本發(fā)明涉及冶金領(lǐng)域的非調(diào)質(zhì)鋼的生產(chǎn)工藝，具體的說是一種EAF-LF-VD-CCM短流程生產(chǎn)線制造控硫控鋁控氮高檔非調(diào)質(zhì)鋼的生產(chǎn)工藝。

背景技術(shù)：

鋼鐵材料有著良好的強(qiáng)度和低溫韌性，因此在機(jī)械、汽車、工程制造業(yè)中占有重要地位。鋼的質(zhì)量和壽命以及加工性能直接制約著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和節(jié)能環(huán)保。20世紀(jì)70年代開始的石油危機(jī)，對汽車工業(yè)用材和工藝產(chǎn)生了強(qiáng)烈的影響，對能否省去耗能很大的調(diào)質(zhì)工序產(chǎn)生了極大興趣，從而促進(jìn)了非調(diào)質(zhì)鋼的研制與開發(fā)。非調(diào)質(zhì)鋼是熱軋或者熱鍛后的鋼鐵材料不經(jīng)過正火、淬火和回火的調(diào)質(zhì)處理而直接投入使用的鋼鐵材料，具有簡化生產(chǎn)工藝，取消淬火、回火工序，減少變形開裂，提高產(chǎn)品性能和綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，降低了生產(chǎn)能耗和成本。

目前非調(diào)質(zhì)鋼主要用于汽車工業(yè)。為了發(fā)揮其節(jié)能、節(jié)材等優(yōu)點(diǎn),逐漸將其應(yīng)用范圍擴(kuò)大到建筑用材、重型工程結(jié)構(gòu)、高壓輸送管道、橋梁、高壓容器、集裝箱、船舶等。這些用途的鋼材一般占社會對鋼材總需求量的60％左右,所以非調(diào)質(zhì)鋼應(yīng)用前景廣闊,將成為現(xiàn)代鋼鐵工業(yè)的主力產(chǎn)品之一。但與國外先進(jìn)水平相比,中國非調(diào)質(zhì)鋼的生產(chǎn)與應(yīng)用仍處于較低水平。隨著中國現(xiàn)代交通運(yùn)輸業(yè)的快速發(fā)展,能源供需矛盾尖銳、環(huán)保要求日益迫切,對高品質(zhì)非調(diào)質(zhì)鋼制品的需求劇增,要求其具有良好的冶金質(zhì)量和性能水平，在開發(fā)高強(qiáng)韌非調(diào)質(zhì)鋼的同時(shí)做好非調(diào)質(zhì)鋼生產(chǎn)與應(yīng)用的基礎(chǔ)工作，是擴(kuò)大非調(diào)質(zhì)鋼應(yīng)用的一個(gè)重要方面。

細(xì)化鋼的晶粒能有效地提高鋼的韌性、保持高強(qiáng)度。非調(diào)質(zhì)鋼中常添加Al、Ti、N等元素，通過析出AlN、TiN來釘扎奧氏體晶界，提高奧氏體晶粒長大激活能量，在加熱時(shí)阻止晶粒長大，在形變過程中抑制奧氏體再結(jié)晶，從而細(xì)化奧氏體晶粒。增氮可提高T iN的穩(wěn)定性,阻止奧氏體晶粒粗化，試驗(yàn)表明，每增加10ppm的氮可以提高非調(diào)質(zhì)鋼6～10MPa的屈服強(qiáng)度。加Ti與不加Ti鋼斷裂試驗(yàn)對比結(jié)果表明，其裂紋產(chǎn)生能量相近，而含Ti鋼因其組織精細(xì)裂紋擴(kuò)展阻力加大，裂紋擴(kuò)展能量提高，因而韌性提高。為了提高非調(diào)質(zhì)鋼的切削性能,在非調(diào)質(zhì)鋼中通常加入0.02％～0.08％的硫，同時(shí)又能起到奧氐體晶粒細(xì)化的作用。因此控鋁控氮控硫非調(diào)質(zhì)鋼成為汽車用非調(diào)質(zhì)鋼的主流鋼種。

