专利名称：含硫易切削齿轮钢的连铸方法
技术领域：
本发明属于钢铁冶金技术领域，具体涉及含硫易切削齿轮钢的连铸方法。
背景技术：
齿轮钢广泛用于汽车、摩托车等领域，故对钢的质量要求非常高。由于该类钢合金含量较大、钢种硬度较高，给齿轮的生产加工带来一定困难，通常通过控制钢中硫含量以改善钢的切削性能。在连铸过程中，如不控制好连铸参数，会出现偏析严重及中心疏松、中心缩孔等缺陷，对齿轮的淬透性及带状组织控制产生不利影响，也容易出现铸坯外表面裂纹等缺陷，影响轧制加工成材。因此，如何获得优质含硫易切削齿轮钢铸坯显得非常重要。公开号为CN 1664122A，名称为低碳高硫(硫磷)易切削结构钢连铸坯的生产方法的发明专利申请中公开了 S含量大于0. 04%的易切削齿轮钢的冶炼连铸方法，该方法在连铸180 X 180mm2连铸坯过程中所采用的拉速为1. Om/min 1. 3m/min ；220 X 220mm2断面尺寸时，拉速为0. 7 0. 9m/min。其结晶器保护渣选用高粘度保护渣碱度CaO/SiA = 0. 85 1.00，结晶析出温度1130 1150°C，1300°C时的标准测定粘度1.5 4. 5泊，浇注140 X 140mm2断面水流量为1580 1680L/min ；浇注160 X 160mm2断面水流量为1700 1800L/min，浇注 180 X 180mm2 断面水流量为 1900 2000L/min，浇注 220 X 220mm2 断面水流量为2000 2100L/min，二次冷却强度采用0. 32 0. 38L/kg的比水量；二冷区各段比水量设置比例为足辊段移动段固定段=(20 30) (45 55) (20 30)；首段电磁搅拌控制在330A/4 5. OHz，末端电磁搅拌控制在200A/9 11. OHz，同时控制末端电磁搅拌正反5 10秒旋转。可见，为了达到质量要求，当断面尺寸达到180X 180mm2时，拉速就需降低到1. Om/min 1. 3m/min，从而影响产量。公开号为CN 1560306A，名称为含硫易切削钢的生产方法的发明专利申请中公开的方法中处理的钢种的硫含量较高，为0. 240Z0 0. 33%，连铸为150mmX 150mm连铸坯，该方法控制不精细。钢水纯净度及夹杂物控制水平较低。
发明内容
本发明解决的技术问题是现有技术中生产质量合格的含硫易切削齿轮钢时拉速低、影响产量的问题。本发明解决上述技术问题的方案是提供一种含硫易切削齿轮钢的连铸方法，它包括以下步骤a、将过热度为15 30°C的钢水注入到加有保护渣的连铸机的结晶器内冷却得到连铸坯；所述冷却过程中结晶器外壁冷却水用量为2100 MOOL/min，并进行电磁搅拌；所述电磁搅拌的电流强度为360 400A，频率为2. 5 4. OHz ；b、将a步骤得到的连铸坯从结晶器内拉出，依次通过二冷区和空冷区进行冷却， 拉速为1. 3 1. 8m/min，所述连铸坯在二冷区的表面温度控制为1000 1150°C，所述连铸坯进入空冷区时表面温度控制为900 1050°C。
其中，上述所述钢水成分为碳0. 17 % 0. 23 %、硅0. 15 % 0. ；35 %、锰 0. 90% 1. 10%、磷彡 0. 015%、硫 0. 015% 0. 030%、铬 1. 10% 1. 35%、钛 0. 04% 0. 10%，酸溶铝0. 010% 0. 040%，余量为铁及杂质。其中，上述所述连铸坯为200mmX200mm断面的小方坯。其中，上述所述保护渣的重量百分比组成为SiO2 31 37%、CaO : 30%、 Al2O3 :0 7%、Mg0 :0 5%、Νει20 :7 11%、F :0 6%、C :10 14%、0 < Fii2O3 彡 2. 0%， 碱度Ca0/Si02 : 0 . 75 0. 85，半球点熔化温度:1060 1100°C、1300°C时的粘度:0. 25 0.35Pa · S。其中，上述所述保护渣使用量为0. 35 0. 55kg/吨钢。优选为0. 4 0. 45kg/吨钢。其中，上述所述电磁搅拌的电流强度为370 390A，频率为3. 