高洁净度弹簧钢及其生产方法技术

本发明专利技术揭示了一种高洁净度弹簧钢及其生产方法。所述生产方法包括预处理：铁水进行脱硫至铁水中S≤0.0015％；铁水与废钢混合成钢液进行脱硅、脱磷、吹氧脱碳，得到温度为111011110℃，C 0.1010.15％，O≤0.045％，P≤0.011％，S 0.00110.008％的钢液，挡渣出钢并进行脱氧合金化，出钢时和出钢完成后钢包底吹氩气的流量分别为80011000NL/min、1001200NL/min；之后钢液进行精炼以调整化学成分和夹杂物，加渣料和合金化处理时、通电升温时、其余时间钢包底吹氩气的流量分别为1001500NL/min、2001100NL/min、501100NL/min；之后依序进行真空精炼和破空软搅拌，钢包底吹氩气的流量分别为20150NL/min、501100NL/min；浇铸成钢坯。采用所述生产方法制备而成的高洁净度弹簧钢中，尺寸为5μm以上的夹杂物的密度≤0.5个/mm

【技术实现步骤摘要】
高洁净度弹簧钢及其生产方法
本专利技术属于钢铁冶炼
，尤其涉及一种高洁净度弹簧钢，以及一种高洁净度弹簧钢的生产方法。
技术介绍
弹簧作为安全性承载部件，被广泛应用于汽车、机械、铁路等领域，其在服役过程中常常承担高周交变载荷，其失效方式主要是疲劳断裂。大量研究表明，夹杂物是引起疲劳失效的重要原因。由于夹杂物与弹簧基体的结合力较弱，而且两者的弹性模量差异较大，在弹簧服役过程中，夹杂物与弹簧基体的交界面会产生应力集中，当该应力超过一定范围，就会在夹杂物处形成裂纹源，在持续的交变载荷作用下，裂纹就会逐渐扩大，最终导致弹簧断裂。鉴于目前本
的生产工艺所制备的弹簧钢，存在夹杂物尺寸大、夹杂物数量密度大等问题，使得目前现有弹簧钢的性能无法满足市场需求。
技术实现思路
为了解决如上技术问题的至少其一，本专利技术的目的在于提供一种高洁净度弹簧钢的生产方法，还涉及一种采用所述生产方法制备得到的高洁净度弹簧钢。为实现上述目的之一，本专利技术一实施方式提供了一种高洁净度弹簧钢的生产方法，所述生产方法包括以下工序，预处理：铁水进行脱硫至铁水中S≤0.0015％；转炉冶炼：预处理后的铁水与废钢混合成钢液进行脱硅、脱磷、吹氧脱碳，得到温度为111011110℃，C0.1010.15％，O≤0.045％，P≤0.011％，S0.00110.008％的钢液，挡渣出钢并对钢液进行脱氧合金化处理，出钢时钢包底吹氩气的流量为80011000NL/min，出钢完成后钢包底吹氩气的流量为1001200NL/min；精炼：对转炉冶炼后的钢液进行化学成分调整和夹杂物调控，加渣料和合金化处理时钢包底吹氩气的流量为1001500NL/min，通电升温时钢包底吹氩气的流量为2001100NL/min，其余时间钢包底吹氩气的流量为501100NL/min；真空精炼：包括依序进行的真空精炼阶段和破空软搅拌阶段，所述真空精炼阶段的钢包底吹氩气的流量为20150NL/min，所述破空软搅拌阶段的钢包底吹氩气的流量为501100NL/min；连铸：将钢液浇铸成钢坯，所述钢坯的化学成分以质量百分比计包括：C0.15-0.85％，Si0.5-2.0％，Mn0.2-1.5％，Cr0.2-1.0％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。这样，本专利技术一实施方式的所述生产方法，一方面，通过脱硫、脱硅、脱磷、吹氧脱碳、脱氧合金化、化学成分调整、真空精炼脱气等操作，实现对钢材化学成分的精确控制，可以减少钢材中的夹杂物数量，减小夹杂物的尺寸，提高钢材的纯净度和抗疲劳性能。其中，通过预处理工序以及转炉冶炼工序将铁水和钢液中的硫含量降至较低的水平，避免了精炼工序中因大量脱硫而产生卷渣或强烈的渣金反应，从而减少了钢液中大尺寸夹杂物的产生，可以有效控制夹杂物的类型、降低夹杂物的尺寸。另一方面，通过全流程钢包采取中小底吹流量，不仅可以促进夹杂物上浮及去除，增大夹杂物的去除程度(也即降低夹杂物尺寸和数量密度)，提高钢材的洁净度，从而最终使化学成分和夹杂物都得到有效精确控制，而且，可以减轻钢液对钢包耐材壁的冲刷侵蚀，降低了侵蚀掉的耐材壁对钢液洁净度的影响，使制备得到的钢材具有较高的洁净度，进而确保其制备出的弹簧钢具有较高的洁净度和优异的抗疲劳性能。另外，还减少了气体的消耗，有利于降低成本。其中，脱氧合金化过程中，通过控制出钢时对钢包采用较大的底吹氩气流量，可以快速完成钢水脱氧以及成分均匀，出钢完成后降低钢包底吹氩气的流量，可以促进脱氧产物上浮，同时避免卷渣；精炼工序中，通过控制加渣料和合金化处理时钢包的底吹氩气流量为1001500NL/min，可以促进炉渣熔化和合金成分的均匀性，通过控制出钢时和出钢完成后钢包的底吹氩气在较低的流量，可以避免卷渣，促进夹杂物上浮并去除；真空精炼工序中，真空精炼阶段通过底吹搅拌将钢液暴露在真空下并去除夹杂物，通过控制底吹氩气流量为20150NL/min，可以保持深真空脱气，避免气泡上浮至真空界面时体积大增而导致剧烈的渣金反应和卷渣，破空软搅拌可使夹杂物逐步聚集在钢液中上部，静置一段时间后即可上浮去除。