一种中碳含硫铝脱氧非调质钢Ds夹杂物的控制方法技术

本发明专利技术公开了一种中碳含硫铝脱氧非调质钢Ds夹杂物的控制方法，通过调整S元素加入位置、优化精炼炉渣多组元成分及钢液成分，在满足产品对于氧的要求的前提下，将夹杂物转变为易于上浮的固态相，避免液态夹杂物及CaS的生成，并进一步优化真空处理时间，提高了钢液中夹杂物尤其是大颗粒Ds类夹杂物的去除效率，达到控制钢中Ds类夹杂物的效果，实际生产时可将轧材中Ds夹杂稳定控制到0.5级以下。

A control method of DS inclusions in medium carbon and sulfur-containing aluminum deoxidized non quenched and tempered steel

【技术实现步骤摘要】
一种中碳含硫铝脱氧非调质钢Ds夹杂物的控制方法
本专利技术涉及一种中碳含硫铝脱氧非调质钢Ds夹杂物的控制方法。
技术介绍
非调质钢是指通过添加微合金化元素改变组织的相变机理，通过轧制、锻造和控制冷却等方法，使性能达到或接近调质钢力学性能的中碳低合金结构钢。由于非调质钢应用时可省略调质处理工序，相比调质钢可以大幅度节省能源，降低制造成本约25％-38％，是国家政策优先支持发展的钢铁材料，在工程机械及汽车等方面均得到了应用，如汽车发动机曲轴、连杆。为保证非调质钢产品如曲轴、连杆等的疲劳性能，需严格控制钢中的Ds夹杂。Ds夹杂在GB/T10561中定义为直径≥13μm的单颗粒球状夹杂物，Ds夹杂在钢产品中的存在严重危害到疲劳性能，在交变应力作用下，极易以其为核心形成疲劳源而发生的疲劳断裂。非调质钢中常加入0.03-0.07％含量的S以改善切削性能，并采用铝脱氧降低钢中氧含量，实际观察到的Ds夹杂多为钙铝酸盐+CaS的形式存在，少量为镁铝尖晶石+外围CaS，文献“TheEffectofaSulfurAdditionontheFormationandBehaviorofCaSInclusionsDuringaSecondaryRefiningProcessWithoutUsingaCa-Treatment”中指出钢液中的液态夹杂物及CaS不易上浮去除，因此Ds夹杂的控制除了需要考虑钙铝酸盐的生成外，还要考虑CaS的控制。当前对于Ds夹杂的控制有诸多专利和文献研究，如降低炉渣二元碱度、提高RH真空时间、提高软吹时间、调整钙处理时机等，公开号CN105132631A公开了一种重轨钢中Ds类夹杂物的控制方法，依据钢中S含量造中低碱度的精炼渣(碱度≤2.5)，提高炉渣对夹杂物的吸附能力，并在RH真空处理后进行氩气软吹处理。公开号CN109055664A公开了一种无Ds类夹杂物的轴承钢钢液脱氧控制方法，通过采用出钢硅脱氧，造低碱度精炼渣(终渣碱度1.1-1.6)，控制RH脱气时间15-20min、软吹时间≥35min，可保证Ds类夹杂物为0级。该两个公开专利适用于硅锰脱氧钢，对于铝镇静钢，低碱度精炼渣会导致钢渣之间的持续反应，不断在钢中产生脱氧产物，不利于氧含量的控制，且降低了钢的纯净度。公开号CN108456762A公开了一种合金工具钢中Ds类夹杂物的控制方法，通过控制精炼渣碱度6-8、Al2O3含量30～40％，LF精炼过程小批量多批次炉渣脱氧，并控制RH真空处理时间≥20min、软吹时间≥20min，可将钢中Ds类夹杂级别控制到≤1.0级，同时满足O≤15ppm。高碱度精炼渣由于脱硫性能强不适合含硫钢的生产，且在LF精炼过程分批次小批量脱氧，会导致后脱氧产物细小难以上浮去除，不利于氧含量的降低；此外，RH真空处理时间及软吹时间均较长，也会导致温降增大，影响钢液可浇性，降低生产节奏。公开号CN101906502A公开了一种降低含铝钢D类与Ds类夹杂物尺寸的钙处理方法，将钙处理实际调整到软吹结束后进行，对于含硫非调质钢而言，钙线的喂入会与钢中的S形成CaS，不但会影响钢液的可浇性，而且CaS也会依附于钙铝酸盐或镁铝尖晶石生成，加重了Ds的级别。综上所述，现有专利及研究并不适用于含硫含铝非调质钢Ds夹杂控制，相较常规含铝钢种Ds夹杂的控制，其难点在于既要控制液态夹杂物及CaS的生成，还要平衡氧和硫对炉渣碱度的需求，所以需要探索新工艺来降低中碳含硫铝脱氧非调质钢的Ds夹杂物。
技术实现思路
本专利技术提供了一种中碳含硫铝脱氧非调质钢Ds夹杂物的控制方法，通过调整S的加入位置、优化精炼炉渣成分，将夹杂物转变为易于上浮的固态相，并避免CaS的生成；进一步优化真空处理时间及软吹时间，不仅能达到控制钢中Ds类夹杂物的效果，同时还能保证产品氧含量和硫含量均能达到要求，产品中氧含量控制在10ppm以下，而且RH真空后无需钙处理，具有优异的可浇性。本专利技术的关键技术在于针对含硫含铝钢，如何合理匹配精炼炉渣多组元成分及钢液各阶段硫含量，使得既可以满足氧含量的要求，同时达到抑制夹杂物液态化及CaS生成的目的，使最终夹杂物的去除效果十分显著。本专利技术通过以下技术方案来实现：中碳含硫铝脱氧非调质钢Ds夹杂物的控制方法，其适用钢种成分：C0.40-0.60％，Si0.20-0.50％，Mn0.50-1.80％，S0.010-0.035％，V0.010-0.300％，N0.010-0.020％。中碳含硫铝脱氧非调质钢Ds夹杂物的控制方法：铁水经过转炉或电炉初炼，出钢过程添加脱氧剂及合金；LF精炼进行造渣、脱氧，并调整钢液中成分至目标值；真空脱气处理后，向钢液中喂入氮锰线、硫磺包芯线；喂线结束后软搅拌，然后连铸成铸坯。具体步骤为：(1)转炉或电炉冶炼出钢过程先后加入脱氧剂铝饼、硅锰合金、硅铁合金、钒铁或钒氮合金、增碳剂及石灰+化渣剂；电炉或转炉出钢时不添加含S合金，严禁初炼氧化性渣进入钢包，控制出钢S含量≤0.025％。(2)LF精炼LF前期根据初样检测结果微调钢液成分，将Al含量一次性调整至0.015-0.035％，后续精炼过程不再次调整铝含量，精炼过程控制S含量≤0.010％即可，LF精炼过程控制炉渣SiO2含量10～15％，CaO/Al2O3≤1.7，(FeO+MnO)≤1％，钢包耐材使用镁碳质；精炼时间控制在≤50min。(3)RH真空脱气真空处理过程，高真空(≤133Pa)时间≥25min，破空后取样检测成分，根据钢液中S、N含量喂入氮锰线、硫磺线，软搅拌5min后上钢浇铸，得铸材。本专利技术全程不进行钙处理，仍能保证钢液的可浇性好。因为对含铝含硫钢来说，钙处理获得液态夹杂物的区域非常窄，钙处理的效果经常不好，而通过本专利技术的条件优化，不采用钙处理，钢液可浇性优于钙处理。通过本专利技术的方法，可以将中碳含硫铝脱氧非调质钢中Ds夹杂稳定控制在0.5级以下，对B类、D类夹杂也可起到控制效果，可稳定控制在0.5级以内；并且产品氧含量可控制在10ppm以下。本专利技术的技术方案原理和有益效果为：(1)优化炉渣及钢液成分，抑制液态夹杂物及CaS的生成，并满足产品对于O的要求(≤10ppm)。含铝钢炉渣成分主要包含CaO、SiO2、Al2O3、MgO，MgO主要通过炉衬侵蚀或渣料中带入，传统工艺一般通过降低精炼渣的二元碱度即CaO/SiO2减少炉渣向钢液的传Ca量，以此降低液态夹杂物的比例，但SiO2的增加会提高钢液中氧的含量，不利于氧的控制，此外炉渣未考虑Al2O3的影响。本专利技术综合考虑炉渣平衡氧含量及硫容量，合理设计炉渣CaO、SiO2、Al2O3三元组成，并进一步控制精炼钢液中S含量≤0.010％，即控制了炉渣传Ca量，又抑制了CaS的生成。此外，钢液中含有少量的S还可以促进RH过程夹杂物的去除效率。(2)钢液中镁的存在，可以促进夹杂物向固态转变，炉渣中氧化镁及炉衬中的氧化镁都可以向钢液中传递镁元素，因此使用镁碳质耐材钢包有利于夹杂物本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种中碳含硫铝脱氧非调质钢Ds夹杂物的控制方法，其特征在于，通过转炉或电炉冶炼、LF精炼过程优化精炼炉渣成分，精炼结束后的夹杂物为易于去除的固态夹杂物，经过RH真空处理后加入硫磺线，控制中碳含硫铝脱氧非调质钢Ds夹杂物,同时满足产品对于O及S的要求。/n