0 3. 5Hz。其中，上述所述结晶器外壁冷却水用量为2200 2500L/min。其中，上述所述二冷区采用软化处理后的水进行冷却，水温度控制为10 50°C， 比水量为0. 50 0. 60L/kg。其中，上述所述连铸坯在二冷区的表面温度控制为1050 1100°C。其中，上述所述二冷区分为4个冷却段，长度为9m，其中第一段长0. 8 1. Om水量占14% 16% ；第二段长2. 5 3. 0m，水量占20% M% ；第三段长2. 5 3. Om，水量占 18% 22% ；第四段2. 5 3. Om，水量占40% 45%。过热度是指钢水温度超过该钢水液相线温度的度数，液相线计算公式采用T= 1536. 6-90*[C]-8*[Si]-5*[Mn]-30*[P]-25*[S]-3*[Al]-1. 55*[Cr]-4*[Ni] -2*[Mo]-18*[Ti]-80*[N]-5*[Cu]式中[X]代表某种元素在钢水中的百分含量，单位％。电磁搅拌过强或者过弱对连铸坯都不好。过强容易产生负偏析，形成白亮带；过弱达不到效果，内部质量没有改善，等柱晶比例没有增加。采用本发明的方法可较好的解决这个问题。由于冷却方法是导致连铸坯出现缺陷的重要原因之一，所以本发明还通过优化冷却方式改善连铸坯的内部质量和表面质量。优化后的冷却方式为完全凝固的易切削齿轮钢通过二冷区过程中，二冷区至少应包括3个冷却段。虽然冷却段的个数越多冷却的效果越好，越能提高连铸坯的内部质量和外表质量，本发明经过试验确定，当二冷区为3 5个冷却段时，对连铸坯内部质量较好，最优的选择4个。易切削齿轮钢连铸过程中，保护渣的选用对连铸坯外部质量有较大影响，保护渣选用不合理，极容易造成连铸坯表面出现裂纹、渣壳、皮下气泡等缺陷；采用本方法中的保护渣后连铸坯外部质量好。本领域公知，易切削齿轮钢的S含量需要在一定范围内，S含量高，容易引起热脆， 即钢产品容易在高温下变脆。硫含量太低，无法满足机械加工性能，导致齿轮报废。在硫含量较高的情况下，选择高拉速进行连铸，容易出现连铸坯裂纹及漏钢事故，所以不能选择过高的拉速进行连铸；而选择低拉速进行连铸时，又容易导致硫偏析严重。故在满足质量要求的情况下，难以通过提高拉速来增加生产效率。而本发明方法通过对几个影响质量的因素的分析和优化，通过大量的探索和实验，不断调整各因素相互之间配合关系，从而建立得到了本发明方法。本发明创造性地实现了在拉速明显提高的条件下，得到没有产生表面裂纹和漏钢的合格含硫易切削齿轮钢连铸坯，解决了本领域的一个技术难题。本发明的有益效果硫含量为0.015% 0.030%，连铸200mmX 200mm断面的连铸坯，在使用本发明的方法后，在连铸时拉速可达到1. 3 1. Sm/min，且制得的铸坯质量好， 满足质量要求。在保证质量的同时，缩短了生产周期，不需要扩大设备规模即可提高产量， 解决了本领域的一个技术难题，具有很好的应用前景。
具体实施例方式一种含硫易切削齿轮钢的连铸方法，它包括以下步骤a、将过热度为15 30°C的钢水注入到加有保护渣的连铸机的结晶器内冷却得到连铸坯；所述冷却过程中结晶器外壁冷却水用量为2100 MOOL/min，并进行电磁搅拌；所述电磁搅拌的电流强度为360 400A，频率为2. 5 4. OHz ；b、将a步骤得到的连铸坯从结晶器内拉出，依次通过二冷区和空冷区进行冷却， 拉速为1. 3 1. 8m/min，所述连铸坯在二冷区的表面温度控制为1000 1150°C，所述连铸坯进入空冷区时表面温度控制为900 1050°C。其中，上述所述钢水成分为碳0. 17 % 0. 23 %、硅0. 15 % 0. ；35 %、锰 0. 90% 1. 10%、磷彡 0. 015%、硫 0. 015% 0. 030%、铬 1. 10% 1. 35%、钛 0. 04% 0. 10%，酸溶铝0. 010% 0. 040%，余量为铁及杂质。其中，上述所述连铸坯为200mmX200mm断面的小方坯。其中，上述所述保护渣的重量百分比组成为SiO2 31 37%、CaO : 30%、 Al2O3 :0 7%、MgO :0 5%、Νει20 :7 11%、F :0 6%、C :10 14%、0 < Fii2O3 彡 2. 