轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)高品質(zhì)齒輪鋼冶煉工藝與產(chǎn)品質(zhì)量研究.pdf

1、跟電爐流程相比，轉(zhuǎn)爐流程具有高效、批量大、原材料雜質(zhì)少、成本低等優(yōu)點(diǎn)，但大多因?yàn)檗D(zhuǎn)爐流程節(jié)奏快，缺乏足夠的精煉時(shí)間，鋼水的純凈度滿足不了要求，缺乏專業(yè)的軋鋼及后部處理設(shè)施與之配套等諸多原因，鋼材的實(shí)物質(zhì)量還存在許多問題。因此，轉(zhuǎn)爐流程生產(chǎn)特殊鋼的冶煉工藝研究具有重要的意義。
　　本文針對首鋼轉(zhuǎn)爐流程的冶煉特點(diǎn)，采用了歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與分析、鋼材的檢驗(yàn)與分析、鋼材疲勞性能臺(tái)架測試、理論分析、現(xiàn)場工業(yè)試驗(yàn)相結(jié)合的方法，對轉(zhuǎn)爐流程生產(chǎn)

2、特殊鋼的低氧冶煉工藝、精煉渣系選擇、夾雜物鈣處理及淬透性帶寬的控制進(jìn)行了研究，取得了很好的效果。主要成果包括以下幾部分:
　　(1)首鋼產(chǎn)品質(zhì)量現(xiàn)狀的分析
　　本文在首鋼現(xiàn)有生產(chǎn)線上，通過對歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與分析，查閱大量的相關(guān)文獻(xiàn)資料，解剖國內(nèi)外先進(jìn)流程生產(chǎn)的鋼材實(shí)物質(zhì)量找出首鋼的差距;結(jié)果表明，轉(zhuǎn)爐下渣量大，達(dá)12～15kg/t，爐渣改質(zhì)效果差，精煉進(jìn)站w(FeO)達(dá)3.0％，精煉出站w(FeO)達(dá)2.0％;w[T.O

3、]達(dá)27×10-6，精煉時(shí)間比轉(zhuǎn)爐和連鑄多出近30min，成為流程的制約環(huán)節(jié);鋼水中A和B類夾雜物仍然很多，鈣處理不充分，鈣鋁酸鹽夾雜大部分落在高熔點(diǎn)的CA6-CA2區(qū)域內(nèi);窄成分控制精度低，成分波動(dòng)比較大，淬透性窄帶合格率低，J9值帶寬36.0±3.00HRC的合格率為81.3％，36.0±2.00HRC的合格率為65.3％;需要對冶煉工藝和成分控制進(jìn)行改進(jìn)。
　　(2)轉(zhuǎn)爐流程生產(chǎn)齒輪鋼的冶煉工藝的研究
　　以熱力學(xué)計(jì)算

4、為依據(jù)，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)的分析，對鋁脫氧鋼的鋁氧平衡關(guān)系和夾雜物的生成及去除條件進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，控制好轉(zhuǎn)爐下渣量和爐渣改質(zhì)是縮短精煉周期、提高齒輪鋼純凈度、打通轉(zhuǎn)爐流程的關(guān)鍵，控制w[Al]s＞0.03％，控制精煉渣系的aAl2O3＜0.02，w(CaO)/w(SiO2)=3.5～5，w(CaO)/w(Al2O3)=1.5～2.0，可以獲得w[T.O]小于15×10-6低氧精煉鋼水;要求20CrMnTiH1精煉鋼水在1600℃以上的溫

5、度下進(jìn)行鈣處理，當(dāng)酸溶鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.03％，控制鋼水中的w[Ca]/w[Al]s比在0.017～0.19，使Al2O3變性為液態(tài)所需鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍為(5～57)×10-6，能生成低熔點(diǎn)的CaO·Al2O3和12CaO·7Al2O3，只要w[S]高于0.01％，則鋼水中Al2O3夾雜很難完全變性為C12A7，而相對容易變性為CA。
　　(3)鋁脫氧鋼精煉過程穩(wěn)定氧化物夾雜的研究
　　采用小樣電解方法分析鋁脫氧鋼精煉過程反應(yīng)

