济 (源)钢 40Cr钢生产工艺实践

秦凤婷 刘宗辉 白瑞娟 王红伟 李冰

(1.济源职业技术学院; 2.济源钢铁集团有限责任公司)

济 (源)钢 40Cr钢生产工艺实践

秦凤婷1刘宗辉2白瑞娟2王红伟1李冰2

(1.济源职业技术学院; 2.济源钢铁集团有限责任公司)

利用 60 t LD→60 t LF→CC,采用转炉高拉碳,硅钙钡、铝铁复合脱氧工艺,过程 Als控制在 0.010%～0.020%,精炼末期喂硅钙线等措施,通过对 10炉生产数据进行跟踪采集,检验结果表明:河南济钢 40Cr钢生产过程稳定,成分控制精确;LF精炼过程增氮 0.0022%,连铸过程增氮 0.0017%;钢坯 T[O]平均为 0.0010%,T[N]平均为0.0057%,钢材组织为铁素体和珠光体,晶粒度 8.5级,各项检验达到标准要求。

40Cr钢 工艺实践 LD-LF-CC流程

0 前言

40Cr合金结构钢机械性能良好,在中国机械制造行业有较大的需求量,被广泛应用于制作重要的调质机械零件,如齿轮、轴、套筒、连杆、螺钉等[1],要求钢材在加工过程中具有良好的工艺性能。

济 (源)钢依托德国进口 K OCKS减定径轧机,高强度机械用钢生产线,开发了 40Cr等合金结构钢。为了清楚地了解生产工艺和实物质量,特对 10炉钢,分别在氩站、LF前、LF中、LF后、铸坯等取样分析。通过过程跟踪,找到过程控制的薄弱环节,摸清各个环节 T[O]、[N]的变化规律,以便优化生产工艺。

1 生产工艺

工艺路线:600 t混铁炉→60 t转炉→60 t LF→150 mm×150 mm方坯连铸机 (过程全保护浇铸、液面自动控制、结晶器电磁搅拌)→切割→自动打号→检验入库→热轧。成分标准及内控见表 1:

表1 成分标准及内控w/%

2 过程控制

转炉装入量为 57 t,铁水 50 t,废钢 7 t,过程枪位为 1099 mm,拉碳枪位为 928 mm。造渣料及冷料为:石灰 2959 kg/炉 ,镁球 624 kg/炉 ,返矿 865 kg/炉,污泥球 1035 kg/炉,除一炉拉后吹外,其他炉次全部一倒出钢。

2.1 转炉过程控制

2.1.1 转炉终点碳控制

转炉出钢平均碳为 0.10%,波动范围为 0.06%～0.09%。脱氧剂为:硅钙钡 68 kg/炉、铝铁 135 kg/炉,氩站 10 kg铝粒顶渣脱氧。渣料加石灰 150 kg/炉、渣洗剂 200 kg/炉。在氩站把渣子做活,为LF精炼提前造好渣。

2.1.2 转炉氩站氧活度与酸溶铝控制

转炉采用硅钙钡、铝铁脱氧,用铝粒顶渣脱氧,转炉离站平均氧活度为料 3.19×10-6,波动范围为1.87×10-6～5.25×10-6。离站酸溶铝平均为 240×10-6,波动范围为 180×10-6～340×10-6,波动较大,与炉内拉碳与下渣有直接关系。钢水中酸溶铝含量与氧活度基本成正比关系。

2.2 LF精炼过程控制

精炼炉平均冶炼周期为 58min,加入石灰 394 kg/炉 ,AD 粉 67 kg/炉 ,电 石 57 kg/炉 ,喂 硅 钙 线250 m/炉 ,软吹 ≥10 min。

1)精炼炉离站 S、P含量。精炼炉离站平均含磷为 0.0182%,波动范围在 0.014%～0.027%,精炼过程平均回磷为 0.008%;精炼炉离站平均硫为0.0031%。波动范围为 0.002%～0.004%,精炼过程脱硫率为 85.4%,脱硫效果较好。

2)LF终渣碱度控制。终渣二元碱度平均4.54,波动范围为 3.38～5.37,渣中 SiO2平均为 12.77%,波动范围在 9.03%～15.87%,渣中 Al2O3平均为 20.16%,波动范围为 18.13%～25.14%。此渣系比较合理,成分比较稳定,能满足精炼的需要。

