本發(fā)明屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種立式連鑄生產(chǎn)齒輪鋼用18CrNiMo7-6連鑄圓坯方法。

背景技術(shù)：

18CrNiMo7-6鋼由于其淬透性高，強(qiáng)度性能、工藝性能好，被廣泛應(yīng)用于大模數(shù)重負(fù)荷汽車齒輪及應(yīng)用條件惡劣的風(fēng)電齒輪等，由于其要求高、使用條件特殊，行業(yè)內(nèi)18CrNiMo7-6材料多通過模鑄或電渣重熔生產(chǎn)，鋼錠或電渣錠出材率低，生產(chǎn)成本較高，且模鑄方法生產(chǎn)的齒輪鋼鋼錠，由于保護(hù)澆注效果不佳，凝固時(shí)間較長，凝固時(shí)散熱不均勻，導(dǎo)致生產(chǎn)的齒輪鋼產(chǎn)品帶狀組織不合格、氧含量較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足提供一種解決現(xiàn)有生產(chǎn)方式下的18CrNiMo7-6齒輪鋼氧含量高、帶狀組織不合格的問題的立式連鑄生產(chǎn)齒輪鋼用18CrNiMo7-6連鑄圓坯方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種立式連鑄生產(chǎn)齒輪鋼用18CrNiMo7-6連鑄圓坯方法，該方法包括以下步驟：

1）在電弧爐內(nèi)冶煉低碳、低磷、低有害元素含量初煉鋼水；

2）在鋼包精煉爐內(nèi)進(jìn)行脫氧、脫硫及完全合金化，在VD爐進(jìn)行真空脫氣，VD真空脫氣后在立式連鑄機(jī)上澆注為連鑄圓坯；

3）鋼水通過長水口吹氬保護(hù)注入中間包內(nèi)，控制中間包內(nèi)過熱度20～40℃；中間包內(nèi)塞棒吹氬，鋼水采用覆蓋劑和碳化稻殼雙渣保護(hù)，中間包鋼水通過浸入式水口注入結(jié)晶器內(nèi)，結(jié)晶器內(nèi)加結(jié)晶器保護(hù)渣，鋼水在結(jié)晶器冷卻水冷卻條件下快速形成坯殼；結(jié)晶器內(nèi)鋼水通過外置式結(jié)晶器電磁器對鋼水進(jìn)行電磁攪拌；拉坯機(jī)以0.1～0.5m/min的拉坯速度拉坯；二冷區(qū)按鑄坯凝固過程中不同時(shí)間所需冷卻能力的大小分三段對圓坯進(jìn)行冷卻，其中一區(qū)為在結(jié)晶器足輥處噴水冷卻、二區(qū)三區(qū)為氣霧噴水冷卻；通過外置式鑄流電磁攪拌器在二冷室下部對鋼水進(jìn)行電磁攪拌，以形成更多的等軸晶并降低1/2R處正偏析；鑄坯經(jīng)與拉坯速度同步的火焰切割機(jī)在垂直方向上切割成定尺鑄坯，經(jīng)傾翻輥道傾翻至水平輥道上，被勾鋼機(jī)吊至出坯輥道上出坯；出坯后鑄坯入退火爐退火處理或直接熱送鍛造。

采用電弧爐+鋼包精煉爐+VD爐真空脫氣的冶煉方式；冶煉的齒輪鋼化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為：C=0.15～0.21%，Si=0.10~0.40%，Mn=0.40~0.90%，P≤0.025%，S≤0.015%，Ni=1.40~1.70%，Cr=1.50%~1.80%，Mo=0.25~0.35%，V≤0.03%，Cu≤0.20%，N=0.004~0.012%，Al=0.020~0.040%，余量為Fe及其他不可避免的雜質(zhì)元素。

所用結(jié)晶器保護(hù)渣的主要成分為SiO2：28～33%、CaO：27～32%、MgO+Al2O3：8～12%、MnO2＜1.0%及C：12～15%。

連鑄過程大包至中間包采用長水口吹氬保護(hù)，氬氣流量為70～120l/min；中間包采用塞棒吹氬，氬氣流量為2～6l/min。

結(jié)晶器電磁攪拌采用外置式攪拌器，攪拌頻率為1～2Hz，攪拌電流為200～500A。

鑄流電磁攪拌采用外置式攪拌器，攪拌頻率為5～12Hz，攪拌電流為100～400A。

拉坯速度根據(jù)不同斷面為0.1～0.5m/min，拉坯機(jī)采用3輥形式，其中1個(gè)為固定輥，2個(gè)為可調(diào)輥；此處不同斷面指的是連鑄圓坯的直徑，最小φ400mm、最大φ800mm；斷面直徑為φ400mm時(shí)，拉坯速度為0.5m/min、斷面直徑為φ800mm時(shí)，拉坯速度為0.1m/min。

