一種高鋁氮化鋼的冶煉方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于合金結構鋼技術領域，具體涉及一種高鋁氮化鋼的制造方法。
【背景技術】
[0002]高鋁氮化鋼是一種以高鋁鋼為基礎的調質滲氮鋼，表面經(jīng)滲氮處理后形成氮化鋁(A1N)層，利用氮化鋁的彌散強化來提高表面的硬度和強度，并且在較高溫度(600?700°C)時也能保持一定的硬度，同時該鋼種還含有適量的鉬，可以有效抑制高溫回火脆性，因此，該鋼種具有淬透性好、回火脆性傾向少、高溫加工性好、耐磨性及抗疲勞強度高特點。該鋼種廣泛用于生產(chǎn)具有高耐磨性、高疲勞強度和相當大的強度，熱處理后尺寸精確的氮化零件，或各種受沖擊負荷不大而耐磨性高的氮化零件，如鏜桿、磨床主軸、自動車床主軸、蝸桿、精密絲桿、精密齒輪、高壓閥門、閥桿、量規(guī)、樣板、滾子、仿模、氣缸體、壓縮機活塞桿，汽輪機上的調速器、轉動套、固定套，橡膠及塑料擠壓機上的各種耐磨件等。
[0003]然而由于該鋼種含鋁量極高，冶煉時發(fā)生氧化、固氮、回硅趨勢大，連鑄生產(chǎn)過程極易發(fā)生二次氧化、保護渣失效等現(xiàn)象從而導致鋁收得率不穩(wěn)定、非金屬夾雜物控制難度增大、卷渣結瘤普遍且嚴重、點狀偏析頻發(fā)等問題。

【發(fā)明內容】

[0004]為解決上述【背景技術】中提到的問題，本發(fā)明采用EAF-CONVERTER電轉爐冶煉+LF+VD+CCM的工藝路線冶煉高鋁滲氮鋼，所得的高鋁滲氮鋼成分要求范圍為:C 0.35?0.40%,Si 0.20 ?0.30%、Mn 0.40 ?0.50 %、Cr 1.40?1.50 %、Mo 0.15?0.25、A1 0.75 ?1.00%^P< 0.020% ^S< 0.015%，余量為Fe。
[0005]具體工藝為:
[0006](1 )EAF-C0NVERTER 電轉爐冶煉
[0007]電轉爐總裝入量控制在100噸左右，鐵水比例為90%，冷料比例為10%，其中3%為生鐵，其余為優(yōu)質廢鋼；電爐配有鐵水傾翻裝置，采用在線鐵水裝入模式，結合泡沫渣操作工藝，穩(wěn)定爐內碳氧反應氣氛，達到脫P控溫的目的;本步驟要求高拉碳操作，嚴禁出鋼鋼水過氧化，出鋼成分滿足0.12%<C<0.20%、P<0.010%即可出鋼，出鋼溫度T 2 1640°C，確保迅速化渣；出鋼量控制在85 ±2噸，以保證鋼包凈空高度，確保真空抽氣順利；出鋼過程加入150kg A1塊及150kg電石脫氧，加入娃猛、高碳絡鐵及鉬鐵合金化，并加入800kg石灰及300kg低硅合成渣料(Si02 < 2.0% )造渣；出鋼末期嚴格控制爐內余鋼量(10?13噸/爐)，嚴禁出鋼下渣，有效避免電爐渣對鋼液成分(特別是P、Si)的影響以及精煉條件的惡化作用；
[0008](2)LF 精煉
[0009]LF精煉前期使用A1粒和少量SiC進行脫氧，中后期小批量多次均勻飄散SiC至渣面脫氧保渣，保持精煉良好的還原性氣氛，同時SiC的加入有利于LF精煉前期化渣以及保證LF精煉末期高堿度渣具有適當粘度及流動性，良好的渣況是確保后續(xù)VD真空處理順利進行的重要基礎;初樣成分出來后補加合金調整成分，精煉前期調整氬氣壓力至0.4?0.6MPa(視爐渣情況進行調整)，中后期氬氣壓力為0.2?0.35MPa，保持爐內微正壓;精煉吊包前10分鐘(精煉結束前10分鐘)達到除Al、Si以外各元素的目標含量;進VD前喂入招線調整A1含量達到0.100%，LF吊包前Si控制在成分范圍的中下限，防止真空大量回硅(回硅量0.03?
