高品質刮削加工缸體用鋼冶煉工藝研究

王西江,胡茂會,林發駒

(攀鋼集團成都鋼釩有限公司,四川成都610303)

高品質刮削加工缸體用鋼冶煉工藝研究

王西江,胡茂會,林發駒

(攀鋼集團成都鋼釩有限公司,四川成都610303)

介紹了高品質刮削加工缸體用鋼冶煉工藝和提高鋼質純凈度的技術措施。通過對電弧爐冶煉終點碳控制,強化預脫氧,LF精煉和夾雜物變性處理工藝,連鑄保護澆鑄和電磁攪拌工藝的研究,采用電弧爐→LF精煉→VD真空處理→圓坯連鑄工藝生產的高品質刮削加工缸體用鋼工藝穩定,鋼中非金屬夾雜物含量低,鋼質純凈度高。生產的高品質刮削加工缸體用無縫鋼管產品的力學性能、—20℃沖擊韌性完全滿足用戶的標準要求,產品的非金屬夾雜物完全滿足滾削加工的高質量要求。

刮削加工;缸體鋼;冶煉工藝;圓坯連鑄

1 引言

隨著加工行業技術的快速發展,油缸加工方式由原來的內鏜外扒改為內滾刮削加工,金屬工件表面經滾壓刮削加工后,油缸內表面表層得到強化,工件的使用性能、抗疲勞強度、耐磨性明顯提高,其硬度可提高15%～30%,耐磨性提高15%。但由于油缸加工方式的改變,導致對刮削加工缸體用無縫鋼管的質量要求也大幅度提高,主要體現在鋼管的鋼質純凈度、性能、尺寸、鋼管表面質量等。

由于油缸用無縫鋼管采用滾壓刮削加工,對無縫鋼管的鋼質純凈度提出了更加苛刻的要求,即使無縫鋼管產品的非金屬夾雜物滿足技術標準要求,鋼管在滾壓刮削加工時也經常出現因非金屬夾雜物導致的微細裂紋缺陷,增加產品加工過程的修磨量,嚴重的導致產品報廢。本文就攀鋼集團成都鋼釩有限公司生產刮削缸體用無縫鋼管鋼的冶煉工藝及鋼質純凈度控制措施進行探討。

2 刮削加工缸體用無縫鋼管技術條件

(1)鋼管化學成分符合表1的規定。

(2)鋼管試樣正火后的縱向力學性能滿足表2要求。

(3)非金屬夾雜物按GB/T 10561的A法進行評級,其結果應滿足表3要求。

表1 熔煉成分控制要求(wt%)

表2 力學性能

表3 非金屬夾雜物評級要求

(4)鋼管表面不允許有裂紋、折疊、軋折、結疤和離層。

(5)鋼管按EN 10246-7標準逐支進行縱向無損探傷,按ENISO 8493標準進行擴口試驗,按ENISO 8492標準進行壓扁試驗。

3 生產工藝流程及工藝裝備

冶煉生產工藝流程:優質廢鋼和生鐵→70t高阻抗超高功率電弧爐冶煉→→初煉鋼水預脫氧→LF爐精煉→鈣處理→VD真空處理→圓坯連鑄→入庫。

試驗在70 t高阻抗超高功率電弧爐進行,入爐原料為優質廢鋼和生鐵,生鐵比例為30%～40%;爐壁裝3支集束氧槍(RCB槍)和2支噴碳槍,每噸鋼水氧氣消耗40m3～ 50m3;石灰等造渣材料和鐵合金、脫氧劑等均由高位料倉自動加入;采用偏心爐底出鋼;電爐冶煉時間平均56min。70 t LF精煉爐為三相交流電弧爐,升溫速度4℃/min～5℃/min。70 t VD真空爐,最低真空度達到10Pa。三機三流弧形圓坯連鑄機,汽霧冷卻,鑄坯規格φ200mm、φ220mm、φ280mm、φ310mm、φ350mm、φ388mm、φ430mm。

4 冶煉工藝技術

4.1 電弧爐冶煉工藝

采用優質廢鋼和生鐵作為爐料,用電弧加熱、爐壁RCB集束氧槍加速廢鋼熔化,分批從高位料倉加入石灰,造流動性良好的爐渣快速脫磷。熔池溫度達1 580℃以上時,分批加入石灰,并采用強化供氧、大功率供電、爐壁噴碳槍造泡沫渣,同時進行鋼水脫碳。控制鋼水終點C為0.06%～0.08%、P≤0.012%、溫度為1 620℃—1 660℃,采用偏心爐底出鋼。電爐出鋼過程隨鋼流加入所需合金元素質量的80%～90%和脫氧劑Al對鋼水進行強化預脫氧和合金化,讓預脫氧形成的夾雜物有充分的上浮時間。

4.2 LF精煉工藝

當鋼水進入LF精煉爐后,向鋼包內加入合成渣(每噸鋼加入12kg～15kg)快速造白渣,合成渣熔化后,再向鋼包內加入高效脫氧劑(每噸鋼加入0.8kg～2kg)進行精煉,視爐渣粘稠情況,用螢石或火磚塊調整爐渣的流動性,實現鋼水的脫硫、脫氧、去除非金屬夾雜,同時調整合金元素成分達到產品標準要求,保持白渣時間大于20min。在LF鋼水精煉結束前15mim內禁止加入Al塊或喂入Al線脫氧,避免形成的Al2O3夾雜沒有充分的上浮時間而留在鋼中,導致鋼管產品加工時形成缺陷。LF精煉結束后,對鋼水進行鈣處理,改變夾雜物形態,鈣處理前先調整鋼包底吹氬氣流量,防止喂入的Ca大量氧化,產生沸騰,降低鈣處理效果。

