专利名称：一种用转炉工艺冶炼汽车半轴套管用钢圆坯的方法
一种用转炉工艺冶炼汽车半轴套管用钢圆坯的方法
背景技术：
本发明属于钢铁冶炼工艺技术领域，特别是用转炉工艺生产汽车半轴套管用钢连 铸圆坯的方法。
背景技术：
汽车半轴套管用无缝钢管是制造汽车半轴套管及驱动桥桥壳轴管用的优质碳素 结构钢和合金结构钢热轧无缝钢管。汽车半轴套管装配在汽车车桥部位，承受车体和车载的全部重量、冲击力和传动 扭矩，并保证车轴在轴套内自由旋转。该产品的生产工艺为冲拔、机加、热处理、滚齿等多道 工序。汽车半轴套管用钢的材质主要有优质碳素结构钢和合金结构钢，本发明涉及的汽 车半轴套管钢的钢种是45Mn2合金结构钢。目前生产厂家大多采用电弧炉工艺生产45Mn2 钢，生产工艺为电弧炉一钢包精炼一连铸。本发明通过对汽车半轴套管用钢特性的研究， 利用先进的工艺和技术装备，开发了高炉炼铁一顶底复吹转炉炼钢一LF钢包精炼炉精炼 —VD真空脱气精炼一圆坯连铸机连铸，生产牌号为45Mn2的汽车半轴套管用钢连铸圆坯的 工艺。本发明的目的在于克服采用电弧炉冶炼工艺使得钢中的残余元素Cu、Cr、Ni、Mo 含量相对较高，特别是钢中的氮气含量较高的不足，提供一种用转炉工艺生产汽车半轴套 管用钢连铸圆坯的方法。
发明内容
本发明45Mn2汽车半轴套管用无缝钢管用钢的成分为控制成分(重量百分数) 为C = 0. 42-0. 49%,Si = 0. 17-0. 37%,Mn = 1. 40-1. 80%,P 彡 0. 035%, S ^ 0. 035%, Cr 彡 0. 30%, Mo 彡 0. 15%, Ni 彡 0. 30% Cu 彡 0. 30%。本发明优化成分(重量百分数)为C = 0. 44-0. 46%, Si = 0. 23-0. 27%, Mn = 1. 57-1. 63%, P 彡 0. 020%, S 彡 0. 010%。本发明的生产工艺高炉一顶底复吹转炉一LF精炼炉一VD真空炉一圆坯连铸机一翻转冷床一检验一 入库。具体工艺步骤高炉铁水进入顶底复吹转炉初炼，出钢后采用LF精炼炉、VD真空 炉精炼，再由圆坯连铸机铸成Φ150πιπι-Φ200πιπι圆坯，最后经翻转冷床、检验、入库；其中①入炉铁水成分要求，顶底复吹转炉工艺中入炉铁水成分要求Si = 0. 30-0. 85%,P = 0-0. 080%, S = 0-0. 030% ；②顶底复吹转炉采用氧压为0. 8-0. 85MPa、流量为22800-23200m7h的低氧压、大 流量顶部供氧制度，底吹氮气/氩气搅拌，转炉冶炼的前、中期强化造渣脱磷，中、后期稳定 炉渣中的磷并实现钢水脱硫，转炉挡渣出钢，控制下渣量0-50mm;转炉出钢要求钢水[C]= 0. 10-0. 20%, [P] = 0-0. 012% ；
③LF精炼过程中采用电石、硅铁粉、碳化硅还原剂为主的脱氧工艺，造发泡白渣， 要求精炼终渣FeO+MnO < 1.0%,白渣精炼时间15 25分钟，LF精炼处理时间在30 40 分钟，精炼过程中，全程底吹氩气搅拌，并按照预吹、正常给电吹氩、软吹3种模式控制底吹 氩气搅拌的气体流量；④VD精炼工艺中钢水真空处理要求在真空度彡67Pa下保持时间10_15分钟，同 时采用软吹氩搅拌，真空处理结束后，根据钢水情况适当调整喂CaSi丝数量，喂CaSi丝结 束后，继续进行软吹操作，保证软吹时间5-8分钟，钢水出站氢含量为0-2ppm，严格控制钢 水到达连铸台的温度；⑤连铸工艺要求钢包到中间包、中间包到结晶器采取全程加保护套管保护浇注， 根据钢种特点和铸坯断面的不同，合理控制铸机二冷水分配及二冷水比水量，水的分配为 一段占33 %、二段占48 %、三段占19 %、比水量0. 