专利名称：一种齿轮钢的生产方法
技术领域：
本发明涉及一种齿轮钢的生产方法。
背景技术：
随着工业和科技的发展，各行业对钢的质量要求越来越苛刻。钢中的总氧含量是 衡量钢材质量的一个重要指标，因为与总氧含量关系密切的氧化物夹杂物是降低钢疲劳寿 命的最重要原因之。有人曾对Cr、Cr-M0、Cr-Ni-M0等渗碳合金钢的氧含量与疲劳寿命之间 的关系做过对比试验。据“山阳新钢种系列”资料介绍，当氧含量从25ppm降到Ilppm时， 其接触疲劳强度可提高4倍，其使用寿命可从原来的< 6000小时提高到10000小时。对 SCM420、20MnCr5等引进齿轮钢进行脱气与不脱气的对比试验，结果证实脱气钢疲劳寿命可 提高40%左右。目前，用户一般对齿轮钢要求总氧含量(T
)控制在20ppm以内，并且随 着社会经济的发展提出了高纯净度齿轮钢的需求，要求T
含量控制在15ppm以内。20CrMo (H)、20CrMnTi (H)等齿轮钢的传统生产工艺是采用电炉冶炼，由于电炉冶 炼生产效率低、成本高，利用转炉冶炼是发展的趋势之一。钒钛磁铁矿生产的高炉铁水含钒 量一般接近0. 30重量％，经过转炉提钒以后的铁水称之为“提钒后的半钢”，与普通铁水相 比，半钢中的碳含量较普通铁水低约0. 5个百分点，硅呈微量，锰含量低0. 2-0. 3个百分点， 温度相近或略低。根据铁水物理热计算可知，采用半钢炼钢时，可用于提升终点钢水温度的热量较 普通铁水低，换算成温度值约为50°C (50士5°C)。由于炼钢过程热源不足，为保证终点钢水 温度，需要降低终点钢水中的碳含量，有时甚至是使铁氧化来提高钢水温度，如此必然导致 冶炼的终点钢水和钢渣过氧化现象严重，终点钢水氧活度可高达IOOOppm以上，终点渣中 全Fe含量可高达30%以上。同时，转炉终点也难以稳定控制，主要体现在转炉终点钢水氧 活度、终渣的氧化性波动大。这些都直接影响后续精炼工序对钢中总氧含量的稳定控制。目前基于含钒铁水和转炉工艺生产的20CrMo(H)、20CrMnTi(H)等齿轮钢铸坯 T
一般控制在20ppm，而齿轮钢铸坯T
^ 15ppm的超低氧齿轮钢基本没有研究报道。
发明内容
本发明的目的是提供采用含钒铁水生产总氧含量(T
) ^ 15ppm的齿轮钢的方法。本发明提供了一种齿轮钢的生产方法，该方法包括将提钒后的半钢加到转炉中进 行冶炼，将冶炼得到的钢水加到钢包中，之后在精炼渣和脱氧剂存在下进行钢包炉精炼，然 后进行真空处理和钢坯连铸，其中，所述精炼渣至少分两批加入钢包中，第一批精炼渣在第 一时间加到所述钢包中，所述第一时间为从所述冶炼得到的钢水开始加到所述钢包中至35 重量％的所述冶炼得到的钢水加到所述钢包中的时间段，剩余的精炼渣在所述冶炼得到的 钢水全部加到所述钢包中至所述钢包炉精炼开始的时间段内加入；所述脱氧剂包括沉淀脱 氧剂和扩散脱氧剂，所述沉淀脱氧剂包括铝合金脱氧剂，所述铝合金脱氧剂在所述冶炼得到的钢水总重量的25-45%加到所述钢包中时加入；所述扩散脱氧剂在所述冶炼得到的钢 水全部加到所述钢包中之后加入，所述扩散脱氧剂为铝粒；且相对于每吨所述冶炼得到的 钢水，所述精炼渣的加入总量为11-14千克，所述铝合金脱氧剂的加入量为7-9. 5千克，所 述铝粒的加入总量为0. 8-1. 2千克。通过对采用本发明提供的方法制得的钢坯的总氧含量进行检测可知，采用本发明 提供的方法制得的钢坯的总氧含量均在15ppm以下。
图1为本发明的一种优选实施方式中使用的密封垫圈的结构示意图，其中(a)为 剖面图，(b)为俯视图；图2为本发明的一种优选实施方式中由所述密封垫圈、钢包和保护管构成的连铸 保护浇注装置的结构示意图。
