一种矿山机械用钢棒材及其生产工艺的制作方法

1.本发明涉及一种矿山机械用钢棒材及其生产工艺，属于钢材生产加工领域。


背景技术：

2.随着我国生态文明建设的不断推进，以高强度矿山钻采设备为代表的矿山机械用钢代表着矿山开采领域工业发展水平。矿山机械用钢是破碎岩石的主要工具。一个矿山机械设备好坏，所用时间的长短，除与所开采地层岩石的特性和矿山机械设备本身的性能有关外，更与矿山机械钢材质量有关。钢材质量对提高开采速度、降低开采综合成本起着重要作用。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种矿山机械用钢bgmnb55h棒材生产工艺制备方法，该方法采用50t电炉 lf vd 3.16t钢锭冶炼，生产制造矿山机械用钢bgmnb55h，既保证了矿山机械用钢的成品钢材低倍组织、非金属夹杂物、末端淬透性等指标，又保证了矿山机械用钢的表面质量水平。
4.为了达到上述发明目的，本发明提供了一种矿山机械用钢bgmnb55h棒材成分设计和工艺设计，具体步骤：ebt电炉冶炼
→
lf精炼
→
vd真空脱气
→
3.16t钢锭
→
加热
→
初轧机轧制
→
连轧机组。满足矿山机械用钢bgmnb55h棒材质量要求，而且低倍组织、非金属夹杂物、末端淬透性等指标也能达到标准要求。
5.一种矿山机械用钢棒材，所述棒材合金组分如下：c：0.27％～0.30％，si：0.20％～0.30％，mn：1.33％～1.38％，p：≤0.015％，s：0.017％～0.033％，b：0.0015％～0.0030％，mo：≤0.05％，cu：≤0.20％，cr：0.05％～0.15％，ni：≤0.10％，alt：0.015％～0.035％，ti：0.040％～0.060％，余量fe。
6.优选地，所述合金组分中ti/n≥4。
7.为了充分发挥b元素的提高末端淬透性作用，需要用ti固n，要求满足ti/n≥4。n为生产过程有害元素，越低越好。
8.本发明所述棒材的末端淬透性值：j1.5≤54hrc，j5≥48hrc，j9≥43hrc，j15≤43hrc。
9.为了满足矿山机械设备使用过程中末端淬透性性能要求，确定末端淬透性值：j1.5≤54hrc，j5≥48hrc，j9≥43hrc，j15≤43hrc。
10.本发明的另一目的是为了提供上述矿山机械用钢棒材的生产工艺。
11.一种矿山机械用钢棒材的生产工艺，其特征在于：所述工艺包括电炉冶炼、lf炉精炼、vd精炼、模铸、加热工艺、轧制和保温的步骤，其中，所述电炉冶炼的步骤为：采用100％全铁水冶炼；氧气氧化，激烈沸腾、自动流渣，出钢温度1660～1670℃，出钢时候c为0.03～0.08％，p≤0.010％，出钢1/4～1/3时加入6.5～7.0kg/t增碳剂预脱氧、8.5～9.0kg/t石灰造渣、铁合金，合金吨钢加入量：铝铁3kg/t，中锰12～13kg/t，硅锰4.5～5kg/t。
12.本发明所述lf炉精炼为：采用20000～25000a大电流升温化渣，精炼时间70～75min，当渣面波动、钢水及电弧不裸露时，补加活性石灰，并添加萤石和氧化铝球，5min后第一次取样分析化学成分，按照化学成分目标值补加合金，并添加焦粉增碳剂进行增碳，合金和焦粉增碳剂应加到氩气流上，以促进合金和焦粉增碳剂快速熔化和均匀化；当钢水温度达到1645～1655℃时加入8.5～9.0kg/t扩散脱氧剂，进行扩散脱氧，当钢水温度达到1660～1670℃温度时第二次取样分析化学成分，以确认各化学元素成分含量均在成分设定范围内，，二次样取走后，补加6.5～7.0kg/t扩散脱氧剂继续调渣，同时继续保持白渣熔炼20～30min，
13.其中，补加合金：高碳锰铁2.5～2.7kg/t，高碳铬铁0.6～0.7kg/t，硅铁0.6～0.7kg/t，硅铁粉2.2～2.5kg/t，铝线1.1～1.2m/t；
