高品质刮削加工缸体用钢冶炼工艺研究

王西江,胡茂会,林发驹

(攀钢集团成都钢钒有限公司,四川成都610303)

高品质刮削加工缸体用钢冶炼工艺研究

王西江,胡茂会,林发驹

(攀钢集团成都钢钒有限公司,四川成都610303)

介绍了高品质刮削加工缸体用钢冶炼工艺和提高钢质纯净度的技术措施。通过对电弧炉冶炼终点碳控制,强化预脱氧,LF精炼和夹杂物变性处理工艺,连铸保护浇铸和电磁搅拌工艺的研究,采用电弧炉→LF精炼→VD真空处理→圆坯连铸工艺生产的高品质刮削加工缸体用钢工艺稳定,钢中非金属夹杂物含量低,钢质纯净度高。生产的高品质刮削加工缸体用无缝钢管产品的力学性能、—20℃冲击韧性完全满足用户的标准要求,产品的非金属夹杂物完全满足滚削加工的高质量要求。

刮削加工;缸体钢;冶炼工艺;圆坯连铸

1 引言

随着加工行业技术的快速发展,油缸加工方式由原来的内镗外扒改为内滚刮削加工,金属工件表面经滚压刮削加工后,油缸内表面表层得到强化,工件的使用性能、抗疲劳强度、耐磨性明显提高,其硬度可提高15%～30%,耐磨性提高15%。但由于油缸加工方式的改变,导致对刮削加工缸体用无缝钢管的质量要求也大幅度提高,主要体现在钢管的钢质纯净度、性能、尺寸、钢管表面质量等。

由于油缸用无缝钢管采用滚压刮削加工,对无缝钢管的钢质纯净度提出了更加苛刻的要求,即使无缝钢管产品的非金属夹杂物满足技术标准要求,钢管在滚压刮削加工时也经常出现因非金属夹杂物导致的微细裂纹缺陷,增加产品加工过程的修磨量,严重的导致产品报废。本文就攀钢集团成都钢钒有限公司生产刮削缸体用无缝钢管钢的冶炼工艺及钢质纯净度控制措施进行探讨。

2 刮削加工缸体用无缝钢管技术条件

(1)钢管化学成分符合表1的规定。

(2)钢管试样正火后的纵向力学性能满足表2要求。

(3)非金属夹杂物按GB/T 10561的A法进行评级,其结果应满足表3要求。

表1 熔炼成分控制要求(wt%)

表2 力学性能

表3 非金属夹杂物评级要求

(4)钢管表面不允许有裂纹、折叠、轧折、结疤和离层。

(5)钢管按EN 10246-7标准逐支进行纵向无损探伤,按ENISO 8493标准进行扩口试验,按ENISO 8492标准进行压扁试验。

3 生产工艺流程及工艺装备

冶炼生产工艺流程:优质废钢和生铁→70t高阻抗超高功率电弧炉冶炼→→初炼钢水预脱氧→LF炉精炼→钙处理→VD真空处理→圆坯连铸→入库。

试验在70 t高阻抗超高功率电弧炉进行,入炉原料为优质废钢和生铁,生铁比例为30%～40%;炉壁装3支集束氧枪(RCB枪)和2支喷碳枪,每吨钢水氧气消耗40m3～ 50m3;石灰等造渣材料和铁合金、脱氧剂等均由高位料仓自动加入;采用偏心炉底出钢;电炉冶炼时间平均56min。70 t LF精炼炉为三相交流电弧炉,升温速度4℃/min～5℃/min。70 t VD真空炉,最低真空度达到10Pa。三机三流弧形圆坯连铸机,汽雾冷却,铸坯规格φ200mm、φ220mm、φ280mm、φ310mm、φ350mm、φ388mm、φ430mm。

4 冶炼工艺技术

4.1 电弧炉冶炼工艺

采用优质废钢和生铁作为炉料,用电弧加热、炉壁RCB集束氧枪加速废钢熔化,分批从高位料仓加入石灰,造流动性良好的炉渣快速脱磷。熔池温度达1 580℃以上时,分批加入石灰,并采用强化供氧、大功率供电、炉壁喷碳枪造泡沫渣,同时进行钢水脱碳。控制钢水终点C为0.06%～0.08%、P≤0.012%、温度为1 620℃—1 660℃,采用偏心炉底出钢。电炉出钢过程随钢流加入所需合金元素质量的80%～90%和脱氧剂Al对钢水进行强化预脱氧和合金化,让预脱氧形成的夹杂物有充分的上浮时间。