2.3 连铸过程控制

连铸实行全保护浇铸,恒拉速组织生产,第 1、2流拉速为 2.3 m/min,第 3、4流拉速为 2.1 m/min。

1)中包钢水过热度控制。中包过热度平均为25.6℃,在内控要求范围 20℃～30℃之内。

2)酸溶铝控制情况。LF离站 Als平均为 191×10-6,中包平均 Als平均为 167×10-6,连铸到中包过程衰减 24×10-6。

2.4 过程 T[0]、[N]控制

1)过程 T[0]控制情况 。LF、连铸过程 T[0]控制情况,如图 1所示。由图 1可以看出,T[0]在精炼和连铸过程是逐渐减低的。

2)过程 [N]的变化。LF、连铸过程 [N]的变化,如图 2所示。由图 2可以看出,整个生产过程都是在增氮的,精炼过程增氮 22.8×10-6,连铸过程增氮 17.3×10-6。

图1 过程 T[0]变化情况

图2 过程[N]变化情况

3 质量控制

整个操作过程比较稳定,主要成分波动不大。碳平均为 0.40%,极差为 0.03%;硅平均为0.237%,极差为 0.03%;锰平均为 0.652%,极差为0.06%;铬平均为 0.944%,极差为 0.05%,10炉全部进入内控范围。

3.1 钢坯及钢材低倍质量

本次从不同的浇铸时间和流次共取 51个低倍样,从检验结果来看,时间前后与流次之间基本没有差别。中心疏松≤2.0级,中心缩孔≤1.0级,非金属夹杂≤0.5级。钢材共取 5个低倍样,中心疏松全为 0.5级,有针孔,定型偏析 1.0级。

3.2 钢材高倍金相检验情况

经 KOCKS轧机轧制成 Ф28 mm钢材取样,做高倍金相检验情况,见表 2。

由表 2可知,钢材组织为铁素体和珠光体组织,晶粒度为 8.5级,Ds类夹杂最大为 3.0级。

表2 钢材高倍金相检验情况

3.3 钢坯总氧、氮含量情况

共取 9炉钢坯样,分前、中、后期。各炉次钢坯平均总氧、氮含量如图 3所示。

由图 3可以看出,T[O]控制较低,平均为10.04×10-6,[N]平均为 56.5×10-6,多数炉次氧氮变化比较一致,说明保护不好氮氧同时增加。从钢坯前、中、后看 T[O]变化为 10.25×10-6→10.62×10-6→9.63×10-6,[N]变化为 53.1×10-6→57.4×10-6→57.5×10-6,可以看出,钢中氧化物夹杂在中包内不断上浮。同时,后期钢水在大包待的时间长,吸气造成增氮。

图3 各炉次钢坯总氧、氮情况

4 结论

1)终点成分控制稳定,波动范围较小,碳极差为 0.03%,硅极差为 0.03%;锰极差为 0.06%;铬极差为0.05%;

2)LF精炼过程增氮 22.8×10-6,连铸过程增氮 17.3×10-6。应加强过程控制,降低氮含量;

3)钢坯 T[O]平均为 10.04×10-6,波动范围为8.0×10-6～12.1×10-6;[N]平均为 56.5×10-6,波动范围在 44.4×10-6～65.1×10-6;钢材各种缺陷均≤1.0级,钢材组织为铁素体和珠光体组织,晶粒度 8.5级,满足了用户使用要求。

[1] 孟瑞英,张建设,张江玲,等.转炉冶炼 40Cr生产圆钢的实践.河北冶金,2001,121(1):32-33.

PROCESS PRACTI CE OF 40Cr AT JI(YUAN)STEEL

Qin Fengting1Liu Zonghui2Wang Hongwei2Bai Ruijuan1LiBing2
(1.JiYuan vocational and Technical college; 2.JiYuan Iron&Steel Group Co.,Ltd)

The use of 60tLD→60tLF→ CC,with high-pull converter of carbon,silicon-calcium barium,Al-Fe composite deoxidation process,ControllingAls in steel0.010%～0.020%,and feeding calcium-silicon in end refiningperiod.The examination resultsof 10 heatsof the sheel show that the the process is stable,composition control is accurate;Aidding nitrogen 0.0022%atLF refining process,0.0017%nitrogen at CC process,The content of oxggen in steel products is 0.0010%,content of nitrogen is 0.0057%.steel organizations ferrite and pearlite,grain size 8.5,all testsmeet standards.

40Cr steel technological practice process flow ofLD-LF-CC

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2010—1—8