高品質(zhì)刮削加工缸體用鋼冶煉工藝研究

王西江,胡茂會,林發(fā)駒

(攀鋼集團成都鋼釩有限公司,四川成都610303)

高品質(zhì)刮削加工缸體用鋼冶煉工藝研究

王西江,胡茂會,林發(fā)駒

(攀鋼集團成都鋼釩有限公司,四川成都610303)

介紹了高品質(zhì)刮削加工缸體用鋼冶煉工藝和提高鋼質(zhì)純凈度的技術(shù)措施。通過對電弧爐冶煉終點碳控制,強化預(yù)脫氧,LF精煉和夾雜物變性處理工藝,連鑄保護澆鑄和電磁攪拌工藝的研究,采用電弧爐→LF精煉→VD真空處理→圓坯連鑄工藝生產(chǎn)的高品質(zhì)刮削加工缸體用鋼工藝穩(wěn)定,鋼中非金屬夾雜物含量低,鋼質(zhì)純凈度高。生產(chǎn)的高品質(zhì)刮削加工缸體用無縫鋼管產(chǎn)品的力學(xué)性能、—20℃沖擊韌性完全滿足用戶的標(biāo)準(zhǔn)要求,產(chǎn)品的非金屬夾雜物完全滿足滾削加工的高質(zhì)量要求。

刮削加工;缸體鋼;冶煉工藝;圓坯連鑄

1 引言

隨著加工行業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展,油缸加工方式由原來的內(nèi)鏜外扒改為內(nèi)滾刮削加工,金屬工件表面經(jīng)滾壓刮削加工后,油缸內(nèi)表面表層得到強化,工件的使用性能、抗疲勞強度、耐磨性明顯提高,其硬度可提高15%～30%,耐磨性提高15%。但由于油缸加工方式的改變,導(dǎo)致對刮削加工缸體用無縫鋼管的質(zhì)量要求也大幅度提高,主要體現(xiàn)在鋼管的鋼質(zhì)純凈度、性能、尺寸、鋼管表面質(zhì)量等。

由于油缸用無縫鋼管采用滾壓刮削加工,對無縫鋼管的鋼質(zhì)純凈度提出了更加苛刻的要求,即使無縫鋼管產(chǎn)品的非金屬夾雜物滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求,鋼管在滾壓刮削加工時也經(jīng)常出現(xiàn)因非金屬夾雜物導(dǎo)致的微細(xì)裂紋缺陷,增加產(chǎn)品加工過程的修磨量,嚴(yán)重的導(dǎo)致產(chǎn)品報廢。本文就攀鋼集團成都鋼釩有限公司生產(chǎn)刮削缸體用無縫鋼管鋼的冶煉工藝及鋼質(zhì)純凈度控制措施進行探討。

2 刮削加工缸體用無縫鋼管技術(shù)條件

(1)鋼管化學(xué)成分符合表1的規(guī)定。

(2)鋼管試樣正火后的縱向力學(xué)性能滿足表2要求。

(3)非金屬夾雜物按GB/T 10561的A法進行評級,其結(jié)果應(yīng)滿足表3要求。

表1 熔煉成分控制要求(wt%)

表2 力學(xué)性能

表3 非金屬夾雜物評級要求

(4)鋼管表面不允許有裂紋、折疊、軋折、結(jié)疤和離層。

(5)鋼管按EN 10246-7標(biāo)準(zhǔn)逐支進行縱向無損探傷,按ENISO 8493標(biāo)準(zhǔn)進行擴口試驗,按ENISO 8492標(biāo)準(zhǔn)進行壓扁試驗。

3 生產(chǎn)工藝流程及工藝裝備

冶煉生產(chǎn)工藝流程:優(yōu)質(zhì)廢鋼和生鐵→70t高阻抗超高功率電弧爐冶煉→→初煉鋼水預(yù)脫氧→LF爐精煉→鈣處理→VD真空處理→圓坯連鑄→入庫。

