轉(zhuǎn)爐冶煉高強(qiáng)度冷鐓鋼ML40Cr生產(chǎn)實(shí)踐

劉 營，楊建勇，康愛元，溫日春，翁躍鈞

1 前言

在高強(qiáng)度冷鐓鋼系列中，從合金成分來看有Cr、Cr-Mo、Cr-Ni、Ni、Ni-Cr-Mo、Mn、Mn-Cr等系列，Cr系冷鐓鋼以各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足10.9級(jí)以上高強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)件技術(shù)要求。Cr是與碳親合力較強(qiáng)的碳化物形成元素，基本上是置換滲碳體內(nèi)的鐵原子形成穩(wěn)定性較高的合金滲碳體，可增加過冷奧氏體的穩(wěn)定性，防止奧氏體晶粒的粗大，其冷鐓合格率達(dá)到97%以上。考慮到鋼的冷鐓性能和強(qiáng)度、塑性、韌性匹配，化學(xué)成分設(shè)計(jì)依據(jù)GB／T 6478《冷鐓和冷擠壓用鋼》中的ML40Cr化學(xué)成分體系，在實(shí)際冶煉控制過程中，適當(dāng)降低鋼中碳含量，同時(shí)減少鋼中P、S含量，提高鋼水純凈度，承鋼公司利用BOF—LF—CC工藝流程生產(chǎn)了高強(qiáng)度冷鐓鋼ML40Cr。鋼的成分控制穩(wěn)定，鋼中氮含量得到有效控制，產(chǎn)品質(zhì)量完全能夠滿足客戶要求。

2 生產(chǎn)工藝

ML40Cr鋼種化學(xué)成分要求如表1所示。

表1 ML40Cr鋼種化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%

承鋼120 t煉鋼系統(tǒng)設(shè)備情況：鐵水脫硫、脫磷裝置各1套，3座120 t轉(zhuǎn)爐，兩座120 t雙工位LF精煉爐，1座120 t雙工位VD爐，兩臺(tái)八機(jī)八流小方坯（165 mm×165 mm），1臺(tái)四機(jī)四流板坯連鑄機(jī)。

工藝路線：鐵水預(yù)處理→轉(zhuǎn)爐→LF爐精煉→方坯連鑄大中包保護(hù)澆鑄。

2.1 轉(zhuǎn)爐冶煉

1）終點(diǎn)控制。轉(zhuǎn)爐嚴(yán)格控制終點(diǎn)C、P、S含量及溫度，采用造雙渣操作，石灰消耗（30～35）kg/t,實(shí)行1拉1吹操作工藝，終點(diǎn)C控制在0.15%～0.20%，P含量控制在0.008%～0.010%。入轉(zhuǎn)爐鐵水經(jīng)過鐵水預(yù)處理后S，含量達(dá)到0.010%以內(nèi)，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)S在0.015%以內(nèi)。

2）擋渣出鋼。出鋼前提前吹氬3 min以上，出鋼過程中采用全程底吹氬，保證鋼液成分和溫度的均勻。出鋼后采用擋渣球擋渣，最大程度減少鋼包里的下渣量，確保在LF處理時(shí)迅速造渣及在精煉過程鋼水回Si、回P，鋼水增P控制在0.002%以內(nèi)。

3）出鋼合金化。采用電石、臺(tái)鋁、低碳錳鐵脫氧［1-2］。在出鋼前或者出鋼 1/4前加人 CaC2，在高溫、高氧勢(shì)的鋼水中，在底吹氬攪拌下，CaC2完全可以和鋼水中的氧進(jìn)行反應(yīng)。若同時(shí)加入兩種脫氧劑勢(shì)必造成鋁的優(yōu)先反應(yīng)，而CaC2則無法起到降低臺(tái)鋁消耗的作用。必須嚴(yán)格控制兩種脫氧劑的加入順序和時(shí)間間隔。在出鋼前或出鋼1/5后開始加入CaC2，出鋼1/2后加入臺(tái)鋁、低碳錳鐵，能夠保證足夠的時(shí)間發(fā)揮CaC2脫氧的作用，生成CO氣體不但可以加強(qiáng)鋼液攪拌，同時(shí)也減少鋼水增氮，而且生成CO氣體彌散在鋼液中，并帶動(dòng)小顆粒A1203碰撞形成團(tuán)簇狀大顆粒脫氧產(chǎn)物上浮，從而提高鋼水的潔凈度。

2.2 LF精煉

1）渣料配比。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況，為了保證爐渣有一定的堿度，使?fàn)t渣具有較強(qiáng)吸附夾雜的能力，同時(shí)為了加快精煉節(jié)奏，轉(zhuǎn)爐出鋼過程中加入頂渣低硅精煉渣和石灰均為4 kg/t。縮短精煉化渣時(shí)間長，縮短精煉造渣、成渣時(shí)間。鋼包車到加熱位后，加入的渣料一般為3～4 kg/t，螢石球可根據(jù)渣的流動(dòng)性適當(dāng)調(diào)整，降低爐渣的黏度。控制造渣料成分見表2。

