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以高質(zhì)量產(chǎn)品為核心，服務(wù)于用戶需求
模具鋼百科
180t轉(zhuǎn)爐開(kāi)發(fā)高等級(jí)汽車鍛件用鋼工藝
來(lái)源: | 作者:pmo181730 | 發(fā)布時(shí)間: 2019-04-04 | 4206 次瀏覽 | 分享到:
隨著我國(guó)汽車行業(yè)的蓬勃發(fā)展，對(duì)汽車零部件需求量越來(lái)越大，汽車鍛件是汽車制造業(yè)中的基礎(chǔ)安全件，曲軸、前軸、平衡軸、凸輪軸、半軸、十字軸、連桿、齒輪、同步齒環(huán)、轉(zhuǎn)向臂、轉(zhuǎn)向節(jié)、等速萬(wàn)向節(jié)、搖臂、撥叉和爪極等鍛件廣泛運(yùn)用于商用車的動(dòng)力部分、行駛部分以及懸掛部分。從工藝零件看，一臺(tái)商用車鍛件需求種類少則幾十種，多則百余種。有數(shù)據(jù)表明，一輛重型載貨汽車需求鍛件1t左右。進(jìn)而對(duì)汽車鍛件用鋼材料的需求量日益增長(zhǎng)，對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來(lái)越高，氧含量作為影響鋼材疲勞壽命的重要因素，越來(lái)越受到重視。本鋼轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)汽車鍛件用鋼過(guò)程中對(duì)氧含量、硬度、夾雜物、力學(xué)性能、組織和末端淬透性都有嚴(yán)格要求，以42CrMo-1為代表的超低氧汽車鍛件用鋼生產(chǎn)工藝，經(jīng)過(guò)多年摸索及研究，氧含量控制逐漸趨于穩(wěn)定，控制在[O]≤13×10-6，大大提高了汽車鍛件用鋼的疲勞壽命。
　　隨著我國(guó)汽車行業(yè)的蓬勃發(fā)展，對(duì)汽車零部件需求量越來(lái)越大，汽車鍛件是汽車制造業(yè)中的基礎(chǔ)安全件，曲軸、前軸、平衡軸、凸輪軸、半軸、十字軸、連桿、齒輪、同步齒環(huán)、轉(zhuǎn)向臂、轉(zhuǎn)向節(jié)、等速萬(wàn)向節(jié)、搖臂、撥叉和爪極等鍛件廣泛運(yùn)用于商用車的動(dòng)力部分、行駛部分以及懸掛部分。從工藝零件看，一臺(tái)商用車鍛件需求種類少則幾十種，多則百余種。有數(shù)據(jù)表明，一輛重型載貨汽車需求鍛件1t左右。進(jìn)而對(duì)汽車鍛件用鋼材料的需求量日益增長(zhǎng)，對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來(lái)越高，氧含量作為影響鋼材疲勞壽命的重要因素，越來(lái)越受到重視。本鋼轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)汽車鍛件用鋼過(guò)程中對(duì)氧含量、硬度、夾雜物、力學(xué)性能、組織和末端淬透性都有嚴(yán)格要求，以42CrMo-1為代表的超低氧汽車鍛件用鋼生產(chǎn)工藝，經(jīng)過(guò)多年摸索及研究，氧含量控制逐漸趨于穩(wěn)定，控制在[O]≤13×10-6，大大提高了汽車鍛件用鋼的疲勞壽命。
1 生產(chǎn)工藝流程
　　本鋼42CrMo-1汽車鍛件用鋼生產(chǎn)工藝流程為：高爐鐵水→鐵水預(yù)處理→轉(zhuǎn)爐冶煉→精煉爐LF→真空脫氣RH→大方坯連鑄350mm×470mm連鑄坯→步進(jìn)式加熱爐加熱→高壓水除磷→粗軋機(jī)軋制→連軋機(jī)組→緩冷→精整→探傷→檢驗(yàn)→入庫(kù)。
　　轉(zhuǎn)爐容量為180t，從高爐來(lái)的鐵水進(jìn)行嚴(yán)格的脫硫扒渣處理，滿足入爐鐵水[S]≤0.005%，[P]≤0.04%的要求。主要設(shè)備參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 煉鋼廠主要設(shè)備參數(shù)
2 煉鋼工藝
2.1 轉(zhuǎn)爐吹煉
　　為了適應(yīng)轉(zhuǎn)爐快節(jié)奏，提高汽車鍛件用鋼的疲勞壽命和質(zhì)量，要最大限度地控制汽車鍛件用鋼中原始氧含量，所以要使轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)的氧含量最低，以提高42CrMo-1鋼純凈度。出鋼過(guò)程中加入足量的鋁進(jìn)行脫氧處理。