試驗在70 t高阻抗超高功率電弧爐進行,入爐原料為優(yōu)質(zhì)廢鋼和生鐵,生鐵比例為30%～40%;爐壁裝3支集束氧槍(RCB槍)和2支噴碳槍,每噸鋼水氧氣消耗40m3～ 50m3;石灰等造渣材料和鐵合金、脫氧劑等均由高位料倉自動加入;采用偏心爐底出鋼;電爐冶煉時間平均56min。70 t LF精煉爐為三相交流電弧爐,升溫速度4℃/min～5℃/min。70 t VD真空爐,最低真空度達到10Pa。三機三流弧形圓坯連鑄機,汽霧冷卻,鑄坯規(guī)格φ200mm、φ220mm、φ280mm、φ310mm、φ350mm、φ388mm、φ430mm。

4 冶煉工藝技術(shù)

4.1 電弧爐冶煉工藝

采用優(yōu)質(zhì)廢鋼和生鐵作為爐料,用電弧加熱、爐壁RCB集束氧槍加速廢鋼熔化,分批從高位料倉加入石灰,造流動性良好的爐渣快速脫磷。熔池溫度達1 580℃以上時,分批加入石灰,并采用強化供氧、大功率供電、爐壁噴碳槍造泡沫渣,同時進行鋼水脫碳?？刂其撍K點C為0.06%～0.08%、P≤0.012%、溫度為1 620℃—1 660℃,采用偏心爐底出鋼。電爐出鋼過程隨鋼流加入所需合金元素質(zhì)量的80%～90%和脫氧劑Al對鋼水進行強化預(yù)脫氧和合金化,讓預(yù)脫氧形成的夾雜物有充分的上浮時間。

4.2 LF精煉工藝

當(dāng)鋼水進入LF精煉爐后,向鋼包內(nèi)加入合成渣(每噸鋼加入12kg～15kg)快速造白渣,合成渣熔化后,再向鋼包內(nèi)加入高效脫氧劑(每噸鋼加入0.8kg～2kg)進行精煉,視爐渣粘稠情況,用螢石或火磚塊調(diào)整爐渣的流動性,實現(xiàn)鋼水的脫硫、脫氧、去除非金屬夾雜,同時調(diào)整合金元素成分達到產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求,保持白渣時間大于20min。在LF鋼水精煉結(jié)束前15mim內(nèi)禁止加入Al塊或喂入Al線脫氧,避免形成的Al2O3夾雜沒有充分的上浮時間而留在鋼中,導(dǎo)致鋼管產(chǎn)品加工時形成缺陷。LF精煉結(jié)束后,對鋼水進行鈣處理,改變夾雜物形態(tài),鈣處理前先調(diào)整鋼包底吹氬氣流量,防止喂入的Ca大量氧化,產(chǎn)生沸騰,降低鈣處理效果。

4.3 VD真空處理

由于鋼種對鋼質(zhì)純凈度要求很高,因此對真空處理也提出了更嚴(yán)格的要求。鋼水進行VD真空處理時適當(dāng)增加吹氬攪拌強度,延長真空度小于或等于67Pa下的保持時間,保持處理時間15min以上,去除鋼中的夾雜物和有害氣體。VD結(jié)束后對鋼水進行軟吹,靜吹時間大于或等于20min。

4.4 圓坯連鑄工藝

連鑄采用20 t中間包。使用2支氬氣管分別在距中間包兩側(cè)500mm～950mm處的距離吹掃中間包3min～5min,鋼包、中間包采用保護套管隔絕空氣,鋼包與保護套管連接處采用Ar氣和密封墊保護。中間包液面高度控制在800mm以上,使用低碳中間包雙層覆蓋劑控制鋼水增碳。連鑄結(jié)晶器采用浸入式水口、保護渣保護澆注,控制鋼水過熱度為10℃～40℃,澆注速度為0.60m/min～1.35m/min。連鑄二冷區(qū)采用5段汽霧冷卻,弱冷方式,防止鑄坯產(chǎn)生裂紋缺陷,提高鑄坯內(nèi)在質(zhì)量。

