一种低成本高淬透性中碳铬钢的生产方法与流程

本发明涉及炼钢
技术领域：
，尤其涉及一种低成本高淬透性中碳铬钢的生产方法。
背景技术：
：曲轴是发动机中最重要的部件。它承受连杆传来的力，并将其转变为转矩通过曲轴输出并驱动发动机上其他附件工作。曲轴受到旋转质量的离心力、周期变化的气体惯性力和往复惯性力的共同作用，使曲轴承受弯曲扭转载荷的作用。因此要求曲轴有足够的强度和刚度，轴颈表面需耐磨、工作均匀、平衡性好。目前调质类曲轴主要有40cr和42crmo，这两种产品都有不同的用户群，但是缺少一种两者相互衔接的产品。随着汽车发动机的不断改进，需要对钢材的性能进行不断的细分，以满足成本和性能之间的平衡关系。因此，开发一种新的低成本高淬透性中碳铬钢的生产方法，不但具有迫切的研究价值，也具有良好的经济效益和工业应用潜力，这正是本发明得以完成的动力所在和基础。技术实现要素：为了克服上述所指出的现有技术的缺陷，本发明人对此进行了深入研究，在付出了大量创造性劳动后，从而完成了本发明。具体而言，本发明所要解决的技术问题是：提供一种低成本高淬透性中碳铬钢的生产方法。为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种低成本高淬透性中碳铬钢的生产方法，包括如下步骤：顶底复吹碱性转炉初炼、lf精炼炉精炼、vd真空炉脱气、弧形连铸机连铸、轧钢加热、组合除磷、轧制、堆垛。本发明中，作为一种优选的技术方案，顶底复吹碱性转炉初炼的具体工艺为：以72t优质铁水为主原料，并配以5～8t生铁组成炼钢用主要原料，铁水热装比达到80％，吹炼过程中采用“双渣”法脱磷，出钢控制c含量wt≥0.08％，出钢p含量wt≤0.010％，出钢15～20t时加sicabaal1.0kg/t、钢芯铝2.0kg/t强脱氧，铁合金料、增碳剂、渣料随后加入包中，出钢后期采用氩气强搅拌，以均匀温度和成分，并促进脱氧产物上浮。渣料采用炉石灰、预熔精炼渣和炉萤石的混合物，铁合金料包括硅锰铁、铬铁、镍板和钼铁，本发明中，作为一种优选的技术方案，所述lf精炼炉精炼的具体工艺为：精炼炉前期用电石和碳化硅扩散脱氧，尽快形成稳定白渣，白渣的二元碱度r控制在4.0～6.0；lf精炼终渣二元碱度r2≥3.5。化学成分设计目标：c、si含量wt分别按0.39～0.41％，0.23～0.27％下限控制；mn、cr、mo、v含量wt按0.78％、1.08％、0.06％、0.04％目标值控制；s含量wt：0.010～0.025％；al含量wt：0.010～0.020％。所述精炼终渣的化学组成wt％为：cao50～65％，sio27～15％，mgo0.4～1.2％，al2o325～30％，s0.3～0.5％，feo≤0.50％。本发明中，作为一种优选的技术方案，所述vd真空炉脱气的具体工艺为：在1650±10℃、真空度小于67pa下保持15min以上进行vd真空脱气处理，处理结束后喂入1.5～2.0m/tcasi包芯线和1.5m/t硫线对钢水进行变性和s化处理，吊包前氩气软搅拌6～12min，吊包温度1560±15℃。本发明中，作为一种优选的技术方案，所述弧形连铸机连铸的具体工艺为：大包长水口使用ar封装置，对大包钢流全程吹氩保护，过热度在25～40℃，选用260mm×300mm矩形坯中碳专用保护渣，拉速0.54±0.04m/min，连铸机采用结晶器电磁搅拌3hz/400a。