一种降低弹簧钢夹杂物的冶炼方法与流程

本发明属于弹簧钢的生产技术领域，尤其适用于一种降低弹簧钢夹杂物的冶炼方法。

背景技术：

弹簧钢作为重大装备制造和国家重点工程建设所需的关键材料，被广泛用于飞机、汽车、铁道车辆等运输工具和工程机械等各种设备中，是制造各种螺旋簧、扭簧、板簧及其类似作用的其它形状弹簧的材料，在高的应力状态下使用，因此对钢质要求很高，钢中非金属夹杂物破坏了基体的连续性，是造成弹簧早期疲劳、断裂的主要原因之一，提高疲劳性能成为弹簧钢研究重点之一。

专利CN104056871B提供一种用于控制夹杂物的弹簧钢线材生产工艺，通过控制脱氧条件、钢中夹杂物的析出，保证了弹簧钢55SiCr钢中生成具有良好变形能力的低熔点系夹杂物所需要的钢液成分，其特征是通过低碱度渣系使钢中夹杂物变性成低熔点硅酸盐类夹杂物，但此工艺的缺点是易造成钢中硅酸盐类夹杂物超标。

专利CN102162068B提供了一种弹簧钢及其制造和热处理方法，其生产工艺为：电炉-LF-VD-连铸-轧制-热处理，其优点是通过热处理工艺能够获得需要的强度，不足之处为：精炼渣碱度控制在2.5-3.0，高碱度精炼渣系易导致钢中B类夹杂物不易去除，影响弹簧钢的疲劳性能，同时易在水口处结瘤而导致水口堵塞影响浇铸。

专利CN103510020A提供了一种弹簧钢盘条及其夹杂物控制方法，其通过转炉高碳出钢和炉后硅锰合金进行脱氧，精炼终点钢中氧含量控制在20-40ppm来保证钢中夹杂物宽度尺寸不大于10um，夹杂物长宽比大于3。其缺点是钢中具有较高(20-40ppm)的氧含量，易造成弹簧钢中非金属夹杂物增多。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种降低弹簧钢夹杂物的冶炼方法，控制弹簧钢非金属夹杂物级别，解决因为夹杂物超标而导致改判的问题，大大降低了生产成本。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

一种降低弹簧钢夹杂物的冶炼方法，包括如下步骤：1)高拉碳工艺进行冶炼，2)吹氩处理，3)LF炉精炼，4)真空处理，5)LF软吹：6)轧制弹簧钢；尤其是，高拉碳工艺进行冶炼时采用无铝脱氧，LF炉精炼时采用低碱度渣工艺。

按上述方案，所述步骤1)中，采用高拉碳工艺，终点C控制在0.10～0.15％，防止钢水过氧化，钢水中溶解氧α[O]为200×10^-6～350×10^-6；冶炼末期底吹搅拌，促进钢、渣平衡，保持出钢过程连续吹氩，终渣碱度控制目标：R≥2.5；采用挡渣板挡渣出钢，出钢温度控制在1650～1670℃，转炉下渣量≤50mm；采用炉外合金化，出钢过程中进行脱氧及合金化，保证C、Mn、Si、Cr在国标标准中下限，同时按吨钢加入活性石灰70～80kg、萤石5～10kg和轻烧镁球4～5kg造新渣。

优选地，所述步骤1)中，出钢过程中随钢水吨钢加入16-18kg高纯硅铁、6-7kg金属Mn，10-12kg高C-Cr铁等原料进行脱氧及合金化，保证C、Mn、Si、Cr在国标标准中下限。

具体地，所述步骤2)中，到站吹氩后，测温、取样，加入合金后再吹氩后起吊至LF炉。其中，加完合金后钢液成分范围按质量百分比计为：C 0.56～0.64％、Si 1.60～2.00％、Mn 0.70～1.00％、P≤0.025％、S≤0.025％、Cu≤0.25％、Ni≤0.35％、Cr≤0.35％。

按上述方案，所述步骤3)中全程保持吹氩，视渣况吨钢适当加入1.5～2.5kg活性石灰、0.8～1.5kg萤石调整熔渣，渣量控制在1.2～1.5％，精炼渣碱度控制在2.5～3.5；钢液温度T≥1550℃时，取第一样进行成分分析，按内控及目标成分要求加入合金调整化学成分，调好成分后，严禁大氩量搅拌使钢水裸露，加热和吹氩时间不低于60min。

