18CrNiMo7?6鋼的吹氮合金化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了18CrNiMo7?6鋼的吹氮合金化方法，包括如下步驟：冶煉，在LF爐中控制鋼液中除氮元素以外的成分符合18CrNiMo7?6鋼的要求范圍，并通過精煉將硫含量降低至0.005％以下；在VD爐內(nèi)真空處理；真空處理完畢后，VD爐內(nèi)鋼液中氮含量為0.0050～0.0070％，在鋼液溫度1600～1610℃條件下底吹氮?dú)膺M(jìn)行吹氮合金化，吹氮壓力為0.2～0.6MPa，氮?dú)庠龅禂?shù)為3.0～3.3×10?8％/L/t，將鋼液中氮含量控制在0.0090～0.0180％；吹氮完畢后鋼包底吹氬氣充分?jǐn)嚢?。本發(fā)明將氮含量精確控制在18CrNiMo7?6鋼的要求范圍內(nèi)，并顯著提高了氮含量控制精度。
【專利說明】
18CrN i Mo7-6鋼的吹氮合金化方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明設(shè)及冶金行業(yè)合金結(jié)構(gòu)鋼的冶煉技術(shù)，具體設(shè)及18CrNiMo7-6鋼的吹氮合 金化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 18化NiMo7-6鋼是一種制造風(fēng)電和工業(yè)滲碳齒輪用鋼，主要成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為：
[0003] [C]0.10%~0.25%-[Si]0.00%~0.40%-[Mn]0.50%~0.70%-[P]0.000%~ 0.015%-[S]0.000%~0.010%-[Cr]1.50%~1.80%-Wi]1.40%~1.70%-[Mo]0.25~ 0.35%-[Al]0.020% ~0.050%-[N]0.0090 ~0.0180%。
[0004] 該18化NiMo7-6鋼的常規(guī)生產(chǎn)工藝流程為:煉鋼廠EAF(電爐)+LF爐(鋼包爐)+VD爐 (真空脫氣爐下注3.7t或5.9t、或13.5t錠^冷送快鍛(或快徑鍛聯(lián)合作業(yè))成材（13.5t 可溫送鍛材熱裝擴(kuò)氨退火^超聲波探傷^表面研磨精整^成品檢驗(yàn)^合格入庫。
[0005] 18CrNiMo7-6鋼的常規(guī)氮合金化的生產(chǎn)方法為:VD爐真空處理完畢后向鋼液中加 入氮化銘合金(NCr)，該氮合金化方法存在如下問題：
[0006] (1)導(dǎo)致鋼中夾雜物增加污染鋼液；
[0007] (2)向鋼液中帶入水分引起氨含量增加，導(dǎo)致材料白點(diǎn)缺陷，因此，氮化銘合金必 須經(jīng)過充分烘烤；
[000引（3)氮化銘合金中主元素含量為氮9%、銘65%，加入鋼液的氮元素收得率為30%。 向鋼液中加入必須考慮到增加銘含量和氮元素收得率。
[0009] 另外，現(xiàn)有VD真空處理完畢后向鋼液中加入氮化銘合金的方法，由于氮化銘合金 價(jià)格昂貴(氮化銘鐵每噸1萬多元），合金化時(shí)氮的收得率較低，鋼中氮含量不易控制，另外 氮化銘合金一般雜質(zhì)含量較高，污染鋼液，不利于18CrNiMo7-6鋼的冶金質(zhì)量控制和成本控 制。
[0010] 中國專利CN201110364283.4公開了 18化NiMo7-6大型齒輪鋼鍛件制造方法，其氮 合金化的方法采用解除真空后加 NCr，NCr必須充分烘烤，不考慮爐中N按0.007%計(jì)算加入。
