轉(zhuǎn)爐流程生產(chǎn)高合金工具鋼X32-RX技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用

吳平輝

（湖南華菱漣源鋼鐵有限公司，湖南 婁底 417000）

在普通碳素工具鋼的基礎(chǔ)上適度添加Cr、Mo、V、W等合金成分提高鋼的淬透性、耐磨性、熱硬性及韌性等性能可以生產(chǎn)高合金工具鋼[1-3]。高合金工具鋼具有良好的各向同性、超高潔凈度及理想的碳化物形態(tài)與金相組織，所以應(yīng)用范圍更廣泛、使用條件更苛刻。實(shí)現(xiàn)上述超高要求性能的前提之一就是鋼質(zhì)的化學(xué)成分，而冶煉控制水平是滿足鋼質(zhì)基本要求的先決條件，必須將P、S、O、N、H及其夾雜物精準(zhǔn)控制在極低水平。國外普遍采用電爐+模鑄特鋼的工藝方式生產(chǎn)該類鋼種，國內(nèi)基本依靠進(jìn)口。湖南華菱漣源鋼鐵有限公司在國內(nèi)一些傳統(tǒng)工藝路線生產(chǎn)高合金鋼研究的基礎(chǔ)上[4-5]，以 X32-RX 為代表鋼種，探索了“轉(zhuǎn)爐+連鑄”工藝生產(chǎn)高合金工具鋼技術(shù)，以期為同行業(yè)相關(guān)技術(shù)研究提供一定的借鑒和參考。

1 裝備情況

湖南華菱漣源鋼鐵有限公司擁有3座處理能力為500萬t/a的KR脫硫站，可將鐵水硫深脫到0.001%以下。兩座210 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐，副槍動態(tài)控制，采用擋渣標(biāo)+滑動擋板雙控?fù)踉膳_寬×厚為2 100 mm×230 mm的雙流板坯連鑄機(jī)及匹配的LF和RH精煉設(shè)施。生產(chǎn)品種包括碳素結(jié)構(gòu)鋼、超低碳鋼、電工鋼、汽車及家電用鋼、橋梁及工程用鋼、壓力容器及鍋爐用鋼、船板、管線等。

2 冶煉控制技術(shù)

2.1 轉(zhuǎn)爐控制

由于X32-RX合金總量＞7%，且含有高熔點(diǎn)合金元素Mo、Ni及易氧化的Cr、V等，所以對于210 t鋼包來說，各種合金總量應(yīng)在15 t以上。從生產(chǎn)節(jié)奏和熱平衡角度考慮，轉(zhuǎn)爐需分擔(dān)一定量的合金化任務(wù)，其余的由LF完成。又因脫氫、脫氮需要RH真空處理，所以采取BOF-LF-RH-CC工藝路線。

轉(zhuǎn)爐裝料制度及過程控制如下。利用頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐良好的動力學(xué)條件及吹氧升溫優(yōu)勢，開始吹煉前加入約5 t鉬鐵和3 t鎳鐵，采用副槍分別在吹煉完成的85%和終點(diǎn)時檢測各項(xiàng)指標(biāo)情況。表1為轉(zhuǎn)爐冶煉過程指標(biāo)控制情況。

表1 轉(zhuǎn)爐冶煉過程指標(biāo)控制情況Table 1 Controlled State of Indexes during Converter Smelting Process

由表1可以看出，副槍檢測TSC平均ω[Mo]為 1.10%，平均 ω[Ni]為 0.43%；終點(diǎn)副槍檢測TSO 平均 ω[Mo]為 1.25%，平均 ω[Ni]為 0.50%，兩種合金均略有升高。分析認(rèn)為吹氧80%～85%時，約80%～90%的Mo、Ni合金熔化，直至吹煉終點(diǎn)才能完全熔化。也側(cè)面反映了5 t鉬鐵和3 t鎳鐵是本轉(zhuǎn)爐熔化的極限能力。

轉(zhuǎn)爐出鋼利用鋼水動能攪拌再加入一部分其他易氧化Cr、Mn合金，約2/3的合金量由轉(zhuǎn)爐完成，剩下的1/3合金量及精準(zhǔn)成分控制在精煉工序完成。

由于X32-RX對磷、硫含量要求苛刻，因此入爐鐵水必須經(jīng)過預(yù)處理，KR處理后的出站ω[S]≤0.002%，轉(zhuǎn)爐采取大渣量、低碳出鋼方式，實(shí)現(xiàn)單渣出鋼ω[P]≤0.01%。

2.2 精煉控制

LF進(jìn)行成分及溫度的精準(zhǔn)控制。使用高碳錳鐵+硅錳鐵+硅鐵聯(lián)合加料方式調(diào)控錳、硅含量。以目標(biāo)成分Mn為控制上限，高碳錳鐵使用量最大化，可充分利用高碳錳鐵中的“高碳”，仍不足的C再補(bǔ)加碳粉進(jìn)行增碳；以目標(biāo)成分Si的上限設(shè)定硅錳鐵的增硅量，考慮硅錳鐵同時增錳作用（加高碳錳鐵時考慮這一點(diǎn)），不足的Si由硅鐵進(jìn)行精準(zhǔn)微調(diào)；低碳鉻鐵調(diào)Cr，釩鐵調(diào)V。表2為LF精煉過程鋼水成分控制情況。

