛件是汽車制造業中的基礎安全件,曲軸、前軸、平衡軸、凸輪軸、半軸、十字軸、連杆、齒輪、同步齒環、轉向臂、轉向節、等速萬向節、搖臂、撥叉和爪極等鍛件廣泛運用于商用車的動力部分、行駛部分以及懸挂部分。從工藝零件看,一台商用車鍛件需求種類少則幾十種,多則百余種。有數據表明,一輛重型載貨汽車需求鍛件1t左右。進而對汽車鍛件用鋼材料的需求量日益增長,對産品的質量要求越來越高,氧含量作爲影響鋼材疲勞壽命的重要因素,越來越受到重視。本鋼轉爐生産汽車鍛件用鋼過程中對氧含量、硬度、夾雜物、力學性能、組織和末端淬透性都有嚴格要求,以42CrMo-1爲代表的超低氧汽車鍛件用鋼生産工藝,經過多年摸索及研究,氧含量控制逐漸趨于穩定,控制在[O]≤13×10-6,大大提高了汽車鍛件用鋼的疲勞壽命。
生産工藝流程
  本钢42CrMo-1汽车锻件用钢生産工藝流程为:高炉铁水→铁水预处理→轉爐冶炼→精煉炉LF→真空脱气RH→大方坯连铸350mm×470mm连铸坯→步进式加热炉加热→高压水除磷→粗轧机轧制→连轧机组→缓冷→精整→探伤→检验→入库。
  轉爐容量爲180t,從高爐來的鐵水進行嚴格的脫硫扒渣處理,滿足入爐鐵水[S]≤0.005%,[P]≤0.04%的要求。主要設備參數見表1。
表1 煉鋼廠主要設備參數
名稱
參數及功能
鐵水脫硫扒渣
脫硫粉劑爲鈍化鎂粉和石灰,吹煉速度8-14kg/min
轉爐
顶底复吹轉爐,容量150t,供氧时间14-16min
LF精煉
電極旋轉式雙工位165tLF爐,變壓器容量35MVA,溫升速率1-5℃
RH精煉
單工位RH-TB,六級真空泵,67Pa時抽氣能力爲600kg/h,循環速度130t/min
矩形坯連鑄機
弧形,4機4流,斷面350mm×470mm,中間包流量32t,拉速0.55m/min
煉鋼工藝
2.1 轉爐吹炼
  为了适应轉爐快节奏,提高汽车锻件用钢的疲劳寿命和质量,要最大限度地控制汽车锻件用钢中原始氧含量,所以要使轉爐终点的氧含量最低,以提高42CrMo-1钢纯净度。出钢过程中加入足量的铝进行脱氧处理。
  首先,对汽车锻件用钢的夹杂物生成机理进行热力学分析,确定夹杂物的生成和控制条件。然后根据轉爐终点碳和氧含量情况,在出钢过程中确定该钢种的合金加入顺序及加入量。而且铝的加入量根据钢水终点碳含量确定,碳含量高时,降低Al的加入量。确保在良好脱氧条件下,减少钢中夹杂物的生成量,以提高钢的洁净度。
  根據本鋼的實際生産條件,一般42CrMo-1鋼出鋼加鋁過程在加完增碳劑條件下進行,此時[O]≤0.06%,因此,以鋁脫氧可以獲得較低的溶解氧水平,現場實際生産條件下,鋼中會有較多的Al2O3夹杂物生成,在精煉中要进行Ca处理,对Al2O3夾雜物進行改性。
2.2 LF-RH精煉
  LF采用白渣操作,造渣前,将[Alt]调至標准上限。造渣材料采用萤石、活性石灰、精煉渣CaO-SiO2-Al2O3系,先加入螢石,再一次性加入活性石灰,要保證所有加入的石灰完全化開。脫氧劑(鋁粒、碳粉等)在石灰完全化開後根據爐渣的脫氧程度一次適量加入,要造成還原渣,保證白渣的形成及維持。在保證渣流動性的條件下,控制渣堿度和渣中的氧勢。
  炉渣的氧势对脱氧过程影响极大,而降低炉渣氧势的可靠措施就是降低炉渣中FeO+MnO含量并提高碱度,因此,要控制FeO+MnO≤1%,即可得白渣,并达到15min以上。然后合金化,用高猛、高铬、硅铁、钼铁等将Mn、Cr、Si、Mo成分达到標准範圍,全程进行吹氩气搅拌,电极升温不低于25min。LF精煉处理时间为40min-45min,LF后控制[Alt]在0.01%-0.02%,然后转至RH精煉。