92-1. 20L/Kg,钢水过热度控制在15_25°C 范围内，稳定拉速为1. 5-3. 2m/min，中间包采用MgCa质涂层，并设置挡墙，使用结晶器电磁 搅拌技术。按照以上的方法，所述LF精炼过程中钢水成分控制范围为[C] = 0. 44-0. 46%, [Si] = 0. 23-0. 27%, [Mn] = 1. 57-1. 63%, [S] = 0-0. 010%, [P] = 0-0. 020%。按照以上的方法，所述圆坯连铸工艺中按照铸坯规格不同控制比水量为对于 Φ 150mm圆坯，采用1. 20L/Kg的冷却强度，对于Φ 160mm圆坯，采用1. 15L/Kg的冷却强度； 对于Φ 180mm圆坯，采用1. OL/Kg的冷却强度；对于Φ 200mm圆坯，采用0. 92L/Kg的冷却强 度。所述圆坯连铸工艺中按照不同规格铸坯稳定拉速为对于Φ 150mm圆坯，采用 2. 5-3. 2m/min的拉速；对于Φ 160mm圆坯，采用2. 2-2. 8m/min的拉速；对于Φ 180mm圆坯， 采用1. 8-2. 3m/min的拉速；对于Φ200mm圆坯，采用1. 5-2. Om/min的拉速。使用本发明的优点在于与电弧炉工艺相比，钢中的残余元素Cu、Cr、Ni、Mo含 量更低，达到Σ Cu+Cr+Ni+Mo = 0. 051%的平均水平；气体特别是钢中的氮气含量少，钢中 N ( 40ppm ；钢水纯净度高，从而提高了汽车半轴套管用连铸圆坯的质量；该钢种化学成分 控制严格，整批供货均勻、波动小；采用顶底复吹技术，吹炼平稳，终点成分和温度命中率 高；出钢时向包中加入专用合成渣，进行渣洗，进一步脱硫，去除夹杂；LF、VD精炼工序配有 钢包全过程底吹氩及钢包喂丝设备，可以有效脱除钢中气体，保证成分调整均勻，实现夹杂 物变性处理，降低钢中夹杂物含量，提高钢水纯净度；采用结晶器电磁搅拌工艺，中间包采 用MgCa质涂层，同时设置挡墙，提高铸坯质量。该工艺节奏快，效率高，提高了钢水的纯净度，减轻微量残余元素带来的危害，提 高了汽车半轴套管用钢的性能。
具体实施例方式本发明45Mn2汽车半轴套管用无缝钢管用钢的成分为控制成分(重量百分数)为C= 0. 42-0. 49 %, Si = 0. 17-0. 37 %, Mn = 1. 40-1. 80 %, P ^ 0. 035 %, S ^ 0. 035 %, Cr ^ 0. 30 %, Mo ^ 0. 15 %, Ni ^ 0. 30 % Cu 彡 0. 30%。本发明优化成分(重量百分数)为C = 0. 44-0. 46%, Si = 0. 23-0. 27%, Mn =1. 57-1. 63%, P ( 0. 020%, S 彡 0. 010%。本发明的生产工艺高炉一顶底复吹转炉一LF精炼炉一VD真空炉一圆坯连铸机一翻转冷床一检验一 入库。具体工艺步骤(1)原料采取精料原则，入炉铁水要求=Si = 0. 30-0. 85%,P = 0-0. 080%,S = 0-0. 030%。(2)转炉冶炼采用顶底复吹转炉实现钢水的初炼。采用顶底复吹转炉工艺，强化 了冶炼过程中对熔池的搅拌，促进各种冶金反应的进行和温度、成分的均勻。顶底复吹转炉 采用氧压为0. 8-0. 