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模具鋼百科
180t轉爐開發高等級汽車鍛件用鋼工藝
來源: | 作者:pmo181730 | 發布時間: 2019-04-04 | 4148 次瀏覽 | 分享（xiǎng）到:
隨著我國汽車行業的蓬勃發展（zhǎn），對汽車零（líng）部件需求量越來越大，汽車鍛件是汽車製造業中的基礎安（ān）全件（jiàn），曲軸、前（qián）軸、平衡（héng）軸（zhóu）、凸輪軸、半軸、十字軸、連杆、齒輪、同步（bù）齒環、轉向臂、轉向節、等速萬（wàn）向節、搖臂、撥叉和爪極等鍛件廣泛運用於商用車的動力部（bù）分、行駛部分以及懸掛部（bù）分（fèn）。從工藝（yì）零件看，一台商用車鍛件需求種類少則幾十種，多則百（bǎi）餘（yú）種。有數據表明，一輛重型載貨汽車需（xū）求（qiú）鍛件1t左右。進而對（duì）汽車鍛件用鋼材料的需求量日益增長，對產品的質量要求越來（lái）越高，氧含量作為影響鋼（gāng）材疲勞壽命（mìng）的（de）重要因素，越來越受（shòu）到重視。本鋼轉爐生產（chǎn）汽（qì）車鍛（duàn）件用（yòng）鋼過（guò）程中對氧含量、硬度、夾雜物、力學性能、組（zǔ）織和末（mò）端淬透性都有嚴格要求，以42CrMo-1為代表的超低氧汽車鍛件用鋼生產工藝，經過多年摸索及研究，氧含量控製逐漸趨於穩定，控製在[O]≤13×10-6，大大提高了汽車鍛件（jiàn）用鋼的疲勞壽（shòu）命。
　　隨（suí）著我國汽（qì）車行（háng）業的蓬勃發展，對汽車零部件需求量越來越大，汽車鍛件是汽車製造業中的基礎安全件，曲軸、前軸、平衡軸、凸輪軸（zhóu）、半軸、十字軸、連杆（gǎn）、齒輪、同步齒環（huán）、轉向臂、轉向節、等速（sù）萬向節、搖臂、撥叉和爪極等鍛件廣泛運用於（yú）商用車的動力部分、行（háng）駛部（bù）分以及懸掛部分。從工藝（yì）零（líng）件看（kàn），一（yī）台（tái）商用車鍛（duàn）件需求種類少則幾（jǐ）十種，多則百餘種。有數據表明，一（yī）輛重型載貨汽車需求鍛件（jiàn）1t左右。進而對汽車鍛件用鋼材料的需求量日益增長，對產品的質量要求越來越高，氧含量作為影（yǐng）響鋼材疲勞（láo）壽命的（de）重要因素，越來越受到重視。本鋼轉爐生產汽車鍛件用鋼過程中對氧含量、硬度、夾雜物、力學性能（néng）、組織（zhī）和末端淬透性都有嚴格要求，以42CrMo-1為代表的超（chāo）低氧汽（qì）車鍛（duàn）件用鋼生產工藝，經過多年摸索（suǒ）及研究，氧含量控（kòng）製逐漸趨於穩定，控製在[O]≤13×10-6，大大提高了汽車鍛件用鋼的（de）疲勞壽命。
1 生（shēng）產工藝流程
　　本（běn）鋼42CrMo-1汽車鍛件用鋼生產工藝流程為（wéi）：高（gāo）爐鐵水→鐵（tiě）水預處理→轉爐冶煉（liàn）→精（jīng）煉爐LF→真空脫氣（qì）RH→大方坯連鑄350mm×470mm連鑄坯→步進（jìn）式加熱爐加熱→高壓水除磷→粗軋機軋製→連軋機（jī）組（zǔ）→緩冷→精整→探傷（shāng）→檢驗→入庫。
　　轉爐容量為180t，從高爐來的鐵水（shuǐ）進行嚴格的脫硫扒渣處理，滿足入爐鐵水[S]≤0.005%，[P]≤0.04%的要求（qiú）。主要設備參（cān）數見表1。