[0011] 利用資源豐富且廉價(jià)的氮?dú)庾髟?，通過向鋼液吹氮進(jìn)行合金化，可大幅度降低 鋼的生產(chǎn)成本。但現(xiàn)有吹氮合金化方法存在氮含量控制精度不高的缺陷。中國專利 CN200810034823.0公開了一種鋼包爐用氮?dú)膺M(jìn)行氮合金化工藝，該工藝是在LF爐(鋼包爐） 冶煉含氮不誘鋼過程中，對LF爐底吹氮?dú)膺M(jìn)行微合金化處理，其鋼中氮含量范圍為0.03~ 0.80%，可控制氮含量在目標(biāo)值±50ppm。但該工藝控制氮含量明顯高于18化NiMo7-6鋼中 氮含量要求，且由于鋼液中合金元素的含量與氮的活動相互作用系數(shù)[% j]影響氮在鋼液 中溶解度，所W由于鋼種成分不同，氮在相應(yīng)鋼種中的溶解度不同。因此，按照現(xiàn)有吹氮工 藝無法精確控制18化NiMo7-6鋼中氮含量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明的目的在于提供18CrNiMo7-6鋼的吹氮合金化方法，該方法將鋼液中氮含 量精確控制在0.0090~0.0180%范圍內(nèi)，并提高氮含量控制精度，適用于18化NiMo7-6鋼冶 煉。
[0013]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0014] 本發(fā)明所述18化NiMo7-6鋼的吹氮合金化方法，包括如下步驟：
[001引1)冶煉，在LF爐（鋼包爐）中控制鋼液中除氮元素 W外的成分符合18CrNiMo7-6鋼 的要求范圍，并通過LF爐精煉將硫含量降低至0.005 % W下；
[0016] 2)在VD爐(真空脫氣爐）內(nèi)進(jìn)行真空處理，并結(jié)合鋼包底吹氣氣進(jìn)行真空脫氣；
[0017] 3)真空處理完畢后，VD爐內(nèi)鋼液中氮含量為0.0050~0.0070%，在鋼液溫度1600 ~1610°C條件下底吹氮?dú)膺M(jìn)行吹氮合金化，吹氮壓力為0.2~0.6MPa，氮?dú)庠龅禂?shù)為3.0 ~3.3 X l(rS%/L/t，將鋼液中氮含量控制在0.0090~0.0180% ;
[0018] 4)吹氮完畢后VD爐底吹氣氣充分?jǐn)埌琛?br>[0019] 進(jìn)一步，步驟2)中，VD爐內(nèi)真空處理?xiàng)l件為在真空度《66.7化保持15~20min。
[0020] 步驟4)VD爐底吹氣氣充分?jǐn)埌韬笕臃治?，如果氮含量未達(dá)到目標(biāo)值，則重復(fù)步 驟3)進(jìn)行補(bǔ)吹氮?dú)狻?br>[0021] 本發(fā)明在精煉過程中將硫含量降低至0.005% W下，W提高后續(xù)吹氮合金化的氮 向鋼液的溶解速度。因?yàn)榈阡撘罕砻娴奈椒磻?yīng)速度除受溫度等影響外，鋼液成分特別 是氧和硫等表面活性物質(zhì)對其的影響很大，例如，氮在鋼液中同硫的吸附反應(yīng)式:N+S = NS， 式中S、NS分別為鋼液表面未被吸附物硫(S)占據(jù)的活性點(diǎn)和氮(N)占據(jù)的活性點(diǎn)。當(dāng)鋼液中 硫含量較低時(shí)，鋼液表面未被吸附物占據(jù)的活性點(diǎn)S很少，氮同硫的吸附反應(yīng)則大幅度降 低，則氮可由氣相直接向鋼液進(jìn)行傳質(zhì)，提高了氮的溶解速度。例如，當(dāng)鋼液中硫從0.025% 降至0.002%時(shí)，氮的溶解速度可增加2.7倍。
[0022] 本發(fā)明在控制鋼液溫度為1600~1610°C，吹氮壓力為0.2~0.6MPa條件下，根據(jù)鋼 液中各元素與氮元素的活度相互作用系數(shù)，按18CrNiMo7-6鋼的成分計(jì)算出氮在鋼液中溶 解度可達(dá)到0.0226~0.0376%，大于18化NiMo7-6鋼的標(biāo)準(zhǔn)氮含量要求。所W，本發(fā)明通過 控制鋼液溫度和吹氮壓力可提高VD爐中向鋼液吹氮合金化的增氮效率。
[0023] 根據(jù)18化MM07-6鋼的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際吹氮合金化的氮元素收得率，本發(fā)明控制 氮?dú)庠龅禂?shù)為3.0~3.3 X l(T8%/L/t，可W將18CrNiMo7-6鋼氮含量控制在要求范圍內(nèi)即 0.0090~0.0180%，并提高氮含量的控制精度。
[0024] 注:本發(fā)明設(shè)及的各元素含量均指質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。
