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一種高碳鋼的冶煉連鑄方法

文檔序號(hào):3376430閱讀:981來(lái)源:國(guó)知局
專利名稱:一種高碳鋼的冶煉連鑄方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于鋼鐵冶煉的工藝技術(shù)領(lǐng)域,特別是涉及高碳鋼中夾雜物的塑性化控制工藝方法。
背景技術(shù)
高碳鋼常作為制作機(jī)械設(shè)備的軸件、齒輪、軸承、彈簧等,在服役過(guò)程中經(jīng)受周期性交變應(yīng)力作用,疲勞破壞是導(dǎo)致上述工件失效的重要原因,鋼中非金屬夾雜物與鋼基體在變形性、熱膨脹性、硬度等方面與基體不同,如果夾雜物在熱加工的過(guò)程中發(fā)生良好變形,其與基體能夠保持良好的結(jié)合;反之,如果夾雜物不變形或變形很小,在鋼基體與夾雜物界面上會(huì)形成微裂紋、空洞,在交變應(yīng)力下易成為疲勞破壞源。為了提高疲勞壽命,一方面提高鋼水潔凈度以減少夾雜物含量,另一方面,應(yīng)該將夾雜物控制為球形、小尺寸、可變形的夾雜物。精煉過(guò)程中常用兩種渣系,第一種為低堿度、低氧化鋁精煉渣,常被用來(lái)生產(chǎn)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)排氣閥門用彈簧鋼絲與優(yōu)質(zhì)高碳簾線鋼。采用該渣系,可將鋼中的夾雜物控制在 Ca0-Si02-A1203系中的鈣斜長(zhǎng)石(Ca0_A1203. -2Si02)、磷石灰和假硅石灰相鄰的低熔點(diǎn)區(qū),如附圖所示的區(qū)域A。另一種是采用堿度為5-7、A1203含量約為20%的渣系來(lái)生產(chǎn)低氧軸承鋼、表面硬化鋼,但是其中鋼中夾雜物難以變形。目前專利及其他專業(yè)文獻(xiàn)所公開的技術(shù),大多涉及軸承鋼等高碳鋼中氧量的控制,并未涉及鋼中夾雜物的塑性化控制。如CN1005198000公開了一種轉(zhuǎn)爐連鑄工藝生產(chǎn)低氧高碳鉻軸承鋼的方法,只是強(qiáng)調(diào)了其轉(zhuǎn)爐工藝生產(chǎn)軸承鋼能夠?qū)㈣T坯中的全氧含量降低到9ppm左右,并未涉及鋼中夾雜物變性的控制方法。如ZL0132236. 5公開了一種采用“直流電爐初煉一鋼包爐底部吹氫精煉-真空爐脫氣-模鑄”生產(chǎn)工藝,它可以生產(chǎn)出T
不大于7ppm的高碳鉻軸承鋼。它只強(qiáng)調(diào)了其鋼的潔凈度也未涉及非金屬夾雜物的控制情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了提高高碳鋼疲勞壽命,提出一種高碳鋼冶煉及連鑄方法,既通過(guò)優(yōu)化轉(zhuǎn)爐冶煉、精煉和連鑄的方法,控制精煉渣的成分使高碳鋼中的非金屬夾雜物盡可能的進(jìn)入塑性區(qū)內(nèi),實(shí)現(xiàn)提高高碳鋼疲勞壽命。本發(fā)明主要靠如下手段實(shí)現(xiàn)。主要包括冶煉前的脫硫處理、轉(zhuǎn)爐冶煉、鋼包精煉、 方坯連鑄,其特征在于在進(jìn)入轉(zhuǎn)爐前對(duì)其進(jìn)行噴鎂法脫硫預(yù)處理,使硫含量< 0. 003% ;在轉(zhuǎn)爐冶煉采用雙渣法脫磷,出鋼時(shí)[P] <0.010% ;在鋼包精煉過(guò)程中造高堿度渣,渣中 (Ca0+Mg0)/(Si02+A1203)質(zhì)量分?jǐn)?shù)比大于6,吸附夾雜物并改變夾雜物成份,使其成份進(jìn)入塑性化區(qū)內(nèi),鋼包精煉結(jié)束時(shí)控制[Als]在0. 