[发明专利]一种高铝氮化钢的冶炼方法

说明书

技术领域

本发明属于合金结构钢技术领域，具体涉及一种高铝氮化钢的制造方法。

背景技术

高铝氮化钢是一种以高铝钢为基础的调质渗氮钢，表面经渗氮处理后形成氮化铝(AlN)层，利用氮化铝的弥散强化来提高表面的硬度和强度，并且在较高温度(600～700℃)时也能保持一定的硬度,同时该钢种还含有适量的钼，可以有效抑制高温回火脆性，因此，该钢种具有淬透性好、回火脆性倾向少、高温加工性好、耐磨性及抗疲劳强度高特点。该钢种广泛用于生产具有高耐磨性、高疲劳强度和相当大的强度，热处理后尺寸精确的氮化零件，或各种受冲击负荷不大而耐磨性高的氮化零件，如镗杆、磨床主轴、自动车床主轴、蜗杆、精密丝杆、精密齿轮、高压阀门、阀杆、量规、样板、滚子、仿模、气缸体、压缩机活塞杆，汽轮机上的调速器、转动套、固定套，橡胶及塑料挤压机上的各种耐磨件等。

然而由于该钢种含铝量极高，冶炼时发生氧化、固氮、回硅趋势大，连铸生产过程极易发生二次氧化、保护渣失效等现象从而导致铝收得率不稳定、非金属夹杂物控制难度增大、卷渣结瘤普遍且严重、点状偏析频发等问题。

发明内容

为解决上述背景技术中提到的问题，本发明采用EAF-CONVERTER电转炉冶炼+LF+VD+CCM的工艺路线冶炼高铝氮化钢，所得的高铝氮化钢成分要求范围为：C 0.35～0.40％、Si 0.20～0.30％、Mn 0.40～0.50％、Cr 1.40～1.50％、Mo 0.15～0.25、Al 0.75～1.00％、P≤0.020％、S≤0.015％，余量为Fe。

具体工艺为：

(1)EAF-CONVERTER电转炉冶炼

电转炉总装入量控制在100吨左右，铁水比例为90％，冷料比例为10％，其中3％为生铁，其余为优质废钢；电炉配有铁水倾翻装置，采用在线铁水装入模式，结合泡沫渣操作工艺，稳定炉内碳氧反应气氛，达到脱P控温的目的；本步骤要求高拉碳操作，严禁出钢钢水过氧化，出钢成分满足0.12％≤C≤0.20％、P≤0.010％即可出钢，出钢温度T≥1640℃，确保迅速化渣；出钢量控制在85±2吨，以保证钢包净空高度，确保真空抽气顺利；出钢过程加入150kg Al块及150kg电石脱氧，加入硅锰、高碳铬铁及钼铁合金化，并加入800kg石灰及300kg低硅合成渣料(SiO₂≤2.0％)造渣；出钢末期严格控制炉内余钢量(10～13吨/炉)，严禁出钢下渣，有效避免电炉渣对钢液成分(特别是P、Si)的影响以及精炼条件的恶化作用；

(2)LF精炼

LF精炼前期使用Al粒和少量SiC进行脱氧，中后期小批量多次均匀飘散SiC至渣面脱氧保渣，保持精炼良好的还原性气氛，同时SiC的加入有利于LF精炼前期化渣以及保证LF精炼末期高碱度渣具有适当粘度及流动性，良好的渣况是确保后续VD真空处理顺利进行的重要基础；初样成分出来后补加合金调整成分，精炼前期调整氩气压力至0.4～0.6MPa(视炉渣情况进行调整)，中后期氩气压力为0.2～0.35MPa，保持炉内微正压；精炼吊包前10分钟(精炼结束前10分钟)达到除Al、Si以外各元素的目标含量；进VD前喂入铝线调整Al含量达到0.100％，LF吊包前Si控制在成分范围的中下限，防止真空大量回硅(回硅量0.03～0.05％)后超出Si含量控制范围；精炼时间达到40～70分钟，钢液温度符合要求、渣况合理(二元碱度R：9～15)，即吊包进入VD进行真空处理，

步骤(2)中，前期加入碳化硅是为了强化深脱氧功效，同时有利于化渣；中后期多次加入碳化硅则是为了保持白渣状态及保持炉内气氛的还原性，保证对钢液的脱氧效果得到保持，并且也便于调节渣况，为后续VD过程的顺利进行奠定基础；

(3)VD真空处理

该步骤时先进行第一次真空处理，抽至高真空(≤67Pa)后保压10分钟，高真空下要求明显可见钢液裸露翻腾，破空后加8.5kg/t铝块，再抽真空进行第二次真空处理，高真空度(≤67Pa)下保压5分钟，铝块经氩气搅拌而溶解并均匀分布于钢液中，从而完成钢液的铝合金化；VD真空过程回硅量控制在0.03～0.05％范围内；第二次破空后，连浇组的第一炉喂入80米纯Ca线，进行夹杂物变性处理，确保开浇炉的可浇性，后续炉次严禁喂Ca线，以避免喂线时钢液发生严重的二次氧化；软吹时间≥35分钟，确保钢液中夹杂物充分上浮；

(4)CCM连铸