所述鑄坯的直徑在400～800mm之間，所述鑄坯在立式連鑄機(jī)上生產(chǎn)。

本發(fā)明的技術(shù)方案產(chǎn)生的積極效果如下：當(dāng)前行業(yè)內(nèi)齒輪鋼用18CrNiMo7-6多采用模鑄鋼錠生產(chǎn)，本發(fā)明生產(chǎn)的齒輪鋼用18CrNiMo7-6連鑄圓坯，采用兩級電磁攪拌，過程中保護(hù)澆注效果好，坯料出材率高，生產(chǎn)成本低，低倍組織致密，化學(xué)成分均勻性好，氧含量控制較低，帶狀組織優(yōu)于鋼錠，可代替鋼錠用于齒輪鋼的生產(chǎn)。

具體實(shí)施方式

立式連鑄生產(chǎn)齒輪鋼用18CrNiMo7-6連鑄圓坯方法，采用電弧爐+鋼包精煉爐+VD爐真空脫氣的冶煉方式；冶煉的齒輪鋼成分按質(zhì)量百分比為：C=0.15～0.21%，Si=0.10~0.40%，Mn=0.40~0.90%，P≤0.025%，S≤0.015%，Ni=1.40~1.70%，Cr=1.50%~1.80%，Mo=0.25~0.35%，V≤0.03%，Cu≤0.20%，N=0.004~0.012%，Al=0.020~0.040%，余量主要為Fe及不可避免的雜質(zhì)元素。

在電弧爐內(nèi)冶煉低碳、低磷、低有害元素含量初煉鋼水。

在鋼包精煉爐內(nèi)進(jìn)行脫氧、脫硫及完全合金化，在VD爐內(nèi)進(jìn)行真空脫氣；VD真空脫氣后在立式連鑄機(jī)上澆注為連鑄圓坯。

該方法的生產(chǎn)工藝步驟如下：

步驟一：在電弧爐內(nèi)冶煉低碳、低磷、低有害元素含量初煉鋼水；爐料由二級及二級以上廢鋼、碳結(jié)鋼料頭、生鐵、海綿鐵等組成，不允許配入雜亂廢鋼；為保證力學(xué)性能要求，配料應(yīng)保證熔清As≤0.015%、Sn≤0.015%、Pb≤0.010%、Sb≤0.008%、Bi≤0.015%；電弧爐出鋼條件：終點(diǎn)[C]≤0.10%、[P]≤0.005%，出鋼溫度≥1640℃，出鋼1/4～3/4過程中鋼包中加入鋁塊1～1.5kg/t、硅鐵1～1.5kg/t、石灰4～6kg/t及5～10kg/t鉻鐵合金；

步驟二：在鋼包精煉爐內(nèi)進(jìn)行脫氧、脫硫及完全合金化；電爐出鋼后轉(zhuǎn)往LF工位進(jìn)行精煉，加入石灰8～10kg/t、碳粉、硅鐵粉等脫氧劑2～3kg/t脫氧，渣白后溫度≥1560℃取樣精調(diào)成分；

步驟三：在VD爐進(jìn)行真空脫氣；溫度1660℃以上進(jìn)入真空罐脫氣，在≤0.5乇下保持時(shí)間15～30分鐘，破空后在線定氫，控制[H]≤1.5ppm，出鋼前吹氬弱攪拌時(shí)間15～30分鐘，溫度1570～1585℃吊包上連鑄；

步驟四：連鑄；鋼水通過長水口吹氬保護(hù)注入中間包內(nèi)，控制中間包內(nèi)過熱度20～40℃；中間包內(nèi)塞棒吹氬，鋼水采用覆蓋劑和碳化稻殼雙渣保護(hù)，中間包鋼水通過浸入式水口注入結(jié)晶器內(nèi)，結(jié)晶器內(nèi)加結(jié)晶器保護(hù)渣，鋼水在結(jié)晶器冷卻水冷卻條件下快速形成坯殼；結(jié)晶器內(nèi)鋼水通過外置式結(jié)晶器電磁器對鋼水進(jìn)行電磁攪拌；根據(jù)不同斷面，拉坯機(jī)以0.1～0.5m/min的拉坯速度拉坯，此處不同斷面指的是連鑄圓坯的直徑，最小φ400mm、最大φ800mm；斷面直徑為φ400mm時(shí)，拉坯速度為0.5m/min、斷面直徑為φ800mm時(shí)，拉坯速度為0.1m/min；二冷區(qū)分三段對圓坯進(jìn)行冷卻，其中一區(qū)為在結(jié)晶器足輥處噴水冷卻、二區(qū)三區(qū)為氣霧噴水冷卻；通過外置式鑄流電磁攪拌器在二冷室下部對鋼水進(jìn)行電磁攪拌，以形成更多的等軸晶并降低1/2R處正偏析；鑄坯經(jīng)與拉坯速度同步的火焰切割機(jī)在垂直方向上切割成定尺鑄坯，經(jīng)傾翻輥道傾翻至水平輥道上，被勾鋼機(jī)吊至出坯輥道上出坯；出坯后鑄坯入退火爐退火處理或直接熱送鍛造。

