本发明属于冶金制造
技术领域：
，具体涉及一种弹簧钢的精炼方法。
背景技术：
：弹簧钢作为重大装备制造和国家重点工程建设所需的关键材料，被广泛用于飞机、汽车、铁道车辆等运输工具和工程机械等各种设备中，是制造各种螺旋簧、扭簧、板簧及其类似作用的其它形状弹簧的材料。鉴于弹簧钢的工作条件比较恶劣，要求弹簧钢必须具有优良的综合性能；同时从节能和经济性出发，而且在减轻汽车、摩托车等运输工具重量方面，也要求减轻弹簧重量，由此对弹簧钢的质量提出了更高的要求。弹簧钢的质量与钢的化学成分、钢水洁净度(气体、有害元素、夹杂物)和铸坯质量(成分偏析、脱碳及其表面状况)相关，其中，钢中气体含量[N]、[H]、[O]是造成弹簧在失效过程中脆断的主要原因之一，弹簧钢中的非金属夹杂物(种类、尺寸、分布等)是影响弹簧疲劳性能的重要因素。对于弹簧钢，目前国内外钢铁公司对非金属夹杂物的控制主要有两种方法：一种是低碱度精炼渣系精炼方法；一种是高碱度精炼渣系精炼方法。采用高碱度精炼渣能有效降低钢中的氧含量以及非金属夹杂物，但是对于硅含量高的弹簧钢，很难获得碱度在4以上的精炼渣。我国利用低碱度渣系控制非金属夹杂物的方法，如中国发明专利(授权公开号CN104056871B，授权公告日2016.03.09)公开了一种用于控制夹杂物的弹簧钢线材生产工艺，通过低碱度渣系使钢中夹杂物变性成低熔点硅酸盐类夹杂物，但此工艺易造成钢中硅酸盐类夹杂物超标。我国利用高碱度渣系控制非金属夹杂物的方法，如发明专利(授权公告号CN102162068B，授权公告日2013.07.31)公开了一种弹簧钢及其制造和热处理方法，其生产工艺为：电炉-LF-VD-连铸-轧制-热处理，LF中精炼渣碱度控制在2.5～3.0，通过热处理工艺能够获得需要的强度，但是，碱度为2.5～3.0的高碱度精炼渣系易导致钢中B类夹杂物不易去除，影响弹簧钢的疲劳性能。中国发明专利(申请公布号CN103510020A申请公布日2014.01.15)提供了一种弹簧钢盘条及其夹杂物控制方法，其通过转炉高碳出钢和炉后硅锰合金进行脱氧，精炼终点钢中氧含量控制在20～40ppm来保证钢中夹杂物宽度尺寸不大于10um，夹杂物长宽比大于3，其缺点是钢中具有较高(20～40ppm)的氧含量，弹簧在失效过程中易脆断。文献“Al2O3-SiO2-CaO精炼渣系对55SiCrA弹簧钢夹杂物形态控制的影响”(特殊钢，2013，34(3))记载了用1.0～1.2低碱度渣碱度和≤8％A12O3精炼渣可控制弹簧钢中的夹杂物形态。但是采用低碱度渣碱度虽然能有效降低B类夹杂物数量，但易导致C类夹杂物增多，影响钢的疲劳性能。文献“弹簧钢100tDCEAF-LF-VD流程无铝脱氧工艺实践”(特殊钢，2010，31(3))中记载了采用2.30-6.89％Al2O3、25.38-33.13％SiO2、52.87-63.95％CaO、3.55-10.88％MgO、0.001-1.41％MnO、0.16-2.01％FeO精炼渣系，可将钢中总氧控制在(9-20)×10-6；夹杂物评级A类0-0.5、B类0-0.5、C类0-1.5、D类0-0.5。