滲碳軸承鋼G20Cr2Ni4連鑄圓坯的生產方法與流程
2023-10-09 16:23:19
本發明屬於冶金技術領域，主要涉及一種滲碳軸承鋼g20cr2ni4連鑄圓坯的生產方法。
背景技術：
g20cr2ni4是一種常用的滲碳合金結構鋼，滲碳處理後表面硬度、耐磨性和接觸疲勞強度高，心部還保留有良好的韌性，耐衝擊負荷好，一般應用於耐衝擊負荷的大型軸承，或坦克、推土機等的軸料和齒輪材料。
由於連鑄與模鑄相比，鋼水的澆注方式及凝固原理不同，連鑄坯存在成分偏析、心部緻密性差的缺點，現有連鑄技術生產滿足不了g20cr2ni4鋼複雜的工作條件要求，當前行業內g20cr2ni4滲碳軸承鋼多採用模鑄生產或模鑄後採用電渣重熔的方法進一步提高潔淨度。但是，在模鑄生產時，即便採用好的保護澆注手段，水口鋼流與大氣仍不可避免的會接觸，造成二次氧化，中注管、湯道系統的耐火材料也會汙染經爐外精煉的純淨度高的鋼液。大量的現場取樣測定證實，經過模鑄系統的鋼液，不管是氣體或夾雜物含量都比精煉結束時高，且鋼錠或電渣錠均需切頭、切尾，鍛造出材率僅80%，而連鑄坯生產效率高，無需切頭、切尾，鍛造出材率達90%以上。
因此，需要提供一種能夠穩定控制連鑄坯成分偏析及心部緻密性的連鑄方法，以替代鋼錠或電渣錠來滿足滲碳軸承鋼g20cr2ni4複雜的工作條件的要求。
技術實現要素：
本發明的目的在於克服上述現有生產方式下的滲碳軸承鋼g20cr2ni4圓坯成分偏析、心部緻密性差及模鑄生產潔淨度低、出材率低的問題而提供一種坯料出材率高且生產成本低的滲碳軸承鋼g20cr2ni4連鑄圓坯方法。
為了實現上述目的，本發明採用如下的技術方案：一種滲碳軸承鋼g20cr2ni4連鑄圓坯的生產方法，該方法包括以下步驟：
1）在電弧爐內冶煉低碳、低磷、低有害元素含量的初煉鋼水；
2）在鋼包精煉爐內進行脫氧、脫硫及合金化，在vd爐進行真空脫氣，vd真空脫氣後，吊包去連鑄；
3）大包鋼水通過帶有吹氬保護的長水口注入中間包內，在連鑄過程中，將中間包內鋼水過熱度控制在20～35℃；結晶器內鋼水通過一冷區冷卻，結晶器內鋼水通過外置式結晶器電磁攪拌器對鋼水進行電磁攪拌；拉坯機以0.1～0.5m/min的拉坯速度拉坯；鑄坯行走方向與澆鋼平臺垂直；二冷區分三段對圓坯進行冷卻，其中一區為在結晶器足輥處噴水冷卻、二區三區為氣霧噴水冷卻，比水量控制在0.1～0.4l/kg；通過外置式鑄流電磁攪拌器在二冷室下部對鋼水進行電磁攪拌，以形成更多的等軸晶並降低圓坯1/2半徑處正偏析；鑄坯在與澆鋼平臺垂直的方向上進行冷卻及凝固；鑄坯經與拉坯速度同步的火焰切割機在垂直方向上切割成定尺鑄坯，經傾翻輥道傾翻至水平輥道上，被勾鋼機吊至出坯輥道上出坯；出坯後鑄坯入坑緩冷或直接熱送鍛造。
採用電弧爐+鋼包精煉爐+vd爐真空脫氣的冶煉方式，冶煉的滲碳軸承鋼g20cr2ni4化學成分按質量百分比為：c=0.17～0.23%，si=0.15~0.40%，mn=0.30~0.60%，p≤0.020%，s≤0.015%，ni=3.25~3.75%，cr=1.25%~1.75%，cu≤0.25%，al=0.010~0.030%，餘量為fe及其他不可避免的雜質。
連鑄過程大包至中間包採用長水口及長水口吹氬保護，氬氣流量為80～120l/min；中間包採用塞棒吹氬，氬氣流量為2～6l/min。
連鑄過程中，中間包加入鹼性覆蓋劑及碳化稻殼來減少鋼水的熱輻射損失及保護鋼水不被二次氧化，所用鹼性覆蓋劑的主要成分為cao：50～60%、al2o3：25～35%、mgo：2～4%、sio2≤4.0%、fe2o3＜1.5%及h2o≤0.5%。
採用浸入式水口及向結晶器內加入保護渣的方式對結晶器鋼水進行保護，所用浸入式水口為整體式水口。
所用結晶器保護渣的鹼度為0.92～0.99，熔化溫度為1140～1170℃，粘度為12.34泊。
結晶器電磁攪拌採用外置式攪拌器，攪拌頻率為1～2hz，攪拌電流為200～600a。
鑄流電磁攪拌採用外置式攪拌器，攪拌頻率為5～12hz，攪拌電流為60～300a。
拉坯速度為0.1～0.5m/min，根據不同斷面來確定，拉坯機採用3輥夾持，其中1個為固定輥，2個為可調輥；不同斷面指的是連鑄圓坯的直徑，最小φ400mm、最大φ800mm；斷面直徑為φ400mm時，拉坯速度為0.5m/min、斷面直徑為φ800mm時，拉坯速度為0.1m/min。