025%以上;在真空精煉過(guò)程中對(duì)鋼液采用 50-80pa的真空處理10-20分鐘,使鋼液中的[Als]控制在0. 015%以上;在小方坯連鑄機(jī)上進(jìn)行澆鑄,拉速1. 6-2. Om/min,比水量設(shè)定為0. 6-1. OL/kg。所述的冶煉連鑄方法,其特征在于在轉(zhuǎn)爐冶煉中,在熔池溫度氺1450°C時(shí),轉(zhuǎn)爐倒一遍渣的時(shí)間控制在^0-320s左右,倒渣量不少于80%,堿度控制到R = 2. 5,FeO不小于 25%。在轉(zhuǎn)爐出鋼時(shí)采用鋼心鋁作為脫氧劑,在出鋼1/10時(shí)加入,并一次性加足;出鋼后期加CaO含量約為50%,A1203含量約為40%,Si02不大于5%的頂渣料。在鋼包精煉中, 采用鋁粒,碳化硅做還原劑擴(kuò)散脫氧造白渣,控制精煉渣成份,使CaO = 50%-60%, Si02 < 10%, A1203 = 25% -30%,MgO = 5% -8%。在于在真空精煉中,真空處理后采用氬氣弱攪,攪拌時(shí)間控制在15-25分鐘,控制鋼液中[Als] >0.015%。在連鑄中,控制中間包鋼水過(guò)熱度不大于30°C,選用堿度為0. 8-0. 85的保護(hù)渣,結(jié)晶器電磁攪拌電流強(qiáng)度控制為 350A、頻率為2HZ ;末端結(jié)晶器電磁攪拌電流強(qiáng)度控制為500A、頻率為12HZ。采用本發(fā)明的轉(zhuǎn)爐冶煉、精煉和連鑄的方法,較好的控制精煉渣的成分,使高碳鋼中的非金屬夾雜物盡可能的進(jìn)入塑性區(qū)內(nèi),使高碳鋼疲勞壽命顯著提高。


附圖是Ca0-Si02-A1203系夾雜物低熔點(diǎn)區(qū)域示意圖。在圖中A區(qū)域是采用低堿度、低氧化鋁精煉渣所形成的非金屬夾雜物成分聚集區(qū)域,B區(qū)域是本發(fā)明采用高堿度渣系控制其非金屬夾雜物成分聚集區(qū)域。
具體實(shí)施例方式主要包括冶煉前的脫硫處理、轉(zhuǎn)爐冶煉、鋼包精煉、方坯連鑄。在進(jìn)入轉(zhuǎn)爐前對(duì)其進(jìn)行噴鎂法脫硫預(yù)處理,使硫含量< 0. 003% ;在轉(zhuǎn)爐冶煉采用雙渣法脫磷倒掉了含P205 高的爐渣,另造新渣以達(dá)到較好脫磷、脫硫效果。出鋼時(shí)[P] <0.010%。在鋼包精煉過(guò)程中造高堿度渣,渣中(Ca0+Mg0)/(Si02+A1203)質(zhì)量分?jǐn)?shù)之比大于6,吸附夾雜物并改變夾雜物成份,使其成份進(jìn)入塑性化區(qū)內(nèi),鋼包精煉結(jié)束時(shí)控制酸溶鋁[Als]在0. 025%以上。在真空精煉過(guò)程中對(duì)鋼液采用50-80pa的真空處理10-20分鐘,使鋼液中的酸溶鋁 [Als]控制在0. 015%以上。在小方坯連鑄機(jī)上進(jìn)行澆鑄,拉速1. 6-2. Om/min,比水量設(shè)定為 0. 6-1. OL/kg。 所述的冶煉連鑄方法,在于在轉(zhuǎn)爐冶煉中,在熔池溫度氺1450°C時(shí),轉(zhuǎn)爐倒一遍渣的時(shí)間控制在^0-320s左右,倒渣量不少于80%,堿度控制到2. 5,F(xiàn)eO不小于25%。