本发明中，作为一种优选的技术方案，所述轧钢加热的具体工艺为：使用推钢式加热炉，采用加热ⅰ段温度控制在1050-1070℃，加热ⅱ段温度控制在1190-1210℃，均热段温度控制在1200-1220℃，加热ⅱ段和均热段加热时间＞4小时，总共加热≥6小时的加热工艺保证钢材的均匀扩散。本发明中，作为一种优选的技术方案，所述组合除磷的具体工艺为：采用260mm×300mm矩型坯组合式除磷方法，采用18-22mpa高压水除鳞，开坯前三次翻倒震荡表面氧化铁皮，辅以输送辊道上安装铁扫帚除鳞器。本发明中，作为一种优选的技术方案，所述轧制步骤的具体工艺为：以260mm×300mm矩型坯为原料坯，采用φ650mm开坯机生产160×160mm的中间方坯后，轧制成φ87mm钢材。本发明中，作为一种优选的技术方案，所述堆垛步骤的具体工艺为：采用＞350℃避风处集中堆垛缓冷方式，进一步去除应力。本发明中对常规40cr的成分进行调整，以满足40cr淬透性不足问题。重点从化学成分和加热轧制工艺两方面开发设计,距离钢材表面15mm处的进行组织为回火索氏体+少量条状和块状铁素体。40crmov圆钢是具有淬透性好，疲劳寿命高的特点。而本发明的40crmov就是两者之间的衔接产品。具有比40cr更好地淬透性，满足距离钢材表面15mm处仍然淬透的性能，获得良好的回火索氏体组织，低成本高质量40crmov的成功研发，提高产品市场竞争力。本发明中，cr元素属于缩小奥氏体相区的元素，能够显著增加钢的淬透性，形成的复杂碳化物能够显著增加钢的耐磨性。mo元素属于缩小奥氏体相区的元素，为增加钢的淬透性元素。在mo含量较低时，与铁及碳形成符合的渗碳体，提高钢材的淬透性。当钢中有cr时，将优先形成(mo，fe)23c6，在这种碳化物中，cr和v都能被溶解，而只有固溶状态的v才能增加钢材的淬透性。v元素属于强碳化物形成，能够缩小奥氏体相区，在v＜0.05％时，将促进奥氏体晶粒长大。奥氏体晶粒越大，晶界截面能越高，对淬透性提高有更好地促进作用。综上所述，本发明具有如下有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下明显优点：一、钢中的c、si、mn、cr、mo、v等主要元素进行强化淬透性设计，控制在较通常更窄的范围内，钢材均匀性好和产品性能波动范围减小。二、本发明采用转炉双渣操作，精炼炉造高碱度渣，实现了低p和低s控制。并采用vd真空脱气和氩气保护浇注，对h、o、n等杂质含量进行控制，从而减少钢中非金属夹杂物的数量，使其微细分散化，改善钢的低温韧脆转变温度。三、本发明采用连铸工艺方法生产的连铸坯，应用电磁搅拌技术有效改善钢材致密度和成分偏析。四、本发明在于采用微调mo+v的设计理念来提高淬透性，获得良好的回火索氏体组织，满足高端曲轴用钢质量需求，开辟新径成功解决40cr淬透性不足而42crmoa生产成本高问题。附图说明图1为40crmov钢热处理后的金相图片；图2为40cr钢热处理后的金相图片；图3为42crmoa钢热处理后的金相图片；图4为标准合格级别钢的金相图片。具体实施方式下面结合具体的实施例对本发明进一步说明。但这些例举性实施方式的用途和目的仅用来例举本发明，并非对本发明的实际保护范围构成任何形式的任何限定，更非将本发明的保护范围局限于此。