14.其中，辅料：活性石灰8～10kg/t，萤石2.5～2.7kg/t，焦粉增碳剂0.4～0.6kg/t，氧化铝球3.4～3.6kg/t。
15.本发明所述vd精炼为：入vd炉前温度1670℃～1675℃，在真空泵启动前氩气压力控制0.1～0.3mpa，以渣面微动钢水不裸露，当真空度达到100pa时开始计时，保持时间15～20min，破真空温度1695℃～1705℃，视钢水成分参照目标成分补加合金，同时将氩气压力调整至0.3～0.5mpa，静吹氩时间25～30min，静吹氩结束后，加入φ10mm硅钙包芯线2.2～2.4m/t，硫磺线2.2～2.4m/t，硼线0.5～0.6m/t，吊包温度1560℃～1570℃。
16.本发明所述模铸为：浇注2锭盘，每盘6支3.16t钢锭，当钢液浇注至帽口上20～30mm后，开始逐渐减流进行缓慢浇注，当浇注到帽口浇注高度的二分之一后，关闭滑板停止浇注5～10s后，多次急剧开流冲注，每次间隔时间约为3～5s，直至达到浇注高度和充填时间为止，帽口保温剂焦粉要在注至帽口2/3高度时加入,单盘模铸浇注严格控制时间，锭身5min～6min，帽口5min～6min。
17.本发明所述加热工艺为：下均热坑时锭温400℃～600℃，均热炉预热段要求≤900℃，保温≥45min；加热段升温速度≤180/h，升温2.5h，升温到1200℃～1220℃，均温1h～1.5h。
18.本发明所述轧制工艺为：bd开坯工艺：采用1150mm bd初轧机开坯，轧制11道次，压下量：第1道次78～82mm，第2道次78～82mm，第3道次93～97mm，第4道次83～87mm，第5道次70～74mm，第6道次80～84mm，第7道次67～71mm，第8道次73～77mm，第9道次30～34mm，第10道次18～22mm，第11道次30～34mm，经过3架850mm轧机后出成品。
19.本发明所述保温工艺为：下保温坑温度≥650℃，保温48h，出坑温度≤150℃。
20.本发明所述增碳剂、扩散脱氧剂等辅料均可商业购得；所用设备均可商业购得或利用现有技术公开的方法获得。
21.本发明的有益效果为：本发明开发了具有优良末端淬透性、高耐磨性和高钢质纯净度的矿山机械用钢bgmnb55h，满足高端产品要求。本发明所述生产工艺采用50t电炉 lf vd 3.16t钢锭冶炼工艺和轧制工艺生产矿山机械用钢bgmnb55h棒材，产材规格为φ190mm，满足高端使用要求，实现了电炉模铸流程批量生产矿山机械用钢bgmnb55h棒材的突破。
附图说明
22.图1为加热工艺曲线。
具体实施方式
23.下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
24.下述实施例中所述试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
25.具体实施方式之一：
26.1成分优化设计
27.(1)为了满足矿山机械设备使用过程中末端淬透性性能要求，确定末端淬透性值：j1.5≤54hrc，j5≥48hrc，j9≥43hrc，j15≤43hrc。
28.确定内控化学成分c：0.27％～0.30％，si：0.20％～0.30％，mn：1.33％～1.38％，p：≤0.015％，s：0.017％～0.033％，b：0.0015％～0.0030％，mo：≤0.05％，cu：≤0.20％，cr：0.05％～0.15％，ni：≤0.10％，alt：0.015％～0.035％，ti：0.040％～0.060％。
29.(2)为了充分发挥b元素的提高末端淬透性作用，需要用ti固n，要求满足ti/n≥4。
30.2矿山机械钻头用钢bgmnb55h电炉模铸各生产工艺参数设计
31.工艺路线：50t电炉冶炼
→
炉外精炼(lf vd)
→
3.16t模铸锭
→
均热炉加热
→
轧制