在轉(zhuǎn)爐出鋼時(shí)采用鋼心鋁作為脫氧劑,在出鋼1/10時(shí)加入,并一次性加足;出鋼后期加CaO含量約50%,A1203含量約40%,Si02不大于10%的頂渣料。在鋼包精煉中,采用鋁粒,碳化硅做還原劑擴(kuò)散脫氧造白渣,控制精煉渣成份,使CaO = 50% -60%, Si02 < 10%, A1203 = 25% -30%,MgO = 5% -8%。在真空精煉中,真空處理后采用氬氣弱攪,攪拌時(shí)間控制在 15-25分鐘,控制鋼液中Als > 0.015%。在連鑄中,控制中間包鋼水過(guò)熱度不大于30°C, 選用堿度0. 8-0. 85之間的高碳鋼用保護(hù)渣,結(jié)晶器電磁攪拌電流強(qiáng)度控制為350A、頻率為 2HZ ;末端結(jié)晶器電磁攪拌電流強(qiáng)度控制為500A、頻率為12HZ。 采用的技術(shù)方案包括以下步驟(1)在進(jìn)入轉(zhuǎn)爐前對(duì)其進(jìn)行噴鎂法預(yù)處理脫硫, 保證硫含量低于0. 003% ; (2)在轉(zhuǎn)爐內(nèi)冶煉鋼水,采用雙渣法脫磷,出鋼時(shí)磷含量小于 0.010% ; (3)在鋼包中進(jìn)行精煉,夾雜物的主要變性階段,鋼包精煉過(guò)程中,噸鋼加入約 3. 2kg的渣料,控制渣中的中(Ca0+Mg0)/(Si02+A1203)不低于6,鋼包精煉結(jié)束時(shí)控制 [Als]在0. 025%以上;(4)對(duì)鋼液進(jìn)行真空處理,采用67pa的高真空處理15分鐘左右,鋼液中的[Als]控制在0.015%以上;( 在150mm2小方坯連鑄機(jī)上進(jìn)行澆鑄,拉速1.8m/ min,比水量設(shè)定為0. 8L/kg。在步驟2所述的轉(zhuǎn)爐冶煉時(shí),倒第一遍脫磷渣時(shí)間控制在300秒左右,前期熔池溫度氺1450°C。倒渣量不少于80%,堿度2. 5,F(xiàn)eO不小于25%。在步驟3所述的鋼包精煉過(guò)程中,采用鋁粒,碳化硅做還原劑擴(kuò)散脫氧造白渣,控制鋼液中[Als]在精煉結(jié)束時(shí)大于0.025%??刂凭珶捲煞軨aO = 50% -60%, Si02 < 10%,A1203 = 25%-30%,MgO = 5%-8%。純精煉時(shí)間在;35分鐘左右。如上圖所示,通過(guò)高堿度渣系控制夾雜物中成分在區(qū)域B中,此區(qū)域?yàn)?Ca0-A1203、5Ca0-3A1203、 2Ca0-2Si02-A1203、CaO-Al203相鄰的成分區(qū)域,其熔點(diǎn)低于1500°C,由于熔點(diǎn)不高,軋制過(guò)程中可以發(fā)生稍許變形,因而能夠改善鋼材的疲勞性能。本發(fā)明主要通過(guò)控制鋼包精煉中的頂渣成份,CaO = 50_60%,Si02< 10%,A1203 = 25%-30%,Mg0 = 5%-8%,來(lái)是鋼液中的夾雜物進(jìn)入低熔點(diǎn)的塑性區(qū)內(nèi),保證足夠的精煉時(shí)間,一般選取35分鐘以上,通過(guò)促使?fàn)t渣/鋼液、鋼液/夾雜物之間的反應(yīng)達(dá)到平衡, 使夾雜物成份逐漸接近頂渣成份,即使其進(jìn)入?yún)^(qū)域B內(nèi)。即Si02含量在0-20%,CaO含量在 40-70%,A1203 含量在 30% -50%
權(quán)利要求