為了保證非調(diào)質(zhì)鋼零部件的服役壽命,對鋼材的潔凈度提出了越來越嚴(yán)格的要求，非調(diào)質(zhì)鋼的生產(chǎn)研發(fā)大多開始于電爐短流程生產(chǎn)線，但絕大多數(shù)電爐短流程生產(chǎn)線配以EAF-LF-VD-CCM流程。VD工藝具有鋼渣混沖，去氣去夾雜的作用，生產(chǎn)低硫鋼具備得天獨(dú)厚的條件。對于控鋁控氮控硫非調(diào)質(zhì)鋼來說，難度巨大，主要原因?yàn)樘岣咪撍疂崈舳?采用鋼包精煉加VD真空脫氣工藝,以盡可能降低鋼中氧含量；精煉渣采用高堿度渣系而形成還原性氣氛,以改善夾雜物上浮條件,避免鋼液二次氧化。然而,上述工藝形成的還原性氣氛、低氧含量也促進(jìn)了鋼水的脫硫,加之VD中鋼渣接觸面積加大，同時(shí)VD處理后加入大量的氮化合金、鋁鐵等調(diào)整成分，極大地污染了鋼水，使得高檔非調(diào)質(zhì)鋼要求的高潔凈度和控硫控氮在煉鋼生產(chǎn)上存在較大矛盾，較長時(shí)期無法生產(chǎn)出高品質(zhì)的非調(diào)質(zhì)鋼。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明涉及的控硫控鋁控氮高檔非調(diào)質(zhì)鋼主要應(yīng)用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，如曲軸用鋼38MnSiVS5等、連桿用鋼C70S6、46MnVS6等；汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，如轉(zhuǎn)向節(jié)用鋼F40MnVS等；汽車行駛系統(tǒng)，如控制臂用鋼20MnCrS5等；汽車傳動(dòng)系統(tǒng)，如傳動(dòng)軸用鋼F45MnVS、銷軸用鋼C38MnNS5等等，它們有一個(gè)共同特點(diǎn)就是絕大多數(shù)汽車用鋼的基本要求，即零缺陷高純凈高強(qiáng)韌性，對于EAF-LF-VD-CCM工序流程來說，其關(guān)鍵技術(shù)就是確定最佳的精煉脫氧造渣工藝、增硫增氮工藝、鈣處理工藝以及連鑄全保護(hù)、電磁攪拌、二冷配水和輕壓下工藝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定澆鑄。

因此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：如何在不需要進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理下提高控硫控鋁控氮高檔非調(diào)質(zhì)鋼的純凈度，使其具有優(yōu)異的抗疲勞性能。

本發(fā)明解決以上技術(shù)問題的技術(shù)方案是：

一種控硫控鋁控氮非調(diào)質(zhì)鋼的生產(chǎn)工藝，其工藝流程為：廢鋼+熱裝鐵水→電弧爐冶煉→LF精煉→VD真空脫氣→大方坯連鑄成坯(EAF-LF-VD-CCM工序流程)，所述非調(diào)質(zhì)鋼中S、Alt和N的質(zhì)量百分比含量分別為：S：0.020-0.055，Alt：0.015-0.055％，N：0.070-0.150％；

⑴電爐出鋼前通過二次補(bǔ)加鐵水脫氧，將鋼水氧含量控制在300ppm以下；

⑵在電弧爐冶煉出鋼過程中鋼包底攪正常吹氬氣，主要元素除S、Alt、N外，使用相應(yīng)種類合金及增碳劑調(diào)整到判定范圍下限的85％，Alt到精煉爐第一個(gè)樣達(dá)判定成分范圍中上限；

