一種齒輪鋼棒材氮化鈦夾雜物的控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種齒輪鋼棒材氮化鈦夾雜物的控制方法，采用“轉爐冶煉一LF精煉一RH精煉一矩形坯連鑄”生產工藝，具體的操作步驟依次如下：1、轉爐冶煉，將鐵水和廢鋼加入轉爐，所述鐵水與廢鋼之重量比大于15:1;2、LF精煉，對鋼水進行LF精煉，防止所述鋼水與空氣接觸；3、RH真空精煉，對所述鋼水進行真空脫氣處理，在sS66.7Pa高真空度下保持處理時間彡15min,期間加入欽鐵合金；4、連鑄，完成RH精煉后，所述鋼水鋼包進行連鑄工序，連鑄過程中，采用<35°C的低過熱度、恒溫恒拉速、結晶器電磁攪拌技術，并氬封。從而控制氮化鈦析出的濃度積。
【專利說明】一種齒輪鋼棒材氮化鈦夾雜物的控制方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于合金結構鋼生產【技術領域】，尤其是指一種齒輪鋼棒材氮化鈦夾雜物的 控制方法。

【背景技術】
[0002] 隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，對齒輪鋼的使用壽命提出更高的要求。大量的研究表明，齒 輪鋼鋼棒材中的微米級氮化鈦夾雜物對鋼材的加工性能和最終成品的韌性和疲勞性能產 生不利影響，尤其是高端齒輪鋼，對氮化鈦夾雜往往提出嚴格的要求。因此，氮化鈦夾雜物 的尺寸就成為齒輪鋼控制疲勞壽命的最主要因素之一。
[0003] 研究表明，細小的氮化鈦對齒輪鋼起到細化晶粒的作用，但是鋼液中析出的大顆 粒帶有棱角的微米級氮化鈦夾雜物，不但起不到細化晶粒的作用，而且會成為裂紋源，對齒 輪造成危害，降低其疲勞壽命。鋼中的平均尺寸為6 i! m氮化鈦夾雜對疲勞性能的危害作用 與平均尺寸為25 y m的氧化物夾雜相當。因此，對疲勞壽命有更高要求的齒輪鋼一般都要 求控制鋼中的氮化鈦夾雜物尺寸及數(shù)量，目前含鈦微合金化的齒輪鋼一般都要求將氮化鈦 夾雜物按D類評定控制在2. 0級以內。
[0004] 理論分析表明，氮化鈦的溶解度較小，鋼液凝固過程，隨著溫度降低，氮和鈦在鋼 中的溶解度降低，其濃度積達到一定值時即析出氮化鈦夾雜物，而氮化鈦夾雜物在固液兩 相區(qū)之間析出時，存在聚集長大條件，此時析出的夾雜物尺寸較大，危害最大；在固相線溫 度下析出的氮化鈦尺寸較小，不僅危害極小，往往有利于細化晶粒尺寸，提高鋼材的性能。 因此，一些鋼鐵企業(yè)在生產采用鈦微合金化的齒輪鋼棒材時，為了控制鋼材的氮化物尺寸 不得不通過降低鋼水澆注溫度即控制鋼水過熱度，提高冷卻速度即縮短鋼水在固液相區(qū)的 時間使鋼液析出細小的氮化鈦夾雜物，導致鋼水可澆性降低，容易出現(xiàn)漏鋼現(xiàn)象；導致圓鋼 內部質量受到一定的影響。


【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明提供了 一種齒輪鋼棒材氮化鈦夾雜物的控制方法，解決了鋼中氮化物夾雜 物超標的問題，改善鋼水的可澆性，并提高鋼坯的內部質量。
[0006] 本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種齒輪鋼棒材氮化鈦夾雜物的控 制方法，采用"轉爐冶煉一LF精煉一RH精煉一矩形坯連鑄"生產工藝，具體的操作步驟依 次如下：
[0007] 第一步，轉爐冶煉，將鐵水和廢鋼加入轉爐，所述鐵水與廢鋼之重量比大于15:1 ; 轉爐冶煉過程中，將低氮原材料和低氮合金加入所述轉爐，不補吹；出鋼過程加入預脫氧 齊U，得到鋼水鋼包；
[0008] 第二步，LF精煉，將所述鋼水鋼包吊至LF爐工位，對鋼水進行LF精煉，防止所述 鋼水與空氣接觸；
