一种高纯净非调质曲轴用钢的电炉生产工艺

摘要

本发明是一种高纯净非调质曲轴用钢的电炉生产工艺，其成分：C：0.45-0.48%，Mn：1.02-1.12%，P：≤0.025%，S：0.020-0.030%，Si：0.20-0.30%，Cr：0.05-0.25%，Alt：0.015-0.035%，V：0.07-0.12%，Ti≤0.025%，Ni≤0.20%，Cu：0.04-0.15%，Mo：0.01-0.05%，N：0.0080-0.0140%，O≤0.0020%，Ceq：0.88-0.96%；工艺：废钢+热装铁水→电弧炉冶炼→LF精炼→VD真空脱气处理→连铸。本发明的钢成分和低倍组织均匀，各向异性小，不需要进行调质处理。

说明书

技术领域

本发明涉及冶金领域的一种非调质钢的生产工艺，具体的说是一种汽车曲轴用非调质钢的电炉生产工艺。

背景技术

近年来，随着汽车产量和汽车保有量的增加，节能减排的压力也迅速增大。汽车的能耗主要分为三个部分：一是汽车原材料生产能耗；二是汽车零件制造中的能耗；三是汽车使用中的能耗。有资料统计结果表明，在汽车生命周期内，汽车行驶的能耗约占78.3%，材料生产的能耗约占15%，汽车制造的能耗约占6.7%，非调质钢的应用可以有效地节能减排，并降低成本。应用非调质钢可节省零件制造能耗的30%-40%，还可以降低成本的20%（如涨断连杆），同时还可以减少调质过程中淬火引起的变形开裂。有资料统计显示2010年，我国汽车用特钢1.5×10⁷ t，非调质钢产量为1×10⁶ t，仅占7%，而日本汽车用特钢7×10⁶ t，非调质钢产量为2.3×10⁶ t，占33%。为使汽车实现轻量化，非调质钢应向高强度高性能方向发展。

我国非调质钢应用数量和品种与国外均有较大差距，并且相关标准也严重缺失，影响了非调质钢的推广和应用。在开发高强韧非调质钢的同时做好非调质钢应用的基础工作，是扩大非调质钢应用的一个重要方面。国内汽车需求旺盛、全球汽车市场中心向发展中国家转移、汽车零部件采购日益全球化等等因素促进了中国整体汽车市场愈发作为中国工业发展支柱产业的地位。有资料统计显示从2007-2010年，中国曲轴总产量分别为477万、642万、2633万和3100万支，其中剔除摩托车等单缸发动机曲轴，仍然达到450万、575万、1032万和1400万支。中国高速增长的汽车工业为车用曲轴提供了广阔的市场空间。2010年，中国汽车产销分别为1826.47万辆和1806.19万辆，同比增长32.44%和32.37%。其中：乘用车产销1389.71万辆和1375.78万辆，同比增长33.83%和33.17%;商用车产销436.76万辆和430.41万辆，同比增长28.19%和29.90%。2010年全年，累计完成发动机产销1690.95万台和1702.59万台，比上年分别增长27.44%和29.73%。其中，柴油发动机累计完成产销393.55万台和399.27万台，比上年分别增长25.03%和30.36%，汽油发动机累计完成1296.59万台和1302.52万台，比上年分别累计增长28.19%和29.55%。而作为发动机的核心部件，曲轴的销售量与发动机产销量密切相关。发动机产销量的变化反映了曲轴市场需求量的变动情况。

国内蓬勃发展的汽车行业，带动了曲轴行业的变革，以前老的生产线和生产工艺已经不能适应目前多品种、短的交货时间、低成本、易切削、高精度等等一系列问题的需要，同时欧美、日本等汽车发达国家都致力于开发绿色环保、高性能发动机，发动机正向着增压、增压中冷、大功率、高可靠性、低排放方向发展。曲轴作为发动机的心脏，正面临着安全性和可靠性的严峻挑战，传统材料和制造工艺已无法满足这些新功能的要求。

以前，曲轴用材料主要有两种生产途径：㈠使用高质量的球磨铸铁经锻造成型后制作成曲轴，后道需要进行正火+淬火或氮化工艺进行调质处理；㈡利用电渣重熔技术熔铸成钢锭，再锻造成曲轴，后道同样需要进行调质处理。这两种途径有一个共同的弊端就是材料利用率低，成本太高，加工过程繁琐且成功率低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对以上现有技术存在的缺点，提出一种高纯净非调质曲轴用钢的电炉生产工艺，成分和低倍组织均匀，各向异性小，不需要进行调质处理，用户可直接用于车削加工，且切削性能好。

