一种低氢低氮高强钢及其冶炼工艺的制作方法

金属材料;冶金;铸造;磨削;抛光设备的制造及处理,应用技术1.本发明属于炼钢技术领域，尤其涉及一种即可满足产品对氢、氮要求，又可降低生产成本和改善钢的低倍组织，同时对强度有较大提高的低氢低氮高强钢及其冶炼工艺。背景技术：2.30crmnsini2a钢属于一种高强高韧钢，常规冶炼方法为电弧炉冶炼、真空精炼、模铸、氩气保护电渣重熔，此工艺路线生产成本高，经常出现低倍不合，强度低，产品不能按期交货；根据多年生产实践表明，当钢中的[h]≤0.5ppm、[n]≤70ppm并通过改进电渣过程中钢的凝固，能有效改善钢的低倍组织，对强度有较大的提高。同时30crmnsini2a钢锻件在生产过程中会产生大量的返回钢类料头，造成库存积压严重，为快速消耗库存料头，采用感应炉冶炼、真空精炼、模铸、氩气保护电渣重熔工艺来生产30crmnsini2a钢锻件，即改善了钢的低倍组织，同时强度也能满足要求。技术实现要素：[0003]本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足而提供一种低氢低氮高强钢及其冶炼工艺，利用该工艺冶炼的钢[h]≤0.5ppm，[n]≤70ppm，制成的30crmnsini2a钢锻件，强度高，低倍组织满足标准要求。[0004]本发明的目的是这样实现的：一种低氢低氮高强钢，按照重量百分比含量包括如下化学成分：c 0.27～0.34%，si 0.90～1.20%，mn 1.00～1.30%，cr0.90～1.20%，ni1.40～1.80%，p≤0.025%，s≤0.015%，mo≤0.15%，w≤0.20%，v≤0.05%，ti≤0.03%，cu≤0.25%，余量为铁。[0005]一种低氢低氮高强钢，按照重量百分含量以下成分为最佳选择：c 0.27～0.31%，si 0.95～1.05%，mn 1.10～1.30%，cr 0.90～1.10%，ni 1.40～1.60%，p≤0.015%，s≤0.005%，mo 0.08～0.15%，cu≤0.10%，al≤0.035%，w≤0.20%，v≤0.05%，ti≤0.01%，五害元素总和as+sn+pb+sb+bi≤0.020%。[0006]本发明还采用如下技术方案：一种低氢低氮高强钢的冶炼工艺，包括如下工序：步骤1）、精选配料，控制化学成分：感应炉冶炼用原材料选用cr-ni钢料头或钢屑、硅铁、锰铁、铬铁合金之一，要求原材料表面干净无油污，原材料规格≤φ800mm，长度≤1500mm，原材料使用前应逐支用手提光谱仪检测化学成分，确保入炉原材料成分符合使用要求，保证熔清后[c]≤0.20%，[p]≤0.015%，其余成分不超出工艺要求上限，五害元素总和as+sn+pb+sb+bi≤0.020%；步骤2）、感应炉冶炼时，炉底垫入20～30kg的石灰，石灰应进行挑选，确认无碳块、杂物，装料要做到下紧上松，料的方向与炉子纵向一致，长料不允许在炉子内横放或斜放，炉料要充实、装满;冶炼过程中要用木棒撬或敲打原料，防止原料搭桥产生高温，感应炉炉料熔清后，温度1560～1620℃，取样，根据分析结果核对化学成分；感应炉出钢前向炉内加入ca-si粉或铝粉1～1.5kg/t对炉渣脱氧，出钢前向炉内插铝1.0～2.0kg/t对钢液进行脱氧；温度1580～1620℃，满足出钢条件后出钢兑入钢包炉；步骤3）、钢包炉就位后先接通氩气进行底吹氩气搅拌，控制氩气流量100-110nl/min，按2-3℃l/min升温精炼，调整温度≥1550℃，加入2.0-3.0kg/t石灰、0.5-1.0kg/t萤石调整渣量，渣子化开后加入电石1.0-2.0kg/t、碳粉脱氧剂1.0～2.0kg/t，硅铁粉脱氧剂1.0～3.0kg/t，送电化渣，渣白后测温、取样、调整化学成分，根