0%， 碱度Ca0/Si02 : 0 . 75 0. 85，半球点熔化温度:1060 1100°C、1300°C时的粘度:0. 25 0.35Pa · S。其中，上述所述保护渣使用量为0. 35 0. 55kg/吨钢。优选为0. 4 0. 45kg/吨钢。其中，上述所述电磁搅拌的电流强度为370 390A，频率为3. O 3. 5Hz。其中，上述所述结晶器外壁冷却水用量为2200 2500L/min。其中，上述所述二冷区采用软化处理后的水进行冷却，水温度控制为10 50°C，比水量为0. 50 0. 60L/kg。其中，上述所述连铸坯在二冷区的表面温度控制为1050 1100°C。其中，上述所述二冷区分为4个冷却段，长度为9m，其中第一段长0. 8 1. Om水量占14% 16% ；第二段长2. 5 3. Om，水量占20% M% ；第三段长2. 5 3. Om，水量占 18% 22% ；第四段2. 5 3. Om，水量占40% 45%。具体而言，本发明可以通过以下的详细步骤进行实施a、将过热度为15 30°C的钢水注入到加有保护渣的200mmX 200mm的小方坯连铸机的结晶器内冷却得到连铸坯，钢水成分为碳0. 17% 0. 23%、硅0. 15% 0. 35%、锰 0. 90% 1. 10%、磷彡 0. 015%、硫 0. 015% 0. 030%、铬 1. 10% 1. 35%、钛 0. 04% 0. 10%，酸溶铝0.010% 0.040%，余量为铁及杂质。保护渣的重量百分比组成为
31 37%、CaO 24 30%、Al2O3 :0 7 %、MgO :0 5 %、Na2O :7 11 %、F :0 6 %、 C :10 14%、0 < Fe2O3 彡 2. 0%，碱度 CaO/Si& :0. 75 0. 85，半球点熔化温度1060 1100°C、1300°C时的粘度0. 25 0. 35Pa · s，保护渣使用量为0. 35 0. 55kg/吨钢；优选为0. 4 0. 45kg/吨钢。冷却过程中结晶器外壁冷却水用量为2100 MOOL/min，优选为2200 2500L/min ；并进行电磁搅拌；所述电磁搅拌的电流强度为360 400A，频率为 2. 5 4. OHz ；优选为电流强度为370 390A，频率为3. O 3. 5Hz。b、将a步骤得到的连铸坯从结晶器内拉出，依次通过二冷区和空冷区进行冷却， 二冷区采用软化处理后的水进行冷却，水温度控制为10 50°C，比水量(即冷却水的体积与钢的重量比)为0. 50 0. 60L/kg。二冷区分为4个冷却段，长度为9m，其中第一段长0.8 1.0m水量占14% 16% ；第二段长2. 5 3. Om，水量占20% ；第三段长 2. 5 3. Om，水量占18% 22% ；第四段2. 5 3. Om，水量占40% 45%。拉速为1. 3 1. 8m/min，所述连铸坯在二冷区的表面温度控制为1000 1150°C，优选为1050 1100°C; 所述连铸坯进入空冷区时表面温度控制为900 1050°C。实施例1含硫易切削齿轮钢的浇铸该实施例采用的是200mmX 200mm的六机六流小方坯连铸机。先将保护渣放入连铸机的结晶器内，保护渣的组成成分按重量百分比计为35%, CaO :28%, Al2O3 3%, MgO 4%, Na2O 8%, F 3%, C :12%、其余为杂质，碱度Ca0/Si02 :0. 80，半球点熔化温度 1085°C;1300°C时的粘度0. 32Pa *s。保护渣使用量为0. 45kg/吨钢。将精炼完成后的过热度为的钢水，通过浸入式水口注入到结晶器内，此时钢水温度为1538°C，钢水的成分组成为碳0. 18%、硅0. 18%、锰1. 0%、磷0. 012%、硫0. (^8%、铬1. 30%、钛0. 07%%，酸溶铝0. 03%，余量为铁及杂质。