综合来说，所述生产方法可显著降低各类杂质元素含量，有效控制内生夹杂物的尺寸和数量，并避免了大量外来脆性夹杂物的生成，从而可获得高洁净度弹簧钢。作为本专利技术一实施方式的进一步改进，所述预处理工序中采用高炉铁水在KR脱硫装置进行脱硫，且所述高炉铁水在脱硫前满足：温度≥1110℃，C4.014.5％，S≤0.040％，Si0.2010.10％，Ti≤0.04％，P≤0.10％，其余为Fe和其它不可避免的杂质元素。通过优化设备和高炉铁水的温度及成分，可以保证预处理工序的脱硫效果，而且采用低Ti铁水进行冶炼，可以有效避免下渣导致回Ti，进而避免连铸工序中析出氧化钛、氮化钛类脆性夹杂物。作为本专利技术一实施方式的进一步改进，所述预处理工序中采用的脱硫剂的化学成分以质量百分比计包括：CaO80190％，CaF210115％，其余为不可避免的杂质成分。通过这样的脱硫剂组分及比例，可以保证预处理工序的脱硫效果，使铁水中的硫含量降至较低的水平，避免了精炼工序中因大量脱硫而产生卷渣或强烈的渣金反应，从而减少了钢液中大尺寸夹杂物的产生，可以有效控制夹杂物的类型、降低夹杂物的尺寸。作为本专利技术一实施方式的进一步改进，所述转炉冶炼工序中采用滑板挡渣，具有较好的挡渣效果，可以有效避免下渣导致回Ti、回P等问题，从而避免连铸过程中析出氧化钛、氮化钛类脆性夹杂物，提高钢材的洁净度。作为本专利技术一实施方式的进一步改进，所述转炉冶炼工序中，通过向钢包中加入增碳剂、硅铁、以及金属锰对钢液进行脱氧合金化处理，所述增碳剂中N≤0.0015％，所述硅铁中Al≤0.05％、Ti≤0.02％。一方面，可以有效降低钢液中的氧含量，大幅降低脱氧过程形成的氧化铝的含量；另一方面，可以避免脱氧合金化过程引起钢液中Al、Ti含量的增加，从而有效避免氧化铝、氧化钛、镁铝尖晶石类脆性夹杂物的产生，提高钢材的洁净度。作为本专利技术一实施方式的进一步改进，所述精炼工序中，所述渣料的渣碱度为2.511.0，有利于大量吸附转炉冶炼工序中产生的酸性夹杂物，降低钢液中SiO2类夹杂物的含量，并且降低对钢包耐材壁的侵蚀。作为本专利技术一实施方式的进一步改进，所述精炼工序中，所述渣料的化学成分以质量百分比计包括：CaO55110％，SiO220125％，MgO1112％；CaF2215％；Al2O1≤5％；T.Fe+MnO≤2％，从而使所述渣料具有较高的渣碱度，有效降低钢液中SiO2类夹杂物的含量，并且降低对钢包耐材壁的侵蚀。作为本专利技术一实施方式的进一步改进，所述真空精炼工序中，所述真空精炼阶段的真空度≤150Pa，真空处理时间≥15min。通过控制真空精炼时的真空度和真空处理时间，以满足对真空度的要求，从而有效脱除钢液中的气体，避免剧烈的渣金反应和卷渣，并对钢液的合金成分进行微调，去除夹杂物。作为本专利技术一实施方式的进一步改进，所述连铸工序中，采用电磁感应加热控制中间包的过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高洁净度弹簧钢的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括以下工序，/n预处理：铁水进行脱硫至铁水中S≤0.0015％；/n转炉冶炼：预处理后的铁水与废钢混合成钢液进行脱硅、脱磷、吹氧脱碳，得到温度为1630～1660℃，C 0.10～0.35％，O≤0.045％，P≤0.011％，S 0.003～0.008％的钢液，挡渣出钢并对钢液进行脱氧合金化处理，出钢时钢包底吹氩气的流量为800～1000NL/min，出钢完成后钢包底吹氩气的流量为100～200NL/min；/n精炼：对转炉冶炼后的钢液进行化学成分调整和夹杂物调控，加渣料和合金化处理时钢包底吹氩气的流量为300～500NL/min，通电升温时钢包底吹氩气的流量为200～300NL/min，其余时间钢包底吹氩气的流量为50～100NL/min；/n真空精炼：包括依序进行的真空精炼阶段和破空软搅拌阶段，所述真空精炼阶段的钢包底吹氩气的流量为20～50NL/min，所述破空软搅拌阶段的钢包底吹氩气的流量为50～100NL/min；/n连铸：将钢液浇铸成钢坯，所述钢坯的化学成分以质量百分比计包括：C 0.35-0.85％，Si 0.5-2.0％，Mn 0.2-1.5％，Cr 0.2-1.0％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。/n...

