[發明專利]大規格非調質鋼及其冶煉方法

有效

• 申請號: 201310693909.5
• 申請日: 2013-12-17
• 公開（公告）號: CN103695793A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 王海龍;陳列;楊忠;樊世亮;王芝林;安志明;山增旺;郭棟
• 申請（專利權）人: 西寧特殊鋼股份有限公司
• 主分類號: C22C38/38
• 分類號: C22C38/38;C22C38/28;C22C33/04;C21C7/00;C21C7/076
• 代理公司: 北京世譽鑫誠專利代理事務所(普通合伙) 11368
• 代理人: 郭官厚

技術領域

本發明涉及一種鋼及其冶煉方法，具體涉及一種大規格非調質鋼及其冶煉方法，屬于金屬材料領域。

背景技術

大馬力汽車柴油機曲軸，其在機加零件裝機工作時，將承受周期性的交變載荷，產生交變的扭轉應力和彎曲應力，因此，是曲軸連桿機構中最重要的受力部件，參考：朱增保，往復泵曲軸特征尺寸計算模塊開發，機械設計與制造，2005.8?99-91。

由于曲軸的特征尺寸決定曲軸的強度和鋼度，同時內在質量的優劣是保證其工作壽命的重要因素，合理及先進工藝是保證質量的先決條件。

非調質鋼是一種新型的機械結構用鋼。與傳統的、經調制處理的機械結構鋼相比較，其化學成分、生產工藝、力學性能、工藝性能和技術經濟方面均具有其特點，參考：董成瑞等，微合金非調質鋼，2000.1?5。

由于非調制鋼在機加工過程中免去調質工序，所以在降本增效方面表現尤為突出，是汽車結構件用鋼的發展方向，有重要的社會效益和經濟效益。

現有的生產大馬力汽車柴油機曲軸用大規格非調質鋼的主要工藝流程為：Consteel電爐冶煉→LF+VD精煉→澆鑄鋼錠→軋鋼車間產材，其中，涉及如下技術：

1、冶煉成分控制

大馬力汽車柴油機曲軸用大規格非調質鋼為重型汽車曲軸用鋼，機械廠在對其進行模鍛加工后不做調質處理，對機械性能要求較嚴格，所以嚴格控制該鋼種的主要化學元素范圍非常重要。

目前，該鋼種的標準范圍：C：0.36-0.40%、Si：0.50-0.65%、Mn：1.40-1.55%、Cr：0.10-0.20%、N：0.015-0.020%、S：0.020-0.035%，Nb、Ti元素微量殘余。

2、鋼中控硫方法

為了提高該鋼種的切削性，在鋼中加入適當的S元素來改善其切削性能。目前冶煉60tConsteel電爐的出鋼方式為留鋼留渣操作，合金化及脫氧工作均在鋼包精煉過程中完成，無法選擇電爐中增S，因為S的熔點較低，極易氧化，S的收得率低且不穩定，因此增S的方法采用精煉過程中向鋼包中加硫鐵。

3、鋼中控氮方法

為了保證該鋼種具有良好的機械性能，同時減少性能波動，成分設計時對C、Mn、N元素進行嚴格控制。目前采用的增氮方法是向鋼液中加氮化錳鐵合金。即在真空前充分考慮加入氮化錳給鋼種帶來的合金元素，控制鋼中合金在一定范圍，進行真空脫氣，真空脫氣后將氮化錳合金一次加入鋼包，考慮加入氮化錳合金后鋼液溫降過大，在真空前將溫度控制在1620℃以上。

目前，成分控制相對穩定，但在用戶使用過程中存在零件機械加工時車削斷屑效果不好，影響零件的表面光潔度和車削屑鋼屑的收集；同時鋼材在加熱鍛打后，檢驗零件實際粒度發現晶粒粗大趨勢明顯，經常在標準邊緣。此現象對用戶生產效率及零件力學性能穩定性有著較大影響。

爐外精煉的目的是：在真空、惰性氣氛或可控氣氛的條件下進行深脫碳、脫硫、脫氧、除氣、調整成分(微合金化)和調整溫度并使其均勻化，去除夾雜物，改變夾雜物形態和組成等。通常S作為鋼種的有害元素在精煉過程中進行脫硫并越低越好，為保證良好的脫硫、脫氧、除氣、去除夾雜物等方面的效果，使渣具有一定的堿度，通常脫硫速度隨CaO/SiO增加而上升（參考：張鑒，爐外精練的理論與實踐，北京：冶金工業出版社，1999），堿度控制在2.5左右，但在冶煉含S鋼時這種渣不利于硫鐵的回收，S含量調整時間長，同時造成鋼中硫含量的不穩定，影響鋼的質量。

含氮鋼在電爐冶煉存在一定難度，主要表現在以下幾方面：

（1）冶煉工藝中為控制鋼種氣體含量必須保證真空效果，若真空前加人氮化錳鐵，進入鋼中的N會在真空過程中大量損失，增加氮化錳鐵合金的用量，增加了鋼的冶煉成本；

（2）過早加人氮化錳鐵，因鋼中無固氮元素，會使N收得率低；

（3）由于氮化錳鐵合金中含有Mn、N、Si、C等元素，如果前期成分控制不當，合金進限N含量未進限則無法操作造成冶煉廢品；

（4）氮化錳鐵合金較普通錳鐵合金價格方面高2-3倍，大大提高了鋼的冶煉成本。

在控氮方面資料表明向鋼水中添加氛氨化鈣(CaCN2)是一種低成本的增氮方法，但氛氨化鈣(CaCN2)有毒，添加到鋼中與鋼水發生強烈反應，產生大量有害煙氣。該方法氮的回收率低，約為10-30%，且不穩定。通過采用包芯線的方法來加入氛氨化鈣(CaCN2)雖然能夠解決上述回收率的問題，但又大大提高了成本。參考：陸利明，李宏，壯云乾等，氮氣加壓熔煉高氮鋼若干理論問題探討，鋼鐵研究學報，1996。

發明內容