氮化钢38CrM oAl的冶炼工艺

田 丰 祁一星

(中信重工机械股份有限公司，河南471000)

氮化钢38CrM oAl的冶炼工艺

田 丰 祁一星

(中信重工机械股份有限公司，河南471000)

研究了采用电弧炉冶炼→LF炉精炼→VD真空脱气→静吹→氩气保护模铸生产38CrMoAl钢的工艺实践。通过摸索各工序铝和硅含量的变化规律，确定了电弧炉出钢铝含量的控制范围，制定了相应的工艺控制措施，使产品成分得到了有效控制，成功生产出38CrMoAl钢，各项性能均满足技术要求。

渗氮钢38CrMoAl;冶炼工艺;铝含量;硅含量

38CrMoAl钢系高级氮化钢，该钢具有很好的力学性能，经氮化处理后具有较高的表面硬度和抗疲劳强度、较好的耐磨性、良好的耐热性及耐腐蚀性能，被广泛用来制造承受冲击负荷和在往复磨损条件下工作的机械零件。该钢种铝含量极高，冶炼生产中容易产生高熔点的Al2O3夹杂，造成连铸生产结水口。采用模铸生产不存在结水口、非计划停浇等问题，但由于冶炼过程中铝极易氧化、且容易出现回硅现象，因此对电弧炉出钢碳、铝含量的控制及各工序铝、硅变化规律的研究十分必要。

1 设备情况及工艺流程

1.1 主要生产设备

中信重工铸锻厂现有EBT超高功率电弧炉、LF精炼炉、VD真空设备和模铸设备。

1.2 生产工艺流程

设计工艺流程为:EBT电弧炉初炼→LF炉精炼→VD真空脱气→静吹→氩气保护模铸。该工艺流程精炼还原时间长，经过真空处理，可以确保钢中气体、夹杂物含量保持在较低水平。

2 冶炼难点分析

化学成分的精确控制是冶炼精品钢38CrMoAl的难点。表1所示为38CrMoAl钢的化学成分，可见38CrMoAl钢的含Al量高达0.7%～1.1%，超出了常规的脱氧和细化晶粒概念。尤其是在冶炼过程中，各元素在渣-钢界面相互反应。熔渣中的SiO2极易被还原，钢中Al易氧化，硅、铝成分波动较大。

表1 38CrM oAl钢化学成分(质量分数%)Table 1 Chem ical com position of 38CrM oAl Steel (m ass fraction，%)

38CrMoAl钢生产过程中呈现增硅掉铝的趋势。钢水增硅主要发生在两个环节:脱氧合金化过程和LF炉精炼过程。LF炉精炼过程中钢水温度一般为1 580～l 630℃，钢中的Si、Al元素之间存在着下列反应，反应式及其在1 600℃时的吉布斯自由能如下:

得到铝-硅之间的反应式:

式(3)在1 600℃时的 ΔG =-22 317.33 cal·mol-1＜0，说明此反应正向进行，向增硅的趋势发展。另一方面LF精炼过程中由于吹氩搅拌的作用，增加了钢渣反应界面积，为反应提供良好的动力学条件，加快了界面反应的速率，使反应更易向增硅方向进行。

该钢种化学成分中铝高、硅低，使硅的还原在此钢种生产中变得十分敏感。为了减少钢水增硅，需要降低渣中SiO2的质量百分比，即降低其活度，控制好渣中氧势，尽量减少因渣中SiO2被还原而引起的钢水增硅。

3 工序操作要点分析

通过对冶炼难点的分析、总结，生产中从原料的准备、冶炼到浇注，整个工序需要注意以下几点。

3.1 EBT电弧炉冶炼

(1)挑选优质废钢、料头，并按工艺要求配入生铁，保证熔清C含量≥0.70%，控制电弧炉碳氧枪吹氧强度，避免钢液产生过度氧化进而在二次精炼过程产生大量的内生夹杂物，控制好终点目标元素含量，终点C≥0.20%。

(2)出钢过程Al按1.70%加入，出钢前包内加入1/3～2/3铝块，剩余铝块随钢流加入，出钢结束前铝块必须加完。电弧炉出钢一次将Al含量配到上限，可以使生成的Al2O3在整个精炼过程以及随后的软搅拌过程中有充分的上浮时间，对钢液的净化、Al2O3的降低有很好的效果。如果没有一次配足Al，在随后调配Al含量的过程中，会遇到增铝困难的问题。使用精炼位喂丝机可以对Al成分进行微调，而使用精炼位喂丝机大量调整Al成分则效果不好。