0.05%)后超出Si含量控制范圍；精煉時間達到40?70分鐘，鋼液溫度符合要求、渣況合理(二元堿度R: 9?15)，即吊包進入VD進行真空處理，
[0010]步驟(2)中，前期加入碳化硅是為了強化深脫氧功效，同時有利于化渣；中后期多次加入碳化硅則是為了保持白渣狀態(tài)及保持爐內氣氛的還原性，保證對鋼液的脫氧效果得到保持，并且也便于調節(jié)渣況，為后續(xù)VD過程的順利進行奠定基礎；
[0011](3)VD真空處理
[0012]該步驟時先進行第一次真空處理，抽至高真空(<67Pa)后保壓10分鐘，高真空下要求明顯可見鋼液裸露翻騰，破空后加8.5kg/t鋁塊，再抽真空進行第二次真空處理，高真空度(< 67Pa)下保壓5分鐘，鋁塊經(jīng)氬氣攪拌而溶解并均勻分布于鋼液中，從而完成鋼液的鋁合金化;VD真空過程回硅量控制在0.03?0.05%范圍內；第二次破空后，連澆組的第一爐喂入80米純Ca線，進行夾雜物變性處理，確保開澆爐的可澆性，后續(xù)爐次嚴禁喂Ca線，以避免喂線時鋼液發(fā)生嚴重的二次氧化;軟吹時間2 35分鐘，確保鋼液中夾雜物充分上?。?br>[0013](4)CCM 連鑄
[0014]連鑄連澆爐次過熱度控制在15?25°C，而首爐過熱度適當提高至25?35°C;本發(fā)明的鋼種連鑄低倍易產(chǎn)生疏松，嚴格執(zhí)行0.70m/min的恒拉速控制;連鑄過程采用堿性覆蓋劑，中包內安裝鎂質擋墻，保持中包黑渣面操作，加強大包水口與長水口之間的氬氣保護，增加大包下水口與長水口接縫處外置式氬環(huán)，保持微正壓(0.7?0.9pa)，盡量減少連鑄過程的二次氧化;采用Φ 45mm的加大口徑水口，增加夾雜物與水口的接觸面積，降低單位水口內壁面積內的夾雜物數(shù)目，降低鋼液中夾雜物聚集結瘤的幾率;除此之外，使用高鋁鋼專用保護渣(A1203含量< 3.0% )，以防止?jié)沧⑦^程出現(xiàn)保護渣失效的情況，并有效吸附鋼液中的夾雜物，進一步提高鋼液的可澆性，增加連澆爐數(shù)。
[0015]本發(fā)明的有益效果在于:在高鋁氮化鋼的冶煉中，大膽啟用含硅脫氧劑碳化硅促進鋼液脫氧并降低精煉過程鋁的損耗，成功解決了硅含量的問題，與此同時真空處理過程回硅量也得到有效控制;適量碳化硅的加入也保證了 LF精煉早期化渣效果以及LF高堿度精煉終渣具有良好的粘度及流動性:精煉渣流動性好且粘度適當是防止精煉過程鋼液嚴重吸氣及保證后續(xù)VD真空處理脫氣效果的重要基礎，本鋼種冶煉時采用高堿度渣，出鋼化渣效果及鋼液流動性并不能得到很好保障。為此，通常需在精煉階段加入螢石來促進化渣得到粘度合適及流動性較好的爐渣，然而螢石的加入雖然有利于提高化渣效果，同時也將加重鋼包耐材的腐蝕，而碳化硅的加入在不侵蝕耐材的前提下有利于促進精煉渣流動性的改善，減少鋼液裸露面積及幾率，同時也將增強精煉渣的發(fā)泡性，有利于精煉初期造好泡沫渣，實現(xiàn)埋弧操作，節(jié)約電耗的同時進一步抑制精煉吸氣，特別是增氮的不利影響。
[0016]本發(fā)明利用簡化的造渣工藝獲得高堿度渣，增強對鋼液中三氧化二鋁夾雜的吸附作用，進一步保證鋼液潔凈度;通過優(yōu)化鋁塊加入時機，降低固氮效應的同時實現(xiàn)了較高的鋁收得率，使得本生產(chǎn)方法在成本方面更具競爭力;連鑄工序嚴格做好保護澆注并采用高鋁鋼專用保護渣及大口徑水口，實現(xiàn)了該高鋁鋼種多爐次的平穩(wěn)連澆。乳制得圓鋼的鋼質均勻、潔凈度高、性能質量穩(wěn)定。
