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    连铸38CrMoAl大方坯工艺试验

    发布日期:2022-11-28  作者:李国和  浏览次数:976
     
    核心提示:38CrMoA1是含铝氮化钢,经渗氮化学处理后,钢的氮化层中形成氮化铝 (A1N), 通过A1N的弥散硬化作用可以提高钢材的表面硬度和强度,同时所形成的氮化物热稳定性也很高,一般在600℃~650℃时仍能保持一定的硬度。所以38CrMoA1通常用来制造有特殊要求的零部件,如汽缸套 、齿轮、高压阀门、蜗杆和磨床主轴等。
     连铸38CrMoAl大方坯工艺试验

      李国和

    1 前言

    38CrMoA1是含铝氮化钢,经渗氮化学处理后,钢的氮化层中形成氮化铝 (A1N), 通过A1N的弥散硬化作用可以提高钢材的表面硬度和强度,同时所形成的氮化物热稳定性也很高,一般在600℃~650℃时仍能保持一定的硬度。所以38CrMoA1通常用来制造有特殊要求的零部件,如汽缸套 、齿轮、高压阀门、蜗杆和磨床主轴等。

    38CrMoA1钢是不易冶炼、连铸的钢种,铝是 38CrMoA1钢中的主要成分,由于铝极易氧化,在冶炼时具有熔点低 (660℃)、比重小(2.68g/cm3 )、不易加入等特点,冶炼收得率极不稳定,成分不合格率较高。以前多采用EAF+LF+VD+Ingot工艺,为保证钢中Si、Al合格,采用炉后除渣方式,Al回收率不稳定,模注生产过程使用加高帽口、碳化稻壳,钢材易出现点偏、缩孔等缺陷,并且表面质量差,成材率低。近年来,为解决上述问题,国内有些企业在小方坯上连铸机上连铸38CrMoAl钢得以成功。但因38CrMoAl钢中含铝量是常规钢种的30倍左右,采用连铸后工艺因钢中Al含量高易出现水口结瘤,影响连浇。

    总之,38CrMoA1钢连铸水口结瘤、铸坯表面质量差、低倍点状偏析是生产中经常碰到的问题,并且铸坯尺寸越大,钢材点状偏析越严重。

    为解决上述问题,满足生产大规格38CrMoA1钢材的要求,我们试验开发了大方坯连铸机连铸38CrMoA1工艺,并长期量产。

    2 试验工艺流程和工艺

    2.1 试验的工艺流程

    70tCONSTEEL  EBT  EAF→70tLF(VD)→弧形R16.5m,250mm×280mm、410mm×530mm两断面大方坯连铸机。

    2.2   38CrMoA1钢成分控制目标

    38CrMoA1钢成分控制目标见表1。

    表1 成品化学成份                              单位:%

    C

    Si

    Mn

    P

    S

    Cr

    Ni

    Mo

    Al

    Cu

    0.35

    0.20

    0.30

    ≤0.025

    ≤0.025

    1.35

    ≤0.20

    0.15

    0.70

    ≤0.20

    0.42

    0.45

    0.60

    1.65

    0.25

    1.10

    2.3  冶炼工艺

    2.3.1 Consteel电炉

    钢铁料由统料和生铁(或铁水)组成。出钢温度≥1620℃,出钢时严禁下氧化渣。钢包火数≥3火;不允许使用冶炼含Si钢后的钢包。合金和渣料随包烘烤,烘烤时间≥40min,不允许使用Si-Fe和Si-Mn合金;合金先按42CrMo配入。不加铝以外的脱氧剂和脱硫剂、精炼剂,粗脱氧铝3kg/t钢。

    2.3.2   LF精炼炉

    白渣保持时间≥30min,调渣时不许用炭化硅和Si-Ba等含Si的原料。取全分析样温度≥1570℃,根据分析结果调整(除Al和Si)合金,合金调整完毕后升温至1600℃~1610℃停止加热,大氩气搅拌,加铝锭,铝按100%回收控制到0.95%~1.00%,吊包前软吹氩时间保证15min。连铸的吊包温度:1590℃±5℃。

    2.4 连铸工艺

    钢包上台温度:1590℃~1595℃。中包大火烘烤≥5h。长水口与大包之间采取氩气环保护。连铸时中间包采用无碳中包覆盖剂、结晶器采用38CrMoA1钢专用保护渣。采用4#冷却曲线。液相线温度1510℃。中包过热度≥40℃。拉坯速度:根据过热度拉速控制在0.8m/s~1.0/s。电磁搅拌:M-EMS300A,3HZ;F-EMS300A,12HZ。