【技术特征摘要】
1.一种中碳含硫铝脱氧非调质钢Ds夹杂物的控制方法，其特征在于，通过转炉或电炉冶炼、LF精炼过程优化精炼炉渣成分，精炼结束后的夹杂物为易于去除的固态夹杂物，经过RH真空处理后加入硫磺线，控制中碳含硫铝脱氧非调质钢Ds夹杂物,同时满足产品对于O及S的要求。


2.如权利要求1所述的中碳含硫铝脱氧非调质钢Ds夹杂物的控制方法，其特征在于：控制步骤包括：
(1)转炉或电炉冶炼
控制出钢S含量≤0.025％，且电炉或转炉出钢时不添加含S合金；
(2)LF精炼
LF前期根据初样检测结果调整钢液成分，将Al含量一次性调整至0.015-0.035％，后续精炼过程不再次调整铝含量；
(3)RH真空脱气
真空处理过程，高真空搅拌处理25min以上，破空后取样检测成分，根据钢液中S、N含量喂入氮锰线、硫磺线，全程无需钙处理，软搅拌后上钢浇铸，得铸材。


3.如权利要求2所述的中碳含硫铝脱氧非...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢有，孟晓玲，邓向阳，屈志东，袁静，李辉成，
申请(专利权)人：中天钢铁集团有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32