　　首先，對(duì)汽車鍛件用鋼的夾雜物生成機(jī)理進(jìn)行熱力學(xué)分析，確定夾雜物的生成和控制條件。然后根據(jù)轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)碳和氧含量情況，在出鋼過(guò)程中確定該鋼種的合金加入順序及加入量。而且鋁的加入量根據(jù)鋼水終點(diǎn)碳含量確定，碳含量高時(shí)，降低Al的加入量。確保在良好脫氧條件下，減少鋼中夾雜物的生成量，以提高鋼的潔凈度。
　　根據(jù)本鋼的實(shí)際生產(chǎn)條件，一般42CrMo-1鋼出鋼加鋁過(guò)程在加完增碳劑條件下進(jìn)行，此時(shí)[O]≤0.06%，因此，以鋁脫氧可以獲得較低的溶解氧水平，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)條件下，鋼中會(huì)有較多的Al2O3夾雜物生成，在精煉中要進(jìn)行Ca處理，對(duì)Al2O3夾雜物進(jìn)行改性。
2.2 LF-RH精煉
　　LF采用白渣操作，造渣前，將[Alt]調(diào)至標(biāo)準(zhǔn)上限。造渣材料采用螢石、活性石灰、精煉渣CaO-SiO2-Al2O3系，先加入螢石，再一次性加入活性石灰，要保證所有加入的石灰完全化開(kāi)。脫氧劑（鋁粒、碳粉等）在石灰完全化開(kāi)后根據(jù)爐渣的脫氧程度一次適量加入，要造成還原渣，保證白渣的形成及維持。在保證渣流動(dòng)性的條件下，控制渣堿度和渣中的氧勢(shì)。
　　爐渣的氧勢(shì)對(duì)脫氧過(guò)程影響極大，而降低爐渣氧勢(shì)的可靠措施就是降低爐渣中FeO＋MnO含量并提高堿度，因此，要控制FeO＋MnO≤1%，即可得白渣，并達(dá)到15min以上。然后合金化，用高猛、高鉻、硅鐵、鉬鐵等將Mn、Cr、Si、Mo成分達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)范圍，全程進(jìn)行吹氬氣攪拌，電極升溫不低于25min。LF精煉處理時(shí)間為40min-45min，LF后控制[Alt]在0.01%-0.02%，然后轉(zhuǎn)至RH精煉。
　　RH精煉為抽真空過(guò)程，在較高的真空度下真空脫氣，以保證托起效果和促進(jìn)夾雜物上浮，要求循環(huán)20min以上，成分調(diào)整至滿足內(nèi)控要求后，吹氬氣攪拌，使鋼中的夾雜物進(jìn)一步上浮進(jìn)入渣中，提高了鋼水純凈度。處理后期加入鋁丸調(diào)整鋼水中Alt含量，隨后合金均勻化。
　　在進(jìn)行鈣處理后，從理論上講，隨著鈣含量的增加，反應(yīng)產(chǎn)物應(yīng)該是按C·A6→C·A2→C·A→C12·A7的順序變化。為得到理想的低熔點(diǎn)鈣鋁酸鹽夾雜物，需嚴(yán)格控制加入鋼水的鈣量。鈣量小，Al2O3無(wú)法轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)鋁酸鈣；鈣量過(guò)大，則有可能生成CaO。
2.3 矩形坯連鑄
　　鋼包要密封好，采用大包覆蓋劑、中間包覆蓋劑、高堿度中包渣，中間包內(nèi)氬氣保護(hù)澆鑄。中間包渣要勤加入，嚴(yán)禁鋼液面裸露，做好長(zhǎng)水口密封，以及侵入式水口，進(jìn)行保護(hù)澆注，防止鋼水的二次氧化。加強(qiáng)鋼包、中間包耐火襯的隔熱保溫性能，減少襯體散熱造成的溫降，中間包溫度控制在1508℃左右，控制連1爐次過(guò)熱度≤28℃，其他爐次過(guò)熱度控制在22℃左右，拉速與過(guò)熱度相配，控制在0.50m/min左右。通過(guò)一系列的控氧措施，使成品汽車鍛件用鋼氧含量控制在[O]≤13×10-6的要求，統(tǒng)計(jì)20爐成品42CrMo-1鋼平均氧含量為11×10-6。
2.3.1 結(jié)晶器電磁攪拌
　　本鋼煉鋼廠矩形坯連鑄機(jī)都配置了結(jié)晶器電磁攪拌（M-EMS）。大幅降低鋼液的過(guò)熱度，縮短凝固時(shí)間，從而產(chǎn)生寬且細(xì)的等軸晶區(qū)；使凝固前沿強(qiáng)制對(duì)流，打碎凝固前沿的樹(shù)枝晶，樹(shù)枝晶的碎片重新熔化，降低了鋼水溫度，增加了等軸晶核心，封鎖了柱狀晶前沿的發(fā)展，形成了寬大的等軸晶區(qū)。鋼液的攪動(dòng)使液芯由外向內(nèi)的溫度梯度減小，四周結(jié)晶均勻發(fā)展，從而提高鑄坯斷面上的等軸晶率，使偏析元素均勻分布，避免溶質(zhì)元素集聚，最終改善鑄坯的偏析。
