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38CrMoAl钢生产工艺实践
发布时间: 2016-04-29 来源:东北特钢 浏览人数:49778
 

 

  随着现代冶炼工艺的成熟,连铸技术装配和生产技术水平的提高,高Al钢在连续铸钢中的实践,类似于38CrMoAl等钢种由模铸生产转向于连铸生产,为炼钢成本的降低起着重要作用。
  38CrMoAl钢系高级氮化钢,具有高耐磨性、高疲劳强度和相当大的强度。良好地耐热性及耐腐蚀性能,被广泛应用于受冲击负荷不大,而在反复条件下的机械氮化零件,如自动车床主轴、蜗杆、精密齿轮、高压阀门、滚子、仿模活塞杆、汽轮机上的调速器、转动套、磨床主轴等哥哥耐磨件。
  38CrMoAl钢广泛应用于多个领域。该钢种铝含量极高,冶炼生产中容易产生高熔点的Al2O3和CaS夹杂,钢水处理不到位,成分控制不理想,渣系调整不好,保护浇注未做充分,易造成连铸生产结水口,难以实现顺利浇注。
  水口结瘤不仅降低连铸的生产效益,还是引起钢铁产品缺陷的主要原因。针对该钢种可浇性差的现象,新余新良特殊钢有限责任公司制订了有效可行的冶炼,浇注工艺路线和控制措施,实现了该钢种良好地可浇性。
  1 生产工艺
  新良特钢公司对38CrMoAl钢设计生产工艺流程为:600吨混铁炉→50tEBT炉(附有底侧吹工艺)→50tLF精炼→VD→R9m3机3流合金钢弧形连铸机(结晶器液面自动控制,结晶器电磁搅拌,铸坯断面250mm×250mm,汽水雾化冷却,PLC自动控制系统)→冷床缓冷→检查→入库。38CrMoAl的化学成分见表1.
表1 38CrMoAl的化学成分
成分,%
C
Si
Mn
Cr
Mo
Al
P
S
国标
0.35
0.42
0.2
0.45
0.30
0.60
1.35
1.65
0.15
0.25
0.70
1.10
≤0.035
≤0.035
内控
0.37
0.41
0.25
0.35
0.35
0.45
1.40
1.50
0.16
0.19
0.75
0.96
≤0.020
≤0.002
 
  38CrMoAl在生产工艺中过程控制十分重要,特别是高熔点夹杂物控制,保护浇注控制等对高铝钢影响尤为明显。
  2 工艺措施
  为实现低成本战略,由连铸坯取代模铸锭,可大大提高铸坯的成材率,其工艺关键在解决可浇性的难题。
  2.1 电炉工艺控制与措施
  EBT初炼炉采用热装铁水和废钢的配料原则,铁水与废钢比例88%:12%,充分利用热铁水与氧反应放出的化学热进行升温冶炼,在电弧炉无需电极,也不供电的情况下达到冶炼效果,并由2支炉壁集束枪、2支侧吹枪和2支底吹N2-Ar切换透气芯来达到合理的供氧、搅拌及控制供氧强度的目的。使其熔清C含量控制在0.90%-1.2%范围,避免钢液产生过度氧化,从而在二次精炼过程中产生大量夹杂物。
  控制终点C在0.10%-0.18%范围,P控制在≤0.015%,达到工艺出钢温度时,停氧由炉门喷吹碳粉进行脱氧,排尽炉渣方能出钢。
  要求EBT炉内钢液中氧脱至≤200ppm,出钢过程将合金配至成分下限并随钢流加入,考虑Al具有强脱氧作用,注意钢液回硅现象,Al按成品上限含量1.60%配入,且必须尽早随钢流一次性加入,可以使生成的Al2O3夹杂有充足的上浮时间,对钢液的净化及Al2O3的降低都有很好的效果。
  出钢实施留钢操作,严禁出钢后期氧化渣进入精炼钢包内,出钢过程将随钢流加入的石灰、精炼渣等渣料,有利于LF炉提前快速形成泡沫渣,为LF精炼工序提供良好条件。
  出钢量必须严格控制,保证钢包自由空间≥800mm,出钢后包内温度控制在1550-1590℃,有利于LF炉精炼快速成渣和VD良好地脱气效果。
  2.2 LF精炼控制与措施
  为提高精炼效果,减轻精炼炉的冶炼任务,在EBT炉炉后钢包内将把化学成分调整到工艺控制要求的水平。
  1)合理供电曲线
  LF精炼过程中,精炼前期10min内石灰未完全成渣,形成泡沫渣要有一定的时间和合理的温度,所以前期电流不宜过大,待基本形成泡沫渣后再调整供电电流,有利于把通电过程中经电极电离使大气中N2气吸入量得到有效控制,在整个精炼过程中,要求增氮量≤5ppm,精炼时间控制在55-65min,且白渣保护时间≥35min。
  2)吹Ar控制
  LF精炼过程中,吹氩搅拌起着均匀成分和温度,促进钢-渣界面反应,使夹杂物碰撞长大并加速夹杂物上浮等重要作用。在微调合金时,要合理调整氩气流量,防止搅拌过大造成卷渣,并增加钢中气体及夹杂物,同时延长升温时间;过小钢液流动,夹杂物上浮速度慢,易造成成分、温度不均匀现象发生,需要有合适的吹氩量,吹氩量的选择在15-30m3/h为宜,而实际操作中要根据钢水温度、透气性能进行微调。吹氩搅拌以不裸露钢液面而有轻微翻腾为最佳。
  3)LF精炼造渣
  在LF炉冶炼过程中使用石灰(CaO含量≥92%)和萤石作为造渣剂,采用电石、铝粉、碳粉等强脱氧剂还原材料,形成具有良好流动性、高还原性、高碱度并以CaO-SiO2-Al2O3为基础的复合渣子,保证白渣中的MnO+FeO控制在≤0.5%。在充分还原的同时,将氧脱至12ppm,S控制在≤0.008%,保证Al2O3夹杂物的充分上浮,防止MnS的生成。不进行钙处理,这是因为Al含量太高,钢中生成的Al2O3相对偏多,如果要达到适合的Ca/Al比,用常规的Ca变形,不仅会大大增加成本,也不容易生成低熔点的12CaO•7Al2O3等钙铝酸,反而生成高熔点产物,不利于夹杂物的去除,钢水最终纯净度难以保证。
  2.3 VD工艺控制与措施
  VD处理总时间22-26min,高真空度(67pa)保持时间≥15min,处理过程中合理调节Ar流量,让钢水翻开渣面,有利于夹杂物的快速上浮和充分脱气,经VD处理后静吹氩时间≥15min,并取样分析其渣系成分和钢水成分,结果分别见表2和表3.
表2  渣系成分
炉号
Al2O3
CaO
SiO2
FeO
MgO
D52-2566
38.41
55.57
0.001
0.25
6.54
D52-2568
39.26
56.34
0.001
0.28
4.85
 
