一种降低20CrMnTi钢非金属夹杂物的精炼方法与流程

本发明涉及冶金，具体为一种降低20crmnti钢非金属夹杂物的精炼方法。

背景技术：

1、齿轮用铬锰钛钢是汽车转向器、精密齿轴的核心原料，下游机加工与渗碳热处理工序对钢中非金属夹杂物有严格要求，需将粗系b类夹杂物控制在≤1.5级、d类夹杂物控制在≤1.0级，全氧含量≤16ppm，才能避免零件出现加工裂纹、疲劳寿命不足等问题。

2、在常规工业化生产中，精炼环节对非金属夹杂物的控制存在明显短板：铁水预处理仅做简易脱硫，硫、磷有害元素残留偏高；转炉出钢挡渣效果不佳，大量炉渣卷入钢包引入外来夹杂；lf精炼渣系碱度波动大、渣中feo含量偏高，白渣保持时间短，对氧化物夹杂吸附能力弱；脱氧方式单一易生成大量脆性氧化铝夹杂，钙处理时机与喂入量不合理，夹杂改性效果差；真空脱气时长不足、软吹时间短且氩气控制不稳，微小夹杂物无法充分上浮。实际生产数据显示，常规工艺生产的钢材粗系b类夹杂可达1.5~2.0级、d类夹杂1.0~1.5级，全氧含量在18~25ppm，下游客户加工后零件磁粉探伤频繁出现微裂纹，渗碳后零件疲劳性能不达标，无法满足高端汽车齿轮零部件的生产要求。

技术实现思路

1、（一）解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种降低20crmnti钢非金属夹杂物的精炼方法，具备从源头减少硫化物类夹杂生成，降低有害元素引发的夹杂等优点，解决了大量炉渣卷入钢包引入外来夹杂的问题。

3、（二）技术方案

4、为实现上述从源头减少硫化物类夹杂生成，降低有害元素引发的夹杂目的，本发明提供如下技术方案：一种降低20crmnti钢非金属夹杂物的精炼方法，包括步骤1：铁水预处理、步骤2：转炉出钢挡渣与初脱氧、步骤3：lf精炼造渣净化、步骤4：分级脱氧调控、步骤5：微合金化与成分精准控制、步骤6：钙处理夹杂改性、步骤7：真空脱气净化、步骤8：长时软吹夹杂物上浮和步骤9：精炼终点检测与管控，所述步骤1：铁水预处理；

5、将高炉铁水导入处理罐，向铁水内部喷吹镁基复合脱硫剂，喷吹压力控制在0.3~0.6mpa，持续搅拌8~15min，使脱硫剂与铁水充分反应；

6、搅拌完成后静置5~8min，用扒渣机清理铁水表面浮渣，直至无裸露渣层；

7、取样检测铁水成分，将硫含量控制在≤0.016wt%，磷含量控制在≤0.024wt%，减少有害元素形成的夹杂源头；

8、记录铁水温度与初始成分数据，为后续工序提供基础依据。

9、优选的，所述步骤2：转炉出钢挡渣与初脱氧；

10、转炉吹炼结束后，开启挡渣装置出钢，出钢时长控制在3~6min，控制流入钢包的炉渣厚度≤50mm，避免炉渣带入杂质；

11、出钢至1/3时，加入初脱氧剂，全程底吹氩气搅拌，流量控制在30~50l/min，搅拌时长2~3min，初步降低钢水氧含量；

12、出钢完毕后，将钢包吊运至lf精炼工位，完成精炼前准备工作。

13、优选的，所述步骤3：lf精炼造渣净化；

14、钢包入位后，依次加入石灰、预熔精炼渣，通电升温3~7min，待炉渣完全熔化后，调整渣系碱度至3.0~5.8；

15、持续脱氧操作，保持渣中feo含量稳定在≤1.0wt%，使炉渣呈白渣状态，提升炉渣对夹杂物的吸附能力；

16、全程氩气搅拌，流量控制在40~80l/min，让炉渣与钢水充分接触，吸附钢中初始非金属夹杂物。

17、优选的，所述步骤4：分级脱氧调控；

18、一级沉淀脱氧：向钢液中喂入铝线，喂线速度控制在150~220m/min，全程氩气搅拌，将酸溶铝含量控制在0.014~0.042wt%，快速降低钢水自由氧含量；

