G35CrNiMo6-6純凈鋼冶煉技術(shù)研究

鄧　琴　王　濤　邱　斌

(二重集團(tuán)公司大型鑄鍛件研究所，四川618000)

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G35CrNiMo6-6純凈鋼冶煉技術(shù)研究

鄧琴王濤邱斌

(二重集團(tuán)公司大型鑄鍛件研究所，四川618000)

摘要：本文以生產(chǎn)某項(xiàng)目用螺母柱、齒條用鋼G35CrNiMo6-6為例，闡述了對(duì)生產(chǎn)鑄件用純凈鋼冶煉技術(shù)方面的研究。通過在冶煉、澆注過程中采取各種有效措施，提高了鋼液的純凈度，最終滿足產(chǎn)品技術(shù)要求。

關(guān)鍵詞：G35CrNiMo6-6；純凈鋼；冶煉工藝

純凈鋼一般指含非金屬夾雜物、氣體元素(氫、氧、氮)和殘余有害元素(硫、磷、銅、砷、銻、錫)很少的鋼。非金屬夾雜物的數(shù)量、氣體含量或殘余有害元素的含量水平都可以代表鋼的純凈度。

目前，我廠生產(chǎn)的大型純凈鋼鑄件主要有高中壓內(nèi)外缸、超臨界汽缸、螺母柱、齒條等產(chǎn)品。這些產(chǎn)品的超聲檢測(cè)、磁粉檢測(cè)、力學(xué)性能和晶粒度等檢驗(yàn)要求極為嚴(yán)格，因此對(duì)鋼液的純凈度要求比一般鑄件用鋼的要求高。

本文以生產(chǎn)某項(xiàng)目用螺母柱、齒條用鋼G35CrNiMo6-6為例，闡述了我廠對(duì)生產(chǎn)鑄件用純凈鋼冶煉技術(shù)方面的研究。G35CrNiMo6-6鑄件要求化學(xué)成分成品分析無偏差，對(duì)力學(xué)性能、金相組織、超聲檢測(cè)及磁粉檢測(cè)等要求極為苛刻。因此，該產(chǎn)品對(duì)鋼液氣體含量和純凈度、非金屬夾雜物的要求極高。通過冶煉工藝和生產(chǎn)過程中采取的多項(xiàng)有效控制措施，降低了鋼液中的氣體及有害殘余元素含量，最終保證鋼液的純凈度，滿足了產(chǎn)品的檢測(cè)、性能等要求。

1材質(zhì)要求

G35CrNiMo6-6鋼化學(xué)成分、力學(xué)性能、金相組織及檢測(cè)等要求見表1、表2。

從表1、表2看，對(duì)鋼液中的殘余有害元素要求并不是特別嚴(yán)格，只是對(duì)P、S、Cu、V進(jìn)行了要求，而且比較寬松，但是該產(chǎn)品的力學(xué)性能、金相組織、檢測(cè)要求則非常苛刻。

表1　化學(xué)成分要求(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

表2　力學(xué)性能、金相組織及檢測(cè)要求

如果鋼液中氣體、殘余有害雜質(zhì)元素及非金屬夾雜物含量過高，就很難達(dá)到該產(chǎn)品各方面的性能要求。因此，在整個(gè)煉鋼工序過程控制中，必須嚴(yán)格控制殘余有害元素的含量，并盡可能降低鋼液中的氣體含量和非金屬夾雜物含量，以提高鋼液的純凈度。

2生產(chǎn)結(jié)果

我廠生產(chǎn)的某項(xiàng)目用螺母柱、齒條數(shù)量較多，不便一一列舉，僅隨機(jī)抽選六爐鋼的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、對(duì)比。其殘余有害元素的爐前熔煉值、成品力學(xué)性能、晶粒度、夾雜物級(jí)別及氣體含量見表3～表6。

表3　殘余有害元素爐前熔煉值(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

表4　成品力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果

表5　成品晶粒度及夾雜物級(jí)別

表6　成品氣體含量(×10-6)

從表3～表6可以看出：

(1)鋼液脫氧效果良好，殘余有害元素均控制在了較低的范圍，鋼液純凈度高。

(2)強(qiáng)度指標(biāo)、塑性指標(biāo)、沖擊性能均大大超過了標(biāo)準(zhǔn)要求值，晶粒度級(jí)別均達(dá)到了7級(jí)及以上，夾雜物類型為球狀?yuàn)A雜物和點(diǎn)狀?yuàn)A雜物，其級(jí)別基本保持在1級(jí)。

(3)成品氣體H、O、N含量均較低，說明鋼液脫氣效果良好。

3冶煉工藝流程

合理的冶煉工藝流程，可以最大程度地去除鋼液中雜質(zhì)元素含量、氣體元素含量和非金屬夾雜物含量，提高鋼液純凈度。我廠制定的冶煉工藝流程為：電爐粗煉鋼水→鋼包爐真空精煉→氣體保護(hù)澆注鑄件。