实施例1一种低成本高淬透性中碳铬钢的生产方法，包括如下步骤：顶底复吹碱性转炉初炼：以72t优质铁水为主原料，并配以5t生铁组成炼钢用主要原料，铁水热装比达到80％，吹炼过程中酌情调整石灰、白云石、矿石等加入量，采用“双渣”法脱磷，出钢控制c含量wt为0.08％，出钢p含量wt为0.010％，挡渣出钢；出钢15t时加sicabaal1.0kg/t、钢芯铝2.0kg/t强脱氧，铁合金料(铁合金料包括硅锰铁、铬铁、镍板和钼铁)、增碳剂、渣料(渣料采用300kg/炉炉石灰、500kg/炉预熔精炼渣和100kg/炉萤石的混合物)随后加入包中，出钢后期采用氩气强搅拌，以均匀温度和成分，并促进脱氧产物上浮；lf精炼炉精炼：精炼炉前期用电石和碳化硅扩散脱氧，尽快形成稳定白渣，白渣的二元碱度r控制在4.0；化学成分设计目标：c、si含量wt分别按0.39％，0.23％下限控制；mn、cr、mo、v含量wt按0.78％、1.08％、0.06％、0.04％目标值控制；s含量wt：0.010％；al含量wt：0.010％，余量为fe。lf精炼终渣二元碱度r2为3.5；所述精炼终渣的化学组成wt％为：cao50％，sio27％，mgo0.4％，al2o325％，s0.3％，feo0.50％，余量为其他不可避免的杂质；vd真空炉脱气：在1640℃、真空度67pa下保持15min进行vd真空脱气处理，处理结束后喂入1.5m/tcasi包芯线和1.5m/t硫线对钢水进行变性和s化处理，同时加入炭化稻壳做好钢水的保护覆盖，吊包前氩气软搅拌6min，吊包温度1545℃；弧形连铸机连铸采用全保护浇注：大包长水口使用ar封装置，对大包钢流全程吹氩保护，过热度在25℃，选用260mm×300mm矩形坯中碳专用保护渣，拉速0.50m/min，连铸机采用结晶器电磁搅拌，结晶器电流：400a，频率：3hz，电磁搅拌技术减少铸坯凝固偏析倾向；轧钢加热：使用推钢式加热炉，采用加热ⅰ段温度控制在1050℃，加热ⅱ段温度控制在1190℃，均热段温度控制在1200℃，加热ⅱ段和均热段加热时间＞4小时，总共加热≥6小时的加热工艺保证钢材的均匀扩散；组合除磷：采用260mm×300mm矩型坯组合式除磷方法，采用18mpa高压水除鳞，开坯前三次翻倒震荡表面氧化铁皮，辅以输送辊道上安装铁扫帚除鳞器；轧制：以260mm×300mm矩型坯为原料坯，采用φ650mm开坯机生产160×160mm的中间方坯后，轧制成φ87mm钢材；堆垛：采用＞350℃避风处集中堆垛缓冷方式，进一步去除应力。实施例2一种低成本高淬透性中碳铬钢的生产方法，包括如下步骤：顶底复吹碱性转炉初炼：以72t优质铁水为主原料，并配以5t生铁组成炼钢用主要原料，铁水热装比达到80％，吹炼过程中酌情调整石灰、白云石、矿石等加入量，采用“双渣”法脱磷，出钢控制c含量wt0.10％，出钢p含量wt0.009％，挡渣出钢；出钢15t时加sicabaal1.0kg/t、钢芯铝2.0kg/t强脱氧，铁合金料(铁合金料包括硅锰铁、铬铁、镍板和钼铁)、增碳剂、渣料(渣料采用300kg/炉炉石灰、500kg/炉预熔精炼渣和100kg/炉萤石的混合物)随后加入包中，出钢后期采用氩气强搅拌，以均匀温度和成分，并促进脱氧产物上浮；lf精炼炉精炼：精炼炉前期用电石和碳化硅扩散脱氧，尽快形成稳定白渣，白渣的二元碱度r控制在6.0；化学成分设计目标：c、si含量wt分别按0.41％，0.27％下限控制；mn、cr、mo、v含量wt按0.78％、1.08％、0.06％、0.04％目标值控制；s含量wt：0.025％；al含量wt：0.020％，余量为fe以及不可避免的杂质。