增强自扩散的铸锭方法以及碳锰钢、20SiMn钢及其铸锭方法技术

本发明专利技术涉及冶金领域，公开了一种增强自扩散的铸锭方法以及碳锰钢、20SiMn钢及其铸锭方法。本发明专利技术公开的20SiMn钢类碳锰钢钢锭生产方法，包括如下步骤：初炼：利用原始钢铁料经过初炼获得初炼钢液；精炼：进行调渣、脱氧、合金化操作，使钢液成分基本满足要求后进行真空精炼；在真空精炼过程中，底吹氮气或者底吹氮气和氩气，使出钢时的钢液中的氮含量≥90ppm；真空浇注：将钢液通入真空室中进行真空浇注，生产出20SiMn钢锭，20SiMn钢锭的氮含量≤80ppm。本发明专利技术在现有技术普遍认为氮元素会降低20SiMn钢性能的情况下，在真空浇注前利用底吹氮气的方式增加钢液中的氮含量，从而提高钢液中的整体气体含量，使钢液在真空浇注过程中可以获得较大程度的扩散。以获得较大程度的扩散。

【技术实现步骤摘要】
增强自扩散的铸锭方法以及碳锰钢、20SiMn钢及其铸锭方法


[0001]本专利技术涉及冶金领域，尤其是一种增强自扩散的铸锭方法以及碳锰钢、20SiMn钢及其铸锭方法。

技术介绍

[0002]20SiMn是一种锻件用结构钢，其化学成分包括碳C：0.16～0.22、硅Si：0.60～0.80、锰Mn：1.00～1.30、磷P：答应残余含量≤0.035、硫S：答应残余含量≤0.035、铬Cr：答应残余含量≤0.30、镍Ni：答应残余含量≤0.30、铜Cu：答应残余含量≤0.30。20SiMn具有优良的机械性能，焊接性良好，可用于主轴、液压支柱柱头等关键部件，而反之，正因为其多用于关键部件，对其品质要求也较高。在20SiMn钢锭生产过程中即需要严格降低其氢、氧含量，降低夹杂物和缺陷。
[0003]该类材质的大型锻件在现有技术中普遍采用“电炉
→
钢包精炼炉(VD)
→
真空浇注”生产工艺流程生产，电炉主要是将钢铁料初炼为粗水，钢包精炼炉(VD)是在钢包精炼炉进行常规调渣、脱氧、合金化后进行真空精炼，最后进入真空室进行真空浇注。钢包精炼炉真空精炼通常采用底吹氩气的方式促进脱气和杂质上浮，真空浇注是将大气压强下的钢水，注入真空室内，由于压力急剧下降，使流束膨胀，并展开成很大的角度以滴流状降落，使脱气表面积增大，有利于气体逸出和促进表面反应。其中，真空精炼和真空浇注均可以显著降低氢、氧含量，使杂质上浮。
[0004]但是，20SiMn钢在真空浇注时，往往存在钢液无扩散或者扩散程度低，呈现注流状浇注(或股流)，不仅对冶金附具，如底盘或底板损害大，而且注流形成的冲击力大，造成模内钢液冲击漩涡大，冲击深度很深，致使模内钢液流动性加强，不利于钢液中夹杂物的上浮和氢、氧的去除，最终锻件的性能也会相对降低。
[0005]申请人研究发现虽然20SiMn钢中对氮元素的含量无规定要求，但是由于氮元素会降低钢的塑性、韧性以及可焊性等性能。因此，现有技术中真空精炼通常采用底吹氩气的方式促进脱气和杂质上浮，底吹氩气的方式可以有效降低氢、氧、氮含量，往往达到H≤2ppm、O≤15ppm、氮气≤60ppm，加之氩气在高温下也不溶于液态金属，因此，使得钢液中整体气体含量处于较低的水平。在真空浇注时，由于钢液中气体含量少，造成钢液无扩散或者扩散程度低。20SiMn钢液的扩散程度低不但造成模内冲击，不利于钢液中夹杂物的上浮，而且导致钢液浇注过程比表面积大幅减小，极大地降低了真空浇注过程的去气效果,不能达到真空浇注除气的目的。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种增强自扩散的铸锭方法以及碳锰钢、20SiMn钢及其铸锭方法，可以有效提高钢锭、尤其是碳锰钢、20SiMn钢的质量和性能。
[0007]本专利技术公开的20SiMn钢钢锭生产方法，包括如下步骤：
[0008]初炼：利用原始铁料经过初炼获得初炼钢液；
[0009]精炼：进行调渣、脱氧、合金化操作，使钢液成分基本满足要求后进行真空精炼；
[0010]在真空精炼过程中，底吹氮气或者底吹氮气和氩气，使出钢时的钢液中的氮含量≥90ppm；
[0011]真空浇注：将钢液通入真空室中进行真空浇注，生产出20SiMn钢锭，20SiMn钢锭的氮含量≤80ppm。
[0012]优选地，在精炼时，先底吹氮气使钢液中的氮含量达到饱和状态，再在钢液中加入固氮元素，继续底吹氮气，提高钢液中的氮含量。
[0013]优选地，所述固氮元素为V、Al、Ti中的一种或者两种或者三种，添加量控制在V按0.04
‑
0.010％，Al按0.015
‑
0.05％，Ti按0.01
‑
0.05％。