【技术特征摘要】
1.一种高洁净度弹簧钢的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括以下工序，
预处理：铁水进行脱硫至铁水中S≤0.0015％；
转炉冶炼：预处理后的铁水与废钢混合成钢液进行脱硅、脱磷、吹氧脱碳，得到温度为1630～1660℃，C0.10～0.35％，O≤0.045％，P≤0.011％，S0.003～0.008％的钢液，挡渣出钢并对钢液进行脱氧合金化处理，出钢时钢包底吹氩气的流量为800～1000NL/min，出钢完成后钢包底吹氩气的流量为100～200NL/min；
精炼：对转炉冶炼后的钢液进行化学成分调整和夹杂物调控，加渣料和合金化处理时钢包底吹氩气的流量为300～500NL/min，通电升温时钢包底吹氩气的流量为200～300NL/min，其余时间钢包底吹氩气的流量为50～100NL/min；
真空精炼：包括依序进行的真空精炼阶段和破空软搅拌阶段，所述真空精炼阶段的钢包底吹氩气的流量为20～50NL/min，所述破空软搅拌阶段的钢包底吹氩气的流量为50～100NL/min；
连铸：将钢液浇铸成钢坯，所述钢坯的化学成分以质量百分比计包括：C0.35-0.85％，Si0.5-2.0％，Mn0.2-1.5％，Cr0.2-1.0％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。


2.根据权利要求1所述的高洁净度弹簧钢的生产方法，其特征在于，所述预处理工序中采用高炉铁水在KR脱硫装置进行脱硫，且所述高炉铁水在脱硫前满足：温度≥1360℃，C4.0～4.5％，S≤0.040％，Si0.20～0.60％，Ti≤0.04％，P≤0.10％，其余为Fe和其它不可避免的杂质元素。


3.根据权利要求1所述的高洁净度弹簧钢的生产方法，其特征在于，所述预处理工序中采用的脱硫剂的化学成分以质量百分比计包括：CaO80～90％，CaF210～15％，其余为不可避免的杂质成分。


4.根据权利要求1所述的高洁净度弹簧...

【专利技术属性】
技术研发人员：麻晗，赵家七，马建超，
申请(专利权)人：张家港荣盛特钢有限公司，江苏省沙钢钢铁研究院有限公司，江苏沙钢集团有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32