列舉一個(gè)具體的冶煉實(shí)例來進(jìn)一步闡述上述方法：

冶煉方法如下：

1）：電弧爐初煉：采用60t電爐冶煉，爐料由一級廢鋼65%、碳結(jié)鋼料頭15%、生鐵30%組成；電弧爐出鋼條件：終點(diǎn)[C]≤0.10%、[P]≤0.005%，出鋼溫度1660℃，出鋼1/4～3/4過程中鋼包中加入鋁塊80kg、硅鐵75kg、石灰300kg及500kg鉻鐵合金；

2）：LF精煉：電爐出鋼后轉(zhuǎn)往LF工位進(jìn)行精煉，加入石灰600kg、碳粉、硅鐵粉等脫氧劑150kg脫氧，渣白后溫度1600℃取樣精調(diào)成分；

3）：VD真空脫氣：溫度1670℃進(jìn)入真空罐脫氣，在≤0.5乇下保持時(shí)間20分鐘，破空后在線定氫，[H]：1.2ppm，出鋼前吹氬弱攪拌時(shí)間20分鐘，溫度1580℃吊包上連鑄。

4）：連鑄：鋼水在立式連鑄機(jī)上澆注為φ600mm鑄坯，將鋼包吊至鋼包回轉(zhuǎn)臺上，通過回轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)至中間包上方，鋼水通過長水口吹氬保護(hù)注入中間包內(nèi)，吹氬流量為70～120l/min，中間包內(nèi)鋼水采用覆蓋劑和碳化稻殼雙渣保護(hù)，控制中間包內(nèi)過熱度20～40℃，中間包內(nèi)采用塞棒吹氬，吹氬流量為2～6l/min，中間包鋼水通過浸入式水口注入結(jié)晶器內(nèi)；結(jié)晶器內(nèi)加結(jié)晶器保護(hù)渣保護(hù)，結(jié)晶器保護(hù)渣的主要成分為SiO2：28～33%、CaO：27～32%、MgO+Al2O3：8～12%、MnO2＜1.0%、C：12～15%。鋼水在結(jié)晶器冷卻水冷卻條件下快速形成坯殼，結(jié)晶器冷卻水流量2650l/min；結(jié)晶器內(nèi)鋼水通過外置式結(jié)晶器電磁攪拌器對鋼水進(jìn)行電磁攪拌，攪拌頻率為1.5Hz，攪拌電流為300A；拉坯機(jī)以0.18～0.22m/min的拉坯速度拉坯；二冷區(qū)分三段對圓坯進(jìn)行冷卻，比水量為0.16l/kg，其中一區(qū)為在結(jié)晶器足輥處噴水冷卻，冷卻水量占比27%，二區(qū)為氣霧噴水冷卻，冷卻水量占比46%，三區(qū)為氣霧噴水冷卻，冷卻水量占比27%；通過外置式鑄流電磁攪拌器在距彎月面4.3m處對鋼水進(jìn)行電磁攪拌，攪拌頻率為8Hz，攪拌電流為150A；鑄坯經(jīng)與拉坯速度同步的火焰切割機(jī)在垂直方向上切割成6m長定尺鑄坯，經(jīng)傾翻輥道傾翻至水平輥道上，被勾鋼機(jī)吊至出坯輥道上出坯；出坯后鑄坯入退火爐退火處理。

5）：退火出爐后自同一流鑄坯頭、中、尾部抽樣檢測低倍、氣體結(jié)果見下表1、表2。

表1 低倍檢測結(jié)果（級）

表2 氧含量檢測結(jié)果（ppm）

從表1、表2數(shù)據(jù)來看，按本發(fā)明的實(shí)施例生產(chǎn)的產(chǎn)品符合標(biāo)準(zhǔn)要求，中心疏松、中心裂紋級別較低，無縮孔、中間裂紋、皮下裂紋、皮下氣泡缺陷。

18CrNiMo7-6連鑄圓坯經(jīng)鍛造后進(jìn)行了超聲波探傷、低倍、非金屬夾雜物、氣體含量、帶狀組織、力學(xué)性能檢測，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，可用于齒輪鋼的生產(chǎn)。