[0009] 第三步，RH真空精煉，將所述鋼水鋼包吊至RH精煉工位，對所述鋼水進行真空脫 氣處理，在< 66. 7Pa高真空度下保持處理時間> 15min，期間加入鈦鐵合金；RH精煉結束 后，對所述鋼水進行軟吹氬攪拌處理；
[0010] 第四步，連鑄，完成RH精煉后，所述鋼水鋼包進行連鑄工序，連鑄過程中，采用 < 35°C的低過熱度、恒溫恒拉速、結晶器電磁攪拌技術，并且對所述鋼水進行氬封。
[0011] 具體地，所述連鑄過程中，二冷水冷卻強度為0. 54L/Kg以上。
[0012] 具體地，所述RH真空精煉過程中，在脫氣處理前期加入鈦鐵合金，控制所述鋼水 中鈦含量在Wt% :0.032%以內。
[0013] 具體地，所述RH真空精煉過程中，真空環(huán)流采用氬氣。
[0014] 具體地，所述連鑄步驟完成后，進行加熱軋制，將鋼坯紅送入爐進行加熱，所述鋼 坯均熱溫度為1120-1200°C，加熱時間> 272分鐘；采用二輥初軋與熱連軋工藝軋制，初軋 開軋溫度1080-1140°C，終軋溫度880-940°C。
[0015] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：氮化鈦夾雜物控制技術的核心是控制氮 化鈦析出的濃度積。本發(fā)明通過以下手段降低鋼液中的氮含量：1)對加入轉爐的鐵水與廢 鋼的重量比控制在大于15:1的范圍；2)在低氮原材料和低氮合金加入轉爐后不補吹；3) 現(xiàn)有的轉爐冶煉工序中，吹入的惰性氣體多選用氮氣，而本發(fā)明選用氬氣；4)現(xiàn)有的RH精 煉工序中，真空環(huán)流多選用氮氣，而本發(fā)明選用氬氣；5)在LF精煉及連鑄的工程中，通過氬 封做好全程保護，防止鋼水接觸空氣導致增氮。同時，降低含鈦齒輪鋼的鈦合金加入量，從 而達到降低氮化鈦析出濃度積的目的。此外，通過降低過熱度和增大二冷水冷卻強度，抑制 大顆粒尺寸氮化鈦夾雜物的析出，減少氮化鈦在液固兩相區(qū)的析出量，進一步避免氮化鈦 夾雜物對齒輪鋼棒材品質的影響。
[0016] 下面結合實施例對本發(fā)明作進一步說明。

【具體實施方式】
[0017] 本發(fā)明的齒輪鋼棒材氮化鈦夾雜物的控制方法，采用"轉爐冶煉一LF精煉一RH精 煉一矩形坯連鑄"生產工藝。
[0018] 實施例1以20CrMnTiH齒輪圓鋼的生產過程控制予以說明。
[0019] (1)轉爐冶煉，采用130t的轉爐冶煉，將鐵水與廢鋼加入轉爐中，鐵水與廢鋼之比 (重量比Wt%)大于15:1，優(yōu)選地，鐵水與廢鋼之比（重量比Wt%)為15:1，使用優(yōu)等廢 鋼，冶煉過程加入低氮的低碳鉻鐵、硅錳、錳鐵合金，冶煉后期不補吹；冶煉過程盡量采用底 吹氬氣，出鋼1/3開始加入鋁鐵合金進行預脫氧，得到鋼水鋼包。所述出鋼1/3是指轉爐爐 子里的鋼水倒至鋼包，爐子里的鋼水倒了總重量的1/3。
[0020] (2)爐外精煉，出鋼后天車將鋼水鋼包吊至LF爐工位，測溫、取樣測成分，開始通 電極進行加熱，通電3分鐘后分批加入石灰和螢石進行造渣、調整渣的流動性。LF精煉初 期快速造白渣，中后期護白渣，降低鋼水的氧含量；精煉過程做好鋼水保護，防止與空氣接 觸。用天車將鋼水吊至RH精煉工位，然后開始真空循環(huán)脫氣處理，處理3分鐘進行取樣、定 氧，5分鐘左右加入鈦鐵、調整鋼水中的鈦含量，將鈦控制在Wt% :0.032%以內。確保鋼水 在< 66. 7Pa高真空度下保持處理時間> 15min，高真空階段及處理后期不補加任何合金調 整成分。真空環(huán)流采用氬氣。真空處理結束喂入200m左右的鈣鐵線，然后投入碳化稻殼保 溫，進行軟吹氦處理，確保軟吹氦時間> 15min。
