一种铸钢牌号G20Mn5N的中频炉熔炼和电窑热处理工艺

摘要

本发明公开了一种铸钢牌号G20Mn5N新的中频炉熔炼和电窑热处理工艺，采取熔炼过程各阶段化学成分窄区间控制、炉内铝丝预脱氧和终脱氧操作、新增自制钢水净化剂、优化材料加入方式和加入量、预正火+正火+回火的热处理方法，净化钢水、改善金相组织，通过一系列控制手段来优化熔炼和热处理工艺。综上所述，采用新的中频炉熔炼和电窑热处理工艺后，G20Mn5N化学成分合格，非金属夹杂物和晶粒度合格，试棒和实物达到了新的机械性能要求，目前该钢种已实现批量生产，完成了预期的设计目标。

说明书

技术领域

本发明涉及一种铸钢牌号G20Mn5N的中频炉熔炼和电窑热处理工艺。

背景技术

随着金属材料行业发展和车辆轨道交通铸钢材料的使用需求，中车青岛四方机车车辆股份有限公司采购的直线电机车辆转向架悬挂梁对于铸钢牌号 G20Mn5N的机械性能提出了更高的要求。按照EN10293标准，G20Mn5化学成分见表1，可采取正火与调质两种热处理方法，机械性能要求如表2，而中车青岛四方机车车辆股份有限公司采购的G20Mn5N化学成分如表1，机械性能要求如表3，非金属夹杂物应符合表4，晶粒度合格级别为细于或等于6级。通常的中频炉熔炼和电窑热处理工艺无法保证机械性能和非金属夹杂物符合标准要求，而且客户要求的机械性能高于标准，必须提高钢水纯净度，因此对中频炉熔炼和电窑热处理工艺进行优化，提出了一种铸钢牌号G20Mn5N新的中频炉熔炼和电窑热处理工艺，以保证满足对铸钢牌号G20Mn5N的化学成分、更高机械性能、以及非金属夹杂物和晶粒度要求。

表1化学成分(质量分数，％)

表2机械性能

表3机械性能

表4非金属夹杂物

发明内容

本发明的目的在于提供一种铸钢牌号G20Mn5N的中频炉熔炼和电窑热处理工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种铸钢牌号G20Mn5N的中频炉熔炼和电窑热处理工艺，其特征是：所述熔炼和热处理工艺的步骤如下：

S1，物料准备：严选低碳低磷硫废钢，将无油、少锈蚀的废钢和本牌号钢返回料清理干净并干燥，准备好除渣剂、增碳剂，各类合金材料及脱氧剂和钢水净化剂烘烤后备用；

S2，开炉检查：装料前确认中频炉炉况、检测仪表和控制机电系统、冷却水系统等处于正常状态，操作人员必须正确穿戴安全防护用品，操作工具齐全，保持冶炼操作场地整洁，安全通道畅通无阻；

S3，装料：中频炉底部先用小块返回料和废钢进行垫底，然后加入大块厚废钢，最后再用小块返回料和废钢填充间隙以装填紧实为原则；

S4，熔化：先小功率送电熔化5min，等电流停止波动后再大功率送电，随着炉料的熔化，把未装完的炉料陆续装入，直至全部熔清，熔化过程用钢钎捅料，防止炉料架桥，造成上部炉料未溶化，下部钢液温度偏高而出现穿炉的危险；

S5，熔清取样：熔清后加入除渣剂均匀撒至钢水液面进行捞渣，搅动钢水均匀后取样进行炉前化学成分分析，分析碳、硅、锰、磷、硫、铜、镍、铬、钼元素含量；

S6，铝丝预脱氧：取样后立即按6m/吨钢水向炉内插入铝丝进行预脱氧，随后加入除渣剂进行保温；

S7，调整合金：根据炉前分析结果调整化学成分，按需添加合金，合金添加顺序为镍、锰铁、增碳；

S8，调整温度：搅动钢水均匀后取样进行炉后化学成分分析，按2m/吨钢水向炉内插入铝丝进行终脱氧，控制钢水温度在1630℃～1640℃；

S9，出钢准备：钢包烘烤至800℃，按1.6kg/吨钢水将自制1#钢水净化剂置于钢包底部，钢水温度在1630℃以上时方可出钢；

S10，钢水净化：多次捞渣后，清理干净出钢口及炉台操作地面，防止出钢时杂物混入钢液内，钢包调整落位后摇炉出钢，当出钢量达1/3～1/2时按0.4kg/吨钢水将自制2#钢水净化剂随钢流冲入钢包，钢水出完后撒入除渣剂进行保温；