具体实施例方式在本发明提供的齿轮钢的生产方法中，包括将提钒后的半钢加到转炉中进行冶 炼，将冶炼得到的钢水加到钢包中，之后在精炼渣和脱氧剂的存在下进行钢包炉精炼，然后 进行真空处理和钢坯连铸。所述冶炼得到的钢水可以为由提钒后的半钢通过各种常规的炼 钢工艺获得的钢水，所述冶炼得到的钢水的成分没有特别的限定，例如，以所述冶炼得到的 钢水的总重量为基准，所述冶炼得到的钢水可以含有0. 01-0. 12重量％的碳、0. 01-0. 03重 量％的硅、002-0. 4重量％的锰、0. 02重量％以下的磷、0. 02重量％以下的硫、0. 01-0. 05重 量的钒和99. 45-99. 85重量％的铁。将所述提钒后的半钢冶炼成钢水的方法可以采用各种常规的炼钢方法，例如可以 为氧气顶吹转炉炼钢方法或者氧气顶底复吹炼钢方法，本发明优选采用氧气顶底复吹炼钢 方法。在本发明提供的炼钢方法中，所述精炼渣至少分两批加到所述钢包中，且相对于 每吨所述冶炼得到的钢水，所述精炼渣的加入总量为11-14千克。在生产过程中，第一批精 炼渣在第一时间加到所述钢包中，所述第一时间为从所述冶炼得到的钢水开始所述钢包中 至35重量％的所述冶炼得到的钢水加到所述钢包中的时间段；剩余的精炼渣在所述冶炼 得到的钢水全部加到所述钢包中至所述钢包炉精炼开始的时间段内加入，具体地在所述钢 包炉精炼开始之前1-3分钟之内加入。而且，相对于每吨所述冶炼得到的钢水，所述第一批 精炼渣的加入量为7-9千克。所述剩余的精炼渣可以一次加到所述钢包中，也可以分多批 加到所述钢包中，所述剩余的精炼渣的加入批数优选为1-3，当所述剩余的精炼渣分2或3 批加到所述钢包中时，每批的加入的精炼渣的量可以相同也可以不同。所述精炼渣没有特别的限定，可以为本领域常规使用的各种精炼渣。优选情况下， 为了使所制得的钢坯符合齿轮钢的性能要求，以所述精炼渣的总重量为基准，所述精炼渣 可以为含有70-88重量％的Ca0、4重量％以下的Si02、4重量％以下的Al203、2_4重量％的 Na20、8-13重量％的CaF2和5重量％以下的MgO的精炼渣，所述精炼渣可以通过常规的方 法制得，例如，可以通过将活性石灰、萤石和工业纯碱进行均勻混合而制得。在本发明提供的生产方法中，所述脱氧剂包括沉淀脱氧剂和扩散脱氧剂，所述沉淀脱氧剂通过沉淀脱氧作用对钢液进行脱氧，所述沉淀脱氧是指脱氧剂直接和钢液中的溶 解氧作用，使其转化为不溶于钢液中的氧化物，从而进入熔渣中的脱氧方式；所述扩散脱 氧剂通过扩散脱氧作用对钢液进行脱氧，所述扩散脱氧是指通过扩散脱氧剂造还原性精炼 渣，生成的还原性精炼渣与钢液接触，使钢液中的溶解氧扩散进入渣中的脱氧方式。所述沉 淀脱氧剂包括铝合金脱氧剂，所述铝合金脱氧剂在所述冶炼得到的钢水总重量的25-45% 加到所述钢包中时加入，而且，通常所述铝合金脱氧剂在加入所述第一批精炼渣之后加入。 相对于每吨所述冶炼得到的钢水，所述铝合金脱氧剂的加入量为7-9. 5千克。所述铝合金 脱氧剂在本发明中没有特别的限定，可以为各种常规的铝合金脱氧剂，然而，为了达到更好 的脱氧效果，从而降低制得的钢坯的总氧含量，所述铝合金脱氧剂优选为铁锰铝，以所述铝 锰铁的总重量为基准，所述铝锰铁含有18-28重量％的Al (铝)、23-32重量％的Mn (锰) 和40-50重量％的Fe (铁)，所述铁锰铝中还可以含有1. 5重量％以下的Si (硅)、1. 5重 量％以下的C (碳)以及微量的P (磷)、S (硫)或其它的不可避免的杂质。所述铝合金脱氧 剂的加入一方面主要用于降低所述钢包中的钢液中的溶解氧，另一方面可以用于调整所述 钢包中的钢液中酸溶铝的含量，通常情况下，在所述冶炼得到的钢水全部加到所述钢包中 时，需要将所述钢包中的钢液中酸溶铝(Als)的含量控制为基于其总重量的0.035-0. 045 重量％，以控制钢液的氧活度(所述氧活度是指钢液中的自由氧的含量)。在所述冶炼得 到的钢水全部加到所述钢包中时，所述钢包中的钢液中酸溶铝的含量低于0. 035重量％， 所述沉淀脱氧剂还可以包括铝线，所述铝线在所述冶炼得到的钢水全部加到所述钢包中 时加入，且所述铝线的加入使所述钢包中的钢液中酸溶铝的含量控制为基于其总重量的 0. 035-0. 045重量％。所述铝线可以为含有99重量％以上的铝的铝线，截面直径为7_15毫 米。在本发明中，“在所述冶炼得到的钢水全部加到所述钢包中时”是指所述冶炼得到的钢 水恰好全部加到所述钢包中的瞬间。在上述情况下，如果在所述冶炼得到的钢水全部加到 所述钢包中时需要向钢包中加入铝线，则测试钢液中酸溶铝的含量和加入铝线均在很短的 时间段内即可完成，即均在所述冶炼得到的钢水全部加到所述钢包中时完成。