→
保温
→
精整
→
检验
→
包装缴库
→
发货。
32.(1)50t电炉冶炼：采用100％全铁水冶炼；氧气氧化，激烈沸腾、自动流渣，出钢温度1660～1670℃，出钢时候c为0.03～0.08％，p≤0.010％，出钢1/4～1/3时加入6.5～7.0kg/t增碳剂预脱氧、8.5～9.0kg/t石灰造渣、铁合金，合金吨钢加入量：铝铁3kg/t，中锰12～13kg/t，硅锰4.5～5kg/t。
33.(2)lf炉：所述lf炉精炼为：采用20000～25000a大电流升温化渣，精炼时间70～75min，当渣面波动、钢水及电弧不裸露时，补加活性石灰，并添加萤石和氧化铝球，5min后第一次取样分析化学成分，按照化学成分目标值补加合金，并添加焦粉增碳剂进行增碳，合金和焦粉增碳剂应加到氩气流上，以促进合金和焦粉增碳剂快速熔化和均匀化；当钢水温度达到1645～1655℃时加入8.5～9.0kg/t扩散脱氧剂进行扩散脱氧，当钢水温度达到1660～1670℃温度时第二次取样分析化学成分，以确认各化学元素成分含量均在成分设定范围内，二次样取走后，补加6.5～7.0kg/t扩散脱氧剂继续调渣，同时继续保持白渣熔炼20～30min，其中，补加合金：高碳锰铁2.5～2.7kg/t，高碳铬铁0.6～0.7kg/t，硅铁0.6～0.7kg/t，硅铁粉2.2～2.5kg/t，铝线1.1～1.2m/t；其中，辅料：活性石灰8～10kg/t，萤石2.5～2.7kg/t，焦粉增碳剂0.4～0.6kg/t，氧化铝球3.4～3.6kg/t。
34.lf后渣样成分见表1所示。二元碱度保证r1≥10，三元碱度r2≥12，四元碱度r3≥1.5。
35.表1lf后渣样成分/％
[0036][0037]
(3)vd精炼：入vd前温度1670℃～1675℃，在真空泵启动前氩气压力控制0.1～
0.3mpa，以渣面微动钢水不裸露，当真空度达到100pa时开始计时，保持时间15～20min，破真空温度1695℃～1705℃，参照目标成分补加合金，同时将氩气压力调整至0.3～0.5mpa，静吹氩时间25～30min，静吹氩结束后，加入φ10mm硅钙包芯线2.2～2.4m/t，硫磺线2.2～2.4m/t，硼线0.5～0.6m/t，吊包温度1560℃～1570℃。
[0038]
(4)模铸：浇注2锭盘，每盘6支3.16t钢锭，当钢液浇注至帽口上20～30mm后，开始逐渐减流进行缓慢浇注，当浇注到帽口浇注高度的二分之一后，关闭滑板停止浇注5～10s后，多次急剧开流冲注，每次间隔时间约为3～5s，直至达到浇注高度和充填时间为止，帽口保温剂焦粉要在注至帽口2/3高度时加入。单盘模铸浇注严格控制时间，锭身5min～6min，帽口5min～6min。
[0039]
(5)加热工艺：下均热坑时锭温400℃～600℃，根据bgmnb55h钢种特性，设计均热炉预热段要求≤900℃，保温≥45min，加热段升温速度≤180/h，升温2.5h，升温到1200℃～1220℃，均温1h～1.5h。加热工艺曲线如图1。
[0040]
(6)产材规格φ190mm轧制工艺：bd开坯工艺：采用1150mm bd初轧机开坯，轧制11道次，压下量：第1道次78～82mm，第2道次78～82mm，第3道次93～97mm，第4道次83～87mm，第5道次70～74mm，第6道次80～84mm，第7道次67～71mm，第8道次73～77mm，第9道次30～34mm，第10道次18～22mm，第11道次30～34mm，经过3架850mm轧机后出成品。
[0041]
(7)保温工艺：下保温坑温度≥650℃，保温48h，出坑温度≤150℃。
[0042]
3有益效果
[0043]
(1)采用50t电炉 lf vd 3.16t模铸锭冶炼工艺和轧制工艺生产高强度矿山机械用钢bgmnb55h，生产规格为φ190mm，满足gb/t4162标准b级探伤要求，保证了钢质纯净度。