85MPa、流量为22800-23200m7h的低氧压、大流量顶部供氧制度，底吹 氮气/氩气搅拌，为了降低45Mn2钢的高温回火脆性、改善钢的冷脆性和韧性，应尽量降低 钢中磷、硫的含量，因此在转炉冶炼的前、中期利用钢水温度较低的有利条件，强化造渣脱 磷；中、后期稳定炉渣中的磷并实现钢水脱硫；转炉出钢过程中采取挡渣出钢，控制下渣量 0-50mm，减少回磷，提高合金收得率并减少钢中的非金属夹杂物；出钢过程中向钢包内加入 合成渣料(主要成份为CaF2、CaO)进行渣洗，同时进行钢包顶渣的改质，进一步脱硫去夹 杂；采取高拉碳操作，转炉出钢时控制钢水[C] = 0. 10-0. 20%, [P] = 0-0. 012%。(3) LF精炼工序为保证热处理工艺的稳定和处理后无缝钢管性能的均勻性，要 求原始钢的成分均勻稳定，各炉次之间波动范围小；同时要求汽车半轴套管用钢具有良 好的韧性、良好的抗疲劳性能等综合性能，因此对钢中夹杂物的种类和含量要求严格，本 发明LF精炼工序围绕调整和均勻化学成分、钢中非金属夹杂物的去除、调整温度等方面 进行控制。在LF精炼过程中钢水化学成分的控制范围为[C] = 0. 43-0. 48%, [Si]=
0.18-0. 35%，[Mn] = 1. 45-1. 75%, [P] ^ 0. 025%、[S]彡 0. 020%。其优选控制范围为[C]= 0. 44-0. 46 %, [Si] = 0. 23-0. 27 %, [Mn]=
1.57-1. 63%, [P] ( 0. 020%, [S] ( 0. 010%。精炼过程中采用电石、硅铁粉、碳化硅还原剂为主的脱氧工艺；造发泡白渣，保证 精炼终渣中FeO+MnO < 1. 0% ；稳定精炼操作，白渣精炼时间15-25分钟，LF精炼处理时间 在30-40分钟。精炼过程中，全程底吹氩气搅拌，并按照预吹、正常给电吹氩和软吹3种模 式控制底吹氩气气体流量，保证吹氩搅拌效果。(4)VD精炼工序为了降低钢的氢脆倾向，本发明对钢水进行真空脱气处理。钢水 真空处理要求在真空度< 67Pa下保持时间10-15分钟，同时采用软吹氩搅拌，避免大翻，有 效脱除钢中气体，降低钢中夹杂物含量；真空处理结束后，根据钢水情况适当调整喂CaSi 丝数量，实现钢中非金属夹杂物的变性并改善钢水流动性，保证浇注的顺利进行；喂丝结束 后，进行软吹氩操作，保证软吹时间5-8分钟，均勻钢的化学成分和温度，促进非金属夹杂 物的进一步去除；保证钢水出站氢含量为0-2ppm ；严格控制到达连铸台的钢水温度，保证 钢水温度的稳定。(5)连铸工序采用圆坯连铸机生产出Φ150πιπι-Φ200πιπι连铸圆坯，为保证铸坯质 量和连铸的顺利进行，重点控制以下几个方面a.连铸过程中钢包到中间包、中间包到结晶器采取全程保护浇注，有效防止钢水 的二次氧化，保证钢水的纯净度；
b.合理控制铸机二冷水分布及二冷水比水量，保证二冷冷却的均勻；水的分布为 一段占33%，二段占48%，三段占19% ；按照铸坯规格不同控制比水量为对于Φ150πιπι 圆坯，采用1.20L/Kg的冷却强度；对于Φ 160mm圆坯，采用1. 15L/Kg的冷却强度；对于 Φ 180mm圆坯，采用1. OL/Kg的冷却强度；对于Φ200mm圆坯，采用0. 92L/Kg的冷却强度。c.钢水过热度控制在15_25°C范围内，稳定拉速为1. 5-3. 2m/min，按照不同规格 拉速的优选范围为对于Φ 150mm圆坯，采用2. 5-3. 2m/min的拉速，对于Φ 160mm圆坯，采 用2. 