非调质曲轴钢lf精炼工艺研究

非调质曲轴钢lf精炼工艺研究

非调质钢通过在研磨和研磨过程中分离细铁粉碳或氮化物，从而达到分散的目的，可达800.100ma。非调质钢利用这一特点,具有节能、简化生产工序及产品质量高等优点,被广泛应用于汽车连杆、曲轴、驱动轴等零件和结构件。2006年以前,本溪钢铁集团公司(以下简称本钢)主要通过电炉流程生产该类钢种。2005年底,本钢350mm×470mm矩形坯连铸机投产以后,开始研究转炉流程生产该类钢种。目前,48MnV-C非调质曲轴钢已在转炉流程中批量生产。在生产过程中,采用了BOF(公称容量150t)与LF、RH不同组合方式,发现其钢中氢、氮含量控制结果差异较大,本文对此进行研究。148钢水增氮技术48MnV-C非调质曲轴钢生产执行本钢技术标准BX508-2006,主要化学成分如表1所示。由表1可见,48MnV-C钢中氮含量要求较高,需要进行钢水增氮操作。氮是非调质钢中经济而有效的微合金化元素,钒是非调质钢最常用、最有效的强化元素。氮增强了非调质钢中钒的沉淀强化作用,大幅度提高钢的强度。充分利用廉价而丰富的氮,在保证一定的强度下,可节约价格昂贵的钒合金,进一步降低非调质钢的成本。2钢水预算的制定2.1确定含氮地层常用的钢水增氮方法有2种,均是在精炼工序进行。一种方法是通过钢包透气砖向液态钢水中吹氮气,或通过采用氮气做RH驱动气来对钢液进行增氮。另一种方法是向钢液中加入含氮合金。考虑到现有精炼装置没有吹氮气进行钢水增氮功能,因此,采用了氮合金化增氮操作,采用的氮化锰合金含氮质量分数为2.0%～4.0%。2.2氮和钒合金化48MnV-C非调质曲轴钢生产工艺流程为“转炉→精炼→矩形坯连铸”,氮和钒的合金化在精炼工序进行。本钢炼钢厂现有LF和RH精炼设备,因此,可以考虑的精炼工艺组合有两种方式,一是LF精炼法,二是RH与LF双联法。3试验结果与讨论3.1铁水硫改良剂由表1可见,48MnV-C钢对钢中硫含量有一定范围要求,再考虑到后续有LF精炼控制措施。因此,要求铁水硫质量分数不大于0.035%。转炉出钢要挡渣,以利于LF造渣精炼。转炉出钢过程要完成钢中碳、硅、锰、铬、钒元素的第一次合金化,其钢中含量要为精炼工序的成分调整留有余地,特别是锰,要考虑LF加氮化锰增氮时的增锰量。3.2生产工序钢含量的变化生产实践表明:只经LF精炼并氮合金化处理,钢中氮含量控制非常稳定。但在轧材检验时,发现轧材中产生“白点”缺陷的比率比较高。通过化学分析检验发现,此时钢材中氢含量比较高。以某两连浇6炉试验数据为依据,分析如下:1)钢中氮含量。采用LF精炼法时,各生产工序钢中氮含量变化如表2所示。由表2可见,中间包的钢中w(N)波动范围较窄,在(108～134)×10-6,平均为120×10-6。2)钢中氢含量。采用LF精炼法时,各生产工序钢中氢含量变化如表3所示。由表3可见,在LF精炼前,钢水中氢含量就已经较高,平均w(H)已达4×10-6;再经LF精炼处理,钢水中w(H)又平均增加了1×10-6,达到了5×10-6左右。这么高的氢含量,足以导致钢材产生“白点”缺陷。本钢转炉生产特殊钢的优势在于转炉采用的钢铁料90%是铁水,其铁水中有害元素Pb、Sb、As、Sn、Bi及Ni、Cr、Mo、Cu等残余元素含量非常低,生产效率高等。但不足之处在于生产原材料的干燥程度不能完全满足要求。因此,造成在LF精炼前钢水中氢含量偏高。3.3rh真空循环脱氢采取RH与LF双联法,是为避免仅采用LF精炼处理的48MnV-C钢时,其钢中氢含量较高,造成轧材上出现“白点”缺陷的问题。