[发明专利]一种含铝含硫系列齿轮钢冶炼工艺

说明书

技术领域

本发明属于冶金领域，涉及一种钢材冶炼工艺，具体地说是一种含铝含硫齿轮钢冶炼工艺。

背景技术

含铝含硫系列齿轮钢，属于渗碳钢，强度、韧性均高，淬透性良好。热处理后所得到的性能优于20Cr。淬火变形小，低温韧性良好，切削加工性较好。一般在渗碳淬火或调质后使用。用于制造和重载大截面的调质零件及小截面的渗碳零件，还可用于制造中等负载、冲击较小的中小零件，代替20CrNi使用，如齿轮、轴、主轴、变速装备的摩擦轮、蜗杆、调速器的套筒等。该系列主要钢种有16MnCr5、20MnCrS5、25MnCr5、28MnCr5等，这些钢号全部按照德国大众企业标准生产，是目前引进钢号中技术要求最高，生产难度最大的一组系列钢。为满足其使用要求，齿轮钢必须具有良好的抗疲劳强度、良好的切削性能以及良好的淬透性。

高质量的齿轮钢其质量主要表现在三个方面：末端淬透性窄、纯净度高、晶粒细小均匀；冶炼含铝含硫系列齿轮钢的关键是要提高钢水的纯净度，即：降低钢水中的氧含量、夹杂物及残余元素含量。同时为保证获得良好的淬透性、细晶粒组织及易切削性能，还要控制好钢中各元素成分。目前主要难点是控制钢中Si含量在较低水平(因为过高的硅含量会增加齿轮渗碳过程的内氧化倾向,形成“黑色网状组织”缺陷,使疲劳寿命急剧降低，降低渗碳质量)的同时为保证钢水的较低的氧含量及细晶粒组织，炼钢生产过程必须大量用铝来加强脱氧及保证成品铝含量，同样为细化晶粒需要使用含Ti合金，Al和Ti均是易氧化元素，这样势必在生产过程生成大量难熔的Al₂O₃、TiO₂等夹杂，此外由于为了保证齿轮钢的易切削性能需要加入一定的S，钢水中S含量高时，其极易与钢水中的钙反应生成更难熔的CaS夹杂，钢水中的Al₂O₃、TiO₂、CaS等夹杂含量过高时都会在水口内富集并导致结晶器内钢水液面波动及水口结瘤、不仅造成卷渣，影响钢水的纯净度及钢材表面质量，同时水口结瘤会造成浇注过程中断，影响生产顺利进行。

目前，采用高炉铁水－转炉－LF精炼-VD(或RH)－连铸生产工艺生产齿轮钢。同时因大量用铝、钛、硫，钢水可浇注性差，不能实现多炉连浇，钢坯表面质量也差，钢材氧含量及非金属氧含量也容易超标，影响钢水质量的同时增添了大量报废，严重影响了生产成本控制。

如何获得钢水中一定Al含量、S含量、Ti含量及较低的Si含量，并保证钢水在浇注过程不出现结瘤、液面不稳从而实现多炉连浇成为技术攻关的主要难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种含铝含硫系列齿轮钢冶炼工艺，采用该工艺能实现钢水中一定的Al、S、Ti含量及较低的Si含量，并保证钢水的可浇性，实现多炉连浇。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种含铝含硫系列齿轮钢冶炼工艺，其特征在于该工艺具体要求如下：

(1)铁水要求：Si 0.20-0.50％、S≤0.035％、P≤0.110％、T≥1250℃。

(2)废钢要求：废钢必须干净、干燥，不得有垃圾，必须检测其残余元素含量，同时做到轻薄料和重型料的相互搭配。

(3)电炉、精炼用石灰、低Si精炼剂要求：

石灰:CaO≥90％，SiO₂≤1.2％，活性度≥300，粒度要求10-40mm；

低Si精炼剂要求：45％≤CaO≤55％，SiO₂≤2.0％，35％≤Al₂O₃≤40％。

(4)炉衬、钢包要求：电炉新炉衬前5炉，返修钢包、新钢包以及上炉冶炼高硅钢种(Si≥0.35％)的钢包不得用于冶炼含铝含硫系列齿轮钢。同时必须对钢包包沿及包底的残钢、残渣进行清理，并采用自动加沙装置确保均匀地添加优质引流砂，确保大包自开率大于99％。

(5)电炉冶炼过程：当炉内C≤0.30％；P≤0.015％时，严禁向炉内大流量供氧，确保终点C，防止钢水过氧化。

(6)电炉出钢过程进行留钢操作，防止下渣。

(7)确保电炉出钢温度，保证钢水上LF温度大于1570℃，出钢过程中采用石灰和部分低Si精炼剂，并加入铝块和电石等强脱氧剂，利用出钢过程钢渣混冲的有利动力学条件实现快速化渣、脱氧。