一种低成本钎杆用钢的制备方法 |
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| 申请号 | CN202410075983.9 | 申请日 | 2024-01-18 | 公开(公告)号 | CN117867365A | 公开(公告)日 | 2024-04-12 |
| 申请人 | 凌源钢铁股份有限公司; | 发明人 | 杜东福; 张国锋; | ||||
| 摘要 | 本 发明 属于 破碎 锤用钎杆制备领域，公开了一种低成本钎杆用 钢 的制备方法。制备方法包括：将钎杆用钢的炼钢原料送入转炉内，进行供 氧 吹炼和造渣，达到转炉终点后，得到 钢 水 并进行出钢，使钢水流入钢包并进行脱氧 合金 化，得到出站钢水；对出站钢水进行LF精炼；保护浇注，得到大方坯；将所述大方坯进行加热、初轧、连轧、锯切、 冷床 步进、缓冷坑缓冷，得到所述钎杆用钢。本发明优化了40Cr化学成分设计，取消RH 真空 处理，实现钎杆用钢原料切削加工后，盐浴处理不开裂，表面硬度合格，成本大幅降低。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种低成本钎杆用钢的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种低成本钎杆用钢的制备方法技术领域背景技术[0002] 随着施工速度要求的不断提高，挖掘机等工程机械得到广泛应用，如矿山开采的开山、开矿、二次破碎，冶金钢包、炉渣清理、设备基础拆除，铁路隧道掘进、道桥拆毁，高速公路修补、水泥路面破碎，市政园林混凝土破碎、水电气工程施工等。液压破碎锤为液压挖掘机的一个重要作业工具，而破碎锤用钎杆为其主要消耗品，其不仅追求成本越低越好，而且要求材料必须具有较高的强韧性，以及良好的淬火热处理性能；以便钻凿过程中杆尾柄端部“不堆不炸”、杆体“不弯不断”、杆尖“不崩不钝”。 [0003] 破碎锤用钎杆的现有材质由于使用习惯不同，五花八门，中高碳钢均有，目前采用42CrMoA、55SiMnMo、40Cr、60Si2Mn等居多，且原料均经真空(RH或VD)处理，钎杆尖部和尾柄部分多为锻造成型工艺，工序多，成本高，对于一个消耗品而言不够经济，社会效益不够明显。 [0004] 因此，部分企业开始采用未走真空的国标牌号圆钢直接切削加工，然后加热盐浴两次淬火，低温回火及局部盐浴处理生产钎杆，但经常出现淬火开裂现象。以目前成本最低的40Cr圆钢为例，现有技术一般化学成分设计见下表1。 [0005] 综合来看，现有技术生产的原材料390*510mm断面大方坯经RH真空处理，采用直接切削加工后盐浴淬火可保证质量，但生产成本高；尝试不经真空处理，采用直接切削加工后盐浴淬火，钎杆易开裂(见下图1(a)‑(b))。 [0006] 表1 [0007] [0008] 因此，为满足质量要求，解决现有技术生产的钎杆用原料多采用大方坯生产，均经真空(RH或VD)处理，成本较高，市场竞争力弱，社会经济效益较差的问题，目前亟待提出一种低成本钎杆用钢的制备方法。 发明内容[0009] 本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种低成本钎杆用钢的制备方法。本发明优化了40Cr化学成分设计，取消RH真空处理，实现钎杆用钢原料切削加工后，盐浴处理不开裂，表面硬度合格，成本大幅降低。 [0010] 为了实现上述目的，本发明提供了一种低成本钎杆用钢的制备方法，所述制备方法包括如下步骤： [0012] S2：对所述出站钢水进行LF精炼：将所述出站钢水由软吹工位进到精炼工位，进行通电、白渣精炼、成分调质和喂线处理，得到LF精炼钢水；将所述LF精炼钢水开回所述软吹工位并在所述LF精炼钢水表面加覆盖剂，进行保温和防止钢水二次氧化； [0013] S3：保护浇注：在氩气保护下，采用大包保护套管使步骤S2得到的精炼钢水流入中间包；中间包采用内装式水口使所述中间包和结晶器之间形成密闭的钢水通道，将中间包中的精炼钢水送入所述结晶器，得到大方坯； [0014] S4：将所述大方坯送入加热炉进行加热，得到加热钢坯；对加热钢坯依次进行初轧、连轧、锯切、冷床步进、缓冷坑缓冷，得到所述钎杆用钢。 [0015] 在本发明中，考虑临界直径、碳含量与淬裂的关系，本发明对40Cr钢适当降低了碳含量，但需同时保证表面硬度合格和技术工况条件控制水平，因此，根据本发明，优选地，以所述钎杆用钢的总质量计，该钎杆用钢的化学成分组成包括：C 0.37‑0.39％，Mn 0.56‑0.60％，Si 0.22‑0.27％，Cr 0.93‑0.97％，S≤0.010％，P≤0.015％。 [0016] 在本发明中，所述炼钢原料为铁水和废钢，其中： [0017] 以铁水的总质量计，铁水中的Si的含量为0.30‑0.35％，P的含量为0.078‑0.080％，S的含量为0.030‑0.035％；优选地，以铁水的总质量计，铁水中的Si的含量为 0.32％，P的含量为0.079％，S的含量为0.032％； [0018] 铁水的温度为1308‑1312℃，优选地，铁水的温度为1310℃； [0019] 铁水的用量为118‑125吨，废钢的用量为7.1‑12.2吨；优选地，铁水的用量为121吨；废钢的用量为9吨。 [0020] 根据本发明，优选地，在步骤S1中： [0021] 所述供氧吹炼的操作条件包括：供氧压力为0.75‑0.85MPa，吹炼时间为13‑16min，采用高枪位2000mm‑2100mm吹炼； [0022] 所述造渣使用的物质为石灰、尘泥球和中块石中的至少一种； [0023] 所述转炉终点时，所述钢水中的C≥0.08％，P≤0.015％，所述钢水的温度为1620℃‑1650℃； [0024] 使所述钢水流入钢包并进行脱氧合金化的过程包括：在所述钢包内，当所述钢水的进料重量占出钢前转炉内的全部钢水的重量百分比为第一阈值时，向钢包中加入脱氧及合金化工艺材料，同时使所述钢水继续流入钢包，所述脱氧及合金化工艺材料在所述钢水的进料重量占出钢前转炉内的全部钢水的重量百分比为第二阈值时加完；待所述出钢完成后，转炉出站，得到出站钢水。 [0025] 根据本发明，优选地，所述过程还包括：所述脱氧及合金化工艺材料在加入钢包前，在400‑500℃下烘烤所述脱氧及合金化工艺材料。 [0026] 根据本发明，优选地，所述第一阈值为所述出钢前转炉内的全部钢水的重量的0.20‑0.30％；所述第二阈值为所述出钢前转炉内的全部钢水的重量的0.70‑0.80％。 [0028] 根据本发明，优选地，在步骤S2中： [0030] 所述喂丝处理选用的是钙线，所述喂线处理的喂线速度为1.5±0.2m/s； [0031] 所述LF精炼钢水在所述软吹工位的时间为≥15min； [0032] 根据本发明，优选地，在铝锭脱氧工艺和白渣精炼中，所述精炼石灰由产出到被使用的时间控制在24h以内。 [0033] 根据本发明，优选地，在步骤S3中： [0034] 在进行所述步骤S3之前，对所述中间包和内装式水口进行烘烤处理，且对所述中间包进行烘烤处理的温度大于1100℃，对所述内装式水口进行烘烤处理的温度大于600℃； [0035] 所述中间包中设置有覆盖剂，所述覆盖剂为低碳覆盖剂、复合覆盖剂和碳化稻壳中的至少一种； [0036] 所述中间包内的液面高度控制在800mm以上； [0037] 所述结晶器的水流量宽面为92‑98m3/h，窄面为72‑78m3/h；二冷水比水量为0.19L/kg；结晶器的电磁搅拌电流为80‑120A，结晶器的电磁搅拌频率为1.4‑1.6Hz；凝固末端电磁搅拌电流为380‑420A，凝固末端电磁搅拌频率为7.6‑8.4Hz；过热度为15‑35℃；拉坯速度为0.41m/min； [0038] 所述大方坯的规格尺寸为(380‑400)mm*(500‑520)mm。 [0039] 根据本发明，优选地，在步骤S4中： [0041] 所述初轧的温度为1020‑1110℃； [0042] 所述连轧的温度为970‑1030℃，连轧的终点温度为940‑990℃； [0043] 所述冷床步进使用的设备包括齿条步进式冷床； [0044] 所述缓冷坑缓冷的时间不低于24h；进入所述缓冷坑的钢的温度为不低于400℃，离开所述缓冷坑的钢的温度为不大于100℃。 [0045] 根据本发明，优选地，使用所述钎杆用钢制备钎杆的热处理工艺包括依次进行的锯切下料、加工外形、加热保温、出炉空冷、盐水一次淬火、一次间隙空冷、盐水二次淬火、二次间隙空冷、测硬度、整体低温回火和杆柄局部中温回火。 [0046] 根据本发明，优选地，所述加热保温的温度为840‑860℃，加热保温的时间为210‑220min。 [0047] 根据本发明，优选地，所述出炉空冷的时间为30‑50s。 [0048] 根据本发明，优选地，所述盐水一次淬火和所述盐水二次淬火均包括依次进行的盐浴热处理和冷却；所述盐水一次淬火的冷却时间为190‑210s；所述盐水二次淬火的冷却时间为65‑75s。 [0049] 根据本发明，优选地，所述一次间隙空冷的时间为90‑110s。 [0050] 根据本发明，优选地，所述整体低温回火包括依次进行的整体回火、整体保温和整体空冷；所述整体回火的温度为230‑250℃；所述整体保温的时间为250‑270min。 [0051] 根据本发明，优选地，所述杆柄局部中温回火包括依次进行的局部回火、局部保温、局部盐浴热处理和局部空冷；所述局部回火的温度为410‑430℃；所述局部保温的时间为150‑170min；所述局部盐浴热处理的时间为85‑95s。 [0052] 在本发明中，本发明考虑真空(RH或VD)处理成本影响，设计取消真空(RH或VD)处理流程，但本发明须保留“所述脱氧及合金化工艺材料在加入钢包前进行的烘烤”，同时要求转炉和LF精炼石灰快进快出(在铝锭脱氧工艺和白渣精炼中，所述精炼石灰由产出到被使用的时间控制在24h以内)，这样可实现成本降低至少160元/吨钢；同时，为避免出现内部缺陷(如超声探伤不合)影响盐浴热处理，铸坯轧制后采用入坑缓冷工艺，成本上升5.33元/吨。考虑综合影响，可实现成本降低每吨154元以上。 [0053] 本发明的技术方案的有益效果如下：本发明的制备方法优化了40Cr化学成分设计，不进行真空(RH或VD)处理，制得的钎杆用钢满足下游行业盐浴热处理不开裂要求，同时满足钎杆高质量表面硬度要求(杆尖HRC53‑57，杆体及尾柄HRC40‑55)，因此，本发明解决了40Cr钎杆用钢生产成本过高的问题(可实现成本降低每吨150元以上)，解决了不进行真空(RH或VD)处理而降低成本后导致的淬火后钎杆开裂问题，解决了钎杆淬火不开裂与高表面硬度矛盾的问题。具体地： [0054] 1、工艺流程设计创新：本发明取消了真空(RH或VD)工艺，降低成本，通过控制精制石灰由产出到使用的时间和缓冷坑缓冷等工艺，避免了白点等缺陷，减少盐浴淬火裂纹。 [0055] 2、化学成分设计创新：本发明的钎杆用钢的化学成分设计采用C不大于0.40％，保证钎杆表面硬度合格的情况下适当降低Mn、Cr的百分含量，稍提高Si的百分含量，减少盐浴淬裂质量问题的同时提高冷态使用效果，保证材料处于“淬裂与Ms、WC％(碳质量分数)的关系”的不淬裂区域，采用JMatPro软件计算，避开“碳质量分数在0.40％以上，Ms点330℃以下的钢的淬火开裂敏感区”，为后续优化钎杆热处理工艺，减少操作复杂性，提供了良好的保障，考虑了技术工况水平，生产操作性强。 [0056] 3、钎杆热处理工艺创新：即在使用本发明的钎杆用钢制备钎杆的工艺中，通过控制盐浴中停留时间(即盐水一次淬火的冷却时间和盐水二次淬火的冷却时间)的方式，实现两次盐水淬火工艺(盐水一次淬火和盐水二次淬火)，即分级淬火工艺，进而保证了钎杆表面硬度合格的同时减少了盐水淬火工艺不当引起的钎杆开裂缺陷，对40Cr材质而言，盐浴热处理工艺具有创新性。 [0058] 通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。 [0059] 图1(a)‑(b)示出了本发明背景技术中提到的钎杆开裂的情况图。 具体实施方式[0060] 下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。 [0061] 实施例1 [0062] 本实施例提供一种低成本钎杆用钢的制备方法，所述制备方法包括如下步骤： [0063] S1：将钎杆用钢的炼钢原料送入转炉内，进行供氧吹炼和造渣，达到转炉终点后，得到钢水并进行出钢，使所述钢水流入钢包并进行脱氧合金化，得到出站钢水； [0064] 其中，所述炼钢原料为铁水和废钢，其中：以铁水的总质量计，铁水中的Si的含量为0.32％，P的含量为0.079％，S的含量为0.032％；铁水的温度为1310℃；铁水的用量为121吨；废钢的用量为9吨； [0065] 所述供氧吹炼的操作条件包括：供氧压力为0.80MPa，吹炼时间为14.8min，采用高枪位2000mm‑2100mm吹炼，提高全程化渣效果； [0066] 所述造渣使用的物质包括石灰、尘泥球、中块石；在本实施例中，吹炼前期分批加入石灰和尘泥球，保证前期化渣、脱磷效果，吹炼中后期根据炉渣状态和温度加入尘泥球和中块石； [0067] 所述转炉终点时，所述钢水中的C≥0.08％，P≤0.015％，所述钢水的温度为1620℃‑1650℃； [0068] 使所述钢水流入钢包并进行脱氧合金化的过程包括：在所述钢包内，当所述钢水的进料重量占出钢前转炉内的全部钢水的重量百分比为第一阈值(25％)时，向钢包中加入脱氧及合金化工艺材料，同时使所述钢水继续流入钢包，所述脱氧及合金化工艺材料在所述钢水的进料重量占出钢前转炉内的全部钢水的重量百分比为第二阈值(75％)时加完；待所述出钢完成后，转炉出站，得到出站钢水。所述脱氧及合金化工艺材料在加入钢包前，在400‑500℃下烘烤所述脱氧及合金化工艺材料； [0069] 所述脱氧及合金化工艺材料包括依次加入钢包的铝锭(用量0.90‑1.20kg/t)、硅锰合金(用量8.0kg/t)、高碳铬铁(用量16.8kg/t)、增碳剂、预熔型铝酸钙(用量3.5‑4.5kg/t)和精炼石灰(用量2.5‑3.5kg/t，所述精炼石灰由产出到被使用的时间控制在24h以内)。 [0071] 分批加入精炼石灰(步骤S1和S2的总用量5‑8kg/t，所述精炼石灰由产出到被使用的时间控制在24h以内)，每批重量不大于100kg，防止渣料结块。渣面加SiC脱氧剂，要勤加、少加，电石、铝粒、SiC脱氧剂散状混合后分批加入。通电10min后，渣料熔化流动性良好白渣形成，温度1530～1540℃，停电、氩气中吹2min后，第1次造渣结束，取首样化验，包括取钢水化验和取渣样，取渣样观察炉渣为白渣；根据所述取钢水化验结果进行成分调质，且调质时提起LF精炼的电极，氩气强吹。调质完成后，降低吹氩强度调至中吹，通电熔化合金均匀成分，完成第一次调渣； [0072] 视炉渣情况进行第2次调渣(与第一次调渣相同)，完成后，继续加电石、SiC脱氧剂，进行扩散脱氧，保持还原气氛至出站，白渣保持时间15min以上。待成分合格、温度合适后，喂钙线120m，喂线速度1.5m/s。