【具體實施方式】
[0017]實施例1
[0018]采用EAF-CONVERTER電轉爐冶煉—LF爐精煉—VD真空處理—CCM連鑄的工藝路線生廣尚招氣化鋼:
[0019]電轉爐總裝入量控制在101.46噸，鐵水比90%，生鐵加入量為3.2噸，其余為優(yōu)質廢鋼。出鋼終點成分C: 0.12 %、P: 0.008 %、出鋼溫度T: 1642°C，出鋼量87.2噸；出鋼過程加入120kg A1塊及110kg電石脫氧，加入硅錳455kg、高碳鉻鐵2148kg及鉬鐵250kg進行爐后合金化，并加入800kg石灰及300kg低硅合成渣料進行造渣；
[0020]LF精煉前期采用80kg鋁粒和30kg碳化硅加強脫氧，底吹氬氣壓力調整至0.45MPa，通電加熱8分鐘后即實現(xiàn)白渣化;取LF初樣測定成分后補加46kg硅錳(FeSil8Mn68)、175kg高碳鉻鐵$6&55(:10.0)、501^鉬鐵卬61060)，達到除41、31以外各元素的成品目標成分(其中Si按要求范圍下限控制)；當爐渣已轉變?yōu)榘自?、且合金成分基本到位后，小批量多?8次)均勻飄散SiC至渣面脫氧保渣，共計18kg，氬氣流量調整至0.27MPa;LF吊包前10分鐘喂入鋁線調整A1含量至0.102%，隨即吊包上VD爐，吊包溫度1658°C，LF精煉時長63分鐘；
[0021]VD處理時先進行一次真空處理，并在高真空度下(67Pa)保壓10分鐘，隨即破空，移除VD爐蓋，加入750kg鋁塊至鋼液中，然后將VD爐蓋復位，繼續(xù)進行二次抽真空處理，67Pa并保壓5分鐘。在二次真空處理過程中，適當加大鋼包底吹氬氣流量，確保加入的鋁塊經(jīng)氬氣攪拌均勻溶解于鋼液中，從而完成鋼液的鋁合金化，鋁塊回收率為92.1%。該爐為本組第一爐，故在真空處理后喂入18kg(80m)純鈣線，并軟吹39分鐘，以進行夾雜物變性及上浮處理，確保開澆爐的可澆性，VD吊包溫度1572°C;
[0022]連鑄過熱度29°C，拉速恒定0.70m/min;開啟結晶器電磁攪拌(150A/2Hz)及末端電磁攪拌(80A/6HZ)，確保鋼液均勻性;連鑄過程采用堿性覆蓋劑，中包內安裝鎂質擋墻，保持中包黑渣面操作，加強大包水口與長水口之間的氬氣保護，增加大包下水口與長水口接縫處外置式氬環(huán)，保持微正壓0.8Pa，盡量減少二次氧化;采用優(yōu)質內裝式Φ 45mm的加大口徑水口以及高鋁鋼專用保護渣，本組共連澆9爐，澆鑄過程平穩(wěn)，未出現(xiàn)嚴重的液面波動及結瘤現(xiàn)象。
[0023]通過上述方法冶煉得高鋁鋼經(jīng)乳制所得圓鋼的成品成份為C:0.37%，S1:0.26%，Mn:0.42% ,Cr:1.45% ,Μο:0.21 % ,ΑΙ:0.85%，P:0.011%，S:0.001%，余量為Fe。
[0024]低倍指標檢測結果顯示中心疏松、一般疏松均為0.5級，中心偏析為1.0級，且并未出現(xiàn)一般點狀偏析以及邊緣點狀偏析，達到了 GB/T3077-1999中特級優(yōu)質鋼的標準;金相高倍檢測表明A、C類非金屬夾雜物均為0級，B類最高不超過0.5級，D類最高不超過1.0級，氧含量 4.