一种高铝渗氮钢的大圆坯连铸工艺方法与流程

1.本发明涉及大规格高铝合金圆坯连铸工艺技术领域，尤其涉及一种高铝渗氮钢的大圆坯连铸工艺方法。


背景技术：

2.含铝量较高的cr-mo-al钢属于合金结构钢中的高级氮化钢，也属于高强度钢。cr-mo-al钢主要用于气体渗氮，钢中的al元素是提高淡化层硬度的主要合金元素，它与氮形成高度弥散的氮化铝，其硬度极高，可达9-10莫氏硬度，由于铝、铬、钼元素的共同作用，cr-mo-al钢淡化后的表面硬度可达1100-1200hv；cr-mo-al钢与渗碳钢相比，钢的表面氮化层硬度和耐磨性均较渗碳钢为高，所以经过氮化的零件经久耐用，性能较好。基于模铸工艺cr-mo-al钢存在着严重的质量的问题，模铸的cr-mo-al钢经常出现较严重的点状偏析，它在横向低倍试样上呈点状分布，在纵向低倍试样上呈气体通道形状分布；钢锭经常产生表面夹杂或皮下夹杂，轧制后往往在钢坯表面形成夹杂裂纹。钢中气体的存在和钢锭结晶条件对点状偏析的形成有着重要的影响，尽量降低钢中气体含量和钢锭均匀快速冷却，能够显著改善cr-mo-al钢中的点状偏析，通过连铸工艺可实现连铸坯的均匀快速冷却。 cr-mo-al钢中含有0.70-1.10％的al，所以钢水的黏度较大，流动性差，连铸的可浇性差，由于钢水铝含量极高浇铸过程易二次氧化生成出现结瘤而断浇。此外钢中【al】容易与渣中sio2反应，导致钢水增硅、钢水中铝的氧化导致连铸保护渣性能发生变化，影响钢的成分控制、钢的洁净度、铸坯表面质量，因此冶炼过程必须采用专用的精炼渣系，连铸过程采用专用保护渣及中包覆盖剂，全流程防止二次氧化措施，才能保证铸坯内部及表面质量的最佳控制。
3.目前该类钢种主要由模铸工艺生产，通过模铸浇铸成锭-初轧开坯-锻造，工序时间长、成本高，同时模铸工艺生产质量稳定性较差，生产效率低，探伤合格率较低，导致成材率低。因此，本发明的方法实现了大圆坯连铸生产，大规格圆连铸坯直接用于锻造。
4.本发明目的是实现高铝渗氮钢的连铸工艺替代模铸工艺，连铸过程采用专用保护渣及中包覆盖剂，全流程防止二次氧化措施，减少模铸工艺经常出现较严重的点状偏析、轧制后钢坯表面夹杂裂纹的现象；解决大圆坯连铸的可浇性差，钢中易生成a1203夹杂出现结瘤而断浇的问题，以提高钢水纯净度和钢坯成材率。


技术实现要素：

5.本发明的目的就是针对上述问题，提供一种高铝渗氮钢的大圆坯连铸工艺方法。
6.本发明的目的是这样实现的：一种高铝渗氮钢的大圆坯连铸工艺方法，包括以下步骤：步骤一：在lf炉内进行还原和调渣操作，精炼渣成分：cao：50-55%，sio2：2-5%，al2o3：30-38%；当钢水温度达到1560-1570℃，钢水的成分符合以下要求，喂入铝线调整成分后送电20-25min，同时进行白渣还原25-30分钟；钢水的成分：c：0.36
‑ꢀ
0.41；si：0.25-0.40；mn： 0.30-0.60；p：≤0.025 ；s：≤0.015；cr： 1.40
ꢀ‑
1.60； cu：≤0.2；mo：0.18-0.25；al：0.8-1.0；其余为fe及其它残余元素；步骤二：在vd炉进行钢水的脱氢处理，vd 处理高真空度≤
67pa下保持时间15-20分钟；破空后进行底吹氩软搅拌15-25分钟；钢水氢含量控制[h]≤2ppm；步骤三：开浇前中包充氩时间5-7min；中包充氩流为70-80nl/min；步骤四：将大包的钢水浇注到中间包内，过热度30-40℃；浸入水口插入深度120
‑ꢀ
125mm，拉速0.24-0.26min；步骤五：连铸工序：采用专用结晶器保护渣，液渣层厚度控制在8-10mm；步骤六：采用三段搅拌：铸流搅拌：300a/2.5hz；二冷搅拌：250a/2.5hz；末端搅拌：400a/1.2hz。
[0007]
步骤一精炼渣成分：cao：50-55%；sio2：2-5%；al2o3：30-38%，钢水中全铝与酸溶铝的比例：ais/ai