表2 LF精煉過程鋼水成分控制情況（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）Table 2 Controlled State of Compositions in Molten Steel during Refined in LF （Mass Fraction） %

如表 2 所示，不計(jì) C、P、S、Al，各種合金總量約為7.3%，必須采取LF電極加熱模式以確保熱量平衡。其中Mo、Ni屬于高熔點(diǎn)難熔合金，在LF不宜預(yù)留過多，主要依靠轉(zhuǎn)爐完成熔化，LF僅進(jìn)行微調(diào)。

進(jìn)入RH進(jìn)行脫氣處理，真空循環(huán)約20 min，極限真空度為 60～80 Pa，出站 ω[H]＜0.000 2%，ω[N]＜0.005 0%。

需要指出的是關(guān)于釩鐵的加入方式，有一種觀點(diǎn)認(rèn)為，釩鐵即使在轉(zhuǎn)爐內(nèi)加入，也不會影響釩的收得率。但事實(shí)上，如果在轉(zhuǎn)爐內(nèi)加入約1/3的釩鐵，其余在爐后及LF中加入，計(jì)算釩的平均收得率只有88.8%，而全部在爐后及LF中加入平均收得率為91.7%，二者相差2.9%。這也證明了Mo、Ni等難氧化合金只能在轉(zhuǎn)爐中投放。

2.3 連鑄控制

中間包烘烤時間＞4 h，開澆水口附近溫度＞900℃，連鑄過程中間包鋼液過熱度控制范圍為20～30℃。整澆次設(shè)定拉速1.2 m/min，結(jié)晶器內(nèi)液位穩(wěn)定，無塞棒突變及液位波動，澆鑄過程生產(chǎn)穩(wěn)定順行無報警停產(chǎn)。氬氣的控制在該鋼種連鑄過程中是個不可忽視的因素，流量過大會導(dǎo)致保護(hù)渣翻騰，過小則起不到活躍保護(hù)渣的作用。表3為連鑄過程氬氣控制情況。

表3 連鑄過程氬氣控制情況Table 3 Controlled State of Argon Gas during Continuous Casting

如表3所示，塞棒流量控制在3.0～4.0 L/min，上水口流量控制在2.0～3.0 L/min即可。

鑄機(jī)狀態(tài)是確保鑄坯質(zhì)量的基礎(chǔ)條件。生產(chǎn)前利用輥縫儀對鑄機(jī)狀態(tài)進(jìn)行校核，發(fā)現(xiàn)只有2段末輥的輥縫偏差大于±1 mm，其余均能控制在理想范圍（±1 mm以內(nèi)）。生產(chǎn)實(shí)踐中對比所有輥縫處于理想范圍值和僅個別輥縫超過±1 mm（±1.5 mm內(nèi)）的情況，卻未發(fā)現(xiàn)鑄坯質(zhì)量存在差別。

3 應(yīng)用效果

采取上述冶煉控制技術(shù)后，穩(wěn)定順產(chǎn)連澆10爐以上高合金工具鋼 X32-RX。 圖1（a）、（b）為兩流連鑄頭坯形貌，圖1（c）為換包接縫后鑄坯形貌。頭坯表面無縱裂缺陷，角部酸洗樣低倍檢測無異樣；由于換包接縫“焊合”縫隙較大，所以對參數(shù)設(shè)置進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)高位換包，增加兩鋼種之間的接縫粘結(jié)性。生產(chǎn)實(shí)踐表明，該技術(shù)既滿足安全生產(chǎn)規(guī)范要求，又滿足高合金工具鋼的質(zhì)量要求。

圖1 鑄坯形貌Fig.1 Appearance of Casting Blanks

4 結(jié)論

（1）利用傳統(tǒng)轉(zhuǎn)爐+連鑄工藝流程生產(chǎn)高合金工具鋼是完全可行的，其難點(diǎn)之一是精準(zhǔn)控制并平衡分配高熔點(diǎn)、易氧化、多元素合金在各個冶煉工序的加入量。

（2）難氧化、高熔點(diǎn)Mo、Ni合金在轉(zhuǎn)爐吹煉前加入，在出鋼前均可熔化，其余合金均在轉(zhuǎn)爐出鋼及精煉過程加入。

（3）釩鐵在轉(zhuǎn)爐中加入的平均收得率比在爐后及精煉中加入的低2.9%。

（4）鐵水預(yù)處理要把硫含量控制在0.002%以下，轉(zhuǎn)爐出鋼磷含量應(yīng)控制在0.01%以下。

（5）采取上述冶煉控制技術(shù)后，穩(wěn)定順產(chǎn)連澆10爐以上高合金工具鋼X32-RX，既滿足安全生產(chǎn)規(guī)范要求，又滿足高合金工具鋼的質(zhì)量要求。