⑶精煉過程如果成品成分氮含量在100ppm以上，則全程吹氮?dú)?5-50分鐘，如果氮含量在70-100ppm，縮短吹氮時(shí)間，吹氮?dú)鈺r(shí)間控制在25-40分鐘，并切換為氬氣攪拌；除鋼中N和S成分外，對其它成分按判定中限進(jìn)行點(diǎn)成分控制，分別使用硅錳、硅鐵、高純石墨碳材和釩鐵調(diào)整Mn、C、V元素至判定范圍中限，Si至中下限；精煉結(jié)束進(jìn)真空前用鋁線微調(diào)Alt達(dá)0.040-0.055％，S≤0.008％；鈣處理，噸鋼喂鈣量控制為0.2-0.3kg，其它成分調(diào)整至規(guī)定范圍，首爐溫度達(dá)鋼種液相線溫度以上150-160℃，連澆爐在鋼種液相線溫度以上140-150℃后進(jìn)真空處理；

⑷VD真空處理過程中，真空保持前全程吹氮，破真空前3分鐘切換底攪氣為氬氣，在真空度≤1毫巴下處理10-12min，破真空后用鋁線微調(diào)Al至目標(biāo)值，弱鈣處理，噸鋼喂鈣量控制為0.05-0.1kg，無明確要求不添加Ti的鋼種，喂入鈦鐵包芯線0.5kg/t鋼，同時(shí)用氮化硅鐵包芯線微調(diào)氮含量至前后爐次成分相近，成分偏差在10ppm內(nèi)，軟吹氬時(shí)間5-10min，后用硫磺包芯線調(diào)整S至目標(biāo)值，調(diào)整S后的軟吹氬時(shí)間控制為8～15min，加硫后嚴(yán)禁返回升溫，軟吹氬過程中取樣分析全元素，所有元素滿足判定范圍且軟吹氬時(shí)間滿足工藝要求后即可進(jìn)行連鑄澆注；

⑸連鑄澆注全程采用中間包灌氬操作進(jìn)行保護(hù)澆注，選擇鋼水死區(qū)比例小于10％的優(yōu)化流場型專用中間包，非調(diào)質(zhì)鋼使用中間包鋼水平均停留時(shí)間850-920s，無短路流。

本發(fā)明的有益效果是：⑴本發(fā)明的控硫控鋁控氮高檔非調(diào)質(zhì)鋼純凈度高，成分和低倍組織均勻，各向異性小，有淬透性要求的可實(shí)現(xiàn)帶寬在4HRC以內(nèi)，交貨前的A級聯(lián)合探傷一次合格率內(nèi)傷穩(wěn)定在100％；⑵本發(fā)明可確保冶煉、連鑄過程順行，滿足用戶大批量訂單需要；⑶本發(fā)明生產(chǎn)的汽車用鋼不需要進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，用戶可直接用于車削加工，且切削性能好，同時(shí)具有優(yōu)異的疲勞性能，可替代部分進(jìn)口產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

本實(shí)施例是一種控硫控鋁控氮非調(diào)質(zhì)鋼的生產(chǎn)工藝，利用EAF-LF-VD-CCM工序流程生產(chǎn)出控硫控鋁控氮高檔非調(diào)質(zhì)鋼的工藝方法，非調(diào)質(zhì)鋼中S、Alt和N的質(zhì)量百分比含量分別為：S：0.020-0.055，Alt：0.015-0.055％，N：0.070-0.150％，本實(shí)施例生產(chǎn)工藝在以下工藝流程中開展：廢鋼+熱裝鐵水→100t EBT電弧爐冶煉→100t LF精煉→100t VD真空脫氣→大方坯連鑄成坯。

本發(fā)明所述內(nèi)容在上述工藝流程中通過以下技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)的：

⑴電爐出鋼前通過二次補(bǔ)加1～3噸鐵水脫氧將鋼水氧含量控制在300ppm以下，這是實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定澆鑄及高純凈度的關(guān)鍵工藝技術(shù)之一。