[00巧]本發(fā)明的有益效果：
[00%] (1)本發(fā)明采用氮?dú)?化)替代氮化銘合金(N化），在生產(chǎn)18化NiMo7-6鋼過程中，于 VD爐真空處理完畢后底吹氮?dú)膺M(jìn)行氮合金化，在VD爐內(nèi)將氮含量控制在18CrNiMo7-6鋼的 技術(shù)要求范圍之內(nèi)即N:0.0090~0.0180%，大大提高了控制精度，從而顯著提高鋼水質(zhì)量， 大幅降低生產(chǎn)成本。
[0027] (2)本發(fā)明實(shí)際生產(chǎn)表明：18CrNiMo7-6鋼吹氮合金化的作用相當(dāng)明顯，生產(chǎn)出 18化NiMo7-6鋼的氮含量符合要求。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0029] 實(shí)施例采用本發(fā)明的冶煉工藝和探傷結(jié)果
[0030] 本發(fā)明實(shí)施例的冶煉工藝包括如下步驟：
[0031] 1)40噸LF爐(鋼包爐)對鋼液的溫度和化學(xué)成分進(jìn)行調(diào)整，使鋼液中除氨、氮元素 W外的化學(xué)元素成份符合18CrNiMo7-6鋼要求范圍。通過LF爐精煉將硫含量降低至0.005% W下，W提高后續(xù)吹氮合金化的氮向鋼液的溶解速度。
[0032] 2)40噸VD爐（真空脫氣爐）真空處理，于真空度66.7化W下保持15~20分鐘，結(jié)合 鋼包底吹氣氣進(jìn)行真空脫氣。
[0033] 3)40噸VD爐真空處理完畢后，在鋼液溫度1600~1610°C下鋼包底吹氮?dú)膺M(jìn)行吹氮 合金化，將氮含量控制在18化NiMo7-6鋼技術(shù)要求范圍內(nèi)（[N]0.0090~0.0180% )。
[0034] 4)吹氮完畢后鋼包底吹氣氣充分?jǐn)埌韬笕臃治觥?br>[0035] 具體工藝要求如下：
[0036] 1、LF爐工藝要求
[0037] a)LF爐脫氧工作做好，造白渣，造渣脫氧使用Si化粉、C粉；
[0038] b)成份按目標(biāo)成份調(diào)整和控制；
[0039] c)LF爐向VD爐吊包前[S]含量至0.000~0.005% ;
[0040] d)向 VD 爐吊包溫度：1670 ~1685°C;
[0041 ] e)喂 A1 至0.055 ~0.065%。
[0042] 2、VD爐工藝要求
[0043] a)進(jìn)累時(shí)間3~8min，真空度66.7化W下保持時(shí)間15~20min;
[0044] b)真空處理過程中鋼包底吹氣氣；
[0045] C)退累后測溫1600~1610°C，鋼包底吹切換氮?dú)猓蜾撘哼M(jìn)行吹氮合金化，按要求 成分控制；
[0046] d)吹氮處理前鋼液氮含量0.0060%;
[0047] e)吹氮完畢后鋼包底吹氣氣攬拌5分鐘后測溫取樣分析。
[004引 f)底吹氣弱攬拌時(shí)間10~20分鐘；
[0049] g)吊包溫度：1565~1575°C。
[0050] 3、進(jìn)行模鑄誘鑄成鋼錠，誘鑄時(shí)使用氣氣保護(hù)誘注。
[0051 ]本發(fā)明實(shí)施例1-5的加入化量及成品中氮含量等參數(shù)參見表1。
[0化2] 表1
[0化3]
[0054] 注:本發(fā)明采用中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)"鋼鐵中的氮含量測定-惰性氣體烙融熱 導(dǎo)法"，標(biāo)準(zhǔn)號GB/T201224-2006,根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定測定18化NiMo7-6鋼中的氮元素含 量。
[0055] 由表1可知，本發(fā)明在VD爐內(nèi)可將鋼液中N含量精確控制在18CrNiMo7-6鋼要求范 圍之內(nèi)即N:0.0090~0.0180%，提高了控制精度，從而顯著提高鋼水質(zhì)量，大幅降低生產(chǎn)成 本。
[0化6]對比例在18化NiMo7-6鋼的原冶煉工藝和探傷結(jié)果：