在结晶器外壁冷却水的热交换作用下使结晶器内钢水结晶， 冷却水用量为2300L/min ；形成外壁凝固、内部未凝固的齿轮钢连铸坯，结晶器冷却过程中采用电磁搅拌对铸坯进行搅拌，其电流强度为380A，频率为3. 2Hz。将该连铸坯从结晶器内拉出，然后送入二冷区和空冷区进行冷却。二冷区冷却采用软化处理后的冷却水，比水量为 0. 52L/kg，冷却水温度控制为35°C;稳定控制铸机拉速为1. 40m/mino 二冷区为4个冷却段， 长度为9m，其中第一段长0. 9m，水量占15% ；第二段长2. 7m，水量占22% ；第三段长2. 7m， 水量占20% ；第四段长2. 7m，水量占43%。连铸坯在二冷区的表面温度控制为1100°C，连铸坯进入空冷区时表面温度控制为1000°C。采用该方法生产的连铸坯没有表面和皮下缺陷。内部质量良好中心疏松为O级， 中心缩孔O级，中心偏析0. 5级，无其他缺陷。实施例2含硫易切削齿轮钢的浇铸该实施例采用的是200mmX 200mm的六机六流小方坯连铸机。先将保护渣放入连铸机的结晶器内，保护渣的组成成分按重量百分比计为35%, CaO :28%, Al2O3 3%, MgO 4%, Na2O 8%, F 3%, C :12%、其余为杂质，碱度Ca0/Si02 :0. 80，半球点熔化温度 1087°C，1300°C时的粘度0. 33Pa · s。保护渣使用量为0. 40kg/吨钢。将精炼完成后的过热度为25°C的钢水，通过浸入式水口注入到结晶器内，此时钢水温度为1535°C，钢水的组成为碳 0. 0. 21%、硅 0. 22%、锰 0. 99%、磷 0. 011%、硫 0. 027%、铬 1. 25%、钛 0. 08%，酸溶铝0. 02%，余量为铁及杂质。在结晶器外壁冷却水的热交换作用下使结晶器内钢水结晶， 冷却水用量为2250L/min ；形成外壁凝固、内部未凝固的齿轮钢连铸坯，结晶器冷却过程中采用电磁搅拌对铸坯进行搅拌，其电流强度为360A，频率为3. 5Hz。将该连铸坯从结晶器内拉出，然后送入二冷区和空冷区进行冷却。二冷区冷却采用软化处理后的冷却水，比水量为0. 52L/kg，冷却水温度控制为32°C;稳定控制铸机拉速为1. 30m/mino 二冷区为4个冷却段， 长度为9m，其中第一段长0. 9m，水量占15% ；第二段长2. 7m，水量占22% ；第三段长2. 7m， 水量占20% ；第四段长2. 7m，水量占43%。连铸坯在二冷区的表面温度控制为1080°C，连铸坯进入空冷区时表面温度控制为1010°C。采用该方法生产的连铸坯没有表面和皮下缺陷。内部质量良好中心疏松为0级， 中心缩孔0. 5级，中心偏析1. 0级，无其他缺陷。实施例3含硫易切削齿轮钢的浇铸该实施例采用的是200mmX 200mm的六机六流小方坯连铸机。先将保护渣放入连铸机的结晶器内，保护渣的组成成分按重量百分比计为35%, CaO :28%, Al2O3 3%, MgO 4%, Na2O 8%, F 3%, C :12%、其余为杂质，碱度Ca0/Si02 :0. 80，半球点熔化温度 1088°C，1300°C时的粘度0. 34Pa · s。保护渣使用量为0. 42kg/吨钢。将精炼完成后的过热度为27°C的钢水，通过浸入式水口注入到结晶器内，此时钢水温度为1537°C，钢水的组成为碳 0. 20%、硅0.、锰 1. 05%、磷0. 010%、硫 0. 025%、铬 1. 27%、钛0. 06%，酸溶铝0.030%，余量为铁及杂质。在结晶器外壁冷却水的热交换作用下使结晶器内钢水结晶， 冷却水用量为2^0L/min ；形成外壁凝固、内部未凝固的齿轮钢连铸坯，结晶器冷却过程中采用电磁搅拌对铸坯进行搅拌，其电流强度为370A，频率为3. 3Hz0将该连铸坯从结晶器内拉出，然后送入二冷区和空冷区进行冷却。二冷区冷却采用软化处理后的冷却水，比水量为 0. 60L/kg，冷却水温度控制为34°C;稳定控制铸机拉速为1. 80m/mino 二冷区为4个冷却段， 长度为9m，其中第一段长0. 9m，水量占15% ；第二段长2. 7m，水量占22% ；第三段长2. 7m， 水量占20% ；第四段长2. 7m，水量占43%。连铸坯在二冷区的表面温度控制为1075°C，连铸坯进入空冷区时表面温度控制为1015°C。采用该方法生产的连铸坯没有表面和皮下缺陷。内部质量良好中心疏松为1. 0 级，中心缩孔1. 0级，中心偏析0. 5级，无其他缺陷。