⑵在100t EBT電弧爐冶煉出鋼過程中鋼包底攪正常吹氬氣，主要元素除S、Alt、N外使用相應(yīng)種類合金及增碳劑調(diào)整到判定范圍下限的85％，Alt到精煉爐第一個(gè)樣達(dá)判定成分范圍中上限。

⑶100t LF精煉過程正常生產(chǎn)狀況下成品成分在100ppm以上氮含量的全程吹氮?dú)?壓力流量同氬氣使用)，35～50分鐘，氮含量在70～100ppm，適當(dāng)縮短吹氮時(shí)間，切換為氬氣攪拌。除鋼中N和S成分外，對其它成分按判定中限進(jìn)行點(diǎn)成分控制，分別使用硅錳、硅鐵、高純石墨碳材、釩鐵等調(diào)整Mn、C、V等元素至判定范圍中限，Si至中下限；精煉結(jié)束進(jìn)真空前用鋁線微調(diào)Alt達(dá)：(0.040-0.055)％，S：≤0.008％，鈣處理，噸鋼喂鈣量控制在(0.2-0.3)kg，其它成分調(diào)整至規(guī)定范圍、溫度合適后進(jìn)真空處理。

⑷100t VD真空處理過程中，真空保持前全程吹氮，破真空前3分鐘切換底攪氣為氬氣，在真空度≤1毫巴下處理(10-12)min，破真空后用鋁線微調(diào)Al至目標(biāo)值，弱鈣處理，噸鋼喂鈣量控制在(0.05-0.1)kg，無明確要求不準(zhǔn)添加Ti的鋼種，可喂入鈦鐵包芯線0.5kg/t鋼，同時(shí)用氮化硅鐵包芯線微調(diào)氮含量至前后爐次成分相近，軟吹氬時(shí)間≥5min，后用硫磺包芯線調(diào)整S至目標(biāo)值，調(diào)整S后的軟吹氬時(shí)間控制在8-15min，加硫后嚴(yán)禁返回升溫，軟吹氬過程中取樣分析全元素，所有元素滿足判定范圍且軟吹氬時(shí)間滿足工藝要求后即可進(jìn)行連鑄澆注。這是實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定澆鑄及高純凈度的關(guān)鍵工藝技術(shù)之三。

⑸連鑄澆注全程采用中間包灌氬操作進(jìn)行保護(hù)澆注，根據(jù)鋼種需要選擇使用流場優(yōu)化型中包，高檔非調(diào)質(zhì)鋼可使用中間包鋼水平均停留時(shí)間大于850s，無短路流，鋼水死區(qū)比例小于10％的優(yōu)化流場型專用中間包。結(jié)晶器電磁攪拌參數(shù)選擇350A*2Hz，輕壓下使用2332模式。

本實(shí)施例的控硫控鋁控氮高檔非調(diào)質(zhì)鋼純凈度高，成分和低倍組織均勻，各向異性小，有淬透性要求的可實(shí)現(xiàn)帶寬在4HRC以內(nèi)，交貨前的A級聯(lián)合探傷一次合格率內(nèi)傷穩(wěn)定在100％；可確保冶煉、連鑄過程順行，滿足用戶大批量訂單需要；生產(chǎn)的汽車用鋼不需要進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，用戶可直接用于車削加工，且切削性能好，同時(shí)具有優(yōu)異的疲勞性能，可替代部分進(jìn)口產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。

實(shí)施例2

本實(shí)施例是一種控硫控鋁控氮非調(diào)質(zhì)鋼的生產(chǎn)工藝，具體為：

⑴電爐出鋼前通過二次補(bǔ)加鐵水脫氧，將鋼水氧含量控制在300ppm以下；

⑵在電弧爐冶煉出鋼過程中鋼包底攪正常吹氬氣，主要元素除S、Alt、N外，使用相應(yīng)種類合金及增碳劑調(diào)整到判定范圍下限的85％，Alt到精煉爐第一個(gè)樣達(dá)判定成分范圍中上限；