表1 煉鋼廠主要設備（bèi）參數
2 煉鋼工藝
2.1 轉爐吹煉
　　為了適應（yīng）轉爐快節奏（zòu），提高汽（qì）車鍛件用（yòng）鋼的（de）疲勞壽命（mìng）和質量，要最大限度地控（kòng）製汽車鍛件用鋼中原始氧含量，所以要使轉爐終點的氧含量最低，以提高42CrMo-1鋼純淨度。出鋼過（guò）程中加入足量的鋁進（jìn）行脫氧處（chù）理。
　　首先，對汽車鍛件用（yòng）鋼的夾雜物生成（chéng）機理進（jìn）行熱力學分析（xī），確定夾雜物的生成和控製條件。然後根據轉爐終點碳和氧含量情況，在出鋼過程中確（què）定（dìng）該（gāi）鋼種的合金加入順序及加入量（liàng）。而且鋁的加入量根據鋼水終點碳含量確定，碳（tàn）含量高（gāo）時，降（jiàng）低Al的加入量。確保在良好脫氧條件下，減少鋼中夾雜物的生成量，以提（tí）高鋼的（de）潔淨度。
　　根據本鋼的實（shí）際生產條件（jiàn），一般42CrMo-1鋼出鋼加鋁過程在加完增（zēng）碳劑條件（jiàn）下進行（háng），此時[O]≤0.06%，因此，以鋁脫氧可以獲得較低的溶解氧水平，現場實際生產條件（jiàn）下，鋼中會（huì）有較多的Al2O3夾雜物生成，在精煉中要進行Ca處理，對Al2O3夾雜物進行改性。
2.2 LF-RH精煉
　　LF采用白渣操作，造渣前，將[Alt]調至標準（zhǔn）上限。造渣材（cái）料采用（yòng）螢石、活性石灰、精煉渣（zhā）CaO-SiO2-Al2O3係，先加入螢石，再（zài）一次性加入活性石灰，要保證所有加入的石灰完全化開。脫氧劑（鋁粒、碳粉等）在石灰完全化開後根據爐渣的脫氧程（chéng）度一次適量加入，要造成還原渣，保證白渣（zhā）的形成及維持（chí）。在保證渣流動性的條件下，控製渣堿度和渣中的氧勢。
　　爐（lú）渣的（de）氧勢對脫氧過程影響極大，而（ér）降低（dī）爐渣氧勢的可靠（kào）措施就是降低爐（lú）渣中FeO＋MnO含量並提高堿度（dù），因此，要（yào）控製FeO＋MnO≤1%，即可得白渣，並（bìng）達到15min以上。然後合金化，用高猛、高（gāo）鉻、矽鐵、鉬鐵等將Mn、Cr、Si、Mo成分達到標準範圍，全程進行吹氬氣攪拌，電極升溫不低於25min。LF精煉處理時間為40min-45min，LF後控製[Alt]在0.01%-0.02%，然後轉至RH精煉。
　　RH精煉為抽真（zhēn）空過程，在較高的真空度下真空脫氣，以保證托起效果和促進夾雜物上浮，要求循環20min以上（shàng），成（chéng）分調整至滿足內（nèi）控要求後，吹氬氣攪拌，使鋼中的夾（jiá）雜（zá）物進（jìn）一步上浮進入渣中，提高了鋼水純（chún）淨（jìng）度。處理後期加（jiā）入鋁丸調整（zhěng）鋼水中Alt含量，隨後合金均勻化。
　　在進行鈣處理後，從理論上講，隨著（zhe）鈣含量的增加，反（fǎn）應產物應該是按C·A6→C·A2→C·A→C12·A7的順序變化。為得到理想的低熔點鈣鋁酸鹽夾雜物，需嚴格控製加入鋼水的鈣量。鈣量小，Al2O3無法轉變為液態鋁酸鈣（gài）；鈣量過大，則有可能生成CaO。
2.3 矩形坯連鑄
　　鋼包要（yào）密封好，采用（yòng）大包覆蓋劑、中間包覆蓋劑、高堿度中包渣，中間包（bāo）內氬氣保護澆（jiāo）鑄（zhù）。中間包渣要勤加入，嚴禁鋼液麵（miàn）裸（luǒ）露，做好長水（shuǐ）口密封，以及侵入式水口，進行保護澆注，防止鋼水的二（èr）次氧化。加強鋼包（bāo）、中間包耐火襯（chèn）的隔熱保溫性能，減少襯體散熱造成的溫降，中間（jiān）包溫度控製在1508℃左右，控製連1爐次過熱度（dù）≤28℃，其他爐（lú）次（cì）過熱度控製（zhì）在22℃左右，拉速與過熱度相（xiàng）配，控製在0.50m/min左右。通過一係列的控氧措施，使成品汽車鍛件用鋼（gāng）氧（yǎng）含量控製在[O]≤13×10-6的（de）要求，統計20爐成品42CrMo-1鋼（gāng）平（píng）均氧含量為11×10-6。
2.3.1 結晶器電磁攪（jiǎo）拌
　　本鋼煉鋼廠矩形坯連（lián）鑄機都配置了結晶器電磁攪拌（M-EMS）。大幅降低鋼液的過（guò）熱度，縮短凝固時間，從而產（chǎn）生寬且細的等（děng）軸晶區；使凝固前沿強製對流，打碎凝（níng）固前沿的樹枝（zhī）晶（jīng），樹枝晶的碎片重新熔化（huà），降低了鋼水溫度，增加了等軸晶核（hé）心，封鎖了柱狀晶前沿的發（fā）展，形成了寬大的等軸晶區。鋼液的攪動使液芯由（yóu）外向內的溫度梯度減小，四周結晶均勻發展，從而提高鑄坯（pī）斷麵上的等（děng）軸晶率，使偏析元素均勻分布，避免（miǎn）溶（róng）質元素集（jí）聚，最（zuì）終改善鑄坯的偏析。
2.3.2 末端電磁攪拌
　　末端電磁攪拌安（ān）裝在凝固率fs＝0.7-0.8的位置（zhì），進（jìn）一步細化等軸晶，促進柱狀晶向等軸晶轉化（huà），產生寬而細的等軸晶（jīng）區，使之能致密（mì）充滿凝固末端；減少二次枝晶的臂間距，以控製粘稠區的滲透性。並能保持粘稠區的流動以及溫度與成分的均勻。因（yīn）此，可以明顯減輕宏觀偏析。抽取（qǔ）20爐缸，每爐鋼取一支試（shì）樣，采用（yòng）氧化法進行晶粒度檢驗，經930℃溫度下保溫3h、水淬。采（cǎi）用15%的鹽酸乙醇溶液進行腐蝕，在顯微鏡下觀察沒有混晶現象，晶粒度為7級。由於熱加工溫度、初（chū）軋和終軋溫度控製較（jiào）好，所以晶粒較細，沒有混（hún）晶現象。
　　不同攪拌強度時，凝固鋼中碳含量的變化表明，攪拌強（qiáng）度增強時，鑄坯（pī）中的負偏析程度也加劇。當鑄坯離開電磁（cí）攪拌區時，凝固鋼中的碳（tàn）含量會高於（yú）無電磁攪（jiǎo）拌（bàn）時的碳含量，發生了“正偏析”。攪拌強度越高，越容（róng）易發生正（zhèng）偏析。
2.3.3 動態輕壓下
　　本鋼煉鋼廠從（cóng）2010年開始，在矩形（xíng）坯上投（tóu）輕（qīng）壓下，通過在連鑄坯液芯末端附近施（shī）加壓力，產生（shēng）一定的壓下量來補償鑄坯（pī）的（de）凝固收（shōu）縮量。這一方麵可消除或減（jiǎn）少鑄坯收縮形成的內部孔隙，防止晶間富集溶質的鋼（gāng）液向鑄坯中心橫向流動（dòng）；另一方麵輕壓下所產生的擠壓作用，還可以促使液（yè）芯中心富集溶質的鋼液沿拉坯方（fāng）向反向流動，使溶質元素在鋼液中重新分配。從而使鑄坯的凝固組織更加均勻（yún）致密，達到改善中心偏析和減少中心疏（shū）鬆的目的。
　　本鋼42CrMo-1汽車（chē）鍛件用鋼采（cǎi）用在2、3、4輥上分別壓（yā）下（xià）4mm、4mm和4mm，總壓下量為12mm，鑄坯疏鬆、縮（suō）孔明顯減輕，等軸晶率平均達到58%。
2.4 矩形坯軋製
　　轉爐矩形坯加熱4個小（xiǎo）時後，1000℃的開軋溫（wēn）度（dù）進入返回式初軋機，初軋機采用二輥可逆式軋機（jī），經十二架大棒機（jī）組後出成品，再進（jìn）行48h保溫後經漏磁探傷檢測，確定沒有表麵（miàn）缺陷，進行物理（lǐ）性能檢（jiǎn）驗，各項指標（biāo）檢驗全部合格後打包（bāo）入庫（kù）。
　　表2、表3分別為成品（pǐn）夾雜物、力（lì）學性能檢驗結果。