t
≥0.98。
[0008]
步骤四中水口选用四孔浸入式水口。
[0009]
步骤三中的中包使用低硅中包覆盖剂成分: cao：40-50%；sio2：2-3%；al2o3：30-35%。
[0010]
步骤五中结晶器振动采用高频率低振幅，具体是结晶器振动频率系数m值300，振程系数c值3.5，负滑脱率：-80%到-90％。
[0011]
步骤五中专用结晶器保护渣为碱性高玻璃化连铸保护渣，成分：cao：25-30%；sio2：25-30%；al2o3：5-10%；mgo：3-5%。
[0012]
本发明的有益效果是： 通过实施本发明的连铸方法，消除了连铸开浇过程漏钢、过程结瘤断浇等问题，实现了高铝渗氮钢的大圆坯作为锻造坯直接使用；大规格连铸坯替代模铸，消除了模铸钢存在的成分偏析、表面质量差、锻件探伤合格率低的问题；相比模铸工艺成材率提升10-12%，制造成本降低10%以上。
具体实施方式
[0013]
本发明的技术构思是：1、采用专项精炼造渣工艺，以及采用喂入铝线的方式，实现精炼过程的铝回收率达到90%以上，大幅度减少钢水中a1
203
夹杂的生成，获得al含量大于1%的大规格连铸圆坯。实现钢水中ai成分的精准控制。精炼渣主要成分：cao：50-55%；sio2：2-5%；al2o3：30-38%，钢水中全铝与酸溶铝的比例： ais/ai
t
≥0.98，al元素是提高淡化层硬度的主要合金元素，当钢水中化学成分al：0.85-1.50%时，钢材的渗氮效果最佳。当刚水中的al含量超过0.5%时，钢水中的al元素极容易氧化形成a1
203
夹杂；因此必须通过专有的渣系进行控制，减少a1
203
的生成，钢水中al以酸溶剂铝的形式存在：ais/ai
t
≥0.98。
[0014]
2、在lf精炼炉调整温度和造专项精炼渣，以及采用喂入铝线的方式进行成分调整，精炼渣主要成分：cao：50-55%；sio2：2-5%；al2o3：30-38%； ai成分控制在1.10%。成分符合要求后，用底吹氩气进行吹氩搅拌，使钢液成分和温度均匀，镇静10-15min，促使夹杂物充分上浮去除。
[0015]
3、vd处理总时间25-30分钟，高真空度(67pa)保持时间≥15分钟，处理过程中合理调节氩气流量，有利于夹杂物的快速上浮和充分脱气，vd后软搅拌时间≥15分钟。
[0016]
4、连铸工序结晶器振动采用高频率低振幅开浇，负滑脱率：-90％；结晶器使用高碱性高玻璃化连铸保护渣。对于φ690mm大断面铸坯，使用cao/al
203
=3-4、cao／si02=0.7-1.1的结晶器保护渣可保证铸坯表面质量良好；高的结晶器振动负滑动率可有效改善拉坯阻力，减少漏钢风险。
[0017]
5、中包使用低硅中包覆盖剂；中包充氩时间大于5min；中包充氩流量控制70-80nl/min。低硅中包覆盖剂的使用杜绝钢水中的al和覆盖剂中si02反应，造成刚水中al
203
的增加和钢水中si的增加，影响钢水成分的稳定性和可浇性。
[0018]
6、ф690断面结晶器及中包控制：（1）结晶器振动采用高频率低振幅，负滑脱率：-90％；水口选用四孔浸入式水口，插入深度为结晶器钢液面以下125mm。（2）结晶器使用高碱性高玻璃化连铸保护渣，中包使用低硅中包覆盖剂。（3）中包充氩时间大于5min；中包充氩流量控制70-80nl/min。大断面圆坯连铸，在圆坯连铸二冷区域设置电磁搅拌，（4）ф690断面连铸坯，采用三段搅拌：铸流搅拌：300a/2.5hz；二冷搅拌：250a/2.5hz；末端搅拌：400a/1.2hz。圆坯连铸坯能作为锻造大断面锻件的坯料直接使用。
[0019]
本发明的高铝渗氮钢包括下述依次的步骤：1、在lf炉内进行还原和调渣操作， 精炼炉调整温度和成分后，钢水的成分（质量百分比）符合以下要求，喂入铝线调整成分后送电时间大于20min；同时进行白渣还原25分钟。