本发明解决以上技术问题的技术方案是：

一种高纯净非调质曲轴用钢的电炉生产工艺，高纯净非调质曲轴用钢的质量百分比成分为：C：0.45-0.48%，Mn：1.02-1.12%，P：≤0.025%，S：0.020-0.030%，Si：0.20-0.30%，Cr：0.05-0.25%，Alt：0.015-0.035%，V：0.07-0.12%，Ti：≤0.025%，Ni：≤0.20%，Cu：0.04-0.15%，Mo：0.01-0.05%，N：0.0080-0.0140%，O：≤0.0020%，Ceq：0.88-0.96%；

高纯净非调质曲轴用钢的电炉生产工艺的工艺流程为：废钢+热装铁水→EBT电弧炉冶炼→LF精炼→VD真空脱气处理→连铸浇注成坯；

EBT电弧炉冶炼出钢过程中使用氮化锰合金将钢水中的N含量控制在200-280ppm范围内，其它元素除S、Alt外使用相应种类合金调整到判定范围下限的85%；

LF精炼过程对成分按判定中限进行点成分控制，分别使用硅锰、硅铁、高纯石墨碳材、钒铁调整Mn、Si、C、V元素至判定范围中限，精炼过程使用复合中铝控制Alt含量在0.025%以上，精炼结束进真空前按顺序使用铝铁调整Alt达0.040%-0.055%，1min后使用钛铁调整Ti达0.015%-0.020%，再1min后使用FeS调整S达0.040%-0.060%，所有成分调整至规定范围温度合适后进VD真空脱气；

VD真空脱气处理过程中，在真空度≤1毫巴下处理10-12min，破真空后进行钙处理，吨钢喂钙量控制在0.2-0.3kg，钙处理后软吹氩时间20-40min，软吹氩过程中取样分析全元素，所有元素满足判定范围且软吹氩时间满足工艺要求后即可进行连铸浇注；

连铸浇注成坯全程采用中间包灌氩操作进行保护浇注，选择中间包钢水平均停留时间750±30s，滞止时间50-70s，钢水死区比例小于23%的优化流场型专用中间包。

通过实施以上成分及工艺的技术方案的配合，使要发明的高纯净非调质曲轴用钢的低倍组织均匀，无内裂和横向裂纹、残余缩孔等缺陷，确保轧材超声波探伤合格，做成曲轴后零件芯部质量均一稳定，成分均匀稳定尤其是硫的偏析小可确保轧材各向异性小，且不需要进行调质处理即可达到所需性能，顺利通过高精度荧光磁粉探伤检测，可直接用于车削加工，切削性能好。

本发明LF精炼终点成分设计已充分考虑VD过程中的变化，Ti的加入是在Ti判定允许的范围内为减少真空过程Alt的衰减而加入，S在还原性碱度白渣气氛下容易衰减，为确保真空后所有成分进线避免真空后成分调整污染钢液造成夹杂物超标本发明规定的范围必须全部满足后才能进真空处理，否则不得进真空处理。

本发明的有益效果是：⑴本工艺方案研发的汽车曲轴用钢纯净度高，成分和低倍组织均匀，各向异性小，能顺利通过用户对成品进行的高精度荧光磁粉探伤检测；⑵该工艺方案可确保冶炼、连铸过程顺行，满足用户大批量订单需要；⑶该工艺方案生产的曲轴用钢不需要进行调质处理，用户可直接用于车削加工，且切削性能好，保证用户年废品率控制在0.5‰以下。

具体实施方式

实施例1

本实施例是一种高纯净非调质曲轴用钢的电炉生产工艺，高纯净非调质曲轴用钢的质量百分比成分为：C：0.45%，Mn：1.02%，P：0.025%，S：0.020%，Si：0.20%，Cr：0.05%，Alt：0.015%，V：0.07%，Ti：0.025%，Ni：0.20%，Cu：0.04%，Mo：0.01%，N：0.0080%，O：0.0020%，Ceq：0.88%，余量为Fe；

高纯净非调质曲轴用钢的电炉生产工艺的工艺流程为：废钢+热装铁水→EBT电弧炉冶炼→LF精炼→VD真空脱气处理→连铸浇注成坯；

EBT电弧炉冶炼出钢过程中使用氮化锰合金将钢水中的N含量控制在200ppm范围内，其它元素除S、Alt外使用相应种类合金调整到判定范围下限的85%；

LF精炼过程对成分按判定中限进行点成分控制，分别使用硅锰、硅铁、高纯石墨碳材、钒铁调整Mn、Si、C、V元素至判定范围中限，精炼过程使用复合中铝控制Alt含量在0.025%以上，精炼结束进真空前按顺序使用铝铁调整Alt达0.040%，1min后使用钛铁调整Ti达0.015%，再1min后使用FeS调整S达0.040%，所有成分调整至规定范围温度合适后进VD真空脱气；