但是，其中C类夹杂物不能满足高品质弹簧钢的质量要求(C类0-1.0级)；文献“气门弹簧钢54SiCr6的冶炼和连铸工艺实践”(特殊钢，2015，36(4))记载了采用LF精炼渣碱度为0.5～0.8，通过“KR铁水-BOF-LF-510mm×390mm坯连铸-150mm×150mm轧坯-高速线材轧制”工艺使钢中A、B、C、D、Ds夹杂物级别均≤0.5，其缺点是渣系碱度低，粘度小，且没有对钢水进行真空处理，易造成钢水精炼过程中吸气。技术实现要素：本发明的目的就是针对上述不足，提供一种气体与非金属夹杂物含量低，减少碱性精炼渣对钢包包衬的浸蚀的弹簧钢的精炼方法。本发明采用的技术方案是：一种弹簧钢的精炼方法，包括如下步骤：1)转炉冶炼：以铁水与废钢为原材料进行转炉冶炼，加入的铁水、废钢的重量比为，铁水：废钢为5～7：1，得到钢水与炉渣，然后采用留渣操作进行转炉出钢，将钢水流入钢包中；转炉出钢1/3后向钢包中加入脱氧剂，同时加入硅锰合金、硅铁和铬铁，控制钢包中钢水的氧含量≤150ppm；其中，转炉出钢1/3后加入的合金易于熔化，其中，脱氧剂为石灰和/或萤石，加入石灰和/或萤石用于脱去钢包中的氧来控制氧含量≤150ppm，加入硅锰合金、硅铁和铬铁用于初步调整钢包中钢水中的合金成分，满足得到钢水中各元素成分的的下限值。2)LF钢包精炼：转炉出钢后，将钢包移入LF精炼位电极加热，向钢包中添加石灰、石英砂、镁砂造精炼渣；所述石灰、石英砂、镁砂的添加量为：每吨钢水中加入4.5～5.5kg的石灰，每吨钢水中加入1.0～1.5kg的石英砂，每吨钢水中加入1.0～1.5kg的镁砂；所述精炼渣为CaO-SiO2-MgO渣系，碱度为1.8～2.5，精炼渣组分包括：CaO50～60wt％，SiO222～28wt％，Al2O33～6wt％，MgO10～15wt％，MnO+FeO0.5～1wt％，CaF22～4.5wt％；添加的石灰、石英砂用于调整精炼渣的组分，使精炼渣的组分满足上述精炼渣的组分，由于碱性的精炼渣易对钢包包衬造成浸蚀，因此添加镁砂用于保护钢包包衬。采用CaO-SiO2-MgO渣系，碱度控制在1.8～2.5，既可保证在精炼过程中精炼渣的粘度，避免电极加热过程中钢水吸气，又可减少碱性精炼渣对钢包包衬的浸蚀。3)RH真空处理并吹入惰性气体：LF钢包精炼后将钢包送往RH真空处理工位进行真空处理，并从钢包底部吹入惰性气体得到精炼钢水。通过RH真空处理和吹入惰性气体，使钢水中夹杂物聚集，上浮。所述步骤1)中控制炉渣的碱度为3.0～4.0，炉渣中FeO含量≥15wt％，控制出钢时钢水中碳的含量为0.15～0.25wt％，磷的含量≤0.005wt％，钢水终点温度为：1640～1660℃；通过提高出钢时碳含量，使钢中与之相平衡的氧含量大幅度降低，从而使合金过程中加入的硅铁生成的氧化产物减少，达到降低钢中硅酸盐夹杂物数量的目的。所述步骤2)中，造精炼渣后向精炼渣中加入碳化硅、碳粉和硅铁粉进行扩散脱氧，脱氧时间控制在0.5～1h，扩散脱氧用于脱去精炼渣中的氧，打破精炼渣与钢水的氧浓度平衡，从而进一步使钢水中的氧含量降低；脱氧后再加入高纯硅铁、金属锰和低碳铬铁用于精确调整钢水中的合金成分。所述步骤3)中，真空处理中控制真空度≤67Pa，真空保持时间≥30min，吹入惰性气体采用软吹工艺，软吹压力：0.3～0.5MPa，软吹时间：50～70min，所述惰性气体为氩气。