[0020]
c 0.36
‑ꢀ
0.41 ；si 0.25-0.40；mn 0.30-0.60 ；p ≤ 0.025 ；s ≤ 0.015 ；cr 1.40
ꢀ‑
1.60 ； cu ≤0.2 ；mo 0.18 ～ 0.25 ；al：0.8-1.0；其余为fe及其它残余元素 。
[0021]
2、在vd炉进行钢水的脱氢处理，vd 处理高真空度（≤67pa）下保持时间≥15 分钟；破空后进行底吹氩软搅拌15-25分钟；钢水氢含量控制[h] ≤2ppm。
[0022]
3、开浇前中包充氩时间大于5min；中包充氩流量70-80nl/min。
[0023]
4、将大包的钢水浇注到中间包内，过热度30-40℃；浸入水口插入深度120
‑ꢀ
125mm ；拉速0.24min。
[0024]
5、专用结晶器保护渣，液渣层厚度严格控制在8-10mm。
[0025]
6、ф690断面连铸坯，采用三段搅拌：铸流搅拌： 300a/2.5hz；二冷搅拌： 250a/2.5hz；末端搅拌： 400a/1.2hz。
[0026]
本发明的连铸方法生产的断面为ф690断面连铸圆坯，铸坯中心低倍质量（中心裂纹、偏析等）较好、铸坯表面符合锻造坯表面要求，可作为锻造坯直接使用，制造成本降低10%以上。
[0027]
下面结合实施例详细说明本发明的大圆坯连铸方法的具体实施方式，但本发明的具体实施方式不局限于下述的实施例。
[0028]
本实施例是在ф690断面的三机三流圆坯连铸机上进行的，钢种38crmoal，产品高等级渗氮钢锻造坯，成品化学成分质量百分比目标要求为：c 0.36
‑ꢀ
0.41 ；si 0.25-0.40；mn 0.30-0.60 ；p ≤ 0.025 ；s ≤ 0.015 ；cr 1.40
ꢀ‑
1.60 ； cu ≤0.2 ；mo 0.18 ～ 0.25 ；al：0.8-1.0；其余为fe及其它残余元素。
[0029]
本实施例包括下述依次的步骤：1、在lf炉内进行还原和调渣操作， 精炼炉调整温度和成分后，钢水的成分（质量百分比）符合以下要求，喂入铝线调整成分后送电时间大于20min；同时进行白渣还原25分钟。
[0030]
c 0.36
‑ꢀ
0.41 ；si 0.25-0.40；mn 0.30-0.60 ；p ≤ 0.025 ；s ≤ 0.015 ；cr 1.40
ꢀ‑
1.60 ； cu ≤0.2 ；mo 0.18 ～ 0.25 ；al：0.8-1.0；其余为fe及其它残余元素。
[0031]
专项精炼渣成分：cao:50-55%,sio2:0-1% , ai
203
:30-38%;mgo：5-8%2、在vd炉进行钢水的脱氢处理，vd 处理高真空度（≤67pa）下保持时间≥15 分钟；破空后进行底吹氩软搅拌15-25分钟；钢水氢含量控制[h] ≤2ppm。
[0032]
3、开浇前中包充氩时间大于5min；中包充氩流量70-80nl/min；连铸过程中包使用低硅中包覆盖剂。
[0033]
4、将大包的钢水浇注到中间包内，过热度30-40℃；浸入式四孔水口插入深度120
‑ꢀ
125mm ；拉速0.24min ，全过程恒拉速。
[0034]
5、连铸工序针对该钢种进行结晶器的专用参数设置：结晶器振动采用高频率低振幅开浇，负滑脱率：-90％；结晶器冷却水流量为4000l/min；结晶器使用高碱性高玻璃化连铸保护渣，液渣层厚度严格控制在8-10mm。
[0035]
6、ф690断面连铸坯，采用三段搅拌：m-ems： 300a/2.5hz；e-ems： 250a/2.5hz；f-ems： 400a/1.2hz；三段式电磁搅拌：开浇后启动铸流搅拌和二冷搅拌，铸坯进入17.5米位置是自动启动末端搅拌。
[0036]
实施例一1、在lf炉内进行还原和调渣操作， 精炼炉调整温度和成分后，钢水的成分（质量百分比）控制，喂入铝线调整成分后送电时间25min；同时进行白渣还原25min。
