一種Cr-Mn系列彈簧鋼冶煉工藝的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于冶金領域，涉及一種鋼材冶煉工藝，具體地說是一種Cr-Mn系列彈簧 鋼的冶煉工藝。
【背景技術】
[0002] 彈簧鋼是用來制造彈簧和彈性零件的一個專用鋼種。按照其化學成分分為非合 金彈簧鋼（碳素彈簧鋼）和合金彈簧鋼，根據GB/T 13304《鋼分類》標準，按照基本性能及 使用特性，彈簧鋼屬于機械結構用鋼；按照質量等級，屬于特殊質量鋼，即在生產過程中需 要特別嚴格控制質量和性能的鋼。鑒于其用途，彈簧鋼應該具有良好的耐疲勞性能、力學性 能、抗彈減性能、淬透性、物理化學性能等綜合性能。為了滿足上述性能要求，彈簧鋼材料應 具備有較高的純凈度（少夾雜、低氣體含量）、優良的表面質量、精準的外形尺寸等。伴隨著 工業經濟的飛速發展，對彈簧鋼品質要求也就越來越高，如近年來針對發動機用高性能氣 門彈簧而提出的超純凈彈簧網。
[0003] 非金屬夾雜物已經成為影響彈簧鋼使用壽命的最重要因素之一，彈簧鋼冶煉的關 鍵是要如何提高鋼材的純凈度，即：減少鋼中非金屬夾雜物含量并保證非金屬夾雜物的均 勻分布。鋼水純凈度控制也一直困擾著國內各大鋼鐵企業。
[0004] 目前，多數鋼廠采用高爐鐵水一鐵水預處理一轉爐一LF精煉一VD真空處理一連 鑄工藝來生產Cr-Mn系列彈簧鋼。經過鐵水預處理工藝生產彈簧鋼使得生產成本增加，同 時由于生產工藝的不合理，鋼水純凈度控制往往也不理想，非金屬夾雜物超標率居高不下， 影響質量的同時也帶來了大量的報廢浪費。
[0005] 如何提高彈簧鋼純凈度，即：降低鋼水非金屬夾雜物含量已經成為各鋼廠技術攻 關的主要難題。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的是提供一種Cr-Mn系列彈簧鋼冶煉工藝，采用該工藝不僅可以省去 一道"鐵水預處理"工藝，降低了生產成本，同時能將鋼水中的非金屬夾雜物控制在較好的 水平。
[0007] 本發明所采用的技術方案為，一種Cr-Mn系列彈簧鋼冶煉工藝，包括原材料準備、 偏心底電爐（EBT)、LF爐外精煉、VD真空處理、連鑄工藝，步驟如下：
[0008] (1)電爐冶煉鋼鐵料采用60~70%的低硫鐵水和30~40 %優質廢鋼，要求廢 鋼必須采用連鑄切頭切尾及軋鋼返廢，不得使用含S剛的返廢、不得使用含雜質潮濕的廢 鋼，電爐終點碳含量控制在0. 15 %以上，防止鋼水過氧化，電爐出鋼溫度控制在1640~ 1660°C，EBT電爐實行留鋼、留渣操作工藝，嚴禁出鋼過程下渣；
[0009] (2)電爐出鋼過程中用活性石灰和復合精煉渣，來代替普通石灰造渣，以加快化渣 速度，出鋼過程中加入電石進行預脫氧，從而盡快進行鋼水的脫0與脫S ;
[0010] (3)LF精煉前在氬站喂入A1線150-200m/爐加強鋼水脫氧（代替傳統工藝中精煉 爐喂A1線），進行鋼水的深脫氧（控制成品鋁含量不超過0. 008% )，即可防止出鋼過程用 鋁而帶來的吸氣，也可減少防止精煉過程再用A1后生成的三氧化二鋁等夾雜沒有足夠的 上浮時間；
[0011] (4)精煉前期以碳粉、電石進行鋼水的快速脫0與脫S，精煉前期造高堿度白渣，視 鋼水S含量情況，加入適量石灰與復合精煉渣，控制成品S < 0. 010% ;精煉中后期以含硅 脫氧材料來加強爐渣脫氧的同時提高爐渣的流動性，并視爐渣情況加入石英來進行稀渣， 確保精煉后期爐渣堿度控制在1. 5~2. 5,從而可以解決前期所造的高堿度渣，吸附夾雜難 的問題；
[0012] (5) VD真空處理前要求鋼包留有60~100mm的凈空高度，并控制氬氣流量：極限 真空前氬氣流量控制15~25L/min ;極限真空度后氬氣流量控制30~45L/min，既保證有 充分的攪拌，又要防止VD處理過程鋼包渣溢出；VD要求真空度< 67Pa下的真空保持時間 大于15min ;