電爐粗煉鋼水能夠有效地去除P元素；鋼包爐精煉可以有效去除鋼液中S元素，同時(shí)經(jīng)過真空處理，可以有效去除鋼液中的氣體元素及非金屬夾雜物；采用氣體保護(hù)澆注方式可減少外來夾雜物的幾率。通過以上措施，可有效提高鋼液的純凈度。從生產(chǎn)結(jié)果可以看出，該冶煉工藝流程可以滿足產(chǎn)品的力學(xué)性能、晶粒度及夾雜物要求。

4原輔材料的選用

盡管在技術(shù)條件中該類產(chǎn)品并沒有對(duì)化學(xué)成分提出過嚴(yán)的要求，但是為了滿足條件苛刻的力學(xué)性能、檢測(cè)要求及金相組織要求，必須嚴(yán)格控制鋼中Cu、As、Sn、Sb等雜質(zhì)元素的含量，以提高鋼液的純凈度。這些雜質(zhì)元素在冶煉過程中是不能去除的，其鋼液中含量的多少完全取決于原材料中帶入的含量，因此，在選用爐料時(shí)要求使用成分明確的生鐵、廢鋼以及海綿鐵備料。由于外購的雜廢鋼存在質(zhì)量不穩(wěn)定、成分不明確、殘余有害元素含量高等問題，嚴(yán)重影響鋼液的純凈度，故禁止外購雜廢鋼、成分不明的廢鋼屑備料。

選用的鐵合金、造渣及脫氧材料都要符合相應(yīng)的技術(shù)條件要求，烘烤良好。造渣用的石灰、螢石、脫氧劑等材料要求保持清潔干燥、不混入雜質(zhì)。

5冶煉澆注操作

5.1電爐冶煉粗水

我廠使用超高功率偏心爐底堿性電爐冶煉粗水，主要對(duì)鋼液進(jìn)行脫磷操作。從熱力學(xué)條件看，鋼液脫磷必須在強(qiáng)氧化性、高堿度條件下進(jìn)行；從動(dòng)力學(xué)條件看，要想提高脫磷速度，必須加強(qiáng)反應(yīng)過程，提高擴(kuò)散傳質(zhì)系數(shù)。因此，電爐整個(gè)冶煉過程以造高堿度、強(qiáng)氧化性泡沫渣為主。碳槍插入爐渣中進(jìn)行噴碳，同時(shí)氧氣管插入鋼液中進(jìn)行吹氧，并前后左右移動(dòng)，加強(qiáng)鋼液攪拌，增大渣鋼間接觸界面，使鋼液氧化沸騰均勻激烈、傳質(zhì)系數(shù)值增大，促進(jìn)脫磷反應(yīng)順利進(jìn)行，達(dá)到脫磷目的。

電爐出鋼時(shí)，因在鋼包爐精煉過程加入的合金量少，合金帶入的磷少，故可將粗水磷含量控制在0.005%以下。出鋼過程中，禁止?fàn)t渣進(jìn)入精煉包，以避免回磷。如直接出鋼，則隨鋼流加入高硅等進(jìn)行沉淀脫氧，以有利于降低鋼中O含量及夾雜物級(jí)別。

5.2鋼包爐精煉鋼水

5.2.1控制原始H含量

鋼液中的氫主要是由水在高溫狀態(tài)下分解而帶入的，因此鋼包爐精煉時(shí)采用烘烤良好的舊包，使用的鐵合金及造渣、脫氧材料烘烤干燥，以避免帶入大量的原始?xì)浜俊?/p>

5.2.2脫硫、脫氣及去除夾雜物

在電爐粗水兌入鋼包爐過程中加入高硅、鋁塊進(jìn)行沉淀脫氧。在冶煉過程強(qiáng)調(diào)造渣、擴(kuò)散脫氧操作，采用大渣量、高堿度、強(qiáng)還原性的CaO-SiO2渣系，以利于脫硫、脫氧。冶煉前期進(jìn)行擴(kuò)散脫氧操作，多批次、少量加入碳粉、硅鈣粉脫氧劑。在加合金前應(yīng)使?fàn)t渣流動(dòng)性、還原性良好，保證爐渣中FeO含量不超過1%，一直保持到出鋼。

爐外精煉過程中鋼液的攪拌是重要的單元操作，在精煉過程中起到均勻鋼液溫度與成分、促進(jìn)鋼渣之間反應(yīng)、加快夾雜物上浮的作用，而且直接關(guān)系到其它精煉手段的實(shí)現(xiàn)，同時(shí)精煉過程中攪拌是必不可少的手段，合理的攪拌可以提高鋼液的質(zhì)量，但是不合理的攪拌可能惡化鋼液質(zhì)量[1]。因此控制好各階段氬氣攪拌流量的大小，既要使鋼液成分、溫度均勻，利于脫氣、脫硫、夾雜物上浮，又要防止鋼液裸露而造成二次氧化。如在真空階段，采用大的氬氣流量攪拌鋼液，因?yàn)檎婵諣顟B(tài)下不會(huì)引起鋼液的氧化和吸氣，不怕鋼液裸露，同時(shí)，氬氣不斷攪動(dòng)熔池，使鋼液表面不斷更新，提高氣體、夾雜物的去除速度。

