[发明专利]非调质钢或齿轮钢中硫化物夹杂改质的冶炼方法

说明书

本发明公开了一种非调质钢或齿轮钢中硫化物夹杂改质的冶炼方法，其改质工艺的实现主要是向精炼后的钢液中喂入硅镁钙复合包芯线，或者分别喂入硅镁、硅钙包芯线，使得钢中的全镁含量在4～25ppm之间，钙含量在5～25ppm之间。本发明通过优化精炼过程钢中氧、硫、锰、钙、镁、铝的含量，可有效实施对非调质钢、齿轮钢的夹杂物改质，进而控制硫化物的形态、大小、分布，使非调质钢和齿轮钢中的夹杂物向“内部硬质氧化物质点、外部覆盖硫化物”复合夹杂转变，提升特殊钢的品质。

技术领域

本发明涉及一种非调质钢或齿轮钢的制备方法，特别是涉及一种非调质钢或齿轮钢的精炼处理工艺，还涉及一种夹杂物控制方法，应用于钢铁冶金技术领域。

背景技术

齿轮钢、非调质钢均属于含硫的特殊钢，钢中的硫化物夹杂在切削过程中能显著改善钢的切削性能，对于降低钢材的机械切削成本有重要帮助。通常，非调质钢中的硫元素含量在0.03～0.08％，齿轮钢中的硫元素含量在0.02～0.06％。非调质钢在保证调质钢综合性能的基础上，通过微合金化、控轧控冷等强韧方法取消了调质热处理，可降低三分之一以上的成本，是一种高效节能钢。齿轮钢是汽车材料中用量较大、要求较高的关键材料之一，其不仅影响车辆寿命、能耗等经济指标，而且对于满足安全、环保及舒适要求也是至关重要。我国有庞大的非调质钢与齿轮钢市场，汽车发动机曲轴、连杆、凸轮轴、前桥、后桥、转向扭杆、前驱动轴、后驱动轴、轮毂等动力传递系统零件均可由非调质钢制造，重量占到汽车重量的20％～30％，再加上变速箱，含硫的特殊钢的总重量约占汽车重量的三分之一。

国内很多钢厂的非调质钢、齿轮钢只能应用在较低档的农用车、农机、摩托车，其关键技术差距就是含硫特钢中硫化物的形态得不到有效的控制，导致钢的抗疲劳性能、易切削性能不佳。钢中硬质的D类夹杂物是零件失效的主因，也是制约钢抗疲劳性能的关键。

传统洁净钢冶炼侧重夹杂物脱除，特别是D类夹杂物，但洁净度越高脱除越困难，因此夹杂物的无害化改质成为提高性能的重点。目前国内钢厂生产非调质钢、齿轮钢普遍采用钙改质的技术路线来改善钢中硫化物的形态，但钙改质后夹杂物椭球化比例较低且尺寸较大，效果不尽理想。高品质的含硫特殊钢，硫化物在钢中呈椭球状均匀分布，在轧钢的过程中几乎不变形，既克服了硫化物易变形导致各向异性的弊端，又有效地解决了硬质氧化物割裂钢基体的弊端，使得钢的切削性能和抗疲劳性能大幅提升。因此，将非调质钢、齿轮钢中硫化物的形态向椭球状方向调控成为提高齿轮钢、非调质钢性能的关键。

公开号为CN102605143A的中国专利公开了一种镁铝钙合金及其在控制不锈钢夹杂物中的应用，其成分为：Al:60.0～80.0％，Mg:8.0～18.0％，Ca:10.0～20.0％，其余为铁及不可避免的杂质。该合金应用在对不锈钢进行深脱氧、脱硫和夹杂物变性处理，使钢中的硫含量降低并形成尺寸细小弥散的复合夹杂物，提高钢的洁净度和改善钢的性能。采用一种镁铝钙的合金，其应用对象是不锈钢，其作用机制是“对不锈钢进行深脱氧、脱硫和夹杂物变性处理”，这与应用于非调质钢或齿轮钢的精炼的作用原理、作用对象均有明显的区别。另外，申请号为201610163260.X的专利申请公开一种含镁钙硫的20MnCr易切削齿轮钢及其制备方法，申请号为201610163261.4的专利申请公开一种含镁钙的45MnVS易切削非调质钢及其制造方法，申请号为201610163553.8的专利申请公开一种含镁钙的易切削钢及生产工艺，涉及对ASTM1151钢的成分控制方法及生产工艺。上述专利文献均不是主要针对夹杂物改质的精炼工艺环节进行控制的技术方案。非调质钢、齿轮钢目前普遍使用喂硅钙线或纯钙线工艺，钙改质工艺效果不理想，硫化物椭球率低，对非调质钢、齿轮钢的易切削性能和抗疲劳性能的改善作用不够理想。

发明内容