S11,静置浇注：钢水静置1min后，浇注前捞渣干净，温度在1565℃-1575℃开始浇注；

S12,成品分析：对浇注试棒进行化学成分分析，符合要求后进行热处理；

S13，电窑热处理：

第一步，预正火，温度：880±10℃，保温时间：2h，风冷：1h；

第二步，正火，温度：880±10℃，保温时间：2h，风冷：1h；

第三步，回火，温度：510±10℃，保温时间：2h。

优选的，所述步骤S9中，按1.6kg/吨钢水加入自制1#钢水净化剂置于钢包底部，1#钢水净化剂的配比是重稀土与硅钙合金重量比为3:1。

优选的，所述步骤S10中，按0.4kg/吨钢水加入自制2#钢水净化剂随钢流冲入钢包，2#钢水净化剂是硅钙合金。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：采用新的中频炉熔炼和电窑热处理工艺后，G20Mn5N化学成分合格，非金属夹杂物和晶粒度合格，试棒和实物满足该产品的机械、理化性能要求，目前该钢种已实现批量生产，完成了预期的设计目标。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种技术方案：一种铸钢牌号G20Mn5N的中频炉熔炼和电窑热处理工艺，所述工艺的步骤如下：

S1，物料准备：严选低碳低磷硫废钢的化学成分见表1，将无油、少锈蚀的废钢和本牌号钢返回料清理干净并干燥，按表2要求准备好除渣剂、增碳剂，各类合金材料及脱氧剂和钢水净化剂烘烤后备用；

表1低碳低磷硫废钢化学成分控制范围表(％)

表2熔炼准备材料

S2，开炉检查：装料前确认中频炉炉况、检测仪表和控制机电系统、冷却水系统等处于正常状态，操作人员必须正确穿戴安全防护用品，操作工具齐全，保持冶炼操作场地整洁，安全通道畅通无阻；

S3，装料：中频炉底部先用小块返回料和废钢进行垫底，然后加入大块厚废钢，最后再用小块返回料和废钢填充间隙以装填紧实为原则；

S4，熔化：先小功率送电熔化约5min，等电流停止波动后再大功率送电，随着炉料的熔化，把未装完的炉料陆续装入，直至全部熔清，熔化过程用钢钎捅料，防止炉料架桥，造成上部炉料未溶化，下部钢液温度偏高而出现穿炉的危险；

S5，熔清取样：熔清后加入除渣剂均匀撒至钢水液面进行捞渣，按3kg/吨钢水加入除渣剂，重复3次捞渣，搅动钢水均匀后取样进行炉前化学成分分析，分析碳、硅、锰、磷、硫、铜、镍、铬、钼元素含量；

S6，铝丝预脱氧：取样后立即按6m/吨钢水向炉内插入铝丝进行预脱氧，随后加入除渣剂进行保温，加入量为2kg/吨钢水；

S7，调整合金：对照表3出钢化学成分控制范围表，根据炉前分析结果调整化学成分，按需添加合金，合金添加顺序为镍、锰铁、增碳剂和硅铁，成分调整后升温；

表3出钢化学成分控制范围表(％)

S8，调整温度：搅动钢水均匀后取样进行炉后化学成分分析，符合表3要求后，按2m/吨钢水向炉内插入铝丝进行终脱氧，控制钢水温度在1630℃～1640℃；

S9，出钢准备：钢包烘烤至800℃，按1.6kg/吨钢水将自制1#钢水净化剂(重稀土与硅钙合金重量比为3:1)置于钢包底部，钢水温度在1630℃以上时方可出钢；

S10，钢水净化：清理干净出钢口及炉台操作地面，防止出钢时杂物混入钢液内，钢包调整落位后摇炉出钢，当出钢量达1/3～1/2时按0.4kg/吨钢水将自制2#钢水净化剂(硅钙合金)随钢流冲入钢包，钢水出完后向钢包内撒入除渣剂进行保温，除渣剂加入量为1kg/吨钢水；

S11,静置浇注：钢水静置1min后，浇注前捞渣干净，温度在1565℃～1575℃开始浇注；

S12,成品分析：对浇注试棒进行化学成分分析，符合表4要求后进行热处理；

表4成品化学成分控制范围表(％)

S13，电窑热处理：

第一步，预正火，温度：880±10℃，保温时间：2h，风冷：1h；

第二步，正火，温度：880±10℃，保温时间：2h，风冷：1h；

第三步，回火，温度：510±10℃，保温时间：2h。

相比正常的中频炉熔炼工艺，增加了炉内预脱氧和终脱氧操作、自制钢水净化剂、优化材料加入方式和加入量、严格控制熔炼过程各阶段的钢水化学成分等措施。

所述步骤S1中，规定了低碳低磷硫废钢化学成分控制范围，所述步骤S6 中，向钢液插入铝丝进行预脱氧，预脱氧铝丝加入量为6m/吨钢水，所述步骤S7 中，规定了出钢化学成分控制范围，所述步骤S8中，向钢液插入铝丝进行终脱氧，终脱氧铝丝加入量为2m/吨钢水，所述步骤S9中，按1.6kg/吨钢水加入自制1#钢水净化剂置于钢包底部，1#钢水净化剂是重稀土与硅钙合金重量比为3:1，所述步骤S10中，按0.4kg/吨钢水加入自制2#钢水净化剂随钢流冲入钢包，2# 钢水净化剂为硅钙合金，所述步骤S12中，规定了成品化学成分控制范围。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。