所述测试钢 液中酸溶铝的含量的方法已为本领域技术人员所公知，在此不再赘述。在生产过程中，在所述冶炼得到的钢水全部加到所述钢包中之后，还需要向所述 钢包中加入扩散脱氧剂，所述扩散脱氧剂可以为铝粒，且相对于每吨所述冶炼得到后的钢 水，所述铝粒的加入总量为0. 8-1. 2千克。所述铝粒可以通过分批加入，优选情况下，所述铝粒分两批加入，且在所述钢包炉 精炼开始之前，向所述钢包中加入第一批铝粒，且相对于每吨所述冶炼得到的钢水，所述第 一批铝粒加入的量为0. 4-0. 6千克。在本发明中，在所述冶炼得到的钢水全部加到所述钢 包中时需要向钢包中加入铝线的情况下，所述铝线在加入所述第一批铝粒之前加入。所述 第一批铝粒加入钢包中之后，对钢包中的钢液进行加热以开始钢包炉精炼，在钢包炉精炼 的过程中，在加入钢包中的所述精炼渣、所述沉淀脱氧剂和所述第一批铝粒完全熔化时， 向所述钢包中加入第二批铝粒，加入所述第二批铝粒使所述钢包中钢液的酸溶铝含量为 0. 045-0. 055重量％，以控制钢液中的氧活度。在本发明中，“在加入钢包中的所述精炼渣、 所述脱氧剂和所述铝粒完全熔化时”是指加入钢包中的所述精炼渣、所述脱氧剂和所述铝 粒恰好完全熔化的瞬间。另外，所述第二批铝粒完全熔化之后，所述钢包中的钢液的酸溶铝含量为0.045
6重量％至0. 05重量％以下时，在所述真空处理过程中，还可以通过加入铝粒使所述钢包中 钢液的酸溶铝含量为0. 05-0. 055重量％，以控制钢液中的氧活度。所述真空处理的条件可 以控制为真空度为500Pa以下，所述真空度是指绝对压强。在本发明中，以所述铝粒的总重量为基准，所述铝粒可以为含有95-100重量％的 铝和0-5重量％的三氧化二铝的铝粒，所述铝粒的颗粒直径为3-12毫米，优选为5-7毫米。所述钢包中的钢液中的总氧含量主要由溶解氧和钢液中的非金属夹杂物构成，因 此要降低成品钢中总氧含量需要从溶解氧和非金属夹杂物两方面进行。降低溶解氧主要依 靠所述脱氧剂进行脱氧，脱氧后会产生非金属夹杂物，同时耐火材料如钢包工作衬和空气 也可能对钢液污染，增加其氧含量。因此，在所述脱氧剂脱氧的基础上，要进一步降低成品 钢中的总氧含量就要降低钢中非金属夹杂物含量。虽然部分所述非金属夹杂物会自然上 浮，但是大部分的所述金属夹杂物仍然保留在钢液中。因此，通常在所述真空处理和所述钢 坯连铸之间优选还包括向所述钢包中的钢液中吹入氩气的步骤，从而促使所述非金属夹杂 物上浮，进而达到进一步降低成品钢中的总氧含量的效果。在吹入氩气的过程中，氩气的流 量与比搅拌功的关系如下式
权利要求
一种齿轮钢的生产方法，该方法包括将提钒后的半钢加到转炉中进行冶炼，将冶炼得到的钢水加到钢包中，之后在精炼渣和脱氧剂存在下进行钢包炉精炼，然后进行真空处理和钢坯连铸，其特征在于，所述精炼渣至少分两批加入钢包中，第一批精炼渣在第一时间加到所述钢包中，所述第一时间为从所述冶炼得到的钢水开始加到所述钢包中至35重量％的所述冶炼得到的钢水加到所述钢包中的时间段，剩余的精炼渣在所述冶炼得到的钢水全部加到所述钢包中至所述钢包炉精炼开始的时间段内加入；所述脱氧剂包括沉淀脱氧剂和扩散脱氧剂，所述沉淀脱氧剂包括铝合金脱氧剂，所述铝合金脱氧剂在所述冶炼得到的钢水总重量的25 45％加到所述钢包中时加入；所述扩散脱氧剂在所述冶炼得到的钢水全部加到所述钢包中之后加入，所述扩散脱氧剂为铝粒；且相对于每吨所述冶炼得到的钢水，所述精炼渣的加入总量为11 14千克，所述铝合金脱氧剂的加入量为7 9.5千克，所述铝粒的加入总量为0.8 1.2千克。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，以所述冶炼得到的钢水的总重量为基准，所述冶 炼得到的钢水含有0. 01-0. 12重量％的碳、0. 01-0. 03重量％的硅、002-0. 4重量％的锰、 0. 02重量％以下的磷、0. 02重量％以下的硫、0. 01-0. 05重量的钒和99. 45-99. 85重量％的 铁。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，相对于每吨所述冶炼得到的钢水，所述第一批精 炼渣的加入量为7-9千克。