[0044]
(2)合理的成分设计和生产工艺保证表面质量、末端淬透性。
[0045]
(3)成品钢材低倍组织、非金属夹杂物、末端淬透性均满足高端产品要求。
[0046]
实施例1
[0047]
1、化学成分
[0048]
c：0.29％，si：0.24％，mn：1.35％，p：≤0.012％，s：0.025％，b：0.0020％，mo：≤0.02％，cu：≤0.10％，cr：0.10％，ni：≤0.05％，alt：0.025％，ti：0.050％，余量fe。
[0049]
2、生产工艺
[0050]
(1)50t电炉冶炼：采用100％全铁水冶炼；出钢温度1665℃，出钢终点c：0.07％，p≤0.008％，出钢1/4时加入6.7kg/t增碳剂预脱氧、8.9kg/t石灰造渣、铁合金，合金吨钢加入量：铝铁3kg/t，中锰12kg/t，硅锰4.8kg/t。
[0051]
(2)lf炉精炼：采用20000a大电流升温化渣，精炼时间75min，当渣面波动、钢水及电弧不裸露时，补加活性石灰，并添加萤石和氧化铝球，5min后第一次取样分析化学成分，按照化学成分目标值补加合金，并添加焦粉增碳剂进行增碳，合金和焦粉增碳剂应加到氩气流上，以促进合金和焦粉增碳剂快速熔化和均匀化；当钢水温度达到1650℃时加入8.9kg/t扩散脱氧剂进行扩散脱氧，当钢水温度达到1665℃温度时第二次取样分析化学成分，以确认各化学元素成分含量均在成分设定范围内，二次样取走后，补加6.7kg/t扩散脱氧剂继续调渣，同时继续保持白渣熔炼25min，二元碱度保证r1≥10，三元碱度r2≥12，四元碱度r3≥1.5。lf后渣样成分见表1所示。
[0052]
其中，补加合金：高碳锰铁2.6kg/t，高碳铬铁0.65kg/t，硅铁0.65kg/t，硅铁粉
2.4kg/t，铝线1.2m/t。；
[0053]
其中，辅料：活性石灰9kg/t，萤石2.6kg/t，焦粉增碳剂0.5kg/t，氧化铝球3.5kg/t。
[0054]
(3)vd精炼：入vd前温度1670℃～1675℃，在真空泵启动前氩气压力控制0.1～0.3mpa，当真空度达到100pa时开始计时，保持时间18min，破真空温度1695℃～1705℃，同时将氩气压力调整至0.5mpa，静吹氩时间30min，静吹氩结束后，加入φ10mm硅钙包芯线2.3m/t，硫磺线2.3m/t，硼线0.55m/t，吊包温度1565℃～1570℃。
[0055]
(4)模铸：当钢液浇注至帽口上25mm后，开始逐渐减流进行缓慢浇注，当浇注到帽口浇注高度的二分之一后，关闭滑板停止浇注7s后，多次急剧开流冲注，每次间隔时间约为5s，直至达到浇注高度和充填时间为止，帽口保温剂焦粉要在注至帽口2/3高度时加入。单盘模铸浇注严格控制时间，锭身6min，帽口6min。
[0056]
(5)加热工艺：下均热坑时锭温500℃，根据bgmnb55h钢种特性，设计均热炉预热段要求700℃，保温60min，加热段升温速度150℃/h，升温2.5h，升温到1210℃，均温1.3h。
[0057]
(6)产材规格φ190mm轧制工艺：bd开坯工艺：采用1150mm bd初轧机开坯，轧制11道次，压下量：第1道次80
±
1mm，第2道次80
±
1mm，第3道次95
±
1mm，第4道次85
±
1mm，第5道次72
±
1mm，第6道次82
±
1mm，第7道次69
±
1mm，第8道次75
±
1mm，第9道次32
±
1mm，第10道次20
±
1mm，第11道次32
±
1mm，经过3架850mm轧机出成品。
[0058]
(7)保温工艺：下保温坑温度700℃，保温48h，出坑温度80℃。
[0059]
成品检验结果：
[0060]
(1)φ190mm规格低倍组织
[0061][0062]
(2)φ190mm规格末端淬透性
[0063]