RH真空处理是为了破坏钢中的[N]、[H]、[O]平衡，进一步降低钢水中的气体含量；同时，通过软吹工艺，保证钢水中夹杂物有足够的时间进行聚集、长大和上浮，提高了钢水洁净度。所述步骤3)中精炼钢水的化学元素成分及其重量百分比为：碳0.5～0.6％、硅1.3～1.5％、锰0.6～0.7％、磷≤0.006％、硫≤0.002％、铬0.6～0.8％，及余量为铁和不可避免的杂质；精炼钢水中氧含量<10ppm；采用低碳含量，高硅含量，避免高碳影响钢的韧性，高硅含量有利于提高钢的强度，其中磷与硫为钢中的杂质，控制磷≤0.006、硫≤0.002，保证钢的纯净度。本发明的有益效果：本发明通过二次的合金化过程来精确控制钢的化学元素的成分；通过转炉冶炼过程中加入脱氧剂、提高转炉出钢碳含量以及LF钢包精炼过程中加入碳化硅、碳粉和硅铁粉进行扩散脱氧使钢中氧的含量大幅度降低；通过LF钢包精炼过程中CaO-SiO2-MgO渣系的选择，控制精炼渣的碱度，以及通过控制精炼渣的组分来降低钢中非金属夹杂物。与现有技术相比，本发明具有以下的有益效果：1)钢中的非金属夹杂物级别：A类0、B类0～0.5、C类0～0.5、D类0～0.5；夹杂物尺寸≤5um；2)钢中气体含量：[N]≤35ppm，[H]≤0.5ppm，[O]≤10ppm；3)本发明提供的工艺线路简单，可操作性强，易于控制；同时，生产成本低，合金收得率高，节约资源。具体实施方式下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，便于更清楚地了解本发明，但不对本发明构成限定。实施例1一种弹簧钢的精炼方法，包括如下步骤1)转炉冶炼：以铁水与废钢为原材料进行转炉冶炼，冶炼前期快速化渣脱磷，冶炼中后期进行脱碳升温，加入的铁水、废钢的重量比为，铁水：废钢为5：1，得到钢水与炉渣，然后采用留渣操作进行转炉出钢，将钢水流入钢包中，严禁将转炉中的氧化渣流入钢包；出钢时炉渣的碱度为3.0，炉渣中FeO含量为15wt％，钢水中碳的含量为0.25wt％，磷的含量为0.005wt％，钢水终点温度为：1640℃；转炉出钢1/3后向钢包中加入石灰，同时加入硅锰合金、硅铁和铬铁粗调钢水中元素成分的含量，满足得到钢水中各元素成分的的下限值，钢包中钢水的氧含量为90ppm。2)LF钢包精炼：转炉出钢后，将钢包移入LF精炼位电极加热，向钢包中添加石灰、石英砂、镁砂造精炼渣；石灰、石英砂的添加量为：每吨钢水中加入4.5kg的石灰，每吨钢水中加入1.0kg的石英砂，每吨钢水中加入1.0kg的镁砂；精炼渣为CaO-SiO2-MgO渣系，碱度为1.8，精炼渣组分包括：CaO50wt％，SiO225wt％，Al2O35wt％，MgO15wt％，MnO+FeO0.5wt％，CaF24.5wt％，造精炼渣后向精炼渣中加入碳化硅、碳粉和硅铁粉进行扩散脱氧，脱氧时间控制在0.5h，脱氧后测得钢水中的氧含量为35ppm，再加入高纯硅铁、金属锰和低碳铬铁用于精确调整钢水中的合金成分。3)RH真空处理并吹入惰性气体：LF钢包精炼后将钢包送往RH真空处理工位进行真空处理，并从钢包底部通过软吹工艺，吹入氩气得到精炼钢水。