lf精炼终渣二元碱度r2为4；所述精炼终渣的化学组成wt％为：cao50％，sio215％，mgo1.2％，al2o330％，s0.5％，feo≤0.50％，余量为其他不可避免的杂质；vd真空炉脱气：在1660℃、真空度小于67pa下保持15min以上进行vd真空脱气处理，处理结束后喂入2.0m/tcasi包芯线和1.5m/t硫线对钢水进行变性和s化处理，同时加入炭化稻壳做好钢水的保护覆盖，吊包前氩气软搅拌12min，吊包温度1575℃；弧形连铸机连铸采用全保护浇注：大包长水口使用ar封装置，对大包钢流全程吹氩保护，过热度在50℃，选用260mm×300mm矩形坯中碳专用保护渣，拉速0.58m/min，连铸机采用结晶器电磁搅拌，结晶器电流：400a，频率：3hz，电磁搅拌技术减少铸坯凝固偏析倾向；轧钢加热：使用推钢式加热炉，采用加热ⅰ段温度控制在1070℃，加热ⅱ段温度控制在1210℃，均热段温度控制在1220℃，加热ⅱ段和均热段加热时间为5小时，总共加热为6小时的加热工艺保证钢材的均匀扩散；组合除磷：采用260mm×300mm矩型坯组合式除磷方法，采用22mpa高压水除鳞，开坯前三次翻倒震荡表面氧化铁皮，辅以输送辊道上安装铁扫帚除鳞器；轧制：以260mm×300mm矩型坯为原料坯，采用φ650mm开坯机生产160×160mm的中间方坯后，轧制成φ87mm钢材；堆垛：采用＞350℃避风处集中堆垛缓冷方式，进一步去除应力。实施例3一种低成本高淬透性中碳铬钢的生产方法，包括如下步骤：顶底复吹碱性转炉初炼：以72t优质铁水为主原料，并配以5t生铁组成炼钢用主要原料，铁水热装比达到80％，吹炼过程中酌情调整石灰、白云石、矿石等加入量，采用“双渣”法脱磷，出钢控制c含量wt为0.12％，出钢p含量wt为0.008％，挡渣出钢；出钢18t时加sicabaal1.0kg/t、钢芯铝2.0kg/t强脱氧，铁合金料(铁合金料包括硅锰铁、铬铁、镍板和钼铁)、增碳剂、渣料(渣料采用300kg/炉炉石灰、500kg/炉预熔精炼渣和100kg/炉萤石的混合物)随后加入包中，出钢后期采用氩气强搅拌，以均匀温度和成分，并促进脱氧产物上浮；lf精炼炉精炼：精炼炉前期用电石和碳化硅扩散脱氧，尽快形成稳定白渣，白渣的二元碱度r控制在4.8；化学成分设计目标：c、si含量wt分别按0.40％，0.25％下限控制；mn、cr、mo、v含量wt按0.78％、1.08％、0.06％、0.04％目标值控制；s含量wt：0.020％；al含量wt：0.015％。lf精炼终渣二元碱度r2为4.5；所述精炼终渣的化学组成wt％为：cao58.02％，sio212.89％，mgo0.38％，al2o328.12％，s0.39％，feo0.2％；vd真空炉脱气：在1650℃、真空度65pa下保持20min进行vd真空脱气处理，处理结束后喂入1.8m/tcasi包芯线和1.5m/t硫线对钢水进行变性和s化处理，同时加入炭化稻壳做好钢水的保护覆盖，吊包前氩气软搅拌9min，吊包温度1560℃；弧形连铸机连铸采用全保护浇注：大包长水口使用ar封装置，对大包钢流全程吹氩保护，过热度在35℃，选用260mm×300mm矩形坯中碳专用保护渣，拉速0.54m/min，连铸机采用结晶器电磁搅拌，结晶器电流：400a，频率：3hz，电磁搅拌技术减少铸坯凝固偏析倾向；轧钢加热：使用推钢式加热炉，采用加热ⅰ段温度控制在1060℃，加热ⅱ段温度控制在1200℃，均热段温度控制在1210℃，加热ⅱ段和均热段加热时间为6小时，总共加热为7小时的加热工艺保证钢材的均匀扩散；组合除磷：采用260mm×300mm矩型坯组合式除磷方法，采用20mpa高压水除鳞，开坯前三次翻倒震荡表面氧化铁皮，辅以输送辊道上安装铁扫帚除鳞器；轧制：以260mm×300mm矩型坯为原料坯，采用φ650mm开坯机生产160×160mm的中间方坯后，轧制成φ87mm钢材；堆垛：采用＞350℃避风处集中堆垛缓冷方式，进一步去除应力。实施例4一种低成本高淬透性中碳铬钢的生产方法，包括如下步骤：顶底复吹碱性转炉初炼：以72t优质铁水为主原料，并配以5t生铁组成炼钢用主要原料，铁水热装比达到80％，吹炼过程中酌情调整石灰、白云石、矿石等加入量，采用“双渣”法脱磷，出钢控制c含量wt≥0.08％，出钢p含量wt≤0.010％，挡渣出钢；出钢20t时加sicabaal1.0kg/t、钢芯铝2.0kg/t强脱氧，铁合金料(铁合金料包括硅锰铁、铬铁、镍板和钼铁)、增碳剂、渣料(渣料采用300kg/炉炉石灰、500kg/炉预熔精炼渣和100kg/炉萤石的混合物)随后加入包中，出钢后期采用氩气强搅拌，以均匀温度和成分，并促进脱氧产物上浮；lf精炼炉精炼：精炼炉前期用电石和碳化硅扩散脱氧，尽快形成稳定白渣，白渣的二元碱度r控制在5；化学成分设计目标：c、si含量wt分别按0.39％，0.27％下限控制；mn、cr、mo、v含量wt按0.78％、1.08％、0.06％、0.04％目标值控制；s含量wt：0.015％；al含量wt：0.012％，余量为fe。lf精炼终渣二元碱度r2为4.5；所述精炼终渣的化学组成wt％为：cao51％，sio28％，mgo0.6％，al2o325％，s0.4％，feo≤0.50％，余量为不可避免的杂质；vd真空炉脱气：在1655℃、真空度小于67pa下保持15min以上进行vd真空脱气处理，处理结束后喂入1.7m/tcasi包芯线和1.5m/t硫线对钢水进行变性和s化处理，同时加入炭化稻壳做好钢水的保护覆盖，吊包前氩气软搅拌10min，吊包温度1565℃；弧形连铸机连铸采用全保护浇注：大包长水口使用ar封装置，对大包钢流全程吹氩保护，过热度在35℃，选用260mm×300mm矩形坯中碳专用保护渣，拉速0.55m/min，连铸机采用结晶器电磁搅拌，结晶器电流：400a，频率：3hz，电磁搅拌技术减少铸坯凝固偏析倾向；轧钢加热：使用推钢式加热炉，采用加热ⅰ段温度控制在1055℃，加热ⅱ段温度控制在1200℃，均热段温度控制在1220℃，加热ⅱ段和均热段加热时间为4.5小时，总共加热为6小时的加热工艺保证钢材的均匀扩散；组合除磷：采用260mm×300mm矩型坯组合式除磷方法，采用19mpa高压水除鳞，开坯前三次翻倒震荡表面氧化铁皮，辅以输送辊道上安装铁扫帚除鳞器；轧制：以260mm×300mm矩型坯为原料坯，采用φ650mm开坯机生产160×160mm的中间方坯后，轧制成φ87mm钢材；堆垛：采用＞350℃避风处集中堆垛缓冷方式，进一步去除应力。