优选地，所述步骤3)中，按内控及目标成分要求调整化学成分，内控成分范围为C0.58～0.62％、Si 1.70～1.90％、Mn 0.70～0.80％、P≤0.020％、S≤0.015％、Cu≤0.10％、Ni≤0.10％、Cr 0.15～0.25％；目标成分为C 0.60％、Si 1.80％、Mn 0.75％、P≤0.020％、S≤0.015％、Cu≤0.10％、Ni≤0.10％、Cr 0.15～0.25％，主要成分为其范围下限的加入合金向中限调，超过其范围中限的不加该对应的合金。

具体地，所述步骤4)中，真空度≤100Pa，真空保持时间不低于20min。

按上述方案，所述步骤5)中，根据渣况加入石英石，精炼渣碱度控制在1.20～1.50，精炼渣主要成分按质量百分比计为：CaO 30～50％，SiO₂ 30～45％，Al₂O₃≤5％，MgO 8～12％，MgO+MnO+CaO 50～60％，FeO≤1.5％，K₂O+Cr₂O₃+TiO₂≤5％，全程吹氩，氩气流量0.25-0.35MPa，软吹时间不低于40min。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明提供了一种降低弹簧钢夹杂物的冶炼方法，该方法是研究了夹杂物析出的热力学和动力学基础上，通过冶炼时控制脱氧深度，从而降低氧化物的含量，低碱度渣工艺利于夹杂物塑性化，塑性化的夹杂物易于聚合长大，二次精炼软吹时利于上浮去除，从而实现控制弹簧钢非金属夹杂物级别的目的，完全解决因为夹杂物超标而导致改判的问题，大大降低了生产成本。

2、本发明中，塑性化的夹杂物有利于弹簧钢后续加工，从而提高了产品使用性能，间接的增加了经济效益。

附图说明

图1为弹簧钢渣系组成分布。

图2为典型弹簧钢夹杂物的形貌。

图3为典型弹簧钢夹杂物的能谱。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1

一种降低弹簧钢夹杂物的冶炼方法，包括如下步骤：1)采用高拉碳工艺进行冶炼，2)吹氩处理，3)LF炉精炼，4)真空处理，5)LF软吹6)轧制弹簧钢；

1)采用高拉碳工艺进行冶炼：采用高拉碳工艺，终点C控制在0.12％，防止钢水过氧化，钢中溶解氧α[O]为287×10^-6；冶炼末期底吹搅拌，促进钢、渣平衡，保持出钢过程连续吹氩，终渣碱度控制目标：R＝3.0；采用挡渣板挡渣出钢，出钢温度控制在1662℃，转炉下渣量39mm；采用炉外合金化，出钢过程中随钢水吨钢加入17.6kg高纯硅铁、6.5kg金属Mn，11kg高C-Cr铁等原料进行脱氧及合金化，C，Mn、Si、Cr在标准中下限，同时按吨钢加入活性石灰75kg、萤石8.5kg和轻烧镁球4.3kg造新渣；

2)吹氩处理：到站吹氩3min后，测温、取样，加入合金后再吹氩3min后起吊至LF炉；其中，加完合金后钢液成分中C 0.561％、Si 1.63％、Mn 0.712％、P0.0079％、S0.05％、Cu 0.07％、Ni 0.05％、Cr 0.23％；

3)LF炉精炼：视渣况吨钢适当加入1.8kg活性石灰、1.2kg萤石调整熔渣，渣量控制在1.27％，精炼渣碱度2.85；钢液温度T为1568℃时，取第一样进行成分分析，按内控及目标成分要求调整化学成分，钢液成分中为C 0.593％、Si 1.78％、Mn 0.76％、P 0.008％、S0.006％、Cu 0.07％、Ni 0.08％、Cr 0.25％，主要成分为其范围下限的加入合金向中限调，超过其范围中限的不加该对应的合金调好成分后，严禁大氩量搅拌使钢水裸露，加热加吹氩时间68min；

4)真空处理：真空度≤100Pa，真空保持时间27min；

5)LF软吹：根据渣况加入石英石，精炼渣碱度控制在1.27，精炼渣按质量百分比计为：主要成分为：CaO 45.187％，SiO₂ 35.598％，Al₂O₃ 4.2％，MgO 9.13％，MgO+MnO+CaO 55％，FeO 0.65％，K₂O+Cr₂O₃+TiO₂ 2.16％，全程吹氩，氩气流量0.28MPa，软吹时间47min；