真空度为67Pa，真空保持时间为30min；软吹压力：0.3MPa，软吹时间：60min。实施例2一种弹簧钢的精炼方法，包括如下步骤1)转炉冶炼：以铁水与废钢为原材料进行转炉冶炼，冶炼前期快速化渣脱磷，冶炼中后期进行脱碳升温，加入的铁水、废钢的重量比为，铁水：废钢为7：1，得到钢水与炉渣，然后采用留渣操作进行转炉出钢，将钢水流入钢包中，严禁将转炉中的氧化渣流入钢包；出钢时炉渣的碱度为4.0，炉渣中FeO含量为18wt％，钢水中碳的含量为0.20wt％，磷的含量为0.004wt％，钢水终点温度为：1650℃；转炉出钢1/3后向钢包中加入石灰，同时加入硅锰合金、硅铁和铬铁粗调钢水中元素成分的含量，满足得到钢水中各元素成分的的下限值，钢包中钢水的氧含量为100ppm。2)LF钢包精炼：转炉出钢后，将钢包移入LF精炼位电极加热，向钢包中添加石灰、石英砂、镁砂造精炼渣；石灰、石英砂的添加量为：每吨钢水中加入5.0kg的石灰，每吨钢水中加入1.2kg的石英砂，每吨钢水中加入1.2kg的镁砂；精炼渣为CaO-SiO2-MgO渣系，碱度为2.5，精炼渣组分包括：CaO60wt％，SiO224wt％，Al2O33wt％，MgO10wt％，MnO+FeO1wt％，CaF22wt％，造精炼渣后向精炼渣中加入碳化硅、碳粉和硅铁粉进行扩散脱氧，脱氧时间控制在0.5h，脱氧后测得钢水中的氧含量为30ppm，再加入高纯硅铁、金属锰和低碳铬铁用于精确调整钢水中的合金成分。3)RH真空处理并吹入惰性气体：LF钢包精炼后将钢包送往RH真空处理工位进行真空处理，并从钢包底部通过软吹工艺，吹入氩气得到精炼钢水。真空度为67Pa，真空保持时间为35min；软吹压力：0.5MPa，软吹时间：50min。实施例31)转炉冶炼：以铁水与废钢为原材料进行转炉冶炼，冶炼前期快速化渣脱磷，冶炼中后期进行脱碳升温，加入的铁水、废钢的重量比为，铁水：废钢为5.5：1，得到钢水与炉渣，然后采用留渣操作进行转炉出钢，将钢水流入钢包中，严禁将转炉中的氧化渣流入钢包；出钢时炉渣的碱度为3.5，炉渣中FeO含量为20wt％，钢水中碳的含量为0.15wt％，磷的含量为0.002wt％，钢水终点温度为：1660℃；转炉出钢1/3后向钢包中加入石灰，同时加入硅锰合金、硅铁和铬铁粗调钢水中元素成分的含量，满足得到钢水中各元素成分的的下限值，钢包中钢水的氧含量为145ppm。2)LF钢包精炼：转炉出钢后，将钢包移入LF精炼位电极加热，向钢包中添加石灰、石英砂、镁砂造精炼渣；石灰、石英砂的添加量为：每吨钢水中加入5.5kg的石灰，每吨钢水中加入1.0kg的石英砂，每吨钢水中加入1.5kg的镁砂；精炼渣为CaO-SiO2-MgO渣系，碱度为1.9，精炼渣组分包括：CaO52wt％，SiO227wt％，Al2O34wt％，MgO14wt％，MnO+FeO0.5wt％，CaF22.5wt％，造精炼渣后向精炼渣中加入碳化硅、碳粉和硅铁粉进行扩散脱氧，脱氧时间控制在0.5h，脱氧后测得钢水中的氧含量为25ppm，再加入高纯硅铁、金属锰和低碳铬铁用于精确调整钢水中的合金成分。3)RH真空处理并吹入惰性气体：LF钢包精炼后将钢包送往RH真空处理工位进行真空处理，并从钢包底部通过软吹工艺，吹入氩气得到精炼钢水。