5.2.3終脫氧

一般鑄件采用加鋁的方式進(jìn)行終脫氧，產(chǎn)生的氧化鋁夾雜可細(xì)化晶粒，但是氧化鋁夾雜本身屬于高熔點(diǎn)、不變形的非金屬夾雜物，如果鋼液中殘留的數(shù)量較多則會(huì)破壞鑄件基體的連續(xù)性，影響鑄件塑韌性。由于該項(xiàng)目用螺母柱、齒條鑄件的強(qiáng)度、韌塑性及檢測(cè)要求極為嚴(yán)格，為防止出現(xiàn)大量氧化鋁夾雜，故要盡可能降低鋼液中的殘鋁量，減少夾雜物中氧化鋁的含量，因此需采用其它強(qiáng)脫氧材料進(jìn)行終脫氧，以達(dá)到脫氧及細(xì)化晶粒的目的。從生產(chǎn)結(jié)果可以看出，鋼液中的殘鋁非常少，產(chǎn)品中夾雜物級(jí)別低，性能指標(biāo)高。

5.3出鋼澆注

5.3.1型腔的清潔干燥

澆注系統(tǒng)及型腔的清潔干燥是對(duì)鋼液純凈度的有力保證。因此，在鑄造工序的下芯、合箱過程中，要將芯子氣路暢通地引出箱外，仔細(xì)地清除型腔、澆注系統(tǒng)、分型面等部位的散砂、雜物，并保持型腔的干凈干燥。

5.3.2夾雜物的控制

鋼中夾雜物可分為內(nèi)生和外來夾雜物。內(nèi)生夾雜物主要是脫氧和合金化元素與溶解在鋼液中的氧以及硫、氮的反應(yīng)產(chǎn)物所形成的夾雜物。外來夾雜物是鋼液與空氣、耐火材料、爐渣及保護(hù)渣相互作用的產(chǎn)物以及機(jī)械卷入鋼中的各種氧化物[2]。因此，必須做好鋼中夾雜物的控制：

(1)出鋼前清理鋼包法蘭，以避免散落在法蘭上的合金等雜物在澆鋼過程中掉入型腔而污染鋼液。同時(shí)在澆注前清理干凈鋼包包底，以防止外來夾雜物帶入鋼液，降低鋼液的純凈度。

(2)控制好出鋼到澆注之間的鎮(zhèn)靜時(shí)間、澆鋼節(jié)奏，既要使鋼液中的非金屬夾雜物充分上浮，又要避免發(fā)生因澆注溫度過高或過低對(duì)鑄件質(zhì)量造成不良的影響。

(3)采用一般引流方式澆注容易造成引流砂進(jìn)入型腔而污染鋼液，因此澆注時(shí)采用滑板吹氬方式，進(jìn)行體外引流，提高鋼液的純凈度。同時(shí)在澆注過程中，采用保護(hù)氣體澆注，減少鋼液二次氧化，澆注后期嚴(yán)禁將鋼渣澆入型腔內(nèi)。

6結(jié)論

(1)從某項(xiàng)目用螺母柱、齒條的生產(chǎn)結(jié)果看，我廠采用的冶煉工藝流程可以滿足鑄件用純凈鋼的生產(chǎn)。

(2)鑄件用純凈鋼的力學(xué)性能指標(biāo)高，應(yīng)嚴(yán)格控制鋼液中殘余有害元素的含量及氣體含量。

(3)氧化鋁夾雜屬于高熔點(diǎn)、不變形的非金屬夾雜物，故應(yīng)嚴(yán)格控制鑄件用純凈鋼中的殘鋁含量，不能用鋁進(jìn)行終脫氧，應(yīng)采用其他強(qiáng)脫氧材料。

(4)提高和保持鑄件用純凈鋼的鋼液純凈度，不僅要重視冶煉環(huán)節(jié)，也要重視澆注環(huán)節(jié)及造型環(huán)節(jié)。

參考文獻(xiàn)

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編輯杜青泉

Research on Smelting Technology of G35CrNiMo6-6 Purity Steel

Deng Qin, Wang Tao, Qiu Bin

Abstract：By taking G35CrNiMo6-6 steel used for nut column and gear rack as an example, the research on smelting technology of purity steel used for castings has been described. By adopting all kinds of effective measures during the smelting and casting process, the purity of molten steel has been increased. Eventually, the technical requirements of products could be satisfied.

Key words：G35CrNiMo6-6; purity steel; smelting technology

作者簡介：鄧琴(1979—)，女，本科，高級(jí)工程師，主要研究方向：煉鋼冶煉工藝技術(shù)研究。E-mail：dq3_125@163.com

收稿日期：2015—10—18

中圖分類號(hào)：TF111

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B