2-2. 8m/min的拉速，对于Φ 180mm圆坯，采用1. 8-2. 3m/min，对于Φ 200mm圆坯，采用 1. 5-2. Om/min 的拉速；d.中间包设置挡墙，以促进夹杂物上浮去除。中间包涂层采用MgCa质材料，减轻 中间包耐火材料侵蚀带来的夹杂对钢液的污染；e.使用结晶器电磁搅拌，保证铸坯结晶组织致密、均勻，提高铸坯的等轴晶率，避 免铸坯裂纹、缩孔等缺陷。实施例1生产工艺流程高炉一顶底复吹转炉一LF精炼炉一VD真空炉一圆坯连铸机一翻 转冷床一检验一入库。(1)入炉铁水Si = 0. 45%、P = 0. 070%、S = 0. 028%。(2)转炉冶炼冶炼钢种45Mn2，顶底复吹转炉采用低压大流量氧枪供氧，底吹氮气/氩气，前、中 期造渣脱P，中、后期造渣脱S，然后采取高拉碳操作，出钢[C] =0.12%, [P] = 0.010% ； 转炉出钢采用挡渣出钢，下渣厚度40mm。出钢过程中向钢包内加入专用合成渣料400kg。(3) LF精炼工序成分控制[C]= 0. 44%, [Si] = 0. 24%, [Mn] = 1. 58%, [P] = 0. 016%, [S]=
0.005% ；白渣精炼时间21分钟；LF精炼处理时间35分钟；精炼终渣FeO+MnO = 0. 7%。(4) VD精炼工序钢水真空处理真空度60Pa时保持10分钟，同时软吹氩搅拌；出站氢含量为
1.2ppm ；喂CaSi丝150m，改善钢水流动性及夹杂物变性处理；喂CaSi丝结束后，软吹氩搅 拌6分钟。(5)连铸工序铸坯断面Φ 150mma.连铸大包到中间包、中间包到结晶器采取全程加保护套管保护浇注；b.铸机二冷水分布及二冷水比水量，一段占33%，二段占48%，三段占19%，比水 量 1. 20L/Kg ；c.钢水的过热度23°C，拉速2. 9m/min ；d.中间包设置挡墙；e.使用结晶器电磁搅拌。实施例2生产工艺流程高炉一顶底复吹转炉一LF精炼炉一VD真空炉一圆坯连铸机一翻 转冷床一检验一入库。(1)入炉铁水Si = 0. 50%、P = 0. 075%、S = 0. 025%。(2)转炉冶炼
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冶炼钢种45Mn2，顶底复吹转炉采用低压大流量氧枪供氧，底吹氩气，前、中期造渣 脱P，中、后期造渣脱S，然后采取高拉碳操作，出钢[C] =0.15%, [P] = 0. 008% ；转炉出 钢采用挡渣出钢，下渣厚度35mm。同时出钢过程中向钢包内加入专用合成渣料450kg。(3) LF 精炼成分控制[C]= 0. 45%, [Si] = 0. 26%, [Mn] = 1. 60%, [P] = 0. 018%, [S]=
0.005% ；白渣精炼时间20分钟；LF精炼处理时间35分钟；精炼终渣FeO+MnO = 0. 5%。(4) VD精炼工序钢水真空脱气过程真空度65Pa时保持12分钟，同时软吹氩气搅拌；出站氢含量为