  RH精煉为抽真空过程,在郊氝的真空度下真空脱气,以保证托起效果和促进夹杂物杉殹,要求循环20min以上,成分调整至满足內控要求后,吹氩气搅拌,使钢中的夹杂物进一步杉殹进入渣中,提高了钢水纯净度。处理后期加入铝丸调整钢水中Alt含量,随后合金均匀化。
  在進行鈣處理後,從理論上講,隨著鈣含量的增加,反應産物應該是按C·A6→C·A2→C·A→C12·A7的順序變化。爲得到理想的低熔點鈣鋁酸鹽夾雜物,需嚴格控制加入鋼水的鈣量。鈣量小,Al2O3無法轉變爲液態鋁酸鈣;鈣量過大,則有可能生成CaO。
2.3 矩形坯連鑄
  鋼包要密封好,采用大包覆蓋劑、中間包覆蓋劑、高堿度中包渣,中間包內氩氣保護澆鑄。中間包渣要勤加入,嚴禁鋼液面裸露,做好長水口密封,以及侵入式水口,進行保護澆注,防止鋼水的二次氧化。加強鋼包、中間包耐火襯的隔熱保溫性能,減少襯體散熱造成的溫降,中間包溫度控制在1508℃左右,控制連1爐次過熱度≤28℃,其他爐次過熱度控制在22℃左右,拉速與過熱度相配,控制在0.50m/min左右。通過一系列的控氧措施,使成品汽車鍛件用鋼氧含量控制在[O]≤13×10-6的要求,統計20爐成品42CrMo-1鋼平均氧含量爲11×10-6
2.3.1 結晶器電磁攪拌
  本钢炼钢厂矩形坯連鑄機都配置了結晶器電磁攪拌(M-EMS)。大幅降低钢液的过热度,缩短凝固时间,从而产生宽且細的等轴晶区;使凝固前沿强制对流,打碎凝固前沿的树枝晶,树枝晶的碎片重新熔化,降低了钢水温度,增加了等轴晶核心,封锁了柱状晶前沿的发展,形成了宽大的等轴晶区。钢液的搅动使液芯由外向内的温度梯度减小,四周结晶均匀发展,从而提高铸坯断面上的等轴晶率,使偏析元素均匀分布,避免溶质元素集聚,最终改善铸坯的偏析。
2.3.2 末端電磁攪拌
  末端電磁攪拌安装在凝固率fs=0.7-0.8的位置,进一步細化等轴晶,促进柱状晶向等轴晶转化,产生宽而細的等轴晶区,使之能致密充满凝固末端;减少二次枝晶的臂间距,以控制粘稠区的渗透性。并能保持粘稠区的流动以及温度与成分的均匀。因此,可以明显减轻宏观偏析。抽取20炉缸,每炉钢取一支试样,采用氧化法进行晶粒度检验,经930℃温度下保温3h、水淬。采用15%的盐酸乙醇溶液进行腐蚀,在显微镜下观察没有混晶现象,晶粒度为7级。由于热加工温度、初轧和终轧温度控制较好,所以晶粒较細,没有混晶现象。
  不同攪拌強度時,凝固鋼中碳含量的變化表明,攪拌強度增強時,鑄坯中的負偏析程度也加劇。當鑄坯離開電磁攪拌區時,凝固鋼中的碳含量會高于無電磁攪拌時的碳含量,發生了“正偏析”。攪拌強度越高,越容易發生正偏析。
2.3.3 動態輕壓下
  本鋼煉鋼廠從2010年開始,在矩形坯上投輕壓下,通過在連鑄坯液芯末端附近施加壓力,産生一定的壓下量來補償鑄坯的凝固收縮量。這一方面可消除或減少鑄坯收縮形成的內部孔隙,防止晶間富集溶質的鋼液向鑄坯中心橫向流動;另一方面輕壓下所産生的擠壓作用,還可以促使液芯中心富集溶質的鋼液沿拉坯方向反向流動,使溶質元素在鋼液中重新分配。從而使鑄坯的凝固組織更加均勻致密,達到改善中心偏析和減少中心疏松的目的。
  本鋼42CrMo-1汽車鍛件用鋼采用在2、3、4輥上分別壓下4mm、4mm和4mm,總壓下量爲12mm,鑄坯疏松、縮孔明顯減輕,等軸晶率平均達到58%。
2.4 矩形坯軋制
  轉爐矩形坯加热4个小时后,1000℃的开轧温度进入返回式初轧机,初轧机采用二辊可逆式轧机,经十二架大棒机组后出成品,再进行48h保温后经漏磁探伤检测,确定没有表面缺陷,进行物理性能检验,各项指标检验全部杭汃后打包入库。
  表2、表3分別爲成品夾雜物、力學性能檢驗結果。
表2 42CrMo-1鋼的非金屬夾雜物

