一種高鋁氮化鋼的冶煉方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于合金結(jié)構(gòu)鋼技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高鋁氮化鋼的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高鋁氮化鋼是一種以高鋁鋼為基礎(chǔ)的調(diào)質(zhì)滲氮鋼，表面經(jīng)滲氮處理后形成氮化鋁(A1N)層，利用氮化鋁的彌散強(qiáng)化來提高表面的硬度和強(qiáng)度，并且在較高溫度(600?700°C)時也能保持一定的硬度，同時該鋼種還含有適量的鉬，可以有效抑制高溫回火脆性，因此，該鋼種具有淬透性好、回火脆性傾向少、高溫加工性好、耐磨性及抗疲勞強(qiáng)度高特點。該鋼種廣泛用于生產(chǎn)具有高耐磨性、高疲勞強(qiáng)度和相當(dāng)大的強(qiáng)度，熱處理后尺寸精確的氮化零件，或各種受沖擊負(fù)荷不大而耐磨性高的氮化零件，如鏜桿、磨床主軸、自動車床主軸、蝸桿、精密絲桿、精密齒輪、高壓閥門、閥桿、量規(guī)、樣板、滾子、仿模、氣缸體、壓縮機(jī)活塞桿，汽輪機(jī)上的調(diào)速器、轉(zhuǎn)動套、固定套，橡膠及塑料擠壓機(jī)上的各種耐磨件等。
[0003]然而由于該鋼種含鋁量極高，冶煉時發(fā)生氧化、固氮、回硅趨勢大，連鑄生產(chǎn)過程極易發(fā)生二次氧化、保護(hù)渣失效等現(xiàn)象從而導(dǎo)致鋁收得率不穩(wěn)定、非金屬夾雜物控制難度增大、卷渣結(jié)瘤普遍且嚴(yán)重、點狀偏析頻發(fā)等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述【背景技術(shù)】中提到的問題，本發(fā)明采用EAF-CONVERTER電轉(zhuǎn)爐冶煉+LF+VD+CCM的工藝路線冶煉高鋁滲氮鋼，所得的高鋁滲氮鋼成分要求范圍為:C 0.35?0.40%,Si 0.20 ?0.30%、Mn 0.40 ?0.50 %、Cr 1.40?1.50 %、Mo 0.15?0.25、A1 0.75 ?1.00%^P< 0.020% ^S< 0.015%，余量為Fe。
[0005]具體工藝為:
[0006](1 )EAF-C0NVERTER 電轉(zhuǎn)爐冶煉
[0007]電轉(zhuǎn)爐總裝入量控制在100噸左右，鐵水比例為90%，冷料比例為10%，其中3%為生鐵，其余為優(yōu)質(zhì)廢鋼；電爐配有鐵水傾翻裝置，采用在線鐵水裝入模式，結(jié)合泡沫渣操作工藝，穩(wěn)定爐內(nèi)碳氧反應(yīng)氣氛，達(dá)到脫P控溫的目的;本步驟要求高拉碳操作，嚴(yán)禁出鋼鋼水過氧化，出鋼成分滿足0.12%<C<0.20%、P<0.010%即可出鋼，出鋼溫度T 2 1640°C，確保迅速化渣；出鋼量控制在85 ±2噸，以保證鋼包凈空高度，確保真空抽氣順利；出鋼過程加入150kg A1塊及150kg電石脫氧，加入娃猛、高碳絡(luò)鐵及鉬鐵合金化，并加入800kg石灰及300kg低硅合成渣料(Si02 < 2.0% )造渣；出鋼末期嚴(yán)格控制爐內(nèi)余鋼量(10?13噸/爐)，嚴(yán)禁出鋼下渣，有效避免電爐渣對鋼液成分(特別是P、Si)的影響以及精煉條件的惡化作用；
[0008](2)LF 精煉
[0009]LF精煉前期使用A1粒和少量SiC進(jìn)行脫氧，中后期小批量多次均勻飄散SiC至渣面脫氧保渣，保持精煉良好的還原性氣氛，同時SiC的加入有利于LF精煉前期化渣以及保證LF精煉末期高堿度渣具有適當(dāng)粘度及流動性，良好的渣況是確保后續(xù)VD真空處理順利進(jìn)行的重要基礎(chǔ);初樣成分出來后補(bǔ)加合金調(diào)整成分，精煉前期調(diào)整氬氣壓力至0.4?0.6MPa(視爐渣情況進(jìn)行調(diào)整)，中后期氬氣壓力為0.2?0.35MPa，保持爐內(nèi)微正壓;精煉吊包前10分鐘(精煉結(jié)束前10分鐘)達(dá)到除Al、Si以外各元素的目標(biāo)含量;進(jìn)VD前喂入招線調(diào)整A1含量達(dá)到0.100%，LF吊包前Si控制在成分范圍的中下限，防止真空大量回硅(回硅量0.03?