    连铸坯应进行坑冷,坑冷时间≥24h。

    3 试验效果及分析

    3.1  炉渣变化及钢中Al回收率

    精炼过程炉渣样分析结果如表2。

    表2  精炼过程炉渣样分析结果               单位:%              

    炉号

    SiO2

    CaO

    MgO

    FeO

    Al2O3

    R

    L-1

    5.1

    52.31

    4.75

    1.09

    32.17

    10.26

    L-2

    5.5

    55.67

    5.64

    2.09

    28.62

    10.12

    通过表2分析,与冶炼一般钢种相比,炉渣成分发生变化。因冶炼控制了入炉Si质材料,渣中碱度平均提高8左右,SiO2平均降低20%左右,Al2O3平均提高15%左右。在LF精炼炉取全分析时,钢中Si 0.13%~0.15%,为保证钢中Si合格,在吊包前补加了Si—Fe。说明过程有效地控制了钢中Si,为合金化加Al提供了工艺保障。

    在此工艺下,钢中Al回收率平均97.6%。

    3.2 钢中气体

    钢中气体分析值见表3。从表3可以看出,由于冶炼38CrMoAl尽可能避免Si质材料入炉,采用Al粉脱氧,钢中氧较一般钢种低。L-1φ40mm材、L-2[O]是在加完合金Al后的结果,故[O]较低。钢中[H]较一般钢种相当。

    表3 钢中气体分析值

    炉号

    [H],×10-6

    [O],×10-6

    [N],×10-6

    L-1φ40mm材

     

    5

    80

    L-1,LF给电10min

    4.48

    17

    66

    L-1,加Al前

    4.46

    11

    75

    L-2,LF给电10min

    4.45

    12

    65

    L-2,加Al前

    4.80

    8

    62

    L-3,加Al后

    4.7

    3

    65

    3.3 铸坯质量

    连铸坯进行坑冷,表面质量良好,无夹渣、裂纹等缺陷(酸洗后的连铸坯表面见图1、图2)。连铸坯试片无缺陷,质量评定结果见表4。酸洗后连铸坯试片情况见图3、图4、图5。

    表4  铸坯质量评定

    炉号:L-1

    等轴晶率,%

    柱状晶率,%

    激冷层,mm

    1流

    85

    15

    6

    2流

    88

    12

    5

    3流

    86

    14

    3

     

    图1铸坯表面质量

     

    图2铸坯表面质量

     

    图3铸坯酸洗试片(S1)

     

    图4铸坯酸洗试片(S2)

     

    图5铸坯酸洗试片(S3)

     

    图6浸入式水口浇钢后外貌

    3.4 钢中各成分及偏析分析

    在铸坯横断面沿中轴十字交叉由上至下、左至右取18点,中心位于5、15点,分析结果见表5。

    表5 钢中成分                    单位,%

     

    C

    Si

    Mn

    P

    S

    Cr

    Mo

    Al

    GB/T3077

    0.35-0.42

    0.20-0.45

    0.30-0.60

    ≤0.025

    ≤0.025

    1.35-1.65

    0.15-0.25

    0.70-1.10

    成品结果

    0.39

    0.26

    0.41

    0.013

    0.0022

    1.38

    0.17

    1.06

    钻取材结果(φ40mm)