表2 42CrMo-1鋼的非金（jīn）屬（shǔ）夾雜物
表（biǎo）3 42CrMo-1鋼的力學性能
 
3 化學成分
　　化學成分是影響鋼材性能的主要因素，在工（gōng）藝技術穩定的情況下，化學成分窄帶控製、穩定性、均勻性是保證鋼材性能的前提條件。在實（shí）際生產中采用包內合（hé）金化與RH成分微調相結合，化學成分控製及（jí）成品成分見表4。

表4 42CrMo-1鋼的化學成（chéng）分

4 結論
　　1）轉爐過（guò）程嚴格控製下渣量，控（kòng）製出（chū）鋼溫（wēn）度，詳細（xì）研究了Al2O3的熱力學反應。精煉過程采用白（bái）渣（zhā）操作，對（duì）鈣處理（lǐ）做了（le）詳（xiáng）細（xì）計算，連鑄過程采用結（jié）晶（jīng）器電磁攪拌（bàn）、末端電磁攪拌和動態輕壓下等設備（bèi），得到成分、組織均勻的42CrMo-1汽車用鋼鑄坯（pī）；
　　2）鑄坯經過加熱、初軋及連軋機組（zǔ）後得到（dào）表麵質量好、內部夾雜物細（xì）小且均勻分布、晶粒度細小、沒有混晶（jīng）現象、組織均勻的鋼材；
　　3）化（huà）學成（chéng）分實行窄帶嚴格控（kòng）製，確保化學成分均勻性，經過（guò）嚴格（gé）的工藝控製和產（chǎn）品性能（néng）檢驗（yàn），得到了42CrMo-1汽車用鋼鑄坯。
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