渗碳轴承钢G20Cr2Ni4连铸圆坯的生产方法

摘要

本发明涉及一种渗碳轴承钢G20Cr2Ni4连铸圆坯的生产方法，该方法包括以下步骤：在电弧炉内冶炼低碳、低磷、低有害元素含量的初炼钢水；在钢包精炼炉内进行脱氧、脱硫及合金化，在VD炉进行真空脱气，VD真空脱气后，吊包去连铸；大包钢水通过带有吹氩保护的长水口注入中间包内，结晶器内钢水通过一冷区冷却，通过外置式结晶器电磁搅拌器对钢水进行电磁搅拌；铸坯在与浇钢平台垂直的方向上进行冷却及凝固；铸坯经与拉坯速度同步的火焰切割机在垂直方向上切割成定尺铸坯，被勾钢机吊至出坯辊道上出坯；出坯后铸坯入坑缓冷或直接热送锻造。本发明的目的在于提供一种坯料出材率高且生产成本低的渗碳轴承钢G20Cr2Ni4连铸圆坯方法。

说明书

技术领域

本发明属于冶金技术领域，主要涉及一种渗碳轴承钢G20Cr2Ni4连铸圆坯的生产方法。

背景技术

G20Cr2Ni4是一种常用的渗碳合金结构钢，渗碳处理后表面硬度、耐磨性和接触疲劳强度高，心部还保留有良好的韧性，耐冲击负荷好，一般应用于耐冲击负荷的大型轴承，或坦克、推土机等的轴料和齿轮材料。

由于连铸与模铸相比，钢水的浇注方式及凝固原理不同，连铸坯存在成分偏析、心部致密性差的缺点，现有连铸技术生产满足不了G20Cr2Ni4钢复杂的工作条件要求，当前行业内G20Cr2Ni4渗碳轴承钢多采用模铸生产或模铸后采用电渣重熔的方法进一步提高洁净度。但是，在模铸生产时，即便采用好的保护浇注手段，水口钢流与大气仍不可避免的会接触，造成二次氧化，中注管、汤道系统的耐火材料也会污染经炉外精炼的纯净度高的钢液。大量的现场取样测定证实，经过模铸系统的钢液，不管是气体或夹杂物含量都比精炼结束时高，且钢锭或电渣锭均需切头、切尾，锻造出材率仅80%，而连铸坯生产效率高，无需切头、切尾，锻造出材率达90%以上。

因此，需要提供一种能够稳定控制连铸坯成分偏析及心部致密性的连铸方法，以替代钢锭或电渣锭来满足渗碳轴承钢G20Cr2Ni4复杂的工作条件的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有生产方式下的渗碳轴承钢G20Cr2Ni4圆坯成分偏析、心部致密性差及模铸生产洁净度低、出材率低的问题而提供一种坯料出材率高且生产成本低的渗碳轴承钢G20Cr2Ni4连铸圆坯方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：一种渗碳轴承钢G20Cr2Ni4连铸圆坯的生产方法，该方法包括以下步骤：

1）在电弧炉内冶炼低碳、低磷、低有害元素含量的初炼钢水；

2）在钢包精炼炉内进行脱氧、脱硫及合金化，在VD炉进行真空脱气，VD真空脱气后，吊包去连铸；

3）大包钢水通过带有吹氩保护的长水口注入中间包内，在连铸过程中，将中间包内钢水过热度控制在20～35℃；结晶器内钢水通过一冷区冷却，结晶器内钢水通过外置式结晶器电磁搅拌器对钢水进行电磁搅拌；拉坯机以0.1～0.5m/min的拉坯速度拉坯；铸坯行走方向与浇钢平台垂直；二冷区分三段对圆坯进行冷却，其中一区为在结晶器足辊处喷水冷却、二区三区为气雾喷水冷却，比水量控制在0.1～0.4L/kg；通过外置式铸流电磁搅拌器在二冷室下部对钢水进行电磁搅拌，以形成更多的等轴晶并降低圆坯1/2半径处正偏析；铸坯在与浇钢平台垂直的方向上进行冷却及凝固；铸坯经与拉坯速度同步的火焰切割机在垂直方向上切割成定尺铸坯，经倾翻辊道倾翻至水平辊道上，被勾钢机吊至出坯辊道上出坯；出坯后铸坯入坑缓冷或直接热送锻造。

采用电弧炉+钢包精炼炉+VD炉真空脱气的冶炼方式，冶炼的渗碳轴承钢G20Cr2Ni4化学成分按质量百分比为：C=0.17～0.23%，Si=0.15~0.40%，Mn=0.30~0.60%，P≤0.020%，S≤0.015%，Ni=3.25~3.75%，Cr=1.25%~1.75%，Cu≤0.25%，Al=0.010~0.030%，余量为Fe及其他不可避免的杂质。

连铸过程大包至中间包采用长水口及长水口吹氩保护，氩气流量为80～120l/min；中间包采用塞棒吹氩，氩气流量为2～6l/min。

连铸过程中，中间包加入碱性覆盖剂及碳化稻壳来减少钢水的热辐射损失及保护钢水不被二次氧化，所用碱性覆盖剂的主要成分为CaO：50～60%、Al₂O₃：25～35%、MgO：2～4%、SiO₂≤4.0%、Fe₂O₃＜1.5%及H₂O≤0.5%。