真空度为67Pa，真空保持时间为32min；软吹压力：0.3MPa，软吹时间：55min。实施例41)转炉冶炼：以铁水与废钢为原材料进行转炉冶炼，冶炼前期快速化渣脱磷，冶炼中后期进行脱碳升温，加入的铁水、废钢的重量比为，铁水：废钢为6：1，得到钢水与炉渣，然后采用留渣操作进行转炉出钢，将钢水流入钢包中，严禁将转炉中的氧化渣流入钢包；出钢时炉渣的碱度为3.0，炉渣中FeO含量为22wt％，钢水中碳的含量为0.18wt％，磷的含量为0.003wt％，钢水终点温度为：1645℃；转炉出钢1/3后向钢包中加入石灰，同时加入硅锰合金、硅铁和铬铁粗调钢水中元素成分的含量，满足得到钢水中各元素成分的下限值，钢包中钢水的氧含量为140ppm。2)LF钢包精炼：转炉出钢后，将钢包移入LF精炼位电极加热，向钢包中添加石灰、石英砂、镁砂造精炼渣；石灰、石英砂的添加量为：每吨钢水中加入5.0kg的石灰，每吨钢水中加入1.3kg的石英砂，每吨钢水中加入1.3kg的镁砂；精炼渣为CaO-SiO2-MgO渣系，碱度为1.85，精炼渣组分包括：CaO52wt％，SiO228wt％，Al2O35wt％，MgO12wt％，MnO+FeO1wt％，CaF22wt％，造精炼渣后向精炼渣中加入碳化硅、碳粉和硅铁粉进行扩散脱氧，脱氧时间控制在1h，脱氧后测得钢水中的氧含量为45ppm，再加入高纯硅铁、金属锰和低碳铬铁用于精确调整钢水中的合金成分。3)RH真空处理并吹入惰性气体：LF钢包精炼后将钢包送往RH真空处理工位进行真空处理，并从钢包底部通过软吹工艺，吹入氩气得到精炼钢水。真空度为65Pa，真空保持时间为32min；软吹压力：0.35MPa，软吹时间：65min。实施例51)转炉冶炼：以铁水与废钢为原材料进行转炉冶炼，冶炼前期快速化渣脱磷，冶炼中后期进行脱碳升温，加入的铁水、废钢的重量比为，铁水：废钢为6.5：1，得到钢水与炉渣，然后采用留渣操作进行转炉出钢，将钢水流入钢包中，严禁将转炉中的氧化渣流入钢包；出钢时炉渣的碱度为4.0，炉渣中FeO含量为20wt％，钢水中碳的含量为0.22wt％，磷的含量为0.004wt％，钢水终点温度为：1655℃；转炉出钢1/3后向钢包中加入石灰，同时加入硅锰合金、硅铁和铬铁粗调钢水中元素成分的含量，满足得到钢水中各元素成分的下限值，钢包中钢水的氧含量为120ppm。2)LF钢包精炼：转炉出钢后，将钢包移入LF精炼位电极加热，向钢包中添加石灰、石英砂、镁砂造精炼渣；石灰、石英砂的添加量为：每吨钢水中加入5.5kg的石灰，每吨钢水中加入1.5kg的石英砂，每吨钢水中加入1.0kg的镁砂；精炼渣为CaO-SiO2-MgO渣系，碱度为2.1，精炼渣组分包括：CaO56wt％，SiO222wt％，Al2O36wt％，MgO13wt％，MnO+FeO1wt％，CaF22wt％，造精炼渣后向精炼渣中加入碳化硅、碳粉和硅铁粉进行扩散脱氧，脱氧时间控制在45min，脱氧后测得钢水中的氧含量为30ppm，再加入高纯硅铁、金属锰和低碳铬铁用于精确调整钢水中的合金成分。3)RH真空处理并吹入惰性气体：LF钢包精炼后将钢包送往RH真空处理工位进行真空处理，并从钢包底部通过软吹工艺，吹入氩气得到精炼钢水。