据渣况吹氩喂铝线1.0～3.0m/t；精炼期间用碳粉0.5～1.0kg/t，硅铁粉脱氧剂1.0～2.0kg/t，铝粉0.5～1.0kg/t小批量、多批次进行脱氧并保持还原气氛，确保成分温度均匀；渣白后进行微调合金，白渣保持≥20分钟,取样分析全成分，转vd前确保白渣吊包，并吹氩喂铝线2.0～4.0m/t,控制残[al]0.020～0.050%；步骤4）、温度≥1650℃吊包进入真空罐；将钢包吊到真空罐内后接通氩气，盖上真空盖，在≤0.67mbar下保持时间≥15分钟，然后解除真空压力后取样检测成分和气体含量，在线定氢、定氧，控制[h]≤0.4ppm、[o]≤5.0ppm，取玻璃管样分析氮含量，控制[n]≤40ppm；控制残[al]0.020～0.040%；按0.1～0.3m/t喂入钙线进行钙处理，喂线速度120m/min，喂完后吹氩弱搅拌时间≥12分钟；吊包温度：1540～1550℃；步骤5）、排产前要认真挑选内壁质量好的铸坯模并打磨清理内壁，浇注系统用耐火材料清洁干燥；开浇前每支铸坯模内充氩2～3分钟，铸坯模内充完氩气后放入中注管内充氩，开浇前3分钟关闭氩气阀门；浇注过程中全程氩气保护浇注；镇静时间≥5分钟，电极坯浇注时加绝热冒，无碳保护渣、碳化稻壳，确保补缩效果；开浇温度：1530～1540℃；浇注速度按中下限控制；脱模后将冒口切除，热送电渣或退火；步骤6）、电渣重熔前，将电极坯表面打磨除锈或喷丸处理达到表面光滑，电渣重熔前电极坯在600℃下烘烤4h以上，电渣重熔所用渣料在800℃烘干6h，防止渣中水分引起钢中氢超标；电渣渣系采用三元渣系生产，其化学组分及其重量百分比为caf2：al2o3：cao=65：20：15，石灰部分使用预熔渣代替；电渣重熔过程中采用向结晶器上口持续充入氩气进行保护，防止渣池吸气增氢，进一步降低渣池上方气氛的湿度，减少电渣过程中的吸氢吸氮，并在重熔过程中每5分钟加入硅钙粉50-60g对熔渣进行脱氧；将电极坯电渣成电渣锭。[0007]本发明的有益效果如下：本发明通过优选配料，感应炉冶炼，钢包炉吹氩精炼喂铝线，真空脱气，电极坯氩气保护下电渣，从而确保成品钢中[h]≤0.5ppm、[n]≤70ppm，制成的某壳体用钢锻件，锻件表面质量好，强度高，低倍组织满足标准要求，经锻后检测，[h]0.4-0.5ppm、[n]50-65ppm。具体实施方式[0008]实施例1：一种低氢低氮高强钢冶炼工艺，包括如下工序：步骤1）、精选配料，控制化学成分：感应炉冶炼用原材料选用cr-ni钢料头或钢屑、硅铁、锰铁、铬铁等合金，要求原材料表面干净无油污，原材料规格≤φ800mm，长度≤1500mm，cr-ni钢料头使用前应逐支用手提光谱仪检测化学成分，确保入炉cr-ni钢料头或钢屑、硅铁、锰铁、铬铁成分符合使用要求，保证熔清后[c]≤0.20%，[p]≤0.015%，其余成分不超出工艺要求上限，五害元素总和as+sn+pb+sb+bi≤0.020%；步骤2）、感应炉冶炼时，炉底垫入20～30kg的石灰，石灰应进行挑选，确认无碳块、杂物，装料要做到下紧上松，料的方向与炉子纵向一致，长料不允许在炉子内横放或斜放，炉料要充实、装满;冶炼过程中要用木棒撬或敲打原料，防止原料搭桥产生高温，感应炉炉料熔清后，温度1560～1620℃，取样，根据分析结果核对化学成分；感应炉出钢前向炉内加入ca-si粉或铝粉1～1.5kg/t对炉渣脱氧，出钢前向炉内插铝1.0～2.0kg/t对钢液进行脱氧；温度1580～1620℃，满足出钢条件后出钢兑入钢包炉；步骤3）、钢包炉就位后先接通氩气进行底吹氩气搅拌，控制氩气流量100-110nl/min，按2-3℃l/min升温精炼，调整温度≥1550℃，加入2.0-3.0kg/t石灰、0.5-1.0kg/t萤石调整渣量，渣子化开后加入电石1.0-2.0kg/t