⑶精煉過程如果成品成分氮含量在100ppm以上，則全程吹氮?dú)?5分鐘，如果氮含量在70ppm，縮短吹氮時(shí)間，吹氮?dú)鈺r(shí)間控制在25分鐘，并切換為氬氣攪拌；除鋼中N和S成分外，對其它成分按判定中限進(jìn)行點(diǎn)成分控制，分別使用硅錳、硅鐵、高純石墨碳材和釩鐵調(diào)整Mn、C、V元素至判定范圍中限，Si至中下限；精煉結(jié)束進(jìn)真空前用鋁線微調(diào)Alt達(dá)0.040-0.055％，S≤0.008％；鈣處理，噸鋼喂鈣量控制為0.2kg，其它成分調(diào)整至規(guī)定范圍，首爐溫度達(dá)鋼種液相線溫度以上150℃，連澆爐在鋼種液相線溫度以上140℃后進(jìn)真空處理；

⑷VD真空處理過程中，真空保持前全程吹氮，破真空前3分鐘切換底攪氣為氬氣，在真空度≤1毫巴下處理10min，破真空后用鋁線微調(diào)Al至目標(biāo)值，弱鈣處理，噸鋼喂鈣量控制為0.05-0.1kg，無明確要求不添加Ti的鋼種，喂入鈦鐵包芯線0.5kg/t鋼，同時(shí)用氮化硅鐵包芯線微調(diào)氮含量至前后爐次成分相近，成分偏差在10ppm內(nèi)，軟吹氬時(shí)間5min，后用硫磺包芯線調(diào)整S至目標(biāo)值，調(diào)整S后的軟吹氬時(shí)間控制為8min，加硫后嚴(yán)禁返回升溫，軟吹氬過程中取樣分析全元素，所有元素滿足判定范圍且軟吹氬時(shí)間滿足工藝要求后即可進(jìn)行連鑄澆注；

⑸連鑄澆注全程采用中間包灌氬操作進(jìn)行保護(hù)澆注，選擇鋼水死區(qū)比例小于10％的優(yōu)化流場型專用中間包，非調(diào)質(zhì)鋼使用中間包鋼水平均停留時(shí)間850s，無短路流。

實(shí)施例3

本實(shí)施例是一種控硫控鋁控氮非調(diào)質(zhì)鋼的生產(chǎn)工藝，具體為：

⑴電爐出鋼前通過二次補(bǔ)加鐵水脫氧，將鋼水氧含量控制在300ppm以下；

⑵在電弧爐冶煉出鋼過程中鋼包底攪正常吹氬氣，主要元素除S、Alt、N外，使用相應(yīng)種類合金及增碳劑調(diào)整到判定范圍下限的85％，Alt到精煉爐第一個(gè)樣達(dá)判定成分范圍中上限；

⑶精煉過程如果成品成分氮含量在100ppm以上，則全程吹氮?dú)?0分鐘，如果氮含量在80ppm，縮短吹氮時(shí)間，吹氮?dú)鈺r(shí)間控制在30分鐘，并切換為氬氣攪拌；除鋼中N和S成分外，對其它成分按判定中限進(jìn)行點(diǎn)成分控制，分別使用硅錳、硅鐵、高純石墨碳材和釩鐵調(diào)整Mn、C、V元素至判定范圍中限，Si至中下限；精煉結(jié)束進(jìn)真空前用鋁線微調(diào)Alt達(dá)0.045％，S≤0.008％；鈣處理，噸鋼喂鈣量控制為0.25kg，其它成分調(diào)整至規(guī)定范圍，首爐溫度達(dá)鋼種液相線溫度以上155℃，連澆爐在鋼種液相線溫度以上145℃后進(jìn)真空處理；