采用浸入式水口及向结晶器内加入保护渣的方式对结晶器钢水进行保护，所用浸入式水口为整体式水口。

所用结晶器保护渣的碱度为0.92～0.99，熔化温度为1140～1170℃，粘度为12.34泊。

结晶器电磁搅拌采用外置式搅拌器，搅拌频率为1～2Hz，搅拌电流为200～600A。

铸流电磁搅拌采用外置式搅拌器，搅拌频率为5～12Hz，搅拌电流为60～300A。

拉坯速度为0.1～0.5m/min，根据不同断面来确定，拉坯机采用3辊夹持，其中1个为固定辊，2个为可调辊；不同断面指的是连铸圆坯的直径，最小φ400mm、最大φ800mm；断面直径为φ400mm时，拉坯速度为0.5m/min、断面直径为φ800mm时，拉坯速度为0.1m/min。

所述圆坯的直径在φ400～800mm之间，所述圆坯在立式连铸机上生产。

本发明的技术方案产生的积极效果如下：当前行业内渗碳轴承钢G20Cr2Ni4多采用模铸钢锭或电渣重熔生产，本发明生产的渗碳轴承钢G20Cr2Ni4连铸圆坯，采用两级电磁搅拌，过程中保护浇注效果好，氧含量控制低，坯料出材率高，生产成本低，采用冷却和凝固都对称的立式连铸方法生产，化学成分均匀性好，凝固组织对称性好，无需弯曲和矫直，无明显的内外弧侧化学成分差异及夹杂物偏向内弧侧的问题，可代替钢锭或电渣锭用于渗碳轴承钢的生产。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明的技术方案做进一步的阐述和说明。

渗碳轴承钢G20Cr2Ni4连铸圆坯的生产方法，采用电弧炉+钢包精炼炉+VD炉真空脱气的冶炼方式；冶炼的渗碳轴承钢G20Cr2Ni4成分按质量百分比为：C=0.17～0.23%，Si=0.15~0.40%，Mn=0.30~0.60%，P≤0.030%，S≤0.030%，Ni=3.25~3.75%，Cr=1.25%~1.75%，Cu≤0.25%，Al=0.010~0.030%，余量为Fe及其他不可避免的杂质元素。该方法的生产工艺步骤如下：

1）电弧炉初炼：采用60t电弧炉冶炼，炉料由二级废钢35t、碳结钢料头10t、含镍生铁20t组成；电弧炉出钢条件：终点[C]：0.03%、[P]：0.004%，出钢温度1660℃，出钢1/4～3/4过程中钢包中加入铝块80kg、硅铁75kg、石灰300kg及500kg铬铁合金；

2）LF精炼：电炉出钢后转往LF工位进行精炼，加入石灰600kg、碳粉、硅铁粉等脱氧剂150kg脱氧，渣白后温度1600℃取样精调成分；

3）VD真空脱气：温度1680℃进入真空罐脱气，在真空度≤0.5乇下保持时间20分钟，破空后在线定氢，[H]：1.0ppm，出钢前吹氩弱搅拌时间20分钟，温度1580℃吊包上连铸；

4）连铸：钢水在立式连铸机上浇注为φ400mm铸坯，将钢包吊至钢包回转台上，通过回转台转至中间包上方，钢水通过带有吹氩保护的长水口注入中间包内，吹氩流量为100l/min，中间包内钢水采用碱性覆盖剂和碳化稻壳保护，控制中间包内过热度20～30℃，碱性覆盖剂可以吸附钢水夹杂物、提高钢水纯净度，所用碱性覆盖剂的主要成分为CaO：50～60%、Al₂O₃：25～35%、MgO：2～4%、SiO₂≤4.0%、Fe₂O₃＜1.5%及H₂O≤0.5%；中间包内采用塞棒吹氩，吹氩流量为3l/min，中间包钢水通过整体式浸入式水口注入结晶器内；结晶器内加结晶器保护渣保护，所用结晶器保护渣的碱度为0.92～0.99，熔化温度为1140～1170℃，粘度为12.34泊；钢水在结晶器冷却水冷却条件下快速形成坯壳，结晶器冷却水流量1850l/min；结晶器内钢水通过外置式结晶器电磁搅拌器对钢水进行电磁搅拌，搅拌频率为2.0Hz，搅拌电流为400A；拉坯机以0.40～0.50m/min的拉坯速度拉坯；铸坯行走方向与浇钢平台垂直；二冷区分三段对圆坯进行冷却，比水量为0.28l/kg，其中一区为在结晶器足辊处喷水冷却，冷却水量占比27%，二区为气雾喷水冷却，冷却水量占比46%，三区为气雾喷水冷却，冷却水量占比27%；通过外置式铸流电磁搅拌器在距弯月面4.3m处对钢水进行电磁搅拌，搅拌频率为12Hz，搅拌电流为100A；铸坯经与拉坯速度同步的火焰切割机在垂直方向上切割成6m长定尺铸坯，经倾翻辊道倾翻至水平辊道上，被勾钢机吊至出坯辊道上出坯；出坯后铸坯入坑缓冷处理；

5）缓冷后自同一流铸坯头、中、尾部抽样检测低倍、气体及碳偏析指数结果见下表1、表2、表3：

表1 低倍检测结果（级）

表2 氧含量检测结果（ppm）

表3 碳偏析指数

从表1数据来看，按本实施例生产的产品，低倍组织致密，中心疏松级别较低，无缩孔、中心裂纹、中间裂纹、皮下裂纹、皮下气泡缺陷。

从表2、表3数据来看，按本实施例生产的产品，氧含量控制在较低水平，全截面碳偏析指数、中心碳偏析指数控制较好。

另外，按本发明的实施例生产的产品，经用户锻造加工成渗碳轴承钢后检测各项指标均符合要求，完全能满足渗碳轴承钢的生产。