含稀土40Cr结构钢转炉冶炼工艺及性能研究

摘要

目前，合金结构钢生产企业普遍采用电炉冶炼工艺作为主要生产设备。但我国的电炉冶炼技术差，电耗成本高，同时我国含铬合金废钢循环周期长，废钢供应量小制约了电炉冶炼合金结构钢技术的发展。
　　本课题针对我国现状，重点研究电炉冶炼流程的替代工艺。选择采用普碳钢冶炼的通用流程，围绕合金结构钢生产过程铬元素的收得率指标，选用对高炉脱磷生铁原料-转炉吹氧冶炼工艺-炉外精炼-连续铸造这一通用冶炼流程进行合金结构钢冶炼生产，运用纯净铁水替代废钢作为含铁原料，通过冶炼过程中对炉温、供氧强度、枪位等操作方式的改变，降低终点钢中气体含量，调整控制钢液成分向终点实现。
　　通过入炉前期生铁脱磷处理运用精炼环节进一步纯净钢液，使终点钢水达到电炉钢水质量。精炼环节加入稀土元素，利用采用基础热处理方式，分析其调质性能。主要的研究结果如下:
　　(a)通过研究Si-Cr的氧化特点，在冶炼过程中可通过加入饱和态的硅元素SiO2的方法降低铬元素的氧化量;
　　(b)在转炉流程合金结构钢冶炼过程中，可通过供氧压力的调节，以降低熔池中CO分压状态值(PCo)，或者提高熔池温度两种方法实现脱碳保铬。
　　(c)加入稀土元素冶炼40Cr结构钢在，800℃×15min水淬+550℃×90min回火条件下具有最佳力学性能。
　　(d)使用高脱磷铁水和转炉氧化工艺，有效环节电炉工序中的倒渣、调渣脱磷问题，提高了冶炼效率降低全废钢流程中磷富集的问题。
　　(e)稀土元素的加入，大大降低了以Mn元素为基体的非金属夹杂物对材料轧制过程中裂纹，及成品材使用过程中疲劳点对材料品质性能的影响。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 合金结构钢冶炼发展现状

1．1．1 淬透性的要求

1．1．2 洁净度要求

1．1．3 细化晶粒

1．1．4 表面质量

1．2 合金结构钢的冶炼工艺概述

1．3 本文的主要工作和研究内容

第二章 电炉合金结构钢冶炼方法

2．1 传统的冶炼方法分类

2．1．1 原料以固体原料为主

2．1．2 以铁水为主要原料

2．1．3 铁水占部分原料

2．2 合金结构钢冶炼方法按照主要生产工序分类

2．2．1 一步法冶炼工艺

2．2．2 其它流程冶炼工艺

2．3 新型电炉合金结构钢工艺流程

2．3．1 电炉工艺分析

2．3．2 AOD精炼工艺

2．3．3 VOD精炼工艺

2．4 小结

第三章 转炉合金结构钢冶炼工艺

3．1 转炉炼钢冶炼流程

3．2 转炉冶炼的操作制度

3．2．1 装料制度

3．2．2 吹炼供氧制度

3．2．3 造渣制度

3．2．4 熔池温度制度

3．2．5 脱氧合金化制度

3．3 冶炼过程温度的控制

3．3．1 影响温度判断的因素

3．3．2 钢水样温度判断方法

3．3．3 其它快速经验判断法

3．4 终点成分的控制

3．4．1 转炉吹氧冶炼碳的控制

3．4．2 终点碳含量的经验判断方法

3．5 磷对结构钢性能的影响

3．5．1 冶炼过程磷的来源

3．5．2 生产过程的主要脱磷方法

3．6 钢中的夹杂物

3．6．1 钢中夹杂物的主要来源

3．6．2 夹杂物对钢性能的影响及控制方法

3．7 小结

第四章 稀土元素在合金结构钢中的作用机理

4．1 稀土元素对钢液的“纯净”作用

4．2 稀土的脱氧作用

4．3 稀土金属的脱硫作用及对硫化物形态的控制作用

4．3．1 硫化物形态的控制

4．3．2 MnS在钢材中的存在形态

4．3．3 MnS对钢材性能的影响

4．3．4 钢中氧、硫含量对稀土效果的影响

4．4 稀土在冶炼过程中的作用

4．4．1 稀土对钢的微合金化作用

4．4．2 稀土细化晶粒作用

4．4．3 稀土的其它作用

4．4．4 稀土对钢耐腐蚀性的影响

4．5 小结

第五章 提高铬元素收得率的方法

5．1 钢液中碳与铬氧化的热力学条件

5．2 钢液中碳的氧化形式

5．3 脱硅保铬过程的热力学分析

5．3．1 铬的氧化反应

5．3．2 硅的氧化反应

5．4 小结

第六章 40Cr钢作为轴向拉杆件疲劳性能研究

6．1 实验用材料的基本情况

6．2 材料基体的疲劳寿命表示方法

6．2．1 表明光洁试样实验

6．2．2 缺口试样实验

6．3 材料疲劳强度实验结论

6．4 小结

第七章 含稀土40Cr钢热处理性能分析

7．1 试样材料与方法

7．2 试验结果与分析

7．3 结论

参考文献

致谢