1.一種高碳鋼冶煉連鑄方法,主要包括冶煉前的脫硫處理、轉(zhuǎn)爐冶煉、鋼包精煉、方坯連鑄,其特征在于在進(jìn)入轉(zhuǎn)爐前對(duì)其進(jìn)行噴鎂法脫硫預(yù)處理,使硫含量< 0. 003% ;在轉(zhuǎn)爐冶煉采用雙渣法脫磷,出鋼時(shí)[P] <0.010% ;在鋼包精煉過(guò)程中造高堿度渣,渣中 (Ca0+Mg0)/(Si02+Al203)質(zhì)量分?jǐn)?shù)比大于6,吸附夾雜物并改變夾雜物成份,使其成份進(jìn)入塑性化區(qū)內(nèi),鋼包精煉結(jié)束時(shí)控制[A1J在0. 025%以上;在真空精煉過(guò)程中對(duì)鋼液采用 50-80pa的真空處理10-20分鐘,使鋼液中的[Als]控制在0. 015%以上;在小方坯連鑄機(jī)上進(jìn)行澆鑄,拉速1. 6-2. Om/min,比水量設(shè)定為0. 6-1. OL/kg。
2.如權(quán)利要求1所述的冶煉連鑄方法,其特征在于在轉(zhuǎn)爐冶煉中,在熔池溫度 > 1450°C時(shí),轉(zhuǎn)爐倒一遍渣的時(shí)間控制在280-320S,倒渣量不少于80%,堿度控制到R = 2. 5,F(xiàn)eO 不小于 25%。
3.如權(quán)利要求1或2所述的冶煉連鑄方法,其特征在于在轉(zhuǎn)爐出鋼時(shí)采用鋼心鋁作為脫氧劑,在出鋼1/10時(shí)加入,并一次性加足;出鋼后期加CaO含量約為50%,Al2O3含量約為40%,SiO2不大于5%的頂渣料。
4.如權(quán)利要求1所述的冶煉連鑄方法,其特征在于在鋼包精煉中,采用鋁粒,碳化硅做還原劑擴(kuò)散脫氧造白渣,控制精煉渣成份,使CaO = 50% -60%, SiO2 < 10%, Al2O3 = 25% -30%, MgO = 5% -8%。
5.如權(quán)利要求1所述的冶煉連鑄方法,其特征在于在真空精煉中,真空處理后采用氬氣弱攪,攪拌時(shí)間控制在15-25分鐘,控制鋼液中[Als] >0.015%。
6.如權(quán)利要求1所述的冶煉連鑄方法,其特征在于在連鑄中,控制中間包鋼水過(guò)熱度不大于30°C,選用堿度為0. 8-0. 85的保護(hù)渣,結(jié)晶器電磁攪拌電流強(qiáng)度控制為350A、頻率為2HZ ;末端結(jié)晶器電磁攪拌電流強(qiáng)度控制為500A、頻率為12HZ。
全文摘要
本發(fā)明屬于鋼鐵冶煉的工藝技術(shù)領(lǐng)域。為了提高高碳鋼疲勞壽命,目前大多采用改善鋼水潔凈度以減少夾雜物含量等方法,本發(fā)明提出了通過(guò)改變非金屬夾雜物的形態(tài),從而改善疲勞壽命的方法。包括鐵水處理、轉(zhuǎn)爐冶煉、鋼包精煉、方坯連鑄等工藝;對(duì)鐵水采用噴鎂法脫硫預(yù)處理,使硫含量<0.003%;轉(zhuǎn)爐采用雙渣法脫磷;在鋼包精煉過(guò)程中造高堿度渣,吸附夾雜物并改變夾雜物成份,鋼包精煉控制[Als]在0.025%以上;采用50-80pa的真空處理10-20分鐘,使鋼液中的[Als]控制在0.015%以上;采用小方坯連鑄,拉速1.6-2.0m/min,比水量為0.6-1.0L/kg。使鋼中的非金屬夾雜物盡可能的進(jìn)入塑性區(qū)內(nèi),顯著提高了疲勞壽命。
文檔編號(hào)C21C7/10GK102517419SQ201110431388
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月21日
發(fā)明者張炯明, 李樹慶, 王永然, 羅衍昭, 陳少東 申請(qǐng)人:天津鋼鐵集團(tuán)有限公司
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