6)轧制弹簧钢：常规轧制成Ф8规格的弹簧钢。

本实施例所得弹簧钢盘条A类0.5、B类0、C类0.5、D类0；其中，典型夹杂物尺寸在3.92um。

实施例2

一种降低弹簧钢夹杂物的冶炼方法，包括如下步骤：1)采用高拉碳工艺进行冶炼，2)吹氩处理，3)LF炉精炼，4)真空处理，5)LF软吹6)轧制弹簧钢；

1)采用高拉碳工艺进行冶炼：采用高拉碳工艺，终点C控制在0.10％，防止钢水过氧化，钢中溶解氧α[O]为347×10^-6；冶炼末期底吹搅拌，促进钢、渣平衡，保持出钢过程连续吹氩，终渣碱度控制目标：R＝2.8；采用挡渣板挡渣出钢，出钢温度控制在1669℃，转炉下渣量48mm；采用炉外合金化，出钢过程中随钢水吨钢加入16.3kg高纯硅铁、6.6kg金属Mn，11.8kg高C-Cr铁等原料进行脱氧及合金化，C，Mn、Si、Cr在标准中下限，同时按吨钢加入活性石灰76kg、萤石9kg和轻烧镁球4.8kg造新渣；

2)吹氩处理：到站吹氩3min后，测温、取样，加入合金后再吹氩3min后起吊至LF炉；其中，加完合金后钢液成分中C 0.62％、Si 1.60％、Mn 0.77％、P 0.0125％、S 0.010％、Cu 0.09％、Ni 0.06％、Cr 0.13％；

3)LF炉精炼：视渣况吨钢适当加入1.5kg活性石灰、1.0kg萤石调整熔渣，渣量控制在1.38％，精炼渣碱度3.2；钢液温度T＝1573℃时，取第一样进行成分分析，按内控及目标成分要求调整化学成分，钢液成分中为C 0.63％、Si 1.81％、Mn 0.78％、P 0.013％、S0.011％、Cu 0.10％、Ni 0.07％、Cr 0.15％，主要成分为其范围下限的加入合金向中限调，超过其范围中限的不加该对应的合金调好成分后，严禁大氩量搅拌使钢水裸露，加热+吹氩时间63min；

4)真空处理：真空度≤100Pa，真空保持时间27min；

5)LF软吹：根据渣况加入石英石，炉渣碱度控制在1.21，精炼渣主要成分为：CaO38％，SiO₂ 31.40％，Al₂O₃ 3.844％，MgO 11.8％，MgO+MnO+CaO 50％，FeO 0.87％，K₂O+Cr₂O₃+TiO₂ 3.22％，全程吹氩，氩气流量0.25MPa，软吹时间52min；

6)轧制弹簧钢：常规轧制成Ф8规格的弹簧钢。

本实施例所得弹簧钢盘条A类小于0、B类0、C类0.5、D类0；典型夹杂物尺寸在2.45um。

实施例3

一种降低弹簧钢夹杂物的冶炼方法，包括如下步骤：1)采用高拉碳工艺进行冶炼，2)吹氩处理，3)LF炉精炼，4)真空处理，5)LF软吹6)轧制弹簧钢；

1)采用高拉碳工艺进行冶炼：采用高拉碳工艺，终点C控制在0.15％，防止钢水过氧化，钢中溶解氧α[O]为209×10^-6；冶炼末期底吹搅拌，促进钢、渣平衡，保持出钢过程连续吹氩，终渣碱度控制目标：R＝3.2；采用挡渣板挡渣出钢，出钢温度控制在1652℃，转炉下渣量47mm；采用炉外合金化，出钢过程中随钢水吨钢加入17.6kg高纯硅铁、7kg金属Mn，11.6kg高C-Cr铁等原料进行脱氧及合金化，C，Mn、Si、Cr在标准中下限，同时按吨钢加入活性石灰72kg、萤石6kg和轻烧镁球5kg造新渣。

2)吹氩处理：到站吹氩3min后，测温、取样，加入合金后再吹氩3min后起吊至LF炉；其中，加完合金后钢液成分C 0.58％％、Si 1.83％、Mn 0.85％、P 0.009％、S 0.006％、Cu 0.03％、Ni 0.03％、Cr 0.18％；

