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1、1汽车用齿轮钢转炉大方坯连铸工艺生产实践摘 要：探索了汽车齿轮用 20CrMo(H)钢采用转炉大方坯连铸工艺生产的冶炼工艺及控制要素，为高品质汽车齿轮钢的生产搭建了工艺平台。生产试验结果表明，采用转炉大方坯连铸工艺可生产满足标准要求的高品质汽车齿轮用钢。关键词：转炉；精炼；大方坯连铸；齿轮钢；夹杂物Production Practice of Automobile Gear Steel by Converter-Bloom Continuous Casting ProcessCheng Xiaoping,Wang Yadong,Yang SuboVanadium Recovery and St
2、eelmaking Plant of PZH SteelAbstract : The production process and controlling elements of automobile gear steel(20CrMo(H) by converter-bloom continuous casting process are studied in this paper,so the production platform of the high-quality gear steel has been put up. Test results has shown high-qua
3、lity gear steels Which meet the standard can be obtained by the process. Key word: Converter; Refining; Bloom Continuous Casting; Automobile Gear Steel; Inclusion0 引言近年来，纯净度高、夹杂物尺寸小的高品质 20CrMo（H）钢被广泛用于生产汽车齿轮，其主要质量要求有：纯净度高，TO含量控制在 1510-6 以下、窄淬透性带（4HRC） 、为改善疲劳强度的各向异性和提高切削性能需要对钢水进行“钙处理” 15 。为探索高品质汽车齿轮钢
4、的转炉大方坯连铸生产工艺，新钢钒股份有限公司提钒炼钢厂与攀枝花钢铁有限公司、北京科技大学合作，进行了生产试验。汽车齿轮用 20CrMo(H)钢采用转炉LF 精炼RH 处理380380 方坯连铸工艺生产。在转炉工序的主要任务是有效去除P、S，对钢水进行初步脱氧并达到合金化设计的初步要求；在 LF 工序的主要任务是对钢水进行精炼，通过精炼控制钢水 aO和钢包渣中（FeO+MnO） ，有效控制精炼过程钢水回P、增N，合理设计和分解冶金功能使各工序周期基本匹配；在 RH 工序的主要任务是通过 RH 处理降低H、N含量，提高钢水纯净度，对钢水成分进行精确控制，对钢水进行“钙处理”改变钢中夹杂物形态，连铸
5、工序的主要任务是通过合理的工艺控制保证铸坯表面质量和内部质量，并使连铸工序周期与精炼工序周期基本匹配。1 试验控制内容1.1 成品成分一个典型包次的成品成分见表 1。这 7 炉钢的成分控制达到了合金化设计的目标要求，合金2成分的回收率比较理想。表 1 成品成分(%)序号 炉号 C Si Mn P S Cr Mo1 0.21 0.28 0.75 0.014 0.004 1.05 0.182 0.20 0.29 0.79 0.013 0.003 1.02 0.183 0.19 0.29 0.78 0.012 0.004 1.01 0.184 0.20 0.30 0.77 0.010 0.003 1
6、.05 0.215 0.21 0.30 0.77 0.010 0.002 1.04 0.196 0.21 0.29 0.77 0.010 0.004 1.01 0.207 0.20 0.30 0.78 0.012 0.003 1.02 0.181.2 冶炼在转炉冶炼工序根据对成品P 、S 的要求，兼顾工业化生产的成本，未采用脱磷剂等特殊措施，但制定了专门的冶炼造渣制度，强化脱磷效果；为减轻精炼工序的负荷和尽可能缩短钢水精炼工序周期，对转炉终点控制作了适当要求，并采用 FeMnAl 进行出钢预脱氧。在转炉工序达到了预期效果，主要工序参数见表 2。从表 2 可以看出，钢水在吹氩站吹氩处理后，钢水a
7、O上升，是钢包渣中氧向钢水传输的结果；第一炉因出钢下渣量较多，钢水 aO较高。表 2 转炉工序主要参数序号 炉号 终点C，% 终点P% Ar 站P% 氩前O10 -6 氩后O10 -6 1 0.05 0.006 0.013 12.6 16.32 0.05 0.006 0.011 7.2 6.73 0.06 0.008 0.011 3.7 8.04 0.09 0.005 0.009 5.0 5.35 0.08 0.007 0.010 4.2 7.36 0.08 0.006 0.009 3.2 3.67 0.07 0.005 0.011 4.6 7.91.3 LF精炼为了提高钢水精炼效果，在 LF
8、 工序采用根据钢种需要所配制的精炼渣并配合还原剂造对钢水进行精炼。在钢水进入 LF 精炼站时取钢包渣样，在精炼过程中取 2 个钢包渣样，根据钢包渣的颜色、状态适当调整了试验方案所确定的精炼渣和还原剂的加入量，精炼结束后再取钢包渣样；在钢水进出精炼站时都用北京科技大学特制的取样器取钢水样，用于分析钢中 TO和N。从对钢包渣的取样结果看，LF 精炼结束后，钢包渣成分基本达到了预期目标，渣中（FeO+MnO）从精炼前 1%以上降低到了 0.5%左右；从对钢水的取样结果来看，精炼结束后钢中 TO明显降低，表明钢水通过 LF 精炼，有效去除了钢中的夹杂物，LF 精炼前后钢包渣、钢水的情况见表 3。3表