[0013] (6) VD破空迅速加入顆粒狀堿性覆蓋劑及碳化稻殼進行雙層保護，保證鋼渣不露 面，軟吹Ar時間控制20~70min，整個軟吹過程加強氬氣流量控制，保證鋼水的微動，且不 能出現亮面并根據鋼水面情況，及時增添碳化稻殼；
[0014] (7)澆鑄前加強對保護渣、中間包的烘烤；大包長水口增加密封墊圈；中包開澆前 實施中包吹氬；連鑄拉速度穩定在0. 8~0. 9m/min，過熱度控制20~30°C，采用結晶器電 磁攪拌及末端電磁攪拌，嚴禁拉速及過熱度出現較大幅度波動。
[0015] 作為優選，步驟（1)所述的留鋼、留渣才做工藝中，出鋼時控制留鋼量為5~8%。
[0016] 進一步地，步驟（2)所述的活性石灰和復合精煉渣要求如下：
[0017] 活性石灰：CaO彡89%，活性度彡350, S彡0? 030%，灼減彡4% ;
[0018] 復合精煉渣要求：55%彡CaO彡60%，15%彡Si02彡20%，A1203彡8%。
[0019] 作為優選，步驟（2)所述的活性石灰和復合精煉渣使用量各500kg/爐，以實現快 速成渣，活性石灰使用量過多，會造成堿度過高，化渣困難，復合精煉渣使用量過多，會造成 堿度偏低，造成前期造渣脫〇、脫S困難。
[0020] 進一步地，所述的出鋼過程中視鋼水終點C情況加入電石80~120kg/爐。
[0021] 作為優選，步驟（4)所述的高堿度白渣堿度為3. 0~4. 0 ;所述碳粉和電石使用量 不超過l〇〇kg/爐；步驟（4)所述石灰與復合精煉澄質量比為1:1。
[0022] 進一步地，所述含硅脫氧材料為硅鐵粉或碳化硅，并視爐渣情況加入石英進行稀 渣，確保精煉后期爐渣堿度控制在1. 5~2. 5,從而提高爐渣吸附夾雜能力。
[0023] 作為優選，步驟（4)所述的精煉前期采用大氬氣流量，以實現爐渣的快速融化及 合金均勻化；所述的精煉中后期采用小氬氣流量，確保剛水中的夾雜物能夠快速上浮及溫 度均勻化，并可以防止氬氣流量過大而導致鋼水過分裸露吸氣。
[0024] 作為優選，所述的連鑄采用大包、中間包余鋼操作，采用大包下渣檢測裝置，保證 大包殘余鋼水量1. 5噸/爐，澆注結束時中包殘余鋼水1噸，澆注過程防止中包低液位澆 注；做好保護澆注工作：要求中間包烘烤時間大于3小時；并對保護渣進行烘烤，保證保護 渣使用前溫度控制在80°C以上。
[0025] 本發明的優點：電爐以鐵水加優質廢鋼為金屬料進行冶煉，即吸取了 "轉爐冶煉良 好的去氣去夾雜效果"的優點，同時由于采用偏心底電爐進行留鋼出鋼，從而又克服了其它 鋼廠用轉爐冶煉，出鋼過程容易下渣的缺點；此外LF精煉過程采用雙渣操作：前期造高堿 度渣，加大脫0、脫S力度，同時能有效的將成品S含量控制在0. 010%以下，減少了鋼水中 非金屬夾雜物的來源，中后期通過采用含硅脫氧材料及加入石英砂來造低堿度渣，從而提 高了中后期爐渣的流動性，為鋼水中夾雜物上浮提供了良好的動力學條件，且整個精煉過 程不使用含鋁材料，減少了鋼水中三氧化二鋁等難熔難上浮夾雜的來源。因此采用此工藝 不僅可以省去鐵水預處理工藝，降低了生產成本、提高了生產效率同時也減少了鋼水中的 非金屬夾雜物含量。
【具體實施方式】 [0026] 實施例1
[0027] 以Cr-Mn系列彈簧鋼51CrV4生產為例說明：
[0028] 煉鋼工藝流程：鐵水（60~70% ) +優質廢鋼（30~40% ) - 100噸偏心底電爐 (EBT) - 100噸LF精煉爐一 VD爐一連鑄機（5機5流）。
[0029] 電爐冶煉工藝
[0030] 1、新爐襯、新鋼包前3爐不得冶煉此鋼種，出鋼前加強對鋼包的烘烤，保證鋼包內 襯的紅熱狀態。
[0031] 2、電爐冶煉鋼鐵料采用60~70%的低硫鐵水與30~40%的公司自產優質廢鋼。
[0032] 3、電爐終點碳含量控制在0. 15%以上，電爐出鋼溫度控制在1640~1660°C，EBT 電爐實行留鋼出鋼，嚴禁出鋼過程下渣