4.2 LF精炼工艺

当钢水进入LF精炼炉后,向钢包内加入合成渣(每吨钢加入12kg～15kg)快速造白渣,合成渣熔化后,再向钢包内加入高效脱氧剂(每吨钢加入0.8kg～2kg)进行精炼,视炉渣粘稠情况,用萤石或火砖块调整炉渣的流动性,实现钢水的脱硫、脱氧、去除非金属夹杂,同时调整合金元素成分达到产品标准要求,保持白渣时间大于20min。在LF钢水精炼结束前15mim内禁止加入Al块或喂入Al线脱氧,避免形成的Al2O3夹杂没有充分的上浮时间而留在钢中,导致钢管产品加工时形成缺陷。LF精炼结束后,对钢水进行钙处理,改变夹杂物形态,钙处理前先调整钢包底吹氩气流量,防止喂入的Ca大量氧化,产生沸腾,降低钙处理效果。

4.3 VD真空处理

由于钢种对钢质纯净度要求很高,因此对真空处理也提出了更严格的要求。钢水进行VD真空处理时适当增加吹氩搅拌强度,延长真空度小于或等于67Pa下的保持时间,保持处理时间15min以上,去除钢中的夹杂物和有害气体。VD结束后对钢水进行软吹,静吹时间大于或等于20min。

4.4 圆坯连铸工艺

连铸采用20 t中间包。使用2支氩气管分别在距中间包两侧500mm～950mm处的距离吹扫中间包3min～5min,钢包、中间包采用保护套管隔绝空气,钢包与保护套管连接处采用Ar气和密封垫保护。中间包液面高度控制在800mm以上,使用低碳中间包双层覆盖剂控制钢水增碳。连铸结晶器采用浸入式水口、保护渣保护浇注,控制钢水过热度为10℃～40℃,浇注速度为0.60m/min～1.35m/min。连铸二冷区采用5段汽雾冷却,弱冷方式,防止铸坯产生裂纹缺陷,提高铸坯内在质量。

连铸结晶器采用电磁搅拌,电磁参数设计为搅拌电流100A～200A,频率2.0Hz～2.5Hz,均匀结晶器内钢水温度,加快结晶器保护渣熔化速度,提高连铸坯表面质量,促进钢水夹杂物上浮去除,提高钢质纯净度。连铸连续浇注时,钢包水口不能自动开浇的钢水单独划出降级使用,避免烧氧开浇时二次氧化的钢水和中间包覆盖剂被钢水冲入结晶器形成夹杂物,导致产品滚削加工时产生微细裂纹缺陷。

5 生产效果

5.1 夹杂物控制水平

连铸坯轧管后,在管材上取样按GB/T 10561—2005中A法进行非金属夹杂物评级,检验结果见表4。

从表4可知,高品质刮削加工缸体用钢管钢质纯净度良好,优于技术协议对非金属夹杂物的要求,满足滚削加工对钢质高纯净度的使用要求。

5.2 钢管性能

连铸坯轧管后做了常温力学性能和—20℃冲击功性能检验,检验结果见表5。

表4 非金属夹杂物评级结果

表5 钢管力学性能检验结果

从表5可见,生产的高品质刮削加工缸体用管常温力学性能满足技术协议要求,—20℃冲击功性能优异,钢管具有良好的韧性。5.3 钢管滚削加工质量

2015年采用该工艺生产的3 000t高品质刮削加工缸体用无缝钢管,用户采用滚削加工未出现钢管表面微细裂纹缺陷,无缝钢管产品的力学性能、焊接性能、表面质量、几何尺寸、钢质纯净度均能满足使用要求,可以替代国外同类产品。

6 结论

(1)采用电弧炉→LF炉精炼→VD真空处理→圆坯连铸工艺生产的高品质刮削加工缸体用钢,通过控制电炉钢水终点碳、强化预脱氧,优化LF精炼和钙处理工艺,连铸保护浇注与电磁搅拌等工艺,钢中的非金属夹杂物得到了有效控制且工艺稳定性好。

(2)生产的高品质刮削加工缸体用无缝钢管,其化学成分、力学性能、焊接性能、表面质量、非金属夹杂物完全满足用户的使用要求,钢质纯净度完全满足用户滚削加工的特殊质量要求,可替代国外同类产品。

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Research on Smelting Process of Steel Used for High-quality Skiving Machining Cylinder

WANG Xi-jiang,HU Mao-hui,LIN Fa-ju

(Pangang Group Chengdu Steel&Vanadium Co.,Ltd.,Chengdu 610300,Sichuan)

To describe the smelting process of steel used for high-quality skiving machining cylinders and the technical treatments to enhance steel purity.Through research on carbon controlling at the end of EAF smelting,pre-deoxidation strengthening,LF refining,nonmetallic inclusion modification treatment,protective continuous casting and electromagnetic stirring process,and adopting the process of“EAF→LF refining→VD furnace vacuum treatment→Continuous casting of round billet”,the produced steel used for high-quality skiving machining cylinders are stable and in possess of low nonmetallic inclusions and high steel purity.These cylinders can meet the mechanical property and—20℃impact toughness required by customers and their nonmetallic inclusions meet the high-quality requirement for skiving machining.

skiving machining;cylinder steel;smelting process;continuous casting of round billet

1001—5108(2016)03—0012—03

TF762

A

王西江,炼钢工程师,主要从事炼钢工艺研究与新品种开发。