VD真空脱气处理过程中，在真空度≤1毫巴下处理10min，破真空后进行钙处理，吨钢喂钙量控制在0.2kg，钙处理后软吹氩时间20min，软吹氩过程中取样分析全元素，所有元素满足判定范围且软吹氩时间满足工艺要求后即可进行连铸浇注；

连铸浇注成坯全程采用中间包灌氩操作进行保护浇注，选择中间包钢水平均停留时间750s，滞止时间50s，钢水死区比例小于23%的优化流场型专用中间包。

实施例2

本实施例是一种高纯净非调质曲轴用钢的电炉生产工艺，高纯净非调质曲轴用钢的质量百分比成分为：C：0.46%，Mn：1.08%，P：0.02%，S：0.025%，Si：0.25%，Cr：0.1%，Alt：0.025%，V：0.09%，Ti：0.02%，Ni：0.1%，Cu：0.1%，Mo：0.03%，N：0.01%，O：0.001%，Ceq：0.92%，余量为Fe；

高纯净非调质曲轴用钢的电炉生产工艺的工艺流程为：废钢+热装铁水→EBT电弧炉冶炼→LF精炼→VD真空脱气处理→连铸浇注成坯；

EBT电弧炉冶炼出钢过程中使用氮化锰合金将钢水中的N含量控制在250ppm范围内，其它元素除S、Alt外使用相应种类合金调整到判定范围下限的85%；

LF精炼过程对成分按判定中限进行点成分控制，分别使用硅锰、硅铁、高纯石墨碳材、钒铁调整Mn、Si、C、V元素至判定范围中限，精炼过程使用复合中铝控制Alt含量在0.025%以上，精炼结束进真空前按顺序使用铝铁调整Alt达0.045%，1min后使用钛铁调整Ti达0.018%，再1min后使用FeS调整S达0.050%，所有成分调整至规定范围温度合适后进VD真空脱气；

VD真空脱气处理过程中，在真空度≤1毫巴下处理11min，破真空后进行钙处理，吨钢喂钙量控制在0.25kg，钙处理后软吹氩时间30min，软吹氩过程中取样分析全元素，所有元素满足判定范围且软吹氩时间满足工艺要求后即可进行连铸浇注；

连铸浇注成坯全程采用中间包灌氩操作进行保护浇注，选择中间包钢水平均停留时间780s，滞止时间60s，钢水死区比例小于23%的优化流场型专用中间包。

实施例3

本实施例是一种高纯净非调质曲轴用钢的电炉生产工艺，高纯净非调质曲轴用钢的质量百分比成分为：C：0.48%，Mn：1.12%，P：0.01%，S：0.030%，Si：0.30%，Cr：0.25%，Alt：0.035%，V：0.12%，Ti：0.01%，Ni：0.09%，Cu： 0.15%，Mo：0.05%，N：0.0140%，O： 0.001%，Ceq：0.96%，余量为Fe；

高纯净非调质曲轴用钢的电炉生产工艺的工艺流程为：废钢+热装铁水→EBT电弧炉冶炼→LF精炼→VD真空脱气处理→连铸浇注成坯；

EBT电弧炉冶炼出钢过程中使用氮化锰合金将钢水中的N含量控制在280ppm范围内，其它元素除S、Alt外使用相应种类合金调整到判定范围下限的85%；

LF精炼过程对成分按判定中限进行点成分控制，分别使用硅锰、硅铁、高纯石墨碳材、钒铁调整Mn、Si、C、V元素至判定范围中限，精炼过程使用复合中铝控制Alt含量在0.025%以上，精炼结束进真空前按顺序使用铝铁调整Alt达0.055%，1min后使用钛铁调整Ti达0.020%，再1min后使用FeS调整S达-0.060%，所有成分调整至规定范围温度合适后进VD真空脱气；

VD真空脱气处理过程中，在真空度≤1毫巴下处理12min，破真空后进行钙处理，吨钢喂钙量控制在0.3kg，钙处理后软吹氩时间40min，软吹氩过程中取样分析全元素，所有元素满足判定范围且软吹氩时间满足工艺要求后即可进行连铸浇注；

连铸浇注成坯全程采用中间包灌氩操作进行保护浇注，选择中间包钢水平均停留时间720s，滞止时间70s，钢水死区比例小于23%的优化流场型专用中间包。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。