[0014]优选地，20SiMn钢锭中的各元素含量分别为C：0.17～0.22％，Si：0.50～0.60％，Mn：1.10～1.20％，P≤0.010％，S≤0.005％，Cr:0.15～0.25％，Ni≤0.25％，Mo≤0.15％，Cu≤0.15％。C
eq
≤0.54
[0015]优选地，在真空精炼的真空处理时底吹氮气，氮气流量控制在160
‑
180L/min；
[0016]在真空处理后，持续进行底吹氮气，流量控制在80L/min左右，吹氮压力控制在0.7Mpa，同时向钢中加入固氮元素。
[0017]优选地，真空浇注时，真空度控制在100pa以下。
[0018]优选地，在浇注时采用扩散性水口，进一步利于浇注注流的扩散和去气。
[0019]本专利技术公开了一种碳锰钢的钢锭生产方法，包括如下步骤：
[0020]初炼：利用原始铁料经过初炼获得初炼钢液；
[0021]精炼：进行调渣、脱氧、合金化操作，使钢液成分基本满足要求后进行真空精炼；
[0022]在真空精炼过程中，底吹氮气或者底吹氮气和氩气，使出钢时的钢液中的氮含量高于可形成自扩散的最低含量并且不低于标准要求含氮量的最低值；
[0023]真空浇注：将钢液通入真空室中进行真空浇注，生产出钢锭，并通过脱气使钢锭的氮含量满足钢锭的标准要求。
[0024]本申请还公开了一种20SiMn钢，采用所述的20SiMn钢的钢锭生产方法。
[0025]本专利技术公开了一种增强自扩散的铸锭方法，包括如下步骤：
[0026]初炼：利用原始铁料经过初炼获得初炼钢液；
[0027]精炼：进行调渣、脱氧、合金化操作，使钢液成分基本满足要求后进行真空精炼；
[0028]在真空精炼过程中，底吹氮气或者底吹氮气和氩气，使出钢时的钢液中的氮含量高于可形成自扩散的最低含量并且不低于标准要求含氮量的最低值；
[0029]真空浇注：将钢液通入真空室中进行真空浇注，生产出钢锭，并通过脱气使钢锭的氮含量满足钢锭的标准要求。
[0030]本专利技术在现有技术普遍认为氮元素会降低20SiMn钢性能的情况下，在真空浇注前利用底吹氮气的方式增加钢液中的氮含量，从而提高钢液中的整体气体含量，使钢液在真空浇注过程中可以获得较大程度的扩散，可以更好地降低氢、氧含量和杂质，同时利用真空浇注有效降低氮元素的含量，避免氮元素对于性能的不利影响，可以有效提高20SiMn钢的质量和性能，并且同时钢流散开，滴流状的钢流，极大地降低了对模内钢液的冲击，减小了模内钢液的流动。
具体实施方式
[0031]下面对本专利技术进一步说明。
[0032]本专利技术的20SiMn钢的钢锭生产方法，包括如下步骤：
[0033]初炼：利用原始铁料经过初炼获得初炼钢液；
[0034]精炼：进行调渣、脱氧、合金化操作，使钢液成分基本满足要求后进行真空精炼；
[0035]在真空精炼过程中，底吹氮气或者底吹氮气和氩气，使出钢时的钢液中的氮含量≥90ppm；
[0036]真空浇注：将钢液通入真空室中进行真空浇注，生产出20SiMn钢锭，20Si本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种20SiMn钢的钢锭生产方法，其特征在于，包括如下步骤：初炼：利用原始铁料经过初炼获得初炼钢液；精炼：进行调渣、脱氧、合金化操作，使钢液成分基本满足要求后进行真空精炼；在真空精炼过程中，底吹氮气或者底吹氮气和氩气，使出钢时的钢液中的氮含量≥90ppm；真空浇注：将钢液通入真空室中进行真空浇注，生产出20SiMn钢锭，20SiMn钢锭的氮含量≤80ppm。2.如权利要求1所述的20SiMn钢的钢锭生产方法，其特征在于，在精炼时，先底吹氮气使钢液中的氮含量达到饱和状态，再在钢液中加入固氮元素，继续底吹氮气，提高钢液中的氮含量。3.如权利要求2所述的20SiMn钢的钢锭生产方法，其特征在于，所述固氮元素为V、Al、Ti中的一种或者两种或者三种，添加量按质量分数控制在V：0.04
‑
0.10％，Al：0.015
‑
0.05％，Ti：0.01
‑
0.05％。4.如权利要求3所述的20SiMn钢的钢锭生产方法，其特征在于，20SiMn钢锭中的各元素含量分别为C：0.17～0.22％，Si：0.50～0.60％，Mn：1.10～1.20％，P≤0.010％，S≤0.005％，Cr:0.15～0.25％，Ni≤0.25％，Mo≤0.15％，Cu≤0.15％。C
eq
≤0.54。5.如权利要求4所述的20SiMn钢的钢锭生产方法，其特征在于，在真空精炼的真空处理时底吹氮气，氮气流量控制在160
‑
180L/min；当钢包精炼炉真空度≤3000Pa以下时，进行计时，保持15

【专利技术属性】
技术研发人员：王刚，罗玉立，谢云飞，张健，
申请(专利权)人：二重德阳重型装备有限公司，
类型：发明
国别省市：