利用RH真空循环脱氢,降低钢中氢含量,进而达到避免钢材产生“白点”缺陷。但如何组合LF和RH精炼次序、对脱氮又有何影响,这还需要进一步研究。3.3.1rh脱气前后钢中氮含量的变化在生产X70管线钢和GCr15轴承钢时,采用了LF+RH组合方式。取3炉X70钢和5炉GCr15钢数据(均选取了RH精炼前钢水氮含量较高的炉次分析),其钢中氮含量平均值变化如图1所示。由图1可见,经RH脱气后,钢水脱氮率在40%左右。考虑到RH脱氢的同时,也有40%左右(生产中,脱氮率波动范围较大、不稳定)的脱氮作用,因此,没有采用先LF后RH这种精炼组合方式来生产48MnV-C钢。3.3.2rh+lf精制法根据Sievere法则,RH真空脱氢时,钢水中氢含量与真空室中氢气分压的平方根成正比。在RH真空室内,在驱动气体氩气的作用和真空脱碳生产的CO气体的作用下,钢液中的氢向上述气泡中扩散从而使脱氢反应(H2=2[H])激烈地进行,从而达到脱氢的目的。RH精炼后,再经LF精炼调整化学成分和温度,其中包括钢水氮含量的调整。在增氮的同时,钢水氢含量将会随之增加。在本钢现有生产条件下,在LF精炼过程中,无论钢水原始含氢量高低,都存在增氢趋势,平均增氢质量分数为1×10-6(见表3)。以另外某两个浇次7炉试验数据为依据,分析如下:1)钢中氮含量。RH精炼过程中,可对与目标成分相差较大的元素进行微调,但硫、氮不在此调整。LF精炼时,先调整温度,同时造还原渣降低钢中氧含量,然后合金化。成分调整次序为:碳→锰→硅→铬→铝→钒→氮→硫。注意锰的调整,在加入氮化锰前,锰的调整要留有余地。经RH真空脱气后,钢水中w(N)=(25～50)×10-6。采用氮化锰增氮,每加100kg氮化锰可使钢中w(N)增加(10～12)×10-6。RH+LF精炼组合方式的钢水增氮结果如表4所示。通过加入氮化锰进行氮合金化,可以稳定地控制钢水w(N)在(110～132)×10-6,平均值120×10-6。大批量生产统计数据为:成品钢中w(N)在(108～134)×10-6,平均为120×10-6。在LF精炼末期喂钙包芯线进行钙处理,然后喂硫包芯线调钢中硫含量。最后进行钢包“软吹氩”操作,吹氩时间5～10min。2)钢中氢含量。采用RH+LF精炼法时,各生产工序钢中氢含量变化如表5所示。由表5可见,与表3相似,在RH真空脱气前,钢包钢水w(H)就已比较高,平均已达5×10-6;经RH真空脱气后,钢水w(H)明显降低。在真空值200Pa以下,脱气20min左右时,钢水w(H)可脱至1×10-6以下,平均0.7×10-6;在LF精炼及氮合金化过程中,钢水中w(H)平均增加了1×10-6左右;中间包钢水中w(H)平均为1.9×10-6,最大2.4×10-6。生产实践表明:在本钢现有生产条件下,目前的钢中氢含量没有发现钢材“白点”缺陷。3.4中间包内钢中的水氢含量中间包、长水口等要密封并吹氩,防止钢水二次氧化。由表4可见,在连铸工序,钢水氮含量也几乎没有改变,中间包内钢中氮质量分数在(110～132)×10-6,平均值为120×10-6。由表5可见,在连铸工序,钢水氢含量几乎没有改变。另外,中间包过热度控制在30℃左右,铸坯拉速控制在0.56～0.62m/min。3.5生产的48mnv-c非调质轴采用“转炉→RH+LF精炼→矩形坯连铸”生产工艺流程,生产的48MnV-C非调质曲轴钢,其轧材的“白点”缺陷率为0。而在精炼工序只采用LF处理,其生产的48MnV-C钢材出现“白点”缺陷率高达35%。4内钢液质量分数1)采用“转炉→RH+LF精炼→矩形坯连铸”生产工艺流程,在LF采用氮化锰合金进行增氮的方