6、產(chǎn)物中穩(wěn)定氧化物的種類和分布及變化規(guī)律，結(jié)果表明，首鋼齒輪鋼中氧化物夾雜總量質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為0.0027％，其中Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)0.00219％，占全部氧化物夾雜的69.30％。而MnO、FeO、CaO等鋼中常見的氧化物夾雜質(zhì)量分?jǐn)?shù)極低，不超過0.0002％;穩(wěn)定氧化物中的氧占到w[T.O]的90％，而Al2O3和SiO2氧化物中氧占到w[T.O]的～80％，穩(wěn)定氧化物夾雜去除是生產(chǎn)低氧齒輪鋼的關(guān)鍵;首鋼齒輪鋼中存在大量的M3C和M

7、(C，N)析出物，它們主要是在凝固過程中析出的，對熱處理工序中細(xì)化晶粒有較大的好處。
　　(4)非金屬夾雜物對齒輪鋼疲勞壽命的影響研究
　　采用旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)方法，對具有不同冶金質(zhì)量的齒輪鋼進(jìn)行了疲勞破壞行為研究，測定了齒輪鋼的S-N曲線，對斷口斷裂機(jī)制進(jìn)行了分析和討論。結(jié)果表明，齒輪鋼熱軋態(tài)、鍛態(tài)及正火態(tài)的旋彎疲勞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分散性均較小，體現(xiàn)出材料具有較好的冶金質(zhì)量特別是微觀組織的均勻性;不同氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)20CrMnTi鋼

8、正火態(tài)之間的旋彎疲勞性能差異不明顯。這主要與二者的疲勞裂紋均起源于表面基體的疲勞斷裂機(jī)制有關(guān);對于起裂于表層夾雜物的試樣，夾雜物十分粗大，為Al2O3·(CaO)x類復(fù)合氧化物夾雜。因此，應(yīng)特別注意控制鋼中此類異常夾雜物。
　　(5)齒輪鋼窄淬透性帶寬控制的研究
　　采用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)和回歸的方法，找出影響齒輪鋼淬透性帶寬的因素，基于多支持向量機(jī)的方法建立齒輪鋼淬透性值預(yù)報(bào)模型并進(jìn)行在線預(yù)報(bào)，指導(dǎo)成分調(diào)整。取得了很好的成果:窄成分

9、控制精度為w[C]±0.01％、w[Si]±0.02％、w[Ti]±0.02％、w[Mn]±0.02％、w[Cr]±0.03％、w[Ti]±0.01％時(shí)，所占比例分別為96.1％、94.7％、90.5％、87.4％、81.9％、90.5％，較優(yōu)化前有了很大的提高;淬透性窄帶J9值±2.0合格率達(dá)到93.3％，J9值±3.0合格率達(dá)到99.3％; J15值±2.0合格率達(dá)到89.2％，J9值±3.0合格率達(dá)到98.4％，較優(yōu)化前有了很大地

10、提高。
　　通過工藝優(yōu)化，各項(xiàng)主要技術(shù)指標(biāo)較優(yōu)化前有很大地提高，w[T.O]≤15×10-6，夾雜物評級(jí)A+B+C+D≤5.0級(jí)，晶粒度≥8.5級(jí);淬透性帶寬≤6HRC合格率達(dá)到99.3％，≤4HRC合格率達(dá)到93.3％;一般疏松小于0.5級(jí)，中心疏松小于1.0級(jí)，未見裂紋、夾雜、氣孔等低倍缺陷;較優(yōu)化前，精煉時(shí)間縮短了15.6min。
　　綜上所述，本文對轉(zhuǎn)爐流程冶煉工藝進(jìn)行了細(xì)致地研究，制定了轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)齒輪鋼的工藝制度，實(shí)