一种齿轮钢棒材氮化钛夹杂物的控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种齿轮钢棒材氮化钛夹杂物的控制方法，采用“转炉冶炼一LF精炼一RH精炼一矩形坯连铸”生产工艺，具体的操作步骤依次如下：1、转炉冶炼，将铁水和废钢加入转炉，所述铁水与废钢之重量比大于15:1;2、LF精炼，对钢水进行LF精炼，防止所述钢水与空气接触；3、RH真空精炼，对所述钢水进行真空脱气处理，在sS66.7Pa高真空度下保持处理时间彡15min,期间加入钦铁合金；4、连铸，完成RH精炼后，所述钢水钢包进行连铸工序，连铸过程中，采用<35°C的低过热度、恒温恒拉速、结晶器电磁搅拌技术，并氩封。从而控制氮化钛析出的浓度积。
【专利说明】一种齿轮钢棒材氮化钛夹杂物的控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于合金结构钢生产【技术领域】，尤其是指一种齿轮钢棒材氮化钛夹杂物的 控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着汽车行业的发展，对齿轮钢的使用寿命提出更高的要求。大量的研究表明，齿 轮钢钢棒材中的微米级氮化钛夹杂物对钢材的加工性能和最终成品的韧性和疲劳性能产 生不利影响，尤其是高端齿轮钢，对氮化钛夹杂往往提出严格的要求。因此，氮化钛夹杂物 的尺寸就成为齿轮钢控制疲劳寿命的最主要因素之一。
[0003] 研究表明，细小的氮化钛对齿轮钢起到细化晶粒的作用，但是钢液中析出的大颗 粒带有棱角的微米级氮化钛夹杂物，不但起不到细化晶粒的作用，而且会成为裂纹源，对齿 轮造成危害，降低其疲劳寿命。钢中的平均尺寸为6 i! m氮化钛夹杂对疲劳性能的危害作用 与平均尺寸为25 y m的氧化物夹杂相当。因此，对疲劳寿命有更高要求的齿轮钢一般都要 求控制钢中的氮化钛夹杂物尺寸及数量，目前含钛微合金化的齿轮钢一般都要求将氮化钛 夹杂物按D类评定控制在2. 0级以内。
[0004] 理论分析表明，氮化钛的溶解度较小，钢液凝固过程，随着温度降低，氮和钛在钢 中的溶解度降低，其浓度积达到一定值时即析出氮化钛夹杂物，而氮化钛夹杂物在固液两 相区之间析出时，存在聚集长大条件，此时析出的夹杂物尺寸较大，危害最大；在固相线温 度下析出的氮化钛尺寸较小，不仅危害极小，往往有利于细化晶粒尺寸，提高钢材的性能。 因此，一些钢铁企业在生产采用钛微合金化的齿轮钢棒材时，为了控制钢材的氮化物尺寸 不得不通过降低钢水浇注温度即控制钢水过热度，提高冷却速度即缩短钢水在固液相区的 时间使钢液析出细小的氮化钛夹杂物，导致钢水可浇性降低，容易出现漏钢现象；导致圆钢 内部质量受到一定的影响。
【发明内容】
[0005] 本发明提供了 一种齿轮钢棒材氮化钛夹杂物的控制方法，解决了钢中氮化物夹杂 物超标的问题，改善钢水的可浇性，并提高钢坯的内部质量。
[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种齿轮钢棒材氮化钛夹杂物的控 制方法，采用"转炉冶炼一LF精炼一RH精炼一矩形坯连铸"生产工艺，具体的操作步骤依 次如下：
[0007] 第一步，转炉冶炼，将铁水和废钢加入转炉，所述铁水与废钢之重量比大于15:1 ; 转炉冶炼过程中，将低氮原材料和低氮合金加入所述转炉，不补吹；出钢过程加入预脱氧 齐U，得到钢水钢包；
[0008] 第二步，LF精炼，将所述钢水钢包吊至LF炉工位，对钢水进行LF精炼，防止所述 钢水与空气接触；