⑷VD真空處理過程中，真空保持前全程吹氮，破真空前3分鐘切換底攪氣為氬氣，在真空度≤1毫巴下處理11min，破真空后用鋁線微調(diào)Al至目標(biāo)值，弱鈣處理，噸鋼喂鈣量控制為0.08kg，無明確要求不添加Ti的鋼種，喂入鈦鐵包芯線0.5kg/t鋼，同時(shí)用氮化硅鐵包芯線微調(diào)氮含量至前后爐次成分相近，成分偏差在10ppm內(nèi)，軟吹氬時(shí)間8min，后用硫磺包芯線調(diào)整S至目標(biāo)值，調(diào)整S后的軟吹氬時(shí)間控制為10min，加硫后嚴(yán)禁返回升溫，軟吹氬過程中取樣分析全元素，所有元素滿足判定范圍且軟吹氬時(shí)間滿足工藝要求后即可進(jìn)行連鑄澆注；

⑸連鑄澆注全程采用中間包灌氬操作進(jìn)行保護(hù)澆注，選擇鋼水死區(qū)比例小于10％的優(yōu)化流場型專用中間包，非調(diào)質(zhì)鋼使用中間包鋼水平均停留時(shí)間900s，無短路流。

實(shí)施例4

本實(shí)施例是一種控硫控鋁控氮非調(diào)質(zhì)鋼的生產(chǎn)工藝，具體為：

⑴電爐出鋼前通過二次補(bǔ)加鐵水脫氧，將鋼水氧含量控制在300ppm以下；

⑵在電弧爐冶煉出鋼過程中鋼包底攪正常吹氬氣，主要元素除S、Alt、N外，使用相應(yīng)種類合金及增碳劑調(diào)整到判定范圍下限的85％，Alt到精煉爐第一個(gè)樣達(dá)判定成分范圍中上限；

⑶精煉過程如果成品成分氮含量在100ppm以上，則全程吹氮?dú)?0分鐘，如果氮含量在100ppm，縮短吹氮時(shí)間，吹氮?dú)鈺r(shí)間控制在40分鐘，并切換為氬氣攪拌；除鋼中N和S成分外，對其它成分按判定中限進(jìn)行點(diǎn)成分控制，分別使用硅錳、硅鐵、高純石墨碳材和釩鐵調(diào)整Mn、C、V元素至判定范圍中限，Si至中下限；精煉結(jié)束進(jìn)真空前用鋁線微調(diào)Alt達(dá)0.055％，S≤0.008％；鈣處理，噸鋼喂鈣量控制為0.3kg，其它成分調(diào)整至規(guī)定范圍，首爐溫度達(dá)鋼種液相線溫度以上160℃，連澆爐在鋼種液相線溫度以上150℃后進(jìn)真空處理；

⑷VD真空處理過程中，真空保持前全程吹氮，破真空前3分鐘切換底攪氣為氬氣，在真空度≤1毫巴下處理12min，破真空后用鋁線微調(diào)Al至目標(biāo)值，弱鈣處理，噸鋼喂鈣量控制為0.1kg，無明確要求不添加Ti的鋼種，喂入鈦鐵包芯線0.5kg/t鋼，同時(shí)用氮化硅鐵包芯線微調(diào)氮含量至前后爐次成分相近，成分偏差在10ppm內(nèi)，軟吹氬時(shí)間10min，后用硫磺包芯線調(diào)整S至目標(biāo)值，調(diào)整S后的軟吹氬時(shí)間控制為15min，加硫后嚴(yán)禁返回升溫，軟吹氬過程中取樣分析全元素，所有元素滿足判定范圍且軟吹氬時(shí)間滿足工藝要求后即可進(jìn)行連鑄澆注；

⑸連鑄澆注全程采用中間包灌氬操作進(jìn)行保護(hù)澆注，選擇鋼水死區(qū)比例小于10％的優(yōu)化流場型專用中間包，非調(diào)質(zhì)鋼使用中間包鋼水平均停留時(shí)間920s，無短路流。

除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還可以有其他實(shí)施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。