19、二级复合脱氧：铝脱氧完成后，加入硅锰合金，氩气搅拌3~5min，流量保持40~60l/min，减少次生氧化物夹杂生成；

20、脱氧完成后取样检测，确认钢水氧含量处于可控区间，无异常氧化物夹杂。

21、优选的，所述步骤5：微合金化与成分精准控制；

22、按锰→铬→钛的顺序分步加入合金，每类合金加入后氩气搅拌3~5min，流量控制在50~70l/min；

23、调整锰含量至0.78~1.12wt%，铬含量至0.98~1.32wt%，钛含量至0.038~0.105wt%，避免合金元素偏析引发夹杂聚集；

24、全程监控残余元素含量，将砷控制在≤0.016wt%、锡控制在≤0.011wt%、铅控制在≤0.011wt%，降低残余元素形成夹杂的概率。

25、优选的，所述步骤6：钙处理夹杂改性；

26、微合金化完成后，进行钙线喂入操作，喂线速度控制在140~210m/min，纯钙线喂入量控制在130~170m/炉；

27、喂线过程中氩气流量调至40~60l/min，防止钙元素局部富集，让钙元素与钢中脆性氧化铝夹杂充分反应；

28、喂线完成后静置1~2min，完成夹杂物塑性化改性，提升夹杂物上浮能力。

29、优选的，所述步骤7：真空脱气净化；

30、将钢包移入真空处理工位，抽真空至真空度≤1mbar，保真空时长12~18min，去除钢中氢、氮气体及微小夹杂物；

31、真空处理时保持弱氩气搅拌，流量控制在20~40l/min，辅助气体与夹杂物上浮排出；

32、破空后取样检测，控制钢中全氧含量≤16ppm，氮含量≤55ppm，进一步降低气体类夹杂含量。

33、优选的，所述步骤8：长时软吹夹杂物上浮；

34、真空处理结束后，将底吹氩气流量降至20~50l/min，保持钢水液面微动、无裸露状态；

35、软吹总时长控制在≥16min，期间不进行加料、升温操作，为夹杂物上浮提供稳定环境；

36、软吹过程中每5min观察一次液面状态，避免氩气流量过大引发卷渣，防止二次氧化生成新夹杂。

37、优选的，所述步骤9：精炼终点检测与管控；

38、软吹结束后，取钢水样进行全成分与夹杂物检测，评定非金属夹杂物级别，控制粗系b类夹杂物≤1.5级、d类夹杂物≤1.0级；

39、检测钢水温度与成分，确认全部指标达标后，关闭氩气系统，将钢包吊运至连铸工序；

40、记录精炼全程参数、加料量、软吹时间、检测结果，形成精炼工艺闭环管控。

41、（三）有益效果

42、与现有技术相比，本发明提供了一种降低20crmnti钢非金属夹杂物的精炼方法，具备以下有益效果：

43、1、该降低20crmnti钢非金属夹杂物的精炼方法，该方法铁水预处理通过镁基复合脱硫剂喷吹、充分扒渣操作，将硫含量控制在≤0.016wt%、磷含量控制在≤0.024wt%，从源头减少硫化物类夹杂生成，降低有害元素引发的夹杂问题。

44、2、该降低20crmnti钢非金属夹杂物的精炼方法，该方法转炉挡渣出钢配合初脱氧工艺，将流入钢包的炉渣厚度控制在≤50mm，初步降低钢水氧含量，减少转炉渣带入的外来夹杂，为后续精炼净化提供稳定的钢水条件。

45、3、该降低20crmnti钢非金属夹杂物的精炼方法，该方法lf精炼形成3.0~5.8高碱度白渣体系，渣中feo含量稳定≤1.0wt%，配合铝线+硅锰合金分级脱氧，将酸溶铝控制在0.014~0.042wt%，可充分吸附钢中氧化物夹杂，减少次生氧化物生成。

46、4、该降低20crmnti钢非金属夹杂物的精炼方法，该方法按序精准控制锰、铬、钛合金含量，搭配130~170m/炉钙线喂入改性，将钢中脆性氧化铝夹杂转化为易上浮的塑性夹杂，降低大型脆性夹杂的残留数量。

47、5、该降低20crmnti钢非金属夹杂物的精炼方法，该方法真空脱气与长时软吹组合处理，在≤1mbar真空度下处理12~18min，配合≥16min软吹与20~50l/min氩气控制，可将全氧含量降至≤16ppm、氮含量≤55ppm，促进微小夹杂物充分上浮排出。

48、6、该降低20crmnti钢非金属夹杂物的精炼方法，该方法终点夹杂物闭环检测将粗系b类夹杂物控制在≤1.5级、d类夹杂物控制在≤1.0级，可减少夹杂物引发的机加工微裂纹与渗碳缺陷，提升钢材适配精密齿轮加工的性能稳定性。