汽车用特殊钢冶金技术讲座1.ppt

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1、1,汽车用特殊钢炉外精炼和 夹杂物控制技术,2,一、汽车用特殊钢,占汽车用钢材重量的1520 ； 强韧性、抗疲劳破坏性能、耐磨性、精密加工性能； 低成本。,3,汽车用特殊钢发展趋势,4,冶金质量要求,高疲劳寿命的轴承钢； 高强度、高弹减抗力的弹簧钢； 高强度窄淬透性带的齿轮钢； 高强韧性的非调质轴件钢； 高强度、抗延迟断裂特性的 紧固件用钢； 高强度易切削钢。,5,轴承钢,用于制造滚动轴承的滚动体和套圈； 轴承设计向重量轻、壁薄、小型化发展； 对性能要求突出体现在长寿命、低噪音和无振动等方面； 轴承的破坏主要为滚动接触疲劳破坏。,6,非金属夹杂物对轴承钢疲劳性能的影响,每单位因子降低相当于10

2、8次循环疲劳强度降低125MPa,夹杂物类型： A类：硫化物夹杂； B类：Al2O3类夹杂； C类：硅酸盐类夹杂； D类：钙铝酸盐类夹杂； E类：氮化物类夹杂。,7,TO含量影响,轴承接触疲劳寿命与 TO含量的关系,Proceedings of the 6th International Iron and Steel Congress, 1990, Nagoya, p.640,8,轴承钢冶金质量要求,超低氧含量(8ppm)； 低Ti含量(15ppm)； 夹杂物控制(B,D,E类夹杂物) ； 中心偏析控制。,9,齿轮钢,提高轮齿的弯曲疲劳强度、齿面强度等； 弯曲疲劳损伤易发生在表面硬化不足区和晶

3、界弱化区； 齿轮钢表面渗碳层的性能是影响轮齿弯曲疲劳强度的主要因素。,提高强度； 减小体积； 耐弯曲疲劳； 耐磨损； 高的尺寸精度。,10,齿轮钢的疲劳强度,淬透性带性能； 氧含量低； 无网状硫化物； 晶粒细小均匀； 合金成分设计。,齿轮钢特别要求窄的淬透性带宽度，窄淬透性带宽度的齿轮钢热处理后变形量小，齿轮的修磨量小，咬合精度高。,11,齿轮钢系列,德国（Mn-Cr系列）： 16MnCr5、20MnCr5、25MnCr5、27MnCr5 日本（Cr系和CoMo系列）： SCr415H、SCr420H、SCM415H、SCM420H 美国（CrNiMo系列）： SAE8615、SAE8620

4、法国（CrNi系和CrMo系列）： 19CN5、20CD4、27CD4、30CD4,12,日本爱知製鋼公司生产的齿轮钢,Proceedings of the 6th International Iron and Steel Congress, 1990, Nagoya, p.640,S：10ppm； P：0.01%(出钢挡渣) 0.005%(出钢脱磷）。,13,齿轮钢窄成分控制,日本爱知製鋼产816英寸齿轮，淬透性带宽1.5 HRC。,14,齿轮钢关键冶金技术,窄成分精确控制技术； 超低氧钢（15ppm）生产技术； 非金属夹杂物(晶界氧化物、硫化物）控制技术； 高均质连铸坯生产技术； 中心偏析

5、控制技术。,15,非调质钢,锻造后不再经调质热处理； 用于汽车曲轴、连杆、转向节等； 由最初的铁素体珠光体型发展到贝氏体、马氏体型； 目前采用最多的是改进的铁素体珠光体型。,16,铁素体珠光体型非调质钢（Thyssen）,17,新日铁产汽车用非调质钢成分,18,非调质钢关键冶金技术,窄成分精确控制技术； 超低氧钢生产技术； 非金属夹杂物控制技术； 较高S含量钢（改善切削性能）成分控制及铸坯缺陷防止技术； 中心偏析控制技术。,19,弹簧钢,高弹簧设计应力（抗疲劳性能和抗弹性减退能力）； 轿车螺旋悬架弹簧由热成形改为冷成形； 以Si-Mn钢为基础，添加钒和铌细化晶粒，提高抗弹性减退能力； 设计应力