[0化7]原冶煉工藝包括如下步驟：
[005引1)40噸LF爐(鋼包爐)對鋼液的溫度和化學(xué)成分進(jìn)行調(diào)整，使鋼液中除侶、氨、氮元 素 W外的化學(xué)元素成份符合18化NiMo7-6鋼技術(shù)要求范圍。
[0059] 2)40噸VD爐(真空脫氣爐)真空處理完畢后，向鋼液中加入氮化銘合金，取樣分析。
[0060] 3)根據(jù)試樣分析的氮含量，向鋼液中加入氮化銘合金，將氮含量控制在技術(shù)要求 范圍之內(nèi)（[N]0.0090~0.0180%)。
[0061] 具體工藝要求如下：
[0062] 1、LF爐工藝要求
[0063] a)LF爐脫氧工作做好，造白渣，造渣脫氧使用用Si化粉、C粉；
[0064] b)成分按目標(biāo)成份調(diào)整和控制；
[00化]C)LF爐向VD爐吊包前[S]至0.000~0.008% ;
[0066] d)向 VD 爐吊包溫度：1670 ~1685°C;
[0067] e)喂 A1 至0.055 ~0.065%。
[0068] 2、VD爐工藝要求
[0069] a)進(jìn)累時(shí)間力爭3~8min，真空度66.7化W下保持時(shí)間15~20min;
[0070] b)鋼包底吹氣氣壓力控制0.2~0.6MPa;
[0071] C)退累后測溫取樣，根據(jù)分析結(jié)果向鋼液加入氮化銘，按要求成分控制；
[0072] d)加入合金后5分鐘取樣分析，底吹氣弱攬拌時(shí)間必須10~20分鐘；
[0073] e)吊包溫度：1565~1575°C。
[0074] 3、進(jìn)行模鑄誘鑄成鋼錠，誘鑄時(shí)使用氣氣保護(hù)誘注。
[0075] 對比例1-6的加入氮化銘量及成品中氮含量等參數(shù)參見表2。
[0076] 表 2
[0077]
[0078] 寶鋼特鋼有限公司采用本發(fā)明方法生產(chǎn)18化NiMo7-6鋼，總計(jì)生產(chǎn)60爐，每爐為40 噸。按加入氮?dú)?500升/爐，氮化銘合金30公斤/爐，氮化銘合金價(jià)格15190元/噸，氮?dú)鈨r(jià)格 0.42元/立方米計(jì)算，與采用氮化銘合金進(jìn)行氮合金化的傳統(tǒng)工藝比較，本發(fā)明共計(jì)節(jié)約成 本9.1027萬元，大大降低了生產(chǎn)成本，且吹氮合金化的作用相當(dāng)明顯，18CrNiMo7-6鋼質(zhì)量 良好。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.18CrNiMo7-6鋼的吹氮合金化方法，包括如下步驟： 1) 冶煉，在LF爐中控制鋼液中除氮元素以外的成分符合18CrNiM〇7-6鋼的要求范圍，并 通過LF爐精煉將硫含量降低至0.005 %以下； 2) 在VD爐內(nèi)進(jìn)行真空處理，并結(jié)合鋼包底吹氬氣進(jìn)行真空脫氣； 3) 真空處理完畢后，VD爐內(nèi)鋼液中氮含量為0.0050~0.0070%，在鋼液溫度1600~ 1610 °C條件下底吹氮?dú)膺M(jìn)行吹氮合金化，吹氮壓力為0.2~0.6MPa，氮?dú)庠龅禂?shù)為3.0~ 3 · 3 X 10-8%/L/t，將鋼液中氮含量控制在0 · 0090~0 · 0180% ; 4) 吹氮完畢后VD爐底吹氬氣充分?jǐn)嚢琛?. 如權(quán)利要求1所述的吹氮合金化方法，其特征在于，步驟2)中，VD爐內(nèi)真空處理?xiàng)l件 為在真空度彡66.7Pa保持15~20min。3. 如權(quán)利要求1所述的吹氮合金化方法，其特征在于，步驟4) VD爐底吹氬氣充分?jǐn)嚢韬?取樣分析，如果氮含量未達(dá)到目標(biāo)值，則重復(fù)步驟3)進(jìn)行補(bǔ)吹氮?dú)狻?br>【文檔編號】C22C33/04GK106048139SQ201610539248
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月11日
【發(fā)明人】江成斌, 張豪, 劉軍占, 潘根寶
【申請人】寶鋼特鋼有限公司