4.3 VD真空處理

由于鋼種對鋼質純凈度要求很高,因此對真空處理也提出了更嚴格的要求。鋼水進行VD真空處理時適當增加吹氬攪拌強度,延長真空度小于或等于67Pa下的保持時間,保持處理時間15min以上,去除鋼中的夾雜物和有害氣體。VD結束后對鋼水進行軟吹,靜吹時間大于或等于20min。

4.4 圓坯連鑄工藝

連鑄采用20 t中間包。使用2支氬氣管分別在距中間包兩側500mm～950mm處的距離吹掃中間包3min～5min,鋼包、中間包采用保護套管隔絕空氣,鋼包與保護套管連接處采用Ar氣和密封墊保護。中間包液面高度控制在800mm以上,使用低碳中間包雙層覆蓋劑控制鋼水增碳。連鑄結晶器采用浸入式水口、保護渣保護澆注,控制鋼水過熱度為10℃～40℃,澆注速度為0.60m/min～1.35m/min。連鑄二冷區采用5段汽霧冷卻,弱冷方式,防止鑄坯產生裂紋缺陷,提高鑄坯內在質量。

連鑄結晶器采用電磁攪拌,電磁參數設計為攪拌電流100A～200A,頻率2.0Hz～2.5Hz,均勻結晶器內鋼水溫度,加快結晶器保護渣熔化速度,提高連鑄坯表面質量,促進鋼水夾雜物上浮去除,提高鋼質純凈度。連鑄連續澆注時,鋼包水口不能自動開澆的鋼水單獨劃出降級使用,避免燒氧開澆時二次氧化的鋼水和中間包覆蓋劑被鋼水沖入結晶器形成夾雜物,導致產品滾削加工時產生微細裂紋缺陷。

5 生產效果

5.1 夾雜物控制水平

連鑄坯軋管后,在管材上取樣按GB/T 10561—2005中A法進行非金屬夾雜物評級,檢驗結果見表4。

從表4可知,高品質刮削加工缸體用鋼管鋼質純凈度良好,優于技術協議對非金屬夾雜物的要求,滿足滾削加工對鋼質高純凈度的使用要求。

5.2 鋼管性能

連鑄坯軋管后做了常溫力學性能和—20℃沖擊功性能檢驗,檢驗結果見表5。

表4 非金屬夾雜物評級結果

表5 鋼管力學性能檢驗結果

從表5可見,生產的高品質刮削加工缸體用管常溫力學性能滿足技術協議要求,—20℃沖擊功性能優異,鋼管具有良好的韌性。5.3 鋼管滾削加工質量

2015年采用該工藝生產的3 000t高品質刮削加工缸體用無縫鋼管,用戶采用滾削加工未出現鋼管表面微細裂紋缺陷,無縫鋼管產品的力學性能、焊接性能、表面質量、幾何尺寸、鋼質純凈度均能滿足使用要求,可以替代國外同類產品。

6 結論

(1)采用電弧爐→LF爐精煉→VD真空處理→圓坯連鑄工藝生產的高品質刮削加工缸體用鋼,通過控制電爐鋼水終點碳、強化預脫氧,優化LF精煉和鈣處理工藝,連鑄保護澆注與電磁攪拌等工藝,鋼中的非金屬夾雜物得到了有效控制且工藝穩定性好。

(2)生產的高品質刮削加工缸體用無縫鋼管,其化學成分、力學性能、焊接性能、表面質量、非金屬夾雜物完全滿足用戶的使用要求,鋼質純凈度完全滿足用戶滾削加工的特殊質量要求,可替代國外同類產品。

[1] 王書桓,唐國章,等.12CaO.7Al2O3型精煉合成渣物性與脫硫試驗[J].河北理工學院學報. 2001.3(23):9—13.

[2] 薛正良,李正邦,等.LF鋼包精煉過程中的脫氧[J].武漢科技大學學報(自然科學版). 2001,24(2):111—114.

[3] 丁長江,朱興華,等.鋼液脫氧產物Al2O3去除的探討[J].江蘇冶金.2001(2):47—49.

[4] 李世珺,周靜,等.去除鋼水中非金屬夾雜物方法研究[J].河南冶金.2010,18(2):10—13.

[5] 潘秀蘭,梁慧智,等.國內外連鑄中間包冶金技術[J].世界鋼鐵.2009(6):9—16.

[6] 王棟.對鋼水深脫氧及鋼水可澆性能的分析[J].江蘇冶金.2001,29(6):40—41.

[7] 黃誠,宋波,等.高潔凈鋼的潔凈度與過冷度的關系[J].安徽工業大學學報.2003,20(4):41—43.

Research on Smelting Process of Steel Used for High-quality Skiving Machining Cylinder

WANG Xi-jiang,HU Mao-hui,LIN Fa-ju

(Pangang Group Chengdu Steel&Vanadium Co.,Ltd.,Chengdu 610300,Sichuan)

To describe the smelting process of steel used for high-quality skiving machining cylinders and the technical treatments to enhance steel purity.Through research on carbon controlling at the end of EAF smelting,pre-deoxidation strengthening,LF refining,nonmetallic inclusion modification treatment,protective continuous casting and electromagnetic stirring process,and adopting the process of“EAF→LF refining→VD furnace vacuum treatment→Continuous casting of round billet”,the produced steel used for high-quality skiving machining cylinders are stable and in possess of low nonmetallic inclusions and high steel purity.These cylinders can meet the mechanical property and—20℃impact toughness required by customers and their nonmetallic inclusions meet the high-quality requirement for skiving machining.

skiving machining;cylinder steel;smelting process;continuous casting of round billet

1001—5108(2016)03—0012—03

TF762

A

王西江,煉鋼工程師,主要從事煉鋼工藝研究與新品種開發。