3)LF炉精炼：视渣况吨钢适当加入2.2kg活性石灰、1.3kg萤石调整熔渣，渣量控制在1.20％，精炼渣碱度按2.6控制；钢液温度T为1558℃时，取第一样进行成分分析，按内控及目标成分要求调整化学成分，钢液成分为C 0.65％、Si 1.85％、Mn 0.87％、P 0.009％、S0.005％、Cu 0.05％、Ni 0.07％、Cr 0.21％，主要成分为其范围下限的加入合金向中限调，超过其范围中限的不加该对应的合金调好成分后，严禁大氩量搅拌使钢水裸露，加热+吹氩时间72min；

4)真空处理：真空度≤100Pa，真空保持时间32min；

5)LF软吹：根据渣况加入石英石，炉渣碱度控制在1.32，精炼渣主要成分为：CaO39.6％，SiO₂ 30％，Al₂O₃ 4.2％，MgO 12％，MgO+MnO+CaO 53％，FeO 0.84％，K₂O+Cr₂O₃+TiO₂ 2.36％，全程吹氩，氩气流量0.35MPa，软吹时间51min；

6)轧制弹簧钢：常规轧制成Ф8规格的弹簧钢。

本实施例所得弹簧钢盘条A类小于0、B类0、C类0、D类0.5；典型夹杂物尺寸在4.6um。

实施例4

一种降低弹簧钢夹杂物的冶炼方法，包括如下步骤：1)采用高拉碳工艺进行冶炼，2)吹氩处理，3)LF炉精炼，4)真空处理，5)LF软吹6)轧制弹簧钢；

1)采用高拉碳工艺进行冶炼：采用高拉碳工艺，终点C控制在0.14％，防止钢水过氧化，钢中溶解氧α[O]为228×10^-6；冶炼末期底吹搅拌，促进钢、渣平衡，保持出钢过程连续吹氩，终渣碱度控制目标：R＝2.7；采用挡渣板挡渣出钢，出钢温度控制在1659℃，转炉下渣量≤50mm；采用炉外合金化，出钢过程中随钢水吨钢加入16.3kg高纯硅铁、6.2kg金属Mn，11.2kg高C-Cr铁等原料进行脱氧及合金化，C，Mn、Si、Cr在标准中下限，同时按吨钢加入活性石灰80kg、萤石10kg和轻烧镁球4.6kg造新渣。

2)吹氩处理：到站吹氩3min后，测温、取样，加入合金后再吹氩3min后起吊至LF炉；其中，加完合金后钢液成分C 0.57％、Si 1.73％、Mn 0.81％、P 0.005％、S 0.005％、Cu0.02％、Ni 0.05％、Cr 0.21％；

3)LF炉精炼：视渣况吨钢适当加入1.8kg活性石灰、1.2kg萤石调整熔渣，渣量控制在1.48％，精炼渣碱度3.2；钢液温度T为1563℃时，取第一样进行成分分析，按内控及目标成分要求调整化学成分，钢液成分为C 0.63％、Si 1.79％、Mn 0.83％、P 0.005％、S0.0045％、Cu 0.03％、Ni 0.07％、Cr 0.22％，主要成分为其范围下限的加入合金向中限调，超过其范围中限的不加该对应的合金调好成分后，加热+吹氩时间79min；

4)真空处理：真空度≤100Pa，真空保持时间35min；

5)LF软吹：根据渣况加入石英石，炉渣碱度控制在1.49，精炼渣主要成分为：CaO49.3％，SiO₂ 33.04％，Al₂O₃ 3.844％，MgO 9.2％，MgO+MnO+CaO 59％，FeO 1.2％，K₂O+Cr₂O₃+TiO₂ 4.62％，全程吹氩，氩气流量0.25-0.35MPa，软吹时间不低于40min；

6)轧制弹簧钢：常规轧制成Ф8规格的弹簧钢。

本实施例所得弹簧钢盘条A类小于0、B类0、C类0、D类0；典型夹杂物尺寸在2.13um。

图1是统计最近生产软吹后精炼渣控制结果，图2-3为在该渣系下典型夹杂物尺寸大小和成分情况，低碱度精炼渣使弹簧钢夹杂物成分趋近于Al₂O₃-SiO₂-CaO系统中低熔点塑性化区间，塑性化的夹杂物易于聚合长大，二次精炼软吹时利于上浮去除，从而实现对弹簧钢非金属夹杂尺寸的控制，使得夹杂物的平均尺寸更小，分布更均匀。本发明所述方法冶炼的弹簧钢，常规轧制成Ф8规格后，弹簧钢盘条A类小于1.0、B类0-0.5、C类0-0.5、D类0-0.5；典型夹杂物尺寸在2～5um。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。