[0009] 第三步，RH真空精炼，将所述钢水钢包吊至RH精炼工位，对所述钢水进行真空脱 气处理，在< 66. 7Pa高真空度下保持处理时间> 15min，期间加入钛铁合金；RH精炼结束 后，对所述钢水进行软吹氩搅拌处理；
[0010] 第四步，连铸，完成RH精炼后，所述钢水钢包进行连铸工序，连铸过程中，采用 < 35°C的低过热度、恒温恒拉速、结晶器电磁搅拌技术，并且对所述钢水进行氩封。
[0011] 具体地，所述连铸过程中，二冷水冷却强度为0. 54L/Kg以上。
[0012] 具体地，所述RH真空精炼过程中，在脱气处理前期加入钛铁合金，控制所述钢水 中钛含量在Wt% :0.032%以内。
[0013] 具体地，所述RH真空精炼过程中，真空环流采用氩气。
[0014] 具体地，所述连铸步骤完成后，进行加热轧制，将钢坯红送入炉进行加热，所述钢 坯均热温度为1120-1200°C，加热时间> 272分钟；采用二辊初轧与热连轧工艺轧制，初轧 开轧温度1080-1140°C，终轧温度880-940°C。
[0015] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：氮化钛夹杂物控制技术的核心是控制氮 化钛析出的浓度积。本发明通过以下手段降低钢液中的氮含量：1)对加入转炉的铁水与废 钢的重量比控制在大于15:1的范围；2)在低氮原材料和低氮合金加入转炉后不补吹；3) 现有的转炉冶炼工序中，吹入的惰性气体多选用氮气，而本发明选用氩气；4)现有的RH精 炼工序中，真空环流多选用氮气，而本发明选用氩气；5)在LF精炼及连铸的工程中，通过氩 封做好全程保护，防止钢水接触空气导致增氮。同时，降低含钛齿轮钢的钛合金加入量，从 而达到降低氮化钛析出浓度积的目的。此外，通过降低过热度和增大二冷水冷却强度，抑制 大颗粒尺寸氮化钛夹杂物的析出，减少氮化钛在液固两相区的析出量，进一步避免氮化钛 夹杂物对齿轮钢棒材品质的影响。
[0016] 下面结合实施例对本发明作进一步说明。
【具体实施方式】
[0017] 本发明的齿轮钢棒材氮化钛夹杂物的控制方法，采用"转炉冶炼一LF精炼一RH精 炼一矩形坯连铸"生产工艺。
[0018] 实施例1以20CrMnTiH齿轮圆钢的生产过程控制予以说明。
[0019] (1)转炉冶炼，采用130t的转炉冶炼，将铁水与废钢加入转炉中，铁水与废钢之比 (重量比Wt%)大于15:1，优选地，铁水与废钢之比（重量比Wt%)为15:1，使用优等废 钢，冶炼过程加入低氮的低碳铬铁、硅锰、锰铁合金，冶炼后期不补吹；冶炼过程尽量采用底 吹氩气，出钢1/3开始加入铝铁合金进行预脱氧，得到钢水钢包。所述出钢1/3是指转炉炉 子里的钢水倒至钢包，炉子里的钢水倒了总重量的1/3。
[0020] (2)炉外精炼，出钢后天车将钢水钢包吊至LF炉工位，测温、取样测成分，开始通 电极进行加热，通电3分钟后分批加入石灰和萤石进行造渣、调整渣的流动性。LF精炼初 期快速造白渣，中后期护白渣，降低钢水的氧含量；精炼过程做好钢水保护，防止与空气接 触。用天车将钢水吊至RH精炼工位，然后开始真空循环脱气处理，处理3分钟进行取样、定 氧，5分钟左右加入钛铁、调整钢水中的钛含量，将钛控制在Wt% :0.032%以内。确保钢水 在< 66. 7Pa高真空度下保持处理时间> 15min，高真空阶段及处理后期不补加任何合金调 整成分。真空环流采用氩气。真空处理结束喂入200m左右的钙铁线，然后投入碳化稻壳保 温，进行软吹氦处理，确保软吹氦时间> 15min。