表2 造渣料含硅物料成分 %

2）白渣操作。通電化渣后加人脫氧劑，精煉爐操作必須做到黃白渣出鋼。采用擴(kuò)散脫氧的方法將鋁粒、電石粉等加入渣面進(jìn)行脫氧，電石加入量：80 kg/爐，鋁粉為50～100 kg/爐。由于脫氧是在鋼渣面上進(jìn)行，其產(chǎn)物進(jìn)入爐氣，或被爐渣吸收，不會(huì)污染鋼液。其化學(xué)反應(yīng)式為：

在精煉過程中，由于鋼液底吹氬攪拌，改善了氧在鋼中的擴(kuò)散速度，使氧在渣鋼中的分配短時(shí)間內(nèi)就能接近或達(dá)到平衡。

3）精煉終渣成分的控制。出鋼時(shí)加入精煉合成渣及石灰，與脫氧產(chǎn)物形成接近7Al2O3·12CaO的組分，熔點(diǎn)低［2］，易吸附脫氧產(chǎn)物Al2O3；堿度高又含鋁，有利于深脫氧脫硫；Al2O3和CaF2的加入能改善合成精煉渣的熔點(diǎn)和流動(dòng)性；MgO的存在，在改善合成精煉渣的熔點(diǎn)同時(shí)還能夠減緩渣對(duì)鋼包包襯的侵蝕；燒堿（即碳酸根）進(jìn)入鋼液后可分解出大量的CO2，對(duì)鋼液有攪拌作用，促進(jìn)夾雜物碰撞、絮凝、長大和上浮。上浮產(chǎn)物基本上就是7Al2O3·12CaO，利用它可以顯著降低合成渣的熔點(diǎn)，提高鋼水潔凈度。表3為生產(chǎn)LF爐精煉終渣化學(xué)成分。

表3 LF爐終渣成分 %

4）鈣處理、軟吹。鈣處理鋁脫氧鋼液時(shí)，鈣鋁酸鹽夾雜物以液體上浮排除，或以球狀均勻存在鋼中，達(dá)到改善夾雜物的目的。為了使鋼中（A1203）夾雜達(dá)到變性處理的目的，在精煉處理時(shí)，喂入FeCa線200～400 m/爐，鈣鋁比為0.1～0.2，弱吹氬時(shí)間≥15 min。從實(shí)際情況看，通過以上鈣處理及軟吹，可以大幅度提高鋼水的純凈度。

2.3 方坯連鑄

保證大包100%自開，尤其澆鑄第1爐必須用氬氣排凈中包內(nèi)腔空氣，防止鋼液被二次氧化；大包至中包使用鋁碳質(zhì)長水口氬封保護(hù)澆注，并保證水口垂直，防止鋼水二次氧化，保證中間包鋼液面無裸露。氮的有害影響主要是造成淬火時(shí)效和應(yīng)變時(shí)效，造成鋼的韌性下降，使鋼材變脆。

由于鋁能與氮結(jié)合成AlN，在加入足夠量的鋁時(shí)，就可以減弱或完全消除這兩種在較低溫度下發(fā)生的時(shí)效現(xiàn)象。經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)踐，從精煉起吊到連鑄開澆后，澆鋼過程Al燒損控制在≤0.006%以內(nèi)，且從大包到中包鋼水增氮＜5×10-6，中包到結(jié)晶器鋼水增氮＜3×10-6。各個(gè)環(huán)節(jié)鋼水氮含量的變化如表4所示。

表4 鋼水氮含量（×10-6）

2.4 鑄坯質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果

對(duì)鑄坯低倍質(zhì)量、外形及鑄坯內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，疏松、角裂等都符合客戶要求,無角裂、中間裂紋及針孔。

3 結(jié)論

3.1 轉(zhuǎn)爐采用造雙渣終點(diǎn)P控制在0.006%～0.010%，石灰消耗為30～35 kg/t，出鋼嚴(yán)禁下渣降低回磷以及減輕精煉擴(kuò)散脫氧負(fù)擔(dān)。前期采用氬氣置換并采用電石預(yù)脫氧，減少臺(tái)鋁產(chǎn)生的脫氧產(chǎn)物以提高鋼水的純凈度，以及出鋼過程增氮。

3.2 控制好LF爐整個(gè)過程還原氣氛以及底吹氬氣流量，減少鋼水二次氧化，減少過程鋁燒損控制在≤0.01%范圍。減少鋼水吸氮，精煉結(jié)束后氮含量控制住（45～55）×10-6，促進(jìn)鋼中脫氧產(chǎn)物及時(shí)上浮。精煉結(jié)束后確保15 min的弱攪拌時(shí)間。

3.3 連鑄做好大包氬封及中包保護(hù)，防止鋼水的二次氧化，燒損控制在≤0.006%以內(nèi)，且從大包到中包鋼水增氮＜5×10-6，中包到結(jié)晶器鋼水增氮＜3×10-6。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 傅杰.鋼冶金過程動(dòng)力學(xué)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2001．

［2］ 張鑒.爐外精煉的理論與實(shí)踐［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1996．