2.3.2 末端電磁攪拌
　　末端電磁攪拌安裝在凝固率fs＝0.7-0.8的位置，進(jìn)一步細(xì)化等軸晶，促進(jìn)柱狀晶向等軸晶轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生寬而細(xì)的等軸晶區(qū)，使之能致密充滿凝固末端；減少二次枝晶的臂間距，以控制粘稠區(qū)的滲透性。并能保持粘稠區(qū)的流動(dòng)以及溫度與成分的均勻。因此，可以明顯減輕宏觀偏析。抽取20爐缸，每爐鋼取一支試樣，采用氧化法進(jìn)行晶粒度檢驗(yàn)，經(jīng)930℃溫度下保溫3h、水淬。采用15%的鹽酸乙醇溶液進(jìn)行腐蝕，在顯微鏡下觀察沒(méi)有混晶現(xiàn)象，晶粒度為7級(jí)。由于熱加工溫度、初軋和終軋溫度控制較好，所以晶粒較細(xì)，沒(méi)有混晶現(xiàn)象。
　　不同攪拌強(qiáng)度時(shí)，凝固鋼中碳含量的變化表明，攪拌強(qiáng)度增強(qiáng)時(shí)，鑄坯中的負(fù)偏析程度也加劇。當(dāng)鑄坯離開(kāi)電磁攪拌區(qū)時(shí)，凝固鋼中的碳含量會(huì)高于無(wú)電磁攪拌時(shí)的碳含量，發(fā)生了“正偏析”。攪拌強(qiáng)度越高，越容易發(fā)生正偏析。
2.3.3 動(dòng)態(tài)輕壓下
　　本鋼煉鋼廠從2010年開(kāi)始，在矩形坯上投輕壓下，通過(guò)在連鑄坯液芯末端附近施加壓力，產(chǎn)生一定的壓下量來(lái)補(bǔ)償鑄坯的凝固收縮量。這一方面可消除或減少鑄坯收縮形成的內(nèi)部孔隙，防止晶間富集溶質(zhì)的鋼液向鑄坯中心橫向流動(dòng)；另一方面輕壓下所產(chǎn)生的擠壓作用，還可以促使液芯中心富集溶質(zhì)的鋼液沿拉坯方向反向流動(dòng)，使溶質(zhì)元素在鋼液中重新分配。從而使鑄坯的凝固組織更加均勻致密，達(dá)到改善中心偏析和減少中心疏松的目的。
　　本鋼42CrMo-1汽車鍛件用鋼采用在2、3、4輥上分別壓下4mm、4mm和4mm，總壓下量為12mm，鑄坯疏松、縮孔明顯減輕，等軸晶率平均達(dá)到58%。
2.4 矩形坯軋制
　　轉(zhuǎn)爐矩形坯加熱4個(gè)小時(shí)后，1000℃的開(kāi)軋溫度進(jìn)入返回式初軋機(jī)，初軋機(jī)采用二輥可逆式軋機(jī)，經(jīng)十二架大棒機(jī)組后出成品，再進(jìn)行48h保溫后經(jīng)漏磁探傷檢測(cè)，確定沒(méi)有表面缺陷，進(jìn)行物理性能檢驗(yàn)，各項(xiàng)指標(biāo)檢驗(yàn)全部合格后打包入庫(kù)。
　　表2、表3分別為成品夾雜物、力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果。

表2 42CrMo-1鋼的非金屬夾雜物
表3 42CrMo-1鋼的力學(xué)性能
 
3 化學(xué)成分
　　化學(xué)成分是影響鋼材性能的主要因素，在工藝技術(shù)穩(wěn)定的情況下，化學(xué)成分窄帶控制、穩(wěn)定性、均勻性是保證鋼材性能的前提條件。在實(shí)際生產(chǎn)中采用包內(nèi)合金化與RH成分微調(diào)相結(jié)合，化學(xué)成分控制及成品成分見(jiàn)表4。

表4 42CrMo-1鋼的化學(xué)成分

4 結(jié)論
　　1）轉(zhuǎn)爐過(guò)程嚴(yán)格控制下渣量，控制出鋼溫度，詳細(xì)研究了Al2O3的熱力學(xué)反應(yīng)。精煉過(guò)程采用白渣操作，對(duì)鈣處理做了詳細(xì)計(jì)算，連鑄過(guò)程采用結(jié)晶器電磁攪拌、末端電磁攪拌和動(dòng)態(tài)輕壓下等設(shè)備，得到成分、組織均勻的42CrMo-1汽車用鋼鑄坯；
　　2）鑄坯經(jīng)過(guò)加熱、初軋及連軋機(jī)組后得到表面質(zhì)量好、內(nèi)部夾雜物細(xì)小且均勻分布、晶粒度細(xì)小、沒(méi)有混晶現(xiàn)象、組織均勻的鋼材；
　　3）化學(xué)成分實(shí)行窄帶嚴(yán)格控制，確保化學(xué)成分均勻性，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的工藝控制和產(chǎn)品性能檢驗(yàn)，得到了42CrMo-1汽車用鋼鑄坯。