实施例5一种低成本高淬透性中碳铬钢的生产方法，包括如下步骤：顶底复吹碱性转炉初炼：以72t优质铁水为主原料，并配以5t生铁组成炼钢用主要原料，铁水热装比达到80％，吹炼过程中酌情调整石灰、白云石、矿石等加入量，采用“双渣”法脱磷，出钢控制c含量wt为0.08％，出钢p含量wt为0.010％，挡渣出钢；出钢15t时加sicabaal1.0kg/t、钢芯铝2.0kg/t强脱氧，铁合金料(铁合金料包括硅锰铁、铬铁、镍板和钼铁)、增碳剂、渣料(渣料采用300kg/炉炉石灰、500kg/炉预熔精炼渣和100kg/炉萤石的混合物)随后加入包中，出钢后期采用氩气强搅拌，以均匀温度和成分，并促进脱氧产物上浮；lf精炼炉精炼：精炼炉前期用电石和碳化硅扩散脱氧，尽快形成稳定白渣，白渣的二元碱度r控制在5.5；化学成分设计目标：c、si含量wt分别按0.41％，0.24％下限控制；mn、cr、mo、v含量wt按0.78％、1.08％、0.06％、0.04％目标值控制；s含量wt：0.023％；al含量wt：0.015％。lf精炼终渣二元碱度r2为4；所述精炼终渣的化学组成wt％为：cao65％，sio27％，mgo0.4％，al2o325％，s0.5％，feo≤0.50％，余量为其他杂质；vd真空炉脱气：在1655℃、真空度小于67pa下保持15min以上进行vd真空脱气处理，处理结束后喂入1.8m/tcasi包芯线和1.5m/t硫线对钢水进行变性和s化处理，同时加入炭化稻壳做好钢水的保护覆盖，吊包前氩气软搅拌6～12min，吊包温度1550℃；弧形连铸机连铸采用全保护浇注：大包长水口使用ar封装置，对大包钢流全程吹氩保护，过热度在45℃，选用260mm×300mm矩形坯中碳专用保护渣，拉速0.52m/min，连铸机采用结晶器电磁搅拌，结晶器电流：400a，频率：3hz，电磁搅拌技术减少铸坯凝固偏析倾向；轧钢加热：使用推钢式加热炉，采用加热ⅰ段温度控制在1065℃，加热ⅱ段温度控制在1195℃，均热段温度控制在1210℃，加热ⅱ段和均热段加热时间为5小时，总共加热为7小时的加热工艺保证钢材的均匀扩散；组合除磷：采用260mm×300mm矩型坯组合式除磷方法，采用21mpa高压水除鳞，开坯前三次翻倒震荡表面氧化铁皮，辅以输送辊道上安装铁扫帚除鳞器；轧制：以260mm×300mm矩型坯为原料坯，采用φ650mm开坯机生产160×160mm的中间方坯后，轧制成φ87mm钢材；堆垛：采用＞350℃避风处集中堆垛缓冷方式，进一步去除应力。检测实施例取实施例3制备的低成本高淬透性中碳铬钢(40crmov钢)，按照850℃保温174min、水淬580℃保温261min调质后距离表面15mm处得到金相组织。表1调质后显微组织评级表2为本发明实施例3得到的40crmov钢材的低倍检验结果表2轧材低倍组织评级(级)牌号一般疏松中心疏松一般点状偏析边缘点状偏析40crmov0/0.50.5/1.0无无40cr0.5/0.50.5/1.0无无42crmoa0/0.51.0/0.5无无标准要求≤2≤2无无表3为本实施例3得到的40crmov钢材与其余钢的成本对比：牌号成本40crmov297040cr290042crmoa3100表4为本实施例3得到的40crmov钢与与其余钢的淬透性对比应当理解，这些实施例的用途仅用于说明本发明而非意欲限制本发明的保护范围。此外，也应理解，在阅读了本发明的技术内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动、修改和/或变型，所有的这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的保护范围之内。当前第1页12