(3)出钢采用留钢留渣操作，严禁氧化渣进入精炼包，为LF精炼工序提供良好的条件。出钢过程严禁向钢液中加入含硅的合金和脱氧材料，避免增硅。

3.2 LF精炼炉冶炼

(1)精炼过程如果使用含硅材料，当与钢水接触时，容易导致钢水增硅。为此，LF工序脱氧及合金化过程要尽量避免加含硅的脱氧材料。

(2)增加石灰用量并保证熔渣碱度及良好的流动性从而降低SiO2的活度。

(3)精炼过程避免氩气大搅拌而导致卷渣或钢液裸露，减少铝烧损和回硅。

(4)精炼终点，如Al含量不足，应在炉后喂入铝线，按上线进行调整，调整结束后进行VD处理。

(5)VD真空处理结束后，静吹时间大于15 min，有效保证钢中夹杂物上浮。

3.3 钢锭浇注

(1)采取氩气保护浇注，避免钢水浇注过程氧化而导致钢中Al含量降低。

(2)精炼包必须清理干净，包衬无残钢、无粘渣，防止钢包内有残余SiO2在精炼过程中被还原，导致钢水增硅。

4 应用效果

4.1 铝的成分控制

表2所示为38CrMoAl钢的生产统计结果。可以看出冶炼炉次成品Al含量均在标准范围之内，Al收得率较为稳定，保持在53%左右。

表2 电炉出钢加铝量及铝收得率生产统计Table 2 W eight of the Al added when tapping and the production statistic of A l yield

图1 出钢至浇注过程钢液中Al含量变化Figure 1 Al content that varies from tapping to casting process

图1所示为出钢至浇注过程钢液中Al含量变化情况。可以看出:出钢至精炼过程Al含量降幅较大，占冶炼过程降幅的25%左右;精炼过程前60 min钢中Al含量降幅较大，60 min后Al含量基本稳定，精炼过程Al含量降幅占冶炼过程降幅的10%左右;VD真空处理过程Al含量降幅占冶炼过程降幅的13%左右。Al损耗的主要原因是:首先在真空下Al有较高的蒸汽压力，易蒸发，当氩气流量大时，蒸发速度相对增大;其次在VD处理过程中Al和O有进一步反应的可能。冶炼过程Al损耗在48%左右，Al成分目标值按中线0.90%控制，可以推算出初炼Al按1.70%加入，与设定工艺相符。

图2 出钢至精炼过程硅含量变化Figure 2 Si content that varies from tappingto refining process

4.2 硅的成分控制

图2所示为出钢至浇注过程钢液中硅含量变化情况。可以看出:在精炼过程前60 min，尽管未向钢中添加硅铁合金，但钢中的硅含量上升幅度较大;60min后钢中硅含量基本稳定，其中两炉钢Si含量未达到标准要求，精炼后期加入硅铁合金调整硅含量;真空处理过程Si含量略有变化。

5 结论

(1)通过对冶炼过程钢液中Al含量的跟踪分析，认为电弧炉出钢最佳铝加入量为1.70%，且成品Al含量均满足工艺要求。

(2)在高铝钢冶炼过程中，渣中SiO2易被还原至钢液中而导致钢水增硅，通过降低渣中SiO2质量百分比、控制LF脱氧及合金化过程中含硅脱氧材料的加入等操作，可以有效控制钢中的Si含量。

［1］ 苏雄杰，王代洲，张元秀.电弧炉冶炼含铝钢的技术探讨［J］.钢管，2005.

［2］ 余国松.100tEBT电弧炉-LF-CC流程生产38CrMoAl钢的工艺实践［J］.特殊钢，2008.

编辑 杜青泉

Smelting Process for 38CrMoAl Nitriding Steel

Tian Feng，Qi Yixing

The production practice of electric arc furnace→LF refining→VD vacuum degas→static blowing→argon shield die casting for the 38CrMoAl steel is researched.By studying the variation trend of Al＆contents in each process，the control range of electric arc furnace tapping Al content is determined，and process controlmeasures are established respectively，as a result，the product elements are effectively controlled and each mechanical property of 38CrMoAl canmeet technical requirements.

nitrided steel of38CrMoAl;melting process;Aluminum content;Silicon content

TF111

A

2013—05—31

田丰，男，工程师，主要从事电弧炉冶炼工艺研究。