喂钙线结束后开到软吹工位加覆盖剂，进行保温和防止钢水二次氧化，同时调整氩气使液面蠕动钢水不得裸露，软吹氩时间≥15min，得到LF精炼钢水。 [0073] S3：对所述中间包和内装式水口进行烘烤处理，且对所述中间包进行烘烤处理的温度大于1100℃，对所述内装式水口进行烘烤处理的温度大于600℃； [0074] 保护浇注：在氩气保护下，采用大包保护套管使步骤S2得到的精炼钢水流入中间包；中间包采用内装式水口使所述中间包和结晶器之间形成密闭的钢水通道，将中间包中的精炼钢水送入所述结晶器，得到大方坯； [0075] 其中，所述中间包中设置有覆盖剂，所述覆盖剂为低碳覆盖剂、复合覆盖剂和碳化稻壳； [0076] 所述中间包内的液面高度控制在800mm以上； [0077] 所述结晶器的水流量宽面为80‑86m3/h，窄面为68‑74m3/h；二冷水比水量为0.12L/kg；结晶器的电磁搅拌电流为370‑410A，结晶器的电磁搅拌频率为1.4‑1.6Hz；凝固末端电磁搅拌电流为430‑470A，凝固末端电磁搅拌频率为5.2‑5.8Hz；过热度为17‑30℃；拉坯速度为0.39m/min； [0078] 所述大方坯的规格尺寸为390mm*510mm。 [0079] S4：将所述钢坯送入加热炉进行加热(具体地，所述钢坯在加热炉内依次经过加热1段、加热2段、加热3段和均热段(出钢前)，其中：加热1段750℃、加热2段1000℃、加热3段 1210℃、均热段(出钢前)1190℃，加热炉内停留时间不小于400min)，得到加热钢坯；对加热钢坯依次进行初轧(温度1030‑1100℃)、连轧(连轧的温度为980‑1020℃，连轧的终点温度为950‑980℃)、锯切、冷床步进、缓冷坑缓冷，得到所述钎杆用钢。 [0080] 其中，所述冷床步进使用的设备包括齿条步进式冷床； [0081] 所述缓冷坑缓冷的时间不低于24h；进入所述缓冷坑的钢的温度为不低于400℃，离开所述缓冷坑的钢的温度为不大于100℃。 [0082] 以所述钎杆用钢的总质量计，该钎杆用钢的化学成分组成包括：C0.38％，Mn 0.58％，Si 0.25％，Cr 0.95％，S≤0.010％，P≤0.015％。 [0083] 按上述钎杆用钢的化学成分组成进行理论计算，淬火临界直径DI值达55.1mm，这样碳含量不大于0.40％，处于临界直径、碳含量与淬裂的关系的不淬裂区域；同时采用JMatPro软件计算Ms值为342.3℃，临界冷却速度51℃/S，制备钎杆的热处理工艺采用盐浴淬火(冷却速度不低于300℃/S)完全满足要求；同时处于“淬裂与Ms、WC％的关系”的不淬裂区域，即避开“淬火开裂发生在碳的质量分数在0.40％以上，Ms点330℃以下的钢中”这一特性区域。此时，本发明的钎杆用钢的淬透性J1.5值可达54.4HRC，由于杆尖为不大于40mm，硬度与淬透性J1.5值接近应在53HRC以上；杆体按φ100mm估算硬度与淬透性J3.0值接近，即使达到J5.0也应在49.5HRC以上，符合钎杆要求。 [0084] 本实施例还提供使用本实施例制备的钎杆用钢制备钎杆的热处理工艺，包括： [0085] 采用锯切下料，砂轮锯加工外形，装入井式炉加热，升温至850℃保温212min，出炉空冷30‑50s，盐水一次淬火(盐浴中进行冷却，时间为200s)，一次间隙空冷100s，盐水二次淬火(盐浴中进行冷却，时间为70s)，二次间隙空冷，测硬度，整体低温回火(整体回火温度240℃，整体保温260分钟，整体空冷)，杆柄局部中温回火(局部回火温度420℃，局部保温 160分钟，局部盐浴热处理盐浴90秒，局部空冷)。 [0086] 以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。 |
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