1.5ppm ；喂CaSi丝220m ；喂CaSi丝结束后，软吹氩操作8分钟。(5)连铸工序铸坯断面Φ 160mma.连铸大包到中间包、中间包到结晶器采取全程加保护套管保护浇注；b.铸机二冷水分布及二冷水比水量，一段占33%，二段占48%，三段占19%，比水 量 1. 15L/Kg ；c.钢水的过热度22°C，拉速2. 5m/min ；d.中间包设置挡墙；e.使用结晶器电磁搅拌。实施例3生产工艺流程高炉一顶底复吹转炉一LF精炼炉一VD真空炉一圆坯连铸机一翻 转冷床一检验一入库。(1)入炉铁水:[Si] = 0. 55%, [P] = 0. 067%, [S] = 0. 026%。(2)转炉冶炼冶炼钢种45Mn2，顶底复吹转炉采用低压大流量氧枪供氧，底吹氮气/氩气，前、中 期造渣脱P，中、后期造渣脱S，然后采取高拉碳操作，出钢[C] =0. 16%, [P] =0.011%;转 炉出钢采用挡渣出钢，下渣厚度35mm。同时出钢过程中向钢包内加入专用合成渣料300kg。(3) LF 精炼成分控制[C]= 0. 45%, [Si] = 0. 26%, [Mn] = 1. 61%, [P] =0.017%，[S]=
0.008% ；白渣精炼时间18分钟；LF精炼处理时间32分钟。精炼终渣FeO+MnO = 0. 4%。(4) VD精炼工序钢水真空处理真空度62Pa时保持13分钟，同时软吹氩搅拌；出站氢含量为
1.2ppm ；喂CaSi丝180m ；喂CaSi丝结束后，软吹氩气搅拌7分钟。(5)连铸工序铸坯断面Φ 180mma.连铸大包到中间包、中间包到结晶器采取全程加保护套管保护浇注；b.铸机二冷水分布及二冷水比水量，一段占33%，二段占48%，三段占19%，比水 量 1. OL/Kg ；c.钢水的过热度21°C，拉速2. 0m/min ；d.中间包设置挡墙；e.使用结晶器电磁搅拌。实施例4生产工艺流程高炉一顶底复吹转炉一LF精炼炉一VD真空炉一圆坯连铸机一翻转冷床一检验一入库。(1)入炉铁水[Si] = 0. 60%, [P] = 0. 065%, [S] = 0. 025%。(2)转炉冶炼冶炼钢种45Mn2，顶底复吹转炉采用低压大流量氧枪供氧，底吹氩气，前、中期造渣 脱P，中、后期造渣脱S，采取高拉碳操作，出钢[C] =0.17%、[P] = 0. 009% ；转炉出钢采 用挡渣出钢，下渣厚度42mm。同时出钢过程中向钢包内加入专用合成渣料350kg。(3) LF 精炼成分控制[C]= 0. 46%, [Si] = 0. 25%, [Mn] = 1. 57%, [P] =0.015%，[S]=
0.007% ；白渣精炼时间23分钟；LF精炼处理时间38分钟。精炼终渣FeO+MnO = 0. 6%。(4) VD精炼工序钢水真空处理真空度65Pa时保持12分钟，同时软吹氩搅拌；出站氢含量为
1.5ppm ；喂CaSi丝160m ；喂CaSi丝结束后，软吹氩6分钟。(5)连铸工序铸坯断面Φ 200mma.连铸大包到中间包、中间包到结晶器采取全程加保护套管保护浇注；b.铸机二冷水分布及二冷水比水量，一段占33%，二段占48%，三段占19%，比水 量 0. 92L/Kg ；c.钢水的过热度19°C，拉速1. 8m/min ；d.中间包设置挡墙；e.使用结晶器电磁搅拌。
权利要求
一种用转炉工艺冶炼汽车半轴套管用钢圆坯的方法，其中主要工艺步骤为高炉→顶底复吹转炉→LF精炼炉→VD真空炉→圆坯连铸机→翻转冷床→检验→入库；其特征在于①入炉铁水成分要求，顶底复吹转炉工艺中入炉铁水成分要求Si＝0.30 0.85％、P＝0 0.080％、S＝0 0.030％；②顶底复吹转炉采用氧压为0.8 0.85MPa、流量为22800 23200m3/h的低氧压、大流量顶部供氧制度，底吹氮气/氩气搅拌，转炉冶炼的前、中期强化造渣脱磷，中、后期稳定炉渣中的磷并实现钢水脱硫，转炉挡渣出钢，控制下渣量0 50mm；转炉出钢要求钢水[C]＝0.10 