4.根据权利要求1或3所述的方法，其中，以所述精炼渣的总重量为基准，所述精炼渣 含有70-88重量％的Ca0、4重量％以下的SiO2、4重量％以下的Al203、2_4重量％的Na20、 8-13重量％的CaF2和5重量％以下的MgO。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述铝合金脱氧剂为铝锰铁，且以所述铝锰 铁的总重量为基准，所述铝锰铁含有18-28重量％的Al、23-32重量％的胞和40-50重量％ 的Fe。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述冶炼得到的钢水全部加到所述钢包中时， 所述钢包中的钢液中酸溶铝的含量低于0. 035重量％，所述沉淀脱氧剂还包括铝线，所述 铝线在所述冶炼得到的钢水全部加到所述钢包中时加入，且所述铝线的加入使所述钢包中 的钢液中酸溶铝的含量控制为基于其总重量的0. 035-0. 045重量％。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述铝线含有99重量％以上的铝，截面直径为 7-15毫米。
8.根据权利要求1、2或6所述的方法，其中，所述铝粒分两批加入，且在所述钢包炉精 炼开始之前，向所述钢包中加入第一批铝粒；在钢包炉精炼过程中，在加入钢包中的所述精 炼渣、所述沉淀脱氧剂和所述第一批铝粒完全熔化时，向所述钢包中加入第二批铝粒。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，相对于每吨所述冶炼得到的钢水，所述第一批铝 粒的加入量为0.4-0. 6千克。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第二批铝粒的加入量使所述钢包中钢液的 酸溶铝含量为基于其总重量的0. 045-0. 055重量％。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第二批铝粒完全熔化之后，所述钢包中的 钢液的酸溶铝含量为0. 045重量％至0. 05重量％以下时，在所述真空处理过程中，通过加 入所述铝粒使所述钢包中钢液的酸溶铝含量为基于其总重量的0. 05-0. 055重量％。
12.根据权利要求9-11中任意一项所述的方法，其中，以所述铝粒的总重量为基准，所 述铝粒含有95-100重量％的铝和0-5重量％的三氧化二铝，所述铝粒的颗粒直径为3-12毫米。
13.根据权利要求1、2或6所述的方法，其中，在所述真空处理和所述钢坯连铸之间还 包括向所述钢包中的钢液中吹入氩气，氩气的流量与比搅拌功的关系如下式
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述吹入氩气的时间为6-12分钟。
全文摘要
一种齿轮钢的生产方法，该方法包括将提钒后的半钢加到转炉中进行冶炼，将冶炼得到的钢水加到钢包中，之后在精炼渣和脱氧剂存在下进行钢包炉精炼，然后进行真空处理和钢坯连铸，其中，精炼渣至少分两批加入钢包中，第一批精炼渣在冶炼得到的钢水开始加到钢包中至35重量％的冶炼得到的钢水加到钢包中的时间段内加入，剩余的精炼渣在冶炼得到的钢水全部加到钢包中至钢包炉精炼开始的时间段内加入；脱氧剂包括沉淀脱氧剂和扩散脱氧剂，沉淀脱氧剂包括铝合金脱氧剂，铝合金脱氧剂在冶炼得到的钢水总重量的25-45％加到钢包中时加入；扩散脱氧剂在冶炼得到的钢水全部加到钢包中之后加入。采用本发明提供的生产方法可以获得总氧含量为15ppm以下的齿轮钢。
文档编号C21C5/28GK101942597SQ20091014679
公开日2011年1月12日 申请日期2009年7月3日 优先权日2009年7月3日
发明者周伟, 曾建华, 李桂军, 李清春, 杨素波, 江南红, 赵克文, 陈亮, 陈天明, 陈永, 顾武安 申请人:攀钢集团研究院有限公司;攀钢集团有限公司;攀钢集团钢铁钒钛股份有限公司;攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司