[0021] (3)大方坯連鑄。軟吹氬結束后，將鋼水鋼包吊至平臺，確保鋼水鋼包長水口插入 深度> 200mm連接中間包，而中間包的浸入式水口插入深度按120±20mm控制。用引流沙 引流開澆，采用320mmX425mm大方坯進行澆鑄，開澆后向結晶器加入保護渣保護渣。要少 量地、均勻地加入，連鑄過程確保20-35°C的低過熱度、恒溫恒拉速、結晶器電磁攪拌；并對 鋼水進行氬封，全程保護澆注，防止鋼水接觸空氣導致增氮；加大連鑄二冷水冷卻強度，將 二冷水冷卻強度由0. 36L/Kg提高至0. 54L/Kg以上，減少鋼水固、液兩相區(qū)時間，抑制連鑄 過程中的大尺寸氮化鈦夾雜物析出。連鑄過程使用火焰切割機按坯料定尺長度9000mm進 行分坯切割，用夾具將鋼坯吊至轉運火車上，待澆鑄結束、鋼坯全部吊至火車上后，立即將 鋼坯轉至軋鋼廠。
[0022] (4)加熱軋制。鋼坯轉運至鋼廠后，用天車將鋼坯吊到入爐輥道上，紅送入爐進行 加熱，鋼坯均熱溫度為1120-1200°C，加熱時間> 272分鐘。鋼坯出爐進行高壓水除磷，然后 采用二輥粗軋機及連軋機將鋼坯軋制IlOmm規(guī)格，確保初軋開軋溫度1080-1140°C，終軋溫 度880-940°C。軋成IlOmm規(guī)格，圓鋼通過橫移輥道轉至熱鋸處取樣、定尺鋸切，將試樣送至 檢測中心進行高低倍組織、末端淬透性檢測分析，而定尺圓鋼按正常入庫。
[0023] 表1是本發(fā)明的20CrMnTiH齒輪鋼實施例與對比例1 (西寧特鋼的20CrMnTiH)、對 比例2(石鋼的20CrMnTiH)實際熔煉化學成分控制對比情況；
[0024] 表2是本發(fā)明的20CrMnTiH齒輪鋼實施例與對比例1 (西寧特鋼的20CrMnTiH)、對 比例2(石鋼的20CrMnTiH)圓鋼產品質量對比情況。
[0025] 表I 20CrMnTiH齒輪鋼的化學成分控制Wt%

【權利要求】
1. 一種齒輪鋼棒材氮化鈦夾雜物的控制方法，其特征在于，操作步驟依次如下： 第一步，轉爐冶煉，將鐵水和廢鋼加入轉爐，所述鐵水與廢鋼之重量比大于15:1 ;轉爐 冶煉過程中，將低氮原材料和低氮合金加入所述轉爐，不補吹；出鋼過程加入預脫氧劑，得 到鋼水鋼包； 第二步，LF精煉，將所述鋼水鋼包吊至LF爐工位，對鋼水進行LF精煉，防止所述鋼水 與空氣接觸； 第三步，RH真空精煉，將所述鋼水鋼包吊至RH精煉工位，對所述鋼水進行真空脫氣處 理，在< 66. 7Pa高真空度下保持處理時間彡15min，期間加入鈦鐵合金；RH精煉結束后，對 所述鋼水進行軟吹氬攪拌處理； 第四步，連鑄，完成RH精煉后，所述鋼水鋼包進行連鑄工序，連鑄過程中，采用< 35°C 的低過熱度、恒溫恒拉速、結晶器電磁攪拌技術，并且對所述鋼水進行氬封。
2. 如權利要求1所述齒輪鋼棒材氮化鈦夾雜物的控制方法，其特征在于：所述連鑄過 程中，二冷水冷卻強度為0. 54L/Kg以上。
3. 如權利要求1所述齒輪鋼棒材氮化鈦夾雜物的控制方法，其特征在于：所述RH真空 精煉過程中，在脫氣處理如期加入欽鐵合金，控制所述鋼水中欽含量在Wt% :0. 032%以內。
4. 如權利要求1所述齒輪鋼棒材氮化鈦夾雜物的控制方法，其特征在于：所述RH真空 精煉過程中，真空環(huán)流采用氬氣。
5. 如權利要求1所述齒輪鋼棒材氮化鈦夾雜物的控制方法，其特征在于：所述連鑄步 驟完成后，進行加熱軋制，將鋼坯紅送入爐進行加熱，所述鋼坯均熱溫度為1120-120(TC，力口 熱時間> 272分鐘；采用二輥初軋與熱連軋工藝軋制，初軋開軋溫度1080-1140°C，終軋溫 度 880-940 °C。
【文檔編號】C21C7/072GK104212934SQ201410459165
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月10日 優(yōu)先權日:2014年9月10日
【發(fā)明者】劉年富, 岳峰, 李安軍, 王銀國, 劉錦標, 曾麗芳 申請人:廣東韶鋼松山股份有限公司