[发明专利]一种高品质40Cr合金结构直条圆钢的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于钢铁冶金及黑色金属压力加工技术领域，具体涉及一种高品质40Cr合金结构直条圆钢的制备方法。

背景技术

40Cr合金结构圆钢是一种用途广泛的钢种，随着机械制造行业的快速发展，其需求量日益增加，广泛应用于制作重要用途的调质零件，如交变负荷下工作的零件、中等转速和中等负荷的零件、表面淬火后作负荷及耐磨性要求较高而无很大冲击的工件，如齿轮、套筒、曲轴等；由于这些零件加工制作工艺复杂，且一般都为机械设备的重要部位，往往需要承受多种载荷的综合作用，因此对钢材有特殊质量要求，要求成分均匀稳定、有害元素低、钢质纯净度高，具有良好的内在、表面质量及加工工艺性能。目前国内40Cr合金结构圆钢大多采用“转炉+LF炉+连铸+棒材轧机”生产，钢中气体含量和夹杂物相对较高，氧含量>35ppm，氮含量>50ppm，氢含量>2ppm，非金属夹杂物大多为0.5~1.5级；此外，钢的显微组织结构及配比不尽合理，导致钢的加工变形能力有限，制约了40Cr合金结构钢在高端机械制造行业领域的应用。

目前国内已有40Cr合金结构钢生产的专利和论文研究报道，但钢中有害元素、夹杂物及气体含量相对较高、断面收缩率及顶锻合格率较低，制约了其在高端机械制造行业领域的应用。为进一步改善40Cr合金结构圆钢机械加工变形能力，急需开发一种具有高洁净度，钢中有害元素、气体含量及夹杂物含量低的40Cr合金结构直条圆钢。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高品质40Cr合金结构直条圆钢的制备方法。

本发明的目的是这样实现的，包括以下步骤：

A、铁水预处理脱硫：将高炉铁水运至KR法铁水预处理装置进行脱硫处理，搅拌头插入深度控制为2300~2500mm，按14.0~16.0 kg/t钢的量，加入CaO质脱硫剂进行脱硫处理，搅拌时间控制为8分钟；搅拌结束后进行扒后渣操作，保证钢包内铁水面裸露≥3/4，扒净脱硫渣，得到预处理后的铁水；

B、钢水冶炼：将A步骤的预处理后的铁水、优质精废钢加入LD转炉中，进行顶底复合吹炼，分别按30.0~34.0kg/t钢、20.0~24.0kg/t钢、2.0~4.0kg/t钢的加入量，加入活性石灰、轻烧白云石、菱镁球造渣，控制终点碳含量≥0.12wt%，出钢温度≤1645℃；出钢前向钢包底部加入活性石灰及精炼渣进行渣洗，石灰加入量为2.0kg/t钢，精炼渣加入量为1.0kg/t钢；出钢时采用全程底吹氩工艺，氩气流量控制为30~40NL/min；

C、脱氧合金化：将B步骤冶炼完毕的钢水出钢，当钢包中的钢水量大于1/4时，按下列脱氧合金化顺序：硅铁→高碳铬铁→高碳锰铁→增碳剂，依次向钢包中加入下列物质：按2.7~4.3kg/t钢的量，加入硅铁；按13.2~16.7kg/t钢的量，加入高碳铬铁；按5.7~7.9kg/t钢的量，加入高碳锰铁；按1.0kg/t钢的量，加入增碳剂；在钢包钢水量达到4/5时加完上述合金及增碳剂；出钢完毕后，将钢水吊送至LF精炼炉进行精炼处理；

D、钢水LF炉精炼：将C步骤出钢完毕钢水吊至LF炉精炼工位接好氩气带，开启氩气采用氩气流量10~20NL/min吹氩2分钟，然后下电极采用档位7~9档化渣；通电3分钟后，抬电极观察炉内化渣情况，之后测温、取样；若渣况较稀，补加石灰3.0~4.0kg/t钢、碳化硅0.3~0.6 kg/t钢、电石0.5 kg/t钢调渣，控制渣碱度为6.0~7.0；根据钢样分析结果，补加合金同步调整钢液成分；之后将钢水温度加热至1615~1625℃后进行喂线处理，喂入硅钙线，喂线速度为3.0m/s，喂线量为150m；喂线结束采用流量为15NL/min的小氩气量对钢水进行软吹氩，软吹时间为3分钟，之后将钢水吊至VD炉真空精炼工位；

E、钢水VD炉真空精炼：将D步骤钢水吊至VD真空精炼炉后，接通吹氩管，开启氩气采用氩气流量15NL/min吹氩2分钟，之后对钢水定氧定氢，同时测温取样；取样完毕后，将真空罐盖车开至工作位，合上真空罐盖，进行抽真空，真空抽至100Pa时，开始进行保真空脱气处理，同时进行底吹氩处理，氩气流量控制为20~40NL/min，在真空度100Pa条件下钢水脱气处理时间12分钟；真空脱气处理完毕后关闭真空主阀，提升罐盖，对钢水取样和定氧定氢；之后对钢水进行小氩气量软吹氩处理，氩气流量为10~20NL/min，软吹氩时间为2分钟；钢水软吹氩结束后，加入钢水覆盖剂，加入量控制为1.0 kg/t钢，然后将钢水吊至浇铸工位；