    0.39

    0.23

    0.41

    0.012

    0.0022

    1.39

    0.17

    1.07

    1

    0.37

    0.26

    0.41

    0.013

    0.002

    1.38

    0.18

    1.12

    2

    0.38

    0.27

    0.41

    0.013

    0.002

    1.40

    0.19

    1.17

    3

    0.38

    0.26

    0.40

    0.013

    0.002

    1.38

    0.18

    1.13

    4

    0.38

    0.25

    0.39

    0.012

    0.002

    1.38

    0.18

    1.13

    5

    0.45

    0.26

    0.42

    0.013

    0.003

    1.41

    0.19

    1.03

    6

    0.36

    0.25

    0.40

    0.013

    0.002

    1.39

    0.18

    1.10

    7

    0.38

    0.25

    0.40

    0.013

    0.002

    1.38

    0.18

    1.07

    8

    0.40

    0.26

    0.40

    0.014

    0.002

    1.40

    0.18

    1.12

    9

    0.36

    0.25

    0.41

    0.013

    0.002

    1.38

    0.17

    1.14

    10

    0.37

    0.24

    0.40

    0.013

    0.002

    1.38

    0.18

    1.14

    11

    0.39

    0.24

    0.40

    0.013

    0.002

    1.38

    0.18

    1.14

    12

    0.39

    0.25

    0.41

    0.013

    0.002

    1.39

    0.17

    1.07

    13

    0.38

    0.25

    0.40

    0.013

    0.002

    1.38

    0.18

    1.09

    14

    0.37

    0.26

    0.40

    0.012

    0.002

    1.37

    0.18

    1.08

    15

    0.40

    0.26

    0.39

    0.015

    0.003

    1.40

    0.18

    1.05

    16

    0.36

    0.24

    0.40

    0.013

    0.002

    1.37

    0.18

    1.08

    17

    0.37

    0.25

    0.39

    0.013

    0.002

    1.38

    0.17

    1.08

    18

    0.38

    0.27

    0.40

    0.013

    1.38

    1.38

    0.17

    1.08

    从表5中可以看出,与成分较为均匀的成品结果相比,连铸坯中的P、S、Mn、Cr、Mo、Si元素偏析不大,而连铸坯中由外向内C显示出正偏析,Al显示出较大趋势的负偏析(见表6),由此判断:C、Al比重较小,该钢种的钢水在结晶器中进行了选分结晶。从理论上讲,38CrMoAl粘度较大,不属于裂纹敏感性钢种,因此,在实际连铸生产中,为避免C、Al两元素出现大的偏析,可探讨增大比水量的可能性。

               表6 钢中成分偏析                 单位, %

     

    C

    C偏析

    Al

    Al偏析

    成品结果

    0.39

     

    1.06

     

    1

    0.37

    --0.02

    1.12

    +0.06

    2

    0.38

    --0.01

    1.17

    +0.11

    3

    0.38

    --0.01

    1.13

    +0.17

    4

    0.38

    --0.01

    1.13

    +0.17

    5

    0.45

    +0.06

    1.03

    --0.03

    6

    0.36

    --0.03

    1.10

    +0.04

    7

    0.38

    --0.01

    1.07

    +0.01

    8

    0.40

    +0.01

    1.12

    +0.06

    9

    0.36

    --0.03

    1.14

    +0.08

    10

    0.37

    --0.02

    1.14

    +0.08

    11

    0.39

    0

    1.14

    +0.08

    12

    0.39

    0

    1.07

    +0.01

    13

    0.38

    --0.01

    1.09

    +0.03

    14

    0.37

    --0.02

    1.08

    +0.02

    15

    0.40

    +0.01

    1.05

    --0.01

    16

    0.36

    --0.03

    1.08

    +0.02

    17

    0.37

    --0.02

    1.08

    +0.02

    18

    0.38

    --0.01

    1.08

    +0.02

    3.5 水口堵塞情况

    L-1-6六连浇结束后,对1、2、3流浸入式水口进行了破坏观测(如图6)。与2连浇结瘤水平大致相当。在连浇过程中浸入式水口较为正常,未出现结瘤。第3炉(L-1)3流浸入式水口曾出现堵塞现象,但经提高拉速之后,堵塞有所改善。

    3.6 产材检验结果

    连铸坯的加热、轧制执行现38CrMoAl工艺。产材检验结果如表7,低倍检验结果如表8,高倍检验结果如表9。轧后φ40mm材表面见图7、图8,材表面无大缺陷,稍加修磨可上交。材经探伤无缺陷。

       由表8、表9看出,检验结果符合标准要求。

    表7 试验38CrMoAl力学性能

     

    Rm/Mpa

    ReLb,Mpa

    A/%

    Z/%

    kU2e/J

    GB/T3077

    ≥980

    ≥835

    ≥14

    ≥50

    ≥71

    检验结果1

    1000

    895

    17

    51

    124

    检验结果2

    995

    865

    15

    52

    120

    表8  试验38CrMoAl低倍检验结果

    一般疏松,级

    中心疏松,级

    方框偏析,级

    一般偏析,级

    边缘偏析,级

    1

    1

    1

    0

    0

    1

    1

    1

    0

    0

    表9  试验38CrMoAl高倍检验结果

    A

    B

    C

    D

    组织

    0

    1

    0

    1

    0

    0

    0

    0

    F+P+B

    0

    1

    0

    1

    0

    0

    0

    0

    F+P+B

     

    图7 38CrMoAl材表面

     

    图8  38CrMoAl材表面

    3.7 成材率比较

    38CrMoAl连铸后,成材率94%,比715kg模铸锭型成材率平均80%提高14%。

    4 结

    4.1 通过在250mm×280mm、410mm×530mm两断面大方坯连铸机6连浇38CrMoAl钢试验结果证明,产材后检验指标符合标准要求,达到了试验目的,为连铸38CrMoAl大方坯量产及扩大38CrMoAl产材规格提供了依据。

    4.2 连铸38CrMoAl,连浇过程基本正常,基本未出现水口严重堵塞现象。与模铸相比,可提高成材率14%,可大幅降低生产成本。

     
     
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