转炉半钢炼钢试制易切削齿轮钢

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1、齿轮钢广泛应用于汽车、摩托车产业，由于合金含量较大，钢种硬度较高，给齿轮的生产加工带来一定困难。钢中硫含量增加能明显改善钢的易切削性能，因此，下游用户对齿轮用钢提出了硫含量要求。如何在较高硫含量下保证总氧含量和夹杂物的控制、钢水可浇性、铸坯均质性是冶炼中的重点。1冶炼工艺难点分析用户要求的含硫易切削齿轮钢20CrMnTiH（FQ）的化学成分和实际生产中成品成分控制情况见表1。实际生产中，碳含量、硅含量、锰含量、钛含量均按中限控制。由于铝能细化晶粒，提高钢的强度，冶炼过程酸溶铝含量按0.010%-0.030%控制；铬同样也可以细化晶

2、粒并提高钢的强度和硬度，冶炼过程中铬元素按用户要求的中上限控制，硫含量按0.018%-0.025%控制，磷含量按≤0.010%控制。表120CrMnTiH（FQ）化学成分（质量分数%）项目CSiMnCrPSTiAls用户要求0.17-0.230.17-0.370.80-1.101.00-1.35≤0.0300.015-0.0300.04-0.10实际成分0.18-0.220.23-0.280.90-1.001.15-1.25≤0.0100.018-0.0250.05-0.070.010-0.030分析20CrMnTiH（FQ）钢种

3、特点及质量要求，认为冶炼过程的主要难点有以下四个方面：（1）保硫去氧该钢种要求总氧含量T[O]）≤20×10-6，各类夹杂物的要求也较高，精炼需进行白渣工艺保证钢水纯净度，这就与钢中硫控制相矛盾，特别是半钢炼钢条件下要实现经济生产的难度较大。（2）高硫含量下A类（硫化物）夹杂的控制硫含量为0.015%-0.030%范围时，用户一般要求A类夹杂物不超过2.5级。（3）钢水可浇性当钢水中酸溶铝含量为0-0.03%时，使Al2O3变性为液态所需要钙的范围为（5-57）×10-6，对含硫钢水直接进行钙处理不但起不到预期的效果，反而会造成连

4、铸水口堵塞。（4）铸坯质量控制该钢种合金含量和硫含量较高，凝固过程易发生宏观偏析，影响钢的均质化，不利于其淬透性和带状组织的控制。另外，铬及钛均影响钢水的流动性，硫高易在晶界析出低熔点的FeS发生晶界脆性而产生裂纹，因此对结晶器保护渣和二冷制度有较高要求。2冶炼过程控制冶炼工艺路线：铁水预处理→120t顶底复吹转炉提钒→120t顶底复吹转炉炼钢→出钢渣洗预精炼→LF炉精炼→钙处理→RH真空处理（加入含硫合金）→钙处理→200mm×200mm方坯连铸→产品成材加工。针对易切削齿轮钢在冶炼过程中的难点和攀钢钒提钒炼钢厂工艺及装备等条件

5、，各工序采取的措施如下。2.1转炉冶炼考虑该钢要求总氧含量≤20×10-6，因此应控制转炉冶炼终点钢水氧化性。半钢与铁水比较，其碳含量低，硅、锰元素均为痕迹，转炉冶炼热源相对不足，转炉终点钢水氧活度和钢渣氧化性更高，波动更大。试验表明，半钢转炉冶炼终点[C]≤0.05%时，即使[C]含量略有下降，钢液氧活度含量也大幅度上升，若能将冶炼终点[C]控制在≥0.05%，钢中的氧活度a[O]在800×10-6以内。此外，转炉吹炼过程应加入发热剂，在适当提高出钢温度的同时避免深吹，同时降低钢水氧活度。实际转炉终点钢水成分控制为：碳含量0.0

6、5%-0.10%，对应氧活度a[O]为300×10-6-600×10-6，硫含量0.030%-0.050%、磷含量≤0.008%，终点钢水温度≥1660℃。出钢前炉内稠渣，出钢时做好挡渣，减少下渣量。采用铝铁脱氧，出完钢后定氧并喂入铝线，使钢水中酸溶铝Als含量达0.04%以上。为保证合金熔化和脱氧效果，出钢过程全程吹氩，并按钢种成分的中限加入Si、Mn、Cr、Ti的合金。合金化后向钢包加入活性石灰和萤石进行渣洗初步造渣、炉后小平台吹氩前强后弱进行预精炼，为后续精炼打好基础。2.2LF+RH精炼由于本钢种对总氧含量及夹杂物有较高要

7、求，同时达到脱氧去除夹杂物的目的，根据进站钢水硫含量情况在LF工序加入渣料和铝质还原剂，迅速造较高碱度渣精炼，并保持10min以上的白渣精炼时间。另外，为了减少加热处理过程的脱硫量，在保证加热升温效果的前提下控制吹氩流量，尽量避免因吹氩过大促进渣—钢反应而脱硫。LF出站前钢水中Als含量（指酸溶铝，下同）控制在0.030%以上。要求真空处理（真空度≤300Pa）时间≥10min，加完后的均匀化时间应≥5min。LF精炼前后钢中硫含量变化见表2。LF精炼过程脱硫现象明显。考虑到后续还会脱硫，很多炉次在RH处理后期需根据RH进站钢水硫

8、含量补加硫铁合金，硫铁成分见表3，硫元素的平均收得率为95.3%。钢中硫含量高时，钙处理对Al2O3的变性效果较差，因此采用了分段式钙处理工艺，即LF及RH处理结束均进行钙处理。LF精炼结束进行钙处理主要对Al2O3及其高熔点复合物变性，并实施小气