範圍
A類/級
B類/級
C類/級
D類/級
最大值
1.5
1.0
0.5
0.5
0
0
0
0
最小值
1.5
1.0
0.5
0.5
0
0
0
0
平均值
1.5
1.0
0.5
0.5
0
0
0
0

表3 42CrMo-1鋼的力學性能
範圍
Rm,N/mm2
Rel,N/mm2
A%
Z%
KU2,J
最大
1146
1031
15.5
58
88
最小
1122
1019
13.5
55
84
平均
1135
1124
14
56
85
 
化學成分
  化學成分是影响钢材性能的主要因素,在工艺技术稳定的情况下,化學成分窄带控制、稳定性、均匀性是保证钢材性能的前提条件。在实际生产中采用包内合金化与RH成分微调相结合,化學成分控制及成品成分见表4。
表4 42CrMo-1钢的化學成分

成分%
C
Si
Mn
P
S
Cr
Mo
Ni
Cu
Alt
標准
0.37~0.42
0.15~0.35
0.60~0.90
≤0.025
0.015~0.030
0.90~1.20
0.16~0.25
≤0.30
≤0.20
0.020~0.060
放行
0.37~0.39
0.15~0.35
0.70~0.77
≤0.025
0.015~0.030
1.06~1.13
0.16~0.20
≤0.20
≤0.15
0.025~0.055
內控
0.37~0.39
0.20~0.30
0.71~0.76
≤0.020
0.016~0.028
1.07~1.12
0.17~0.19
≤0.10
≤0.10
0.030~0.050
目標
0.38
0.25
0.74
≤0.015
0.020
1.10
0.18
≤0.05
≤0.05
0.038
成品平均
0.38
0.26
0.745
0.012
0.020
1.11
0.18
0.02
0.008
0.040

結論
  1)轉爐过程鸭汃控制下渣量,控制出钢温度,详細研究了Al2O3的热力学反应。精煉过程采用白渣操作,对钙处理做了详細计算,连铸过程采用結晶器電磁攪拌、末端電磁攪拌和動態輕壓下等设备,得到成分、组织均匀的42CrMo-1汽车用钢铸坯;
  2)铸坯经过加热、初轧及连轧机组后得到表面质量好、内部夹杂物細小且均匀分布、晶粒度細小、没有混晶现象、组织均匀的钢材;
  3)化學成分实行窄带鸭汃控制,确保化學成分均匀性,经过鸭汃的工艺控制和产品性能检验,得到了42CrMo-1汽车用钢铸坯。
 
 
 
摘選自《世界金屬導報》2016年12期
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