[0021] (3)大方坯连铸。软吹氩结束后，将钢水钢包吊至平台，确保钢水钢包长水口插入 深度> 200mm连接中间包，而中间包的浸入式水口插入深度按120±20mm控制。用引流沙 引流开浇，采用320mmX425mm大方坯进行浇铸，开浇后向结晶器加入保护渣保护渣。要少 量地、均匀地加入，连铸过程确保20-35°C的低过热度、恒温恒拉速、结晶器电磁搅拌；并对 钢水进行氩封，全程保护浇注，防止钢水接触空气导致增氮；加大连铸二冷水冷却强度，将 二冷水冷却强度由0. 36L/Kg提高至0. 54L/Kg以上，减少钢水固、液两相区时间，抑制连铸 过程中的大尺寸氮化钛夹杂物析出。连铸过程使用火焰切割机按坯料定尺长度9000mm进 行分坯切割，用夹具将钢坯吊至转运火车上，待浇铸结束、钢坯全部吊至火车上后，立即将 钢坯转至轧钢厂。
[0022] (4)加热轧制。钢坯转运至钢厂后，用天车将钢坯吊到入炉辊道上，红送入炉进行 加热，钢坯均热温度为1120-1200°C，加热时间> 272分钟。钢坯出炉进行高压水除磷，然后 采用二辊粗轧机及连轧机将钢坯轧制IlOmm规格，确保初轧开轧温度1080-1140°C，终轧温 度880-940°C。轧成IlOmm规格，圆钢通过横移辊道转至热锯处取样、定尺锯切，将试样送至 检测中心进行高低倍组织、末端淬透性检测分析，而定尺圆钢按正常入库。
[0023] 表1是本发明的20CrMnTiH齿轮钢实施例与对比例1 (西宁特钢的20CrMnTiH)、对 比例2(石钢的20CrMnTiH)实际熔炼化学成分控制对比情况；
[0024] 表2是本发明的20CrMnTiH齿轮钢实施例与对比例1 (西宁特钢的20CrMnTiH)、对 比例2(石钢的20CrMnTiH)圆钢产品质量对比情况。
[0025] 表I 20CrMnTiH齿轮钢的化学成分控制Wt%
【权利要求】
1. 一种齿轮钢棒材氮化钛夹杂物的控制方法，其特征在于，操作步骤依次如下： 第一步，转炉冶炼，将铁水和废钢加入转炉，所述铁水与废钢之重量比大于15:1 ;转炉 冶炼过程中，将低氮原材料和低氮合金加入所述转炉，不补吹；出钢过程加入预脱氧剂，得 到钢水钢包； 第二步，LF精炼，将所述钢水钢包吊至LF炉工位，对钢水进行LF精炼，防止所述钢水 与空气接触； 第三步，RH真空精炼，将所述钢水钢包吊至RH精炼工位，对所述钢水进行真空脱气处 理，在< 66. 7Pa高真空度下保持处理时间彡15min，期间加入钛铁合金；RH精炼结束后，对 所述钢水进行软吹氩搅拌处理； 第四步，连铸，完成RH精炼后，所述钢水钢包进行连铸工序，连铸过程中，采用< 35°C 的低过热度、恒温恒拉速、结晶器电磁搅拌技术，并且对所述钢水进行氩封。
2. 如权利要求1所述齿轮钢棒材氮化钛夹杂物的控制方法，其特征在于：所述连铸过 程中，二冷水冷却强度为0. 54L/Kg以上。
3. 如权利要求1所述齿轮钢棒材氮化钛夹杂物的控制方法，其特征在于：所述RH真空 精炼过程中，在脱气处理如期加入钦铁合金，控制所述钢水中钦含量在Wt% :0. 032%以内。
4. 如权利要求1所述齿轮钢棒材氮化钛夹杂物的控制方法，其特征在于：所述RH真空 精炼过程中，真空环流采用氩气。
5. 如权利要求1所述齿轮钢棒材氮化钛夹杂物的控制方法，其特征在于：所述连铸步 骤完成后，进行加热轧制，将钢坯红送入炉进行加热，所述钢坯均热温度为1120-120(TC，力口 热时间> 272分钟；采用二辊初轧与热连轧工艺轧制，初轧开轧温度1080-1140°C，终轧温 度 880-940 °C。
【文档编号】C21C7/072GK104212934SQ201410459165
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年9月10日 优先权日:2014年9月10日
【发明者】刘年富, 岳峰, 李安军, 王银国, 刘锦标, 曾丽芳 申请人:广东韶钢松山股份有限公司