表3 钢水经真空脱气后主要成分%
炉号
C
Si
Mn
Cr
Mo
Al
P
S
N,ppm
O,ppm
H,ppm
D52-2566
0.38
0.28
0.40
1.50
0.18
0.96
0.015
0.002
45
12
1.1
D52-2567
0.39
0.27
0.39
1.48
0.19
0.93
0.012
0.001
44
11
1.2
D52-2568
0.37
0.29
0.41
1.45
0.18
0.94
0.014
0.002
42
12
1.0
D52-2569
0.40
0.27
0.42
1.47
0.17
0.96
0.012
0.002
43
10
1.2
D52-2570
0.38
0.29
0.43
1.16
0.18
0.95
0.011
0.001
40
11
1.3
D52-2571
0.38
0.28
0.41
1.48
0.18
0.95
0.012
0.002
36
10
1.1
 
  2.4 CC工艺控制与措施
  1)连铸采用全程保护浇注,大包保证自动开浇,大包套管处使用密封垫圈并吹氩保护。
  2)开浇时中包保持干净、干燥,烘烤良好,且必须使用氩气吹扫中间包内的氩气方能开浇,使用2支扫管同时吹扫。
  3)开浇后保证中间包钢液面高度≥700mm,保持静压力,让夹杂物有充足上浮时间,中包在线容量≥12t,加适量覆盖剂确保渣面不发红,中包覆盖剂使用低硅高碱度覆盖剂,减少吸气、回硅及二次氧化。
  4)控制过热度在30-45℃,确定合理的比水量二冷水及拉速,保证连铸坯表面和内在质量,浇注拉速为0.65-0.85m/min,全部使用液面自动控制。
  5)浸入式水口采用铝锆质量且孔径设为φ35mm,使用密封垫圈进行保护,结晶器采用专用保护渣,熔化性能良好,无结渣等现象。
  3 实践结果
  3.1 钢水可浇性情况
  在准备条件充分的情况下,2015年5月试浇6炉,除首包未使用液面自动控制外,其余全部使用液面自动控制。可浇性良好,浇毕观察浸入式水口内壁清洁良好,无结瘤现象,全Alt与Als最多相差0.002%,说明过程二次氧化少,钢水纯净度高。
  3.2 钢水洁净度情况
  由于对S的控制,加上未喂钙线,所以难于生成高熔点的CaS夹杂。由于Al属一次性加入,且Al的量很高,所以在生产过程中,对LF炉炉渣中的Si全部被还原到钢水中,造成增硅严重。
  实验保证了VD处理时间,延长了LF炉冶炼时间及整个过程吹氩时间,对夹杂物上浮的数量相对增多,钢水纯净度提高。
  3.3 钢水铸坯质量
  该实验的6炉钢化学成分全部符合表1要求,经轧材加工后最终产品均满足用户要求。铸坯检验结果见表4,轧材检验结果见表5。
表4 铸坯检验结果
检验项目
中心疏松/级
缩孔/级
裂纹等其他缺陷/级
检验结果
≤1.0
≤1.5
 
表5  轧材检验结果
检 验
项 目
气体,ppm
夹杂,级
机械性能
T[O]
[H]
[N]
A
B
C
D
检验 结 果
8-11
≤1.5
36-45
≤1.0
≤1.0
≤0.5
满足国标
 
  4 结语
  1)采用一次性尽早加入铝,使Al2O3有充足的时间上浮。
  2)加强EBT炉的脱氧,有利于铝收得率提高,生成的Al2O3数量更少。
  3)精炼过程造高碱度高还原性、流动性良好地白渣,充分吸附钢中上浮的Al2O3夹杂物。
  4)控制钢水中S含量≤0.002%,减少CaS生成。
  5)加大VD处理效果和软吹氩时间,有利于夹杂物的上浮。
  6)连铸实施全程保护浇注,加大中间包容量。
 
 摘选自《世界金属导报》第54卷
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