真空感应炉冶炼易切削钢的氧含量控制工艺

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)江苏省沙钢(钢铁)研究院 作者:刘建民

  在真空感应炉中冶炼低碳高氧高硫易切削钢,其中氧含量的控制是一个难点。本文设计四种不同的冶炼方案,研究氧化铁皮的加入量、炉内真空度、合金加入顺序以及炉内保护气体种类等因素对钢液中氧含量的影响。结果表明,在真空度为0.1 MPa 时,炉内气氛为5000 Pa 氧气和96000 Pa 氩气的混合气体,加入240 g 氧化铁皮,同时石墨碳在合金化末期加入,钢锭中总氧含量达到250 ppm,收得率达到34.7%。实验通过合理控制合金化结束后的钢水保温时间,钢锭内部质量良好,无缩孔疏松。

  低碳硫系易切削钢中氧含量对硫化物的形态有着重要影响,从而影响钢的切削性能。当钢中氧含量高达200 ppm 形成Ⅰ型硫化物,这种类型夹杂物显著提高切削性能;当钢中氧含量在(40~100)ppm 时形成Ⅱ型硫化物,当钢中氧含量小于40 ppm 时形成Ⅲ型硫化物,这两类MnS 夹杂物均对切削加工性能不利。目前高切削性能的易切削钢正处于实验室开发阶段,为节约实验成本,大部分研发人员均采用小型真空感应炉进行新钢种冶炼,随之带来的一大难点是真空下氧含量的控制。由于碳氧反应产物为不溶于钢液的CO 气体,且真空可以显著地提高碳的脱氧能力,冶炼空间氧、氮、氢等气体的分压很低,溶解在钢液中的气体会自钢液逸出并被抽出炉外除去,因此真空对钢液中氧含量的提高是有害的,氧回收率低。

  本文对真空感应炉冶炼易切削钢的氧含量控制工艺进行了研究,通过改进操作参数、保护气体种类、调整合金加入顺序、合金化期后保温时间的控制等方法,在保证钢锭内部质量的同时,实现了钢中氧含量的精确控制,为新型易切削钢的实验室研究提供了技术和实验基础。

1、冶炼设备及方法

  真空感应冶炼实验在80 kg 真空感应炉上进行,熔炼坩埚材质为氧化铝。图1 所示为主要工艺流程,采用冷装料法装料,将经过表面除锈、烘干等处理的工业纯铁加入炉内,在真空下熔化并在真空度为30 Pa 下精炼10 min,精炼结束后,充入一个大气压的保护气体,按照合金加入顺序要求加入合金,待合金全部熔化并保温7 min~8 min后出钢。每加入一种合金后,用玻璃器皿取样分析过程样的化学成分,最后分析钢锭的化学成分,普通合金元素分析采用直读光谱仪,氧和硫元素的测定分别采用氧氮仪和碳硫仪。实验所用原材料为工业纯铁、石墨、Mn-Fe 合金、P-Fe 合金、S-Fe合金、氧化铁皮,化学成分如表1 所示,原材料的化学成分是通过化学分析方法测定的。

易切削钢真空感应炉冶炼工艺

图1 易切削钢真空感应炉冶炼工艺

表1 易切削钢冶炼实验的原材料化学成分(wt.%)

易切削钢冶炼实验的原材料化学成分

4、结语

  用真空感应炉冶炼高氧高硫易切削钢,为了提高钢液中氧的含量,可以采取以下措施:

  (1)适当的提高氧化铁皮的加入量,本实验中氧化铁皮的最终加入量为240 g;

  (2) 碳在合金化末期加入,可以同时提高C和O 的收得率;

  (3) 向炉内充入0.1 MPa 的保护气体,在保护气体中混有一定量的氧气;

  (4) 待合金熔化均匀,保温8 min 后倒钢。保温时间要适宜,保温时间过长,钢锭中O 含量得不到保证;保温时间过短的话,钢锭内部会有很多气孔,影响钢锭的使用要求。

  真空感应炉冶炼易切削钢的氧含量控制工艺为真空技术网首发,转载请以链接形式标明本文首发网址。

  http://www.chvacuum.com/application/metallurgy/024860.html

  与 真空冶金 真空感应炉 相关的文章请阅读:

  真空冶金http://www.chvacuum.com/application/metallurgy/