[0037]
c :0.38 ；si: 0.30；mn :0.55 ；p :0.012 ；s :0.005 ；cr :1.52 ； cu :0.02 ；mo :0.21 ；al：0.93；其余为fe及其它残余元素 。
[0038]
2、在vd炉进行钢水的脱氢处理，vd 处理高真空度（52pa）下保持时间17分钟；破空后进行底吹氩软搅拌21分钟；钢水氢含量控制[h] :0.9ppm。
[0039]
3、开浇前中包充氩时间6min；中包充氩流量75nl/min；连铸过程中包使用低硅中包覆盖剂。
[0040]
4、将大包的钢水浇注到中间包内，过热度36℃；浸入式四孔水口插入深度120mm ；拉速0.24min ，全过程恒拉速。
[0041]
5、连铸工序针对该钢种进行结晶器的专用参数设置：结晶器振动频率系数m值300，振程系数c值3.5；负滑脱率：-90％；结晶器冷却水流量为4000l/min；结晶器使用高碱性高玻璃化连铸保护渣，液渣层厚8mm。
[0042]
6、ф690断面连铸坯，采用三段搅拌：开浇后启动铸流搅拌： 300a/2.5hz；同时开启二冷搅拌： 250a/2.5hz；铸坯进入17.5米位置是自动启动末端搅拌： 400a/1.2hz。
[0043]
7、连铸圆坯经过水平矫直后进行切割成3米定尺坯，后续进行快锻机锻造成为成品锻件。
[0044]
实施例二1、在lf炉内进行还原和调渣操作， 精炼炉调整温度和成分后，钢水的成分（质量百分比）控制，喂入铝线调整成分后送电时间23min；同时进行白渣还原28min。
[0045]
c :0.40 ；si: 0.31；mn :0.52 ；p :0.010 ；s :0.006 ；cr :1.53 ； cu :0.01 ；mo :0.19 ；al：0.95；其余为fe及其它残余元素 。
[0046]
2、在vd炉进行钢水的脱氢处理，vd 处理高真空度（56pa）下保持时间16分钟；破空后进行底吹氩软搅拌20分钟；钢水氢含量控制[h] :0.85ppm。
[0047]
3、开浇前中包充氩时间6min；中包充氩流量80nl/min；连铸过程中包使用低硅中包覆盖剂。
[0048]
4、将大包的钢水浇注到中间包内，过热度35℃；浸入式四孔水口插入深度125mm ；拉速0.25min ，全过程恒拉速。
[0049]
5、连铸工序针对该钢种进行结晶器的专用参数设置：结晶器振动频率系数m值300，振程系数c值3.5；负滑脱率：-90％；结晶器冷却水流量为4000l/min；结晶器使用高碱性高玻璃化连铸保护渣，液渣层厚9mm。
[0050]
6、ф690断面连铸坯，采用三段搅拌：开浇后启动铸流搅拌： 300a/2.5hz；同时开启二冷搅拌： 250a/2.5hz；铸坯进入17.5米位置是自动启动末端搅拌： 400a/1.2hz。
[0051]
7、连铸圆坯经过水平矫直后进行切割成3米定尺坯，后续进行快锻机锻造成为成品锻件。
[0052]
本发明通过控制精炼造渣工艺，喂入铝线控制铝成分的方式，大幅度减少钢水中a1
203
夹杂的生成，钢水中全铝与酸溶铝的比例 ais/ai
t≥
0.98，获得al含量大于1%的大规格cr-mo-al系渗氮钢连铸圆坯；大断面圆坯结晶器参数专项设置，结晶器振动采用高频率低振幅，大负滑脱率浇铸工艺，杜绝高铝钢开浇阻力大，表面差的问题；在圆坯连铸二冷区域设置电磁搅拌，采用三段搅拌，获得表面质量好、低倍质量稳定的大规格连铸坯，替代模铸锭作为锻造大断面锻件的坯料直接使用。
[0053]
以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明所保护范围的结构特征并不限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围内。