0.05%)后超出Si含量控制范圍；精煉時間達(dá)到40?70分鐘，鋼液溫度符合要求、渣況合理(二元堿度R: 9?15)，即吊包進(jìn)入VD進(jìn)行真空處理，
[0010]步驟(2)中，前期加入碳化硅是為了強(qiáng)化深脫氧功效，同時有利于化渣；中后期多次加入碳化硅則是為了保持白渣狀態(tài)及保持爐內(nèi)氣氛的還原性，保證對鋼液的脫氧效果得到保持，并且也便于調(diào)節(jié)渣況，為后續(xù)VD過程的順利進(jìn)行奠定基礎(chǔ)；
[0011](3)VD真空處理
[0012]該步驟時先進(jìn)行第一次真空處理，抽至高真空(<67Pa)后保壓10分鐘，高真空下要求明顯可見鋼液裸露翻騰，破空后加8.5kg/t鋁塊，再抽真空進(jìn)行第二次真空處理，高真空度(< 67Pa)下保壓5分鐘，鋁塊經(jīng)氬氣攪拌而溶解并均勻分布于鋼液中，從而完成鋼液的鋁合金化;VD真空過程回硅量控制在0.03?0.05%范圍內(nèi)；第二次破空后，連澆組的第一爐喂入80米純Ca線，進(jìn)行夾雜物變性處理，確保開澆爐的可澆性，后續(xù)爐次嚴(yán)禁喂Ca線，以避免喂線時鋼液發(fā)生嚴(yán)重的二次氧化;軟吹時間2 35分鐘，確保鋼液中夾雜物充分上?。?br>[0013](4)CCM 連鑄
[0014]連鑄連澆爐次過熱度控制在15?25°C，而首爐過熱度適當(dāng)提高至25?35°C;本發(fā)明的鋼種連鑄低倍易產(chǎn)生疏松，嚴(yán)格執(zhí)行0.70m/min的恒拉速控制;連鑄過程采用堿性覆蓋劑，中包內(nèi)安裝鎂質(zhì)擋墻，保持中包黑渣面操作，加強(qiáng)大包水口與長水口之間的氬氣保護(hù)，增加大包下水口與長水口接縫處外置式氬環(huán)，保持微正壓(0.7?0.9pa)，盡量減少連鑄過程的二次氧化;采用Φ 45mm的加大口徑水口，增加夾雜物與水口的接觸面積，降低單位水口內(nèi)壁面積內(nèi)的夾雜物數(shù)目，降低鋼液中夾雜物聚集結(jié)瘤的幾率;除此之外，使用高鋁鋼專用保護(hù)渣(A1203含量< 3.0% )，以防止?jié)沧⑦^程出現(xiàn)保護(hù)渣失效的情況，并有效吸附鋼液中的夾雜物，進(jìn)一步提高鋼液的可澆性，增加連澆爐數(shù)。
[0015]本發(fā)明的有益效果在于:在高鋁氮化鋼的冶煉中，大膽啟用含硅脫氧劑碳化硅促進(jìn)鋼液脫氧并降低精煉過程鋁的損耗，成功解決了硅含量的問題，與此同時真空處理過程回硅量也得到有效控制;適量碳化硅的加入也保證了 LF精煉早期化渣效果以及LF高堿度精煉終渣具有良好的粘度及流動性:精煉渣流動性好且粘度適當(dāng)是防止精煉過程鋼液嚴(yán)重吸氣及保證后續(xù)VD真空處理脫氣效果的重要基礎(chǔ)，本鋼種冶煉時采用高堿度渣，出鋼化渣效果及鋼液流動性并不能得到很好保障。為此，通常需在精煉階段加入螢石來促進(jìn)化渣得到粘度合適及流動性較好的爐渣，然而螢石的加入雖然有利于提高化渣效果，同時也將加重鋼包耐材的腐蝕，而碳化硅的加入在不侵蝕耐材的前提下有利于促進(jìn)精煉渣流動性的改善，減少鋼液裸露面積及幾率，同時也將增強(qiáng)精煉渣的發(fā)泡性，有利于精煉初期造好泡沫渣，實現(xiàn)埋弧操作，節(jié)約電耗的同時進(jìn)一步抑制精煉吸氣，特別是增氮的不利影響。
[0016]本發(fā)明利用簡化的造渣工藝獲得高堿度渣，增強(qiáng)對鋼液中三氧化二鋁夾雜的吸附作用，進(jìn)一步保證鋼液潔凈度;通過優(yōu)化鋁塊加入時機(jī)，降低固氮效應(yīng)的同時實現(xiàn)了較高的鋁收得率，使得本生產(chǎn)方法在成本方面更具競爭力;連鑄工序嚴(yán)格做好保護(hù)澆注并采用高鋁鋼專用保護(hù)渣及大口徑水口，實現(xiàn)了該高鋁鋼種多爐次的平穩(wěn)連澆。乳制得圓鋼的鋼質(zhì)均勻、潔凈度高、性能質(zhì)量穩(wěn)定。