所述圓坯的直徑在φ400～800mm之間，所述圓坯在立式連鑄機上生產。
本發明的技術方案產生的積極效果如下：當前行業內滲碳軸承鋼g20cr2ni4多採用模鑄鋼錠或電渣重熔生產，本發明生產的滲碳軸承鋼g20cr2ni4連鑄圓坯，採用兩級電磁攪拌，過程中保護澆注效果好，氧含量控制低，坯料出材率高，生產成本低，採用冷卻和凝固都對稱的立式連鑄方法生產，化學成分均勻性好，凝固組織對稱性好，無需彎曲和矯直，無明顯的內外弧側化學成分差異及夾雜物偏向內弧側的問題，可代替鋼錠或電渣錠用於滲碳軸承鋼的生產。
具體實施方式
下面結合具體實施方式對本發明的技術方案做進一步的闡述和說明。
滲碳軸承鋼g20cr2ni4連鑄圓坯的生產方法，採用電弧爐+鋼包精煉爐+vd爐真空脫氣的冶煉方式；冶煉的滲碳軸承鋼g20cr2ni4成分按質量百分比為：c=0.17～0.23%，si=0.15~0.40%，mn=0.30~0.60%，p≤0.030%，s≤0.030%，ni=3.25~3.75%，cr=1.25%~1.75%，cu≤0.25%，al=0.010~0.030%，餘量為fe及其他不可避免的雜質元素。該方法的生產工藝步驟如下：
1）電弧爐初煉：採用60t電弧爐冶煉，爐料由二級廢鋼35t、碳結鋼料頭10t、含鎳生鐵20t組成；電弧爐出鋼條件：終點[c]：0.03%、[p]：0.004%，出鋼溫度1660℃，出鋼1/4～3/4過程中鋼包中加入鋁塊80kg、矽鐵75kg、石灰300kg及500kg鉻鐵合金；
2）lf精煉：電爐出鋼後轉往lf工位進行精煉，加入石灰600kg、碳粉、矽鐵粉等脫氧劑150kg脫氧，渣白後溫度1600℃取樣精調成分；
3）vd真空脫氣：溫度1680℃進入真空罐脫氣，在真空度≤0.5乇下保持時間20分鐘，破空後在線定氫，[h]：1.0ppm，出鋼前吹氬弱攪拌時間20分鐘，溫度1580℃吊包上連鑄；
4）連鑄：鋼水在立式連鑄機上澆注為φ400mm鑄坯，將鋼包吊至鋼包迴轉臺上，通過迴轉臺轉至中間包上方，鋼水通過帶有吹氬保護的長水口注入中間包內，吹氬流量為100l/min，中間包內鋼水採用鹼性覆蓋劑和碳化稻殼保護，控制中間包內過熱度20～30℃，鹼性覆蓋劑可以吸附鋼水夾雜物、提高鋼水純淨度，所用鹼性覆蓋劑的主要成分為cao：50～60%、al2o3：25～35%、mgo：2～4%、sio2≤4.0%、fe2o3＜1.5%及h2o≤0.5%；中間包內採用塞棒吹氬，吹氬流量為3l/min，中間包鋼水通過整體式浸入式水口注入結晶器內；結晶器內加結晶器保護渣保護，所用結晶器保護渣的鹼度為0.92～0.99，熔化溫度為1140～1170℃，粘度為12.34泊；鋼水在結晶器冷卻水冷卻條件下快速形成坯殼，結晶器冷卻水流量1850l/min；結晶器內鋼水通過外置式結晶器電磁攪拌器對鋼水進行電磁攪拌，攪拌頻率為2.0hz，攪拌電流為400a；拉坯機以0.40～0.50m/min的拉坯速度拉坯；鑄坯行走方向與澆鋼平臺垂直；二冷區分三段對圓坯進行冷卻，比水量為0.28l/kg，其中一區為在結晶器足輥處噴水冷卻，冷卻水量佔比27%，二區為氣霧噴水冷卻，冷卻水量佔比46%，三區為氣霧噴水冷卻，冷卻水量佔比27%；通過外置式鑄流電磁攪拌器在距彎月面4.3m處對鋼水進行電磁攪拌，攪拌頻率為12hz，攪拌電流為100a；鑄坯經與拉坯速度同步的火焰切割機在垂直方向上切割成6m長定尺鑄坯，經傾翻輥道傾翻至水平輥道上，被勾鋼機吊至出坯輥道上出坯；出坯後鑄坯入坑緩冷處理；
5）緩冷後自同一流鑄坯頭、中、尾部抽樣檢測低倍、氣體及碳偏析指數結果見下表1、表2、表3：
表1低倍檢測結果（級）
表2氧含量檢測結果（ppm）
表3碳偏析指數
從表1數據來看，按本實施例生產的產品，低倍組織緻密，中心疏鬆級別較低，無縮孔、中心裂紋、中間裂紋、皮下裂紋、皮下氣泡缺陷。
從表2、表3數據來看，按本實施例生產的產品，氧含量控制在較低水平，全截面碳偏析指數、中心碳偏析指數控制較好。
另外，按本發明的實施例生產的產品，經用戶鍛造加工成滲碳軸承鋼後檢測各項指標均符合要求，完全能滿足滲碳軸承鋼的生產。