真空度为60Pa，真空保持时间为35min；软吹压力：0.45MPa，软吹时间：70min。对比例11)转炉冶炼：以铁水与废钢为原材料进行转炉冶炼，冶炼前期快速化渣脱磷，冶炼中后期进行脱碳升温，加入铁水、废钢得到钢水与炉渣，然后采用留渣操作进行转炉出钢，将钢水流入钢包中，严禁将转炉中的氧化渣流入钢包；出钢时炉渣的碱度为2.8，炉渣中FeO含量为10wt％，钢水中碳的含量为0.10wt％，磷的含量为0.008wt％，钢水终点温度为：1668℃；转炉出钢1/3后向钢包中加入硅锰合金、硅铁和铬铁，钢包中钢水的氧含量为180ppm。2)LF钢包精炼：转炉出钢后，将钢包移入LF精炼位电极加热，向钢包中添加石灰、石英砂、铝钒土造精炼渣；石灰、石英砂的添加量为：每吨钢水中加入8kg的石灰，每吨钢水中加入1.0kg的石英砂，每吨钢水中加入1.0kg的铝钒土；精炼渣为CaO-Al2O3-SiO2渣系，碱度为3.5，造精炼渣后向精炼渣中加入Al粒，电石渣进行扩散脱氧。3)RH真空处理并吹入惰性气体：LF钢包精炼后将钢包送往RH真空处理工位进行真空处理，并从钢包底部吹入氩气得到精炼钢水。真空度为70Pa，真空保持时间为20min。对比例21)转炉冶炼：以铁水与废钢为原材料进行转炉冶炼，冶炼前期快速化渣脱磷，冶炼中后期进行脱碳升温，加入铁水、废钢得到钢水与炉渣，然后采用留渣操作进行转炉出钢，将钢水流入钢包中，严禁将转炉中的氧化渣流入钢包；出钢时炉渣的碱度为2.5，炉渣中FeO含量为12wt％，钢水中碳的含量为0.12wt％，磷的含量为0.007wt％，钢水终点温度为：1665℃；转炉出钢1/3后向钢包中加入硅锰合金、硅铁和铬铁，钢包中钢水的氧含量为185ppm。2)LF钢包精炼：转炉出钢后，将钢包移入LF精炼位电极加热，向钢包中添加石灰、石英砂、铝钒土造精炼渣；石灰、石英砂的添加量为：每吨钢水中加入9kg的石灰，每吨钢水中加入1.0kg的石英砂，每吨钢水中加入1.0kg的铝钒土；精炼渣为CaO-Al2O3-SiO2渣系，碱度为3.8，造精炼渣后向精炼渣中加入Al粒，电石渣进行扩散脱氧。3)RH真空处理并吹入惰性气体：LF钢包精炼后将钢包送往RH真空处理工位进行真空处理，并从钢包底部吹入氩气得到精炼钢水，真空度为70Pa，真空保持时间为25min。通过以上实施例与对比例得到精炼后钢水的元素成分及其重量百分比见表1：表1实施例与对比例化学成分(wt％)实施例CSiMnPSCr10.501.300.600.0060.00200.6020.521.500.660.0050.00150.8030.541.350.610.0030.00180.6840.581.450.700.0050.00100.7450.601.480.630.0020.00170.71对比例10.701.250.550.0100.0050.55对比例20.651.280.540.0080.0040.58通过以上实施例与对比例生产的弹簧钢的非金属夹杂物、气体含量，钢包包衬的使用寿命情况见下表2：表2当前第1页1 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