【具體實施方式】
[0017]實施例1
[0018]采用EAF-CONVERTER電轉(zhuǎn)爐冶煉—LF爐精煉—VD真空處理—CCM連鑄的工藝路線生廣尚招氣化鋼:
[0019]電轉(zhuǎn)爐總裝入量控制在101.46噸，鐵水比90%，生鐵加入量為3.2噸，其余為優(yōu)質(zhì)廢鋼。出鋼終點成分C: 0.12 %、P: 0.008 %、出鋼溫度T: 1642°C，出鋼量87.2噸；出鋼過程加入120kg A1塊及110kg電石脫氧，加入硅錳455kg、高碳鉻鐵2148kg及鉬鐵250kg進(jìn)行爐后合金化，并加入800kg石灰及300kg低硅合成渣料進(jìn)行造渣；
[0020]LF精煉前期采用80kg鋁粒和30kg碳化硅加強(qiáng)脫氧，底吹氬氣壓力調(diào)整至0.45MPa，通電加熱8分鐘后即實現(xiàn)白渣化;取LF初樣測定成分后補(bǔ)加46kg硅錳(FeSil8Mn68)、175kg高碳鉻鐵$6&55(:10.0)、501^鉬鐵卬61060)，達(dá)到除41、31以外各元素的成品目標(biāo)成分(其中Si按要求范圍下限控制)；當(dāng)爐渣已轉(zhuǎn)變?yōu)榘自?、且合金成分基本到位后，小批量多?8次)均勻飄散SiC至渣面脫氧保渣，共計18kg，氬氣流量調(diào)整至0.27MPa;LF吊包前10分鐘喂入鋁線調(diào)整A1含量至0.102%，隨即吊包上VD爐，吊包溫度1658°C，LF精煉時長63分鐘；
[0021]VD處理時先進(jìn)行一次真空處理，并在高真空度下(67Pa)保壓10分鐘，隨即破空，移除VD爐蓋，加入750kg鋁塊至鋼液中，然后將VD爐蓋復(fù)位，繼續(xù)進(jìn)行二次抽真空處理，67Pa并保壓5分鐘。在二次真空處理過程中，適當(dāng)加大鋼包底吹氬氣流量，確保加入的鋁塊經(jīng)氬氣攪拌均勻溶解于鋼液中，從而完成鋼液的鋁合金化，鋁塊回收率為92.1%。該爐為本組第一爐，故在真空處理后喂入18kg(80m)純鈣線，并軟吹39分鐘，以進(jìn)行夾雜物變性及上浮處理，確保開澆爐的可澆性，VD吊包溫度1572°C;
[0022]連鑄過熱度29°C，拉速恒定0.70m/min;開啟結(jié)晶器電磁攪拌(150A/2Hz)及末端電磁攪拌(80A/6HZ)，確保鋼液均勻性;連鑄過程采用堿性覆蓋劑，中包內(nèi)安裝鎂質(zhì)擋墻，保持中包黑渣面操作，加強(qiáng)大包水口與長水口之間的氬氣保護(hù)，增加大包下水口與長水口接縫處外置式氬環(huán)，保持微正壓0.8Pa，盡量減少二次氧化;采用優(yōu)質(zhì)內(nèi)裝式Φ 45mm的加大口徑水口以及高鋁鋼專用保護(hù)渣，本組共連澆9爐，澆鑄過程平穩(wěn)，未出現(xiàn)嚴(yán)重的液面波動及結(jié)瘤現(xiàn)象。
[0023]通過上述方法冶煉得高鋁鋼經(jīng)乳制所得圓鋼的成品成份為C:0.37%，S1:0.26%，Mn:0.42% ,Cr:1.45% ,Μο:0.21 % ,ΑΙ:0.85%，P:0.011%，S:0.001%，余量為Fe。
[0024]低倍指標(biāo)檢測結(jié)果顯示中心疏松、一般疏松均為0.5級，中心偏析為1.0級，且并未出現(xiàn)一般點狀偏析以及邊緣點狀偏析，達(dá)到了 GB/T3077-1999中特級優(yōu)質(zhì)鋼的標(biāo)準(zhǔn);金相高倍檢測表明A、C類非金屬夾雜物均為0級，B類最高不超過0.5級，D類最高不超過1.0級，氧含量 4.