权利要求
1.含硫易切削齿轮钢的连铸方法，其特征在于它包括以下步骤a、将过热度为15 30°C的钢水注入到加有保护渣的连铸机的结晶器内冷却得到连铸坯；所述冷却过程中结晶器外壁冷却水用量为2100 MOOL/min，并进行电磁搅拌；所述电磁搅拌的电流强度为360 400A，频率为2. 5 4. OHz ；b、将a步骤得到的连铸坯从结晶器内拉出，依次通过二冷区和空冷区进行冷却，拉速为1. 3 1. 8m/min，所述连铸坯在二冷区的表面温度控制为1000 1150°C，所述连铸坯进入空冷区时表面温度控制为900 1050°C。
2.根据权利要求1所述的含硫易切削齿轮钢的连铸方法，其特征在于所述钢水成分为碳 0. 17% 0. 23%、硅 0. 15% 0. ；35%、猛 0. 90% 1. 10%、磷彡 0. 015%、硫 0. 015% 0. 030%、铬 1. 10% 1. 35%、钛 0. 04% 0. 10%，酸溶铝 0. 010% 0. 040%, 余量为铁及杂质。
3.根据权利要求1所述的含硫易切削齿轮钢的连铸方法，其特征在于所述连铸坯为 200mm X 200mm断面的小方坯。
4.根据权利要求1所述的含硫易切削齿轮钢的连铸方法，其特征在于所述保护渣的重量百分比组成为:Si02 31 37%, CaO 24 30%, Al2O3 :0 7%、MgO :0 5%, Na2O 7 11%、F :0 6%、C 10 14%、0 < Fe2O3 彡 2. 0%，碱度 CaO/Si& :0. 75 0. 85，半球点熔化温度1060 1100°C、1300°C时的粘度0. 25 0. 35Pa · s。
5.根据权利要求4所述的含硫易切削齿轮钢的连铸方法，其特征在于所述保护渣使用量为0. 35 0. 55kg/吨钢。
6.根据权利要求1所述的含硫易切削齿轮钢的连铸方法，其特征在于所述电磁搅拌的电流强度为370 390A，频率为3. O 3. 5Hz。
7.根据权利要求1所述的含硫易切削齿轮钢的连铸方法，其特征在于所述结晶器外壁冷却水用量为2200 2500L/min。
8.根据权利要求1所述的含硫易切削齿轮钢的连铸方法，其特征在于所述二冷区采用软化处理后的水进行冷却，水温度控制为10 50°C，比水量为0. 50 0. 60L/kg。
9.根据权利要求1所述的含硫易切削齿轮钢的连铸方法，其特征在于所述连铸坯在二冷区的表面温度控制为1050 1100°C。
10.根据权利要求1所述的含硫易切削齿轮钢的连铸方法，其特征在于所述二冷区分为4个冷却段，长度为9m，其中第一段长0.8 1.0m水量占14% 16%;第二段长2. 5 3. Om，水量占20% ；第三段长2. 5 3. Om，水量占18% 22%;第四段2. 5 3. Om, 水量占40% 45%。
全文摘要
本发明公开了一种含硫易切削齿轮钢的连铸方法，属于钢铁冶金技术领域，解决现有技术中生产质量合格的含硫易切削齿轮钢时拉速低、影响产量的问题。它包括a、将过热度为15～30℃的钢水注入到加有保护渣的连铸机的结晶器内冷却得到连铸坯；控制冷却水用量和电磁搅拌强度；b、将a步骤得到的连铸坯从结晶器内拉出，依次通过二冷区和空冷区进行冷却，拉速为1.3～1.8m/min，所述连铸坯在二冷区的表面温度控制为1000～1150℃，所述连铸坯进入空冷区时表面温度控制为900～1050℃。主要用于200mm×200mm断面的齿轮钢的连铸。
文档编号B22D11/115GK102211160SQ20111012383
公开日2011年10月12日 申请日期2011年5月13日 优先权日2011年5月13日
发明者吴国荣, 寄海明, 曾建华, 李桂军, 李清春, 杨文中, 陈亮, 陈天明, 陈永 申请人:攀钢集团攀枝花钢钒有限公司, 攀钢集团有限公司, 攀钢集团研究院有限公司