6、达12001300MPa。,20,弹簧钢疲劳破坏与钢中夹杂物,绝大多数弹簧工件断裂都是从表面或皮下缺陷引起； 高应力下弹簧内部夹杂物会成为疲劳破坏源； 要求高洁净度（TO12ppm); 发动机进出气阀门钢丝要求钢中夹杂物为塑性夹杂物。,21,弹簧钢关键冶金技术,纯净钢（超低磷、硫、氧）生产技术； 非金属夹杂物控制技术； 阀门弹簧钢丝钢中非金属夹杂物塑性化技术； 连铸坯中心偏析控制技术。,22,二、特殊钢的超低硫冶炼技术,Proceedings of the 6th International Iron and Steel Congress, 1990, Nagoya, p.640,钢种： 齿轮

7、钢、弹簧钢； 关键技术： 铁水脱硫预处理； 转炉炼钢抑制回硫； 超低硫精炼（LF、RH、VKIP）。,23,铁水脱硫预处理,应用： 中国普遍采用； 日、韩不采用； 欧洲少量采用。 优点： 脱硫效率高； 脱硫剂耗量低； 温降小。 缺点： 扒渣难； 转炉回硫量大。,铁水喷镁脱硫预处理,24,一些新建钢厂转向KR铁水脱硫,采用CaO-CaF2-CaC2系脱硫剂； 脱硫剂作用时间长； 大约12min脱硫反应可基本达到平衡； 脱硫处理时间较喷粉工艺缩短5min； 脱硫效率提高2035左右。,T. Ueki, et al., The 10th Japan-China Symposium on Scienc

8、e and Technology of Iron and Steel, 2004, p116,25,KR脱硫与喷粉脱硫的比较,岩田勝吉，转炉炼钢节能技术研讨会，中国钢铁工业协会，2005年6月，莱芜,26,KR脱硫与喷粉脱硫的比较,T. Ueki, et al., The 10th Japan-China Symposium on Science and Technology of Iron and Steel, 2004, p116,27,KR脱硫与喷粉脱硫的比较,T. Ueki, et al., The 10th Japan-China Symposium on Science and T

9、echnology of Iron and Steel, 2004, p116,28,转炉炼钢过程抑制回硫,宝钢转炉回硫分析：,铁水： S：0.005% 废钢： S：0.04% 生铁块： S：0.03% 石灰： S：0.011% 轻烧白云石： S：0.025% 生白云石： S：0.015% 铁水渣： S：1.02.2% 铁水带渣量： 0.51.0吨,29,吹炼过程S变化,30,带入硫量分析,回硫主要来自废钢和铁水脱硫渣； 石灰带入的硫量很少。,31,许多钢厂石灰硫含量过高,石灰带入硫量： 第1炉；0.036； 第2炉：0.037； 第3炉：0.034。,国内某厂渣料成分,32,石灰硫含量的影响

10、,33,LF精炼脱硫渣系,(CaO)+2/3Al+S=(CaS)+1/3(Al2O3) G3148767.53T 1,1 E.T. Turkdogan, Fundamentals of Steelmaking, The Institute of Materials, The University Press, Cambridge, UK, 1996,（1）,34,（S.P.） 因子推导,代入（2）式，,（3）,因为，,（2）,35,（S.P.） 因子推导,（3）,由（3）式，可推出,其中，,(S.P)只与炉渣组成有关； 获得高的(S)/S： 增加钢液Al含量； 提高温度； 降低炉渣(S.P.)

11、值。,36,（S.P.）测定结果,60CaO-10SiO2 -30Al2O3,37,NKK福山厂250吨LF炉生产极低硫钢(S5ppm),38,真空喷粉脱硫,铁水预处理BOFLFRHCC工艺： 炉外精炼时间长（80100min）； 钢水温降大； N含量增加。 铁水预处理BOF真空喷粉精炼CC工艺： 精炼时间短（40min）； 同时进行脱硫、脱氢、脱氮； 温降小； S可以脱除至35ppm。,39,VKIP（君津280t）工艺,Proceedings of the 6th International Iron and Steel Congress, 1990, Nagoya, p.611,40,比

12、搅拌功率的比较,67min后压力即可降低至1Torr以下。,Proceedings of the 6th International Iron and Steel Congress, 1990, Nagoya, p.611,41,Proceedings of the 6th International Iron and Steel Congress, 1990, Nagoya, p.611,42,炉渣组成控制,43,炉渣组成控制,Proceedings of the 6th International Iron and Steel Congress, 1990, Nagoya, p.611,4