、碳粉脱氧剂1.0～2.0kg/t，硅铁粉脱氧剂1.0～3.0kg/t，送电化渣，渣白后测温、取样、调整化学成分，根据渣况吹氩喂铝线1.0～3.0m/t；精炼期间用碳粉0.5～1.0kg/t，硅铁粉脱氧剂1.0～2.0kg/t，铝粉0.5～1.0kg/t小批量、多批次进行脱氧并保持还原气氛，确保成分温度均匀；渣白后进行微调合金，白渣保持≥20分钟,取样分析全成分，转vd前确保白渣吊包，并吹氩喂铝线2.0～4.0m/t,控制残[al]0.020～0.050%；步骤4）、温度≥1650℃吊包进入真空罐；将钢包吊到真空罐内后接通氩气，盖上真空盖，在≤0.67mbar下保持时间≥15分钟，然后解除真空压力后取样检测成分和气体含量，在线定氢、定氧，控制[h]≤0.4ppm、[o]≤5.0ppm，取玻璃管样分析氮含量，控制[n]≤40ppm；控制残[al]0.020～0.040%；按0.1～0.3m/t喂入钙线进行钙处理，喂线速度120m/min，喂完后吹氩弱搅拌时间≥12分钟；吊包温度：1540～1550℃；步骤5）、排产前要认真挑选内壁质量好的铸坯模并打磨清理内壁，浇注系统用耐火材料清洁干燥；开浇前每支铸坯模内充氩2～3分钟，铸坯模内充完氩气后放入中注管内充氩，开浇前3分钟关闭氩气阀门；浇注过程中全程氩气保护浇注；镇静时间≥5分钟，电极坯浇注时加绝热冒，无碳保护渣、碳化稻壳，确保补缩效果；开浇温度：1530～1540℃；浇注速度按中下限控制；脱模后将冒口切除，热送电渣或退火；步骤6）、电渣重熔前，将电极坯表面打磨除锈或喷丸处理达到表面光滑，电渣重熔前电极坯在600℃下烘烤4h以上，电渣重熔所用渣料在800℃烘干6h，防止渣中水分引起钢中氢超标；电渣渣系采用三元渣系生产，其化学组分及其重量百分比为caf2：al2o3：cao=65：20：15，石灰部分使用预熔渣代替；电渣重熔过程中采用向结晶器上口持续充入氩气进行保护，防止渣池吸气增氢，进一步降低渣池上方气氛的湿度，减少电渣过程中的吸氢吸氮，并在重熔过程中每5分钟加入硅钙粉50-60g对熔渣进行脱氧；将电极坯电渣成电渣锭。[0009]下表中是列出感应炉冶炼模铸与电弧炉冶炼模铸不同生产方式生产出的高强钢的成分对比，结果表明，采用本发明工艺所生产的低氢低氮高强钢，成分、气体含量满足要求，制成的30crmnsini2a钢锻件，强度高，低倍组织满足标准要求。[0010]附：低氢低氮高强钢化学成分（m%）元素目标成分m%本实施案例电弧炉模铸法生产干空气电渣法c0.27-0.310.280.290.30si0.95-1.051.001.101.05mn1.00-1.301.201.151.08cr0.90-1.101.001.050.95ni1.40-1.601.501.551.47p≤0.0150.0070.0120.013s≤0.0050.0020.0030.005mo≤0.150.110.080.07cu≤0.100.050.060.07al≤0.0350.0300.0250.015w≤0.200.0050.010.01v≤0.050.020.030.03ti≤0.030.030.040.05as≤0.0150.0070.0110.013sn≤0.0100.0050.0080.007pb≤0.0100.0010.0010.002sb≤0.0100.0010.0020.003bi≤0.0100.0010.0010.001[h]ppm≤0.50.450.700.90[o]ppm≤158.010.012.0[n]ppm≤70567078rm（mpa）≥1600170017201690一般疏松(级)≤1.00.51.01.5









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