9、3 LF 精炼情况钢包渣性质序号 （FeO+MnO）/% CaO/SiO2 TO10-6炉号处理前 处理后 处理前 处理后 处理前 处理后1 4.08 0.55 5.42 6.72 18.5 15.42 1.95 0.67 4.05 7.26 20.6 14.43 1.33 0.53 7.41 7.92 17.3 16.84 1.34 0.56 9.05 11.52 16.0 15.45 0.85 0.61 7.82 8.52 17.7 12.06 0.84 0.56 7.85 12.48 18.8 16.07 1.18 0.76 6.93 8.59 16.3 13.51.4 RH精炼根据钢种
10、特性和使用要求制定了 RH 的处理工艺，从取样结果看，通过 RH 处理，除了对钢水脱H、对钢水成分进行微调外，RH 处理进一步提高了钢水的纯净度。在 RH 处理后通过喂线对钢水进行“钙处理” ，结果证明，RH 处理后的“钙处理”不会影响钢水的纯净度。RH 处理前后的钢包渣、钢水情况见表 4。表 4 RH 处理情况钢包渣性质序号 （FeO+MnO/% CaO/SiO2 TO/PPm炉号处理前 处理后 喂线后 处理前 处理后 喂线后 处理前 处理后 喂线后1 0.96 0.68 0.62 8.34 8.34 8.44 17.7 14.1 11.32 0.53 0.49 0.45 8.49 8.83
11、 11.52 17.3 15.8 14.23 0.56 0.41 0.37 11.52 11.64 12.37 16.0 13.3 13.94 0.61 0.47 0.42 14.35 16.35 17.4 12.0 11.7 11.45 0.56 1.01 0.85 12.48 12.82 13.81 16.0 13.0 12.66 / 0.76 0.70 / 6.70 7.08 / 11.0 10.77 / 1.0 0.90 / 9.96 9.56 / 11.2 10.8注：因实际生产中的特殊原因，6、7 炉次试验在 RH 处理前未取到钢渣样和钢样。2 试验结果2.1 气体含量如表 5，7
12、 炉中有 6 炉钢铸坯的总氧含量1510 -6 ，1 炉钢的 TO偏高，与其它炉次相比较，其工艺差异是：该炉钢是中包第一炉，在生产时因连铸开浇条件影响，推迟了开浇时间，在 LF 工序的等待加热时间较长。铸坯N含量 365210 -6 ，H 含量 1.310-6 左右；150 方钢N含量 385210 -6 4，H含量 0.31.110 -6 。表 5 铸坯及钢坯气体分析结果(10 -6)序号 炉号 铸坯 TO 铸坯N 150 方 TO 150 方N 150 方H1 26 37 20 38 1.12 12 45 14 46 0.53 9 46 10 48 0.64 11 45 10 44 0.3
13、5 13 44 12 52 0.46 14 52 10 46 0.57 12 36 10 50 0.42.2 低倍每炉钢取连铸坯和 150 方钢坯进行低倍检验， 。铸坯中心疏松及中心偏析在 1.0 级以内，150 方钢中心偏析及中心疏松在 0.5 级以内（检验标准为 YB/T153-1999） 。203 204照片 1 典型连铸坯低倍照片5（2 流） （2 流）照片 2 典型 150 方低倍照片2.3 夹杂物检验如表 6 所示，连铸坯中夹杂类型主要是硫化物及硅酸盐。夹杂物球化比例达 91.7%，其中硫化物全部为球状，硅酸盐大多为球状，少量为块状。夹杂物尺寸较小，其中 1020mm 级占87.5
14、%。表 6 连铸坯夹杂物检验夹杂物尺寸分布/个编号 夹杂物 形貌 类型 数量10-20/mm 20-30/mm 30-40/mm 40-50/mm球 硅酸盐 2 1 1 / /球 硅酸盐 1 1 / /球 硅酸盐 1 1 / /球 硅酸盐 1 1 / / /球 硅酸盐 1 1 / 1 /球 硅酸盐 1 1 / / /球 硅酸盐硫化物 3 3 / / /球、条 硅酸盐硫化物 2 2 / / /备 注 球状夹杂物比例为 91.7% 10-20mm 级占 87.5%203 球状硅酸盐 203 球状硫化物照片 3 典型连铸坯电子照片（500）6点状夹杂 硅酸盐 （2 流）照片 4 典型 150 方钢电
15、子照片（横向 500）在对铸坯中夹杂物进行分析时发现，在靠近内弧 1/4 处的夹杂物数量明显比中间和外弧处的夹杂物数量多，连铸坯中夹杂类型主要是钙铝酸盐与硫化物的复合夹杂，大多为球状，少量为块状，大小和形状没有多大差别，成份主要有 Al2O3、SiO 2、CaO、MgO 和 S，另外还有些氮化物。夹杂物呈球状，说明大部分夹杂物在钢水凝固前呈液态，钢水的钙处理比较成功。连铸坯夹杂物较少，钢质纯净度较高，夹杂物尺寸都在 10m 以下。连铸坯不同部位夹杂物的形状见照片 5照片 7。照片 5 铸坯中间靠内弧 1/4 处夹杂物照片 6 铸坯中心部位夹杂物照片 7 铸坯中间靠外弧 1/4 处夹杂物3 分析与讨论3.1 TO控制7试验采用北京科技大学提供的特制提桶式取样器取过程氧氮样，与球拍样相比，该方法能更准确地分析出钢中的氧氮含量。图 1 为过程钢中 TO分析。由图 1 可知，LF 及 RH 精炼过程处钢中 TO逐渐下降，中包浇铸每炉的开浇后 TO含量比 RH 处理结束后钢水 TO含量高，在浇铸过程中有下降趋势，这从一个方面说明保护浇铸还需要进一步加强。图 1 过 程 TO变 化0510152025303540LF前 LF中 L