13、4,精炼后S含量,Proceedings of the 6th International Iron and Steel Congress, 1990, Nagoya, p.611,45,精炼前后钢液H含量,VKIP脱氢能力强于RH； 钢液初始H低于3ppm时，VKIP脱氢效果不如RH； 生产H2ppm钢时，VKIP处理时间需长于20min。,46,非金属夹杂物改性,47,RH喷粉脱硫,新日铁名古屋厂、住友金属和歌山厂等采用； 用于生产超低硫钢(S：25ppm)； 优点： 处理时间短(30 min)； 脱硫剂消耗少； 钢液N、C回升少(适合无取向硅钢、低碳管线钢等）。,RHPTB,48,名古屋

14、厂RHPB工艺,49,S含量变化,50,新日铁君津制鉄所,第1炼钢厂： 240t顶底复吹转炉3 DH（REDA）1 KIP1 1板-方坯铸机，4板-方坯铸机 第2炼钢厂： 300t顶底复吹转炉2 RH2 VKIP1 KIP2 2板坯铸机，3板坯铸机,第1炼钢厂,第2炼钢厂,51,住友金属和歌山制铁所,52,三、特殊钢的超低磷冶炼技术,电炉流程： 偏心炉底出钢防止下渣回磷； 出钢过程脱磷（加入CaO、CaF2、Fe2O3等） VSC。 转炉流程： 铁水“三脱”预处理； 利用转炉进行铁水脱磷预处理； 超低硫精炼（LF、RH、VKIP）。,53,电炉出钢脱磷工艺,爱知製鋼10炉次采用VSC： 冶炼钢

15、种更换； 高级钢种； 出钢脱磷。,54,铁水“三脱”预处理,新日铁君津厂脱磷工序流程示意图,主要不足： 脱磷前必须进行脱硅处理； 废钢比低（5）； 脱磷炉渣处理难。,55,采用氧气转炉进行脱磷预处理,90年代中期日本企业开发成功； LDORP、SRP、NRP等； 近年来日本大规模采用； 宝钢、鞍钢已采用，“曹妃甸”钢厂也将采用。,56,不同脱磷工艺的比较,57,住友金属和歌山厂炼钢厂,58,转炉铁水脱磷工艺（MURC）,S. Kitamura, et al., 9th China-Japan Symposium on Science and Technology of iron and Ste

16、el, Nov.8-9, Xian, p.123,59,转炉铁水脱磷工艺（MURC）,S. Kitamura, et al., 9th China-Japan Symposium on Science and Technology of iron and Steel, Nov.8-9, Xian, p.123,60,四、特殊钢超低氧冶炼技术,出钢防止下渣： 电炉偏心炉底出钢； 转炉出钢挡渣（炉渣流动性控制、挡渣装置等）。 脱氧： 铝直接脱氧； 强扩散脱氧（炉渣FetO+MnO0.5%）。 炉外精炼： 高碱度炉渣（CaO/SiO25）； 强搅拌； 低SiO2含量包衬； 真空精炼。 连铸： 严格保

17、护浇铸； 防止水口粘结、堵塞； 防止结晶器保护渣卷入。,61,炼钢出钢挡渣,62,挡渣的重要性,63,爱知製鋼生产轴承钢的工艺,64,提高挡渣效率,降低炼钢终渣流动性 (提高碱度、MgO含量等) ； 采用气动挡渣、挡渣锥、原红外热像仪等高效高效挡渣设备； 钢水包渣层厚度30 50mm； 对特殊要求钢种，出钢后钢水包除渣。,65,Al直接脫氧,2Al3OAl2O3(s) G1209594395.3 T,E.T. Turkdogan, Fundamentals of Steelmaking, Cambridge, UK, 1996,66,感应炉（Ar气氛）研究结果,1600,67,TO与溶解氧O,

18、山陽特殊鋼资料,68,LF 炉精炼要点,低SiO2含量耐火材料； 防止钢包残钢 Ti 含量污染（轴承钢）； 强化扩散脱氧； 高碱度炉渣； 强搅拌。,69,采用低SiO2含量耐火材料,防止 SiO2 作为氧化剂； 减少包衬熔损，保证高炉渣碱度； 采用高铝质或MgO质耐火材料。,70,感应炉研究结果,71,强化扩散脱氧,足够钢水包净空高度； 分批添加碳粉、铝粒 ； 保持钢包炉内正压； 炉渣(FetOMnO) 0.5 。,72,爱知製鋼生产齿轮钢资料,Proceedings of the 6th International Iron and Steel Congress, 1990, Nagoya, p.640,73,采用高碱度炉渣,Proceedings of the 6th International Iron and Steel Congress, 1990, Nagoya, p.640,74,炉渣 SiO210,75,炉渣 CaO/Al2O31.8,