連鑄結(jié)晶器采用電磁攪拌,電磁參數(shù)設(shè)計為攪拌電流100A～200A,頻率2.0Hz～2.5Hz,均勻結(jié)晶器內(nèi)鋼水溫度,加快結(jié)晶器保護渣熔化速度,提高連鑄坯表面質(zhì)量,促進鋼水夾雜物上浮去除,提高鋼質(zhì)純凈度。連鑄連續(xù)澆注時,鋼包水口不能自動開澆的鋼水單獨劃出降級使用,避免燒氧開澆時二次氧化的鋼水和中間包覆蓋劑被鋼水沖入結(jié)晶器形成夾雜物,導(dǎo)致產(chǎn)品滾削加工時產(chǎn)生微細(xì)裂紋缺陷。

5 生產(chǎn)效果

5.1 夾雜物控制水平

連鑄坯軋管后,在管材上取樣按GB/T 10561—2005中A法進行非金屬夾雜物評級,檢驗結(jié)果見表4。

從表4可知,高品質(zhì)刮削加工缸體用鋼管鋼質(zhì)純凈度良好,優(yōu)于技術(shù)協(xié)議對非金屬夾雜物的要求,滿足滾削加工對鋼質(zhì)高純凈度的使用要求。

5.2 鋼管性能

連鑄坯軋管后做了常溫力學(xué)性能和—20℃沖擊功性能檢驗,檢驗結(jié)果見表5。

表4 非金屬夾雜物評級結(jié)果

表5 鋼管力學(xué)性能檢驗結(jié)果

從表5可見,生產(chǎn)的高品質(zhì)刮削加工缸體用管常溫力學(xué)性能滿足技術(shù)協(xié)議要求,—20℃沖擊功性能優(yōu)異,鋼管具有良好的韌性。5.3 鋼管滾削加工質(zhì)量

2015年采用該工藝生產(chǎn)的3 000t高品質(zhì)刮削加工缸體用無縫鋼管,用戶采用滾削加工未出現(xiàn)鋼管表面微細(xì)裂紋缺陷,無縫鋼管產(chǎn)品的力學(xué)性能、焊接性能、表面質(zhì)量、幾何尺寸、鋼質(zhì)純凈度均能滿足使用要求,可以替代國外同類產(chǎn)品。

6 結(jié)論

(1)采用電弧爐→LF爐精煉→VD真空處理→圓坯連鑄工藝生產(chǎn)的高品質(zhì)刮削加工缸體用鋼,通過控制電爐鋼水終點碳、強化預(yù)脫氧,優(yōu)化LF精煉和鈣處理工藝,連鑄保護澆注與電磁攪拌等工藝,鋼中的非金屬夾雜物得到了有效控制且工藝穩(wěn)定性好。

(2)生產(chǎn)的高品質(zhì)刮削加工缸體用無縫鋼管,其化學(xué)成分、力學(xué)性能、焊接性能、表面質(zhì)量、非金屬夾雜物完全滿足用戶的使用要求,鋼質(zhì)純凈度完全滿足用戶滾削加工的特殊質(zhì)量要求,可替代國外同類產(chǎn)品。

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Research on Smelting Process of Steel Used for High-quality Skiving Machining Cylinder

WANG Xi-jiang,HU Mao-hui,LIN Fa-ju

(Pangang Group Chengdu Steel&Vanadium Co.,Ltd.,Chengdu 610300,Sichuan)

To describe the smelting process of steel used for high-quality skiving machining cylinders and the technical treatments to enhance steel purity.Through research on carbon controlling at the end of EAF smelting,pre-deoxidation strengthening,LF refining,nonmetallic inclusion modification treatment,protective continuous casting and electromagnetic stirring process,and adopting the process of“EAF→LF refining→VD furnace vacuum treatment→Continuous casting of round billet”,the produced steel used for high-quality skiving machining cylinders are stable and in possess of low nonmetallic inclusions and high steel purity.These cylinders can meet the mechanical property and—20℃impact toughness required by customers and their nonmetallic inclusions meet the high-quality requirement for skiving machining.

skiving machining;cylinder steel;smelting process;continuous casting of round billet

1001—5108(2016)03—0012—03

TF762

A

王西江,煉鋼工程師,主要從事煉鋼工藝研究與新品種開發(fā)。