0.20％、[P]＝0 0.012％；③LF精炼过程中采用电石、硅铁粉、碳化硅还原剂为主的脱氧工艺，造发泡白渣，要求精炼终渣FeO+MnO＜1.0％，白渣精炼时间15 25分钟，LF精炼处理时间在30 40分钟，精炼过程中，全程底吹氩气搅拌，并按照预吹、正常给电吹氩、软吹3种模式控制底吹氩气搅拌的气体流量；④VD精炼工艺中钢水真空处理要求在真空度≤67Pa下保持时间10 15分钟，同时采用软吹氩搅拌，真空处理结束后，根据钢水情况适当调整喂CaSi丝数量，喂CaSi丝结束后，继续进行软吹操作，保证软吹时间5 8分钟，钢水出站氢含量为0 2ppm，严格控制钢水到达连铸台的温度；⑤连铸工艺要求钢包到中间包、中间包到结晶器采取全程加保护套管保护浇注，根据钢种特点和铸坯断面的不同，合理控制铸机二冷水分配及二冷水比水量，二冷水分配为一段占33％、二段占48％、三段占19％，比水量0.92 1.20L/Kg，钢水过热度控制在15 25℃范围内，稳定拉速为1.5 3.2m/min，中间包采用镁质涂层，并设置挡墙，使用结晶器电磁搅拌技术。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述LF精炼过程中钢水成分控制范围为 [C] = 0. 44-0. 46%, [Si] = 0. 23-0. 27%, [Mn] = 1. 57-1. 63%, [S] = 0-0. 010%, [P]= 0-0. 020%。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述圆坯连铸工艺中按照钢种特点和铸坯 规格不同控制比水量为对于Φ 150mm圆坯，采用1. 20L/Kg的冷却强度；对于Φ 160mm圆 坯，采用1. 15L/Kg的冷却强度；对于Φ 180mm圆坯，采用1. OL/Kg的冷却强度；对于Φ 200mm 圆坯，采用0. 92L/Kg的冷却强度。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述圆坯连铸工艺中按照不同规格铸 坯稳定拉速为对于Φ 150mm圆坯，采用2. 5-3. 2m/min的拉速；对于Φ 160mm圆坯，采用 2. 2-2. 8m/min的拉速；对于Φ 180謹圆坯，采用1. 8-2. 3m/min的拉速；对于Φ200mm圆坯， 采用1. 5-2. Om/min的拉速。
全文摘要
用转炉工艺冶炼汽车半轴套管用钢圆坯的方法，属于钢铁冶炼工艺技术领域。汽车半轴套管用无缝钢管圆坯，原生产工艺为电弧炉→钢包精炼→连铸。本发明通过对用钢特性的研究，开发了高炉炼铁→转炉炼钢→LF钢包精炼→VD真空精炼→圆坯连铸工艺。具体工艺步骤高炉铁水进入顶底复吹转炉吹，出钢后采用LF精炼炉、VD真空炉精炼，再由圆坯连铸机铸成Φ150mm-Φ200mm圆坯，最后经翻转冷床、检验、入库。其优点在于钢中的残余元素达到∑Cu+Cr+Ni+Mo＝0.051％的平均水平；气体特别是钢中的氮气含量少，钢中N≤40ppm；实现了工艺节奏快，效率高，提高了钢水的纯净度，减轻微量残余元素带来的危害，提高了汽车半轴套管用钢的性能。
文档编号C21C5/35GK101928874SQ20101024148
公开日2010年12月29日 申请日期2010年7月30日 优先权日2010年7月30日
发明者李树庆, 王兰香, 王永然, 罗卓, 钟国庆 申请人:天津钢铁集团有限公司