一种控制易切削钢中合金元素均匀分布的方法
阅读说明：本技术 一种控制易切削钢中合金元素均匀分布的方法 (Method for controlling alloy elements in free-cutting steel to be uniformly distributed ) 是由 尤同吉 张文娟 宁有顺 王志强 郑晓丹 于 2020-04-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种控制易切削钢中合金元素均匀分布的方法,所述方法包括,获得含有合金元素的钢液；对所述含有合金元素的钢液进行浇铸,浇铸过程中,控制钢液过热度为80～100℃,并以150～180L/min的流量进行底吹氩气搅拌,获得合金元素均匀分布的易切削钢。采用本申请公开的方法,使易切削钢中的合金元素分布均匀,从而提高了易切削钢的性能稳定性。(The invention discloses a method for controlling the uniform distribution of alloy elements in free-cutting steel, which comprises the following steps of obtaining molten steel containing the alloy elements; and casting the molten steel containing the alloy elements, wherein in the casting process, the superheat degree of the molten steel is controlled to be 80-100 ℃, and bottom blowing argon is carried out at the flow rate of 150-180L/min for stirring to obtain the free-cutting steel with the alloy elements uniformly distributed. By adopting the method disclosed by the application, the alloy elements in the free-cutting steel are uniformly distributed, so that the performance stability of the free-cutting steel is improved.)
技术领域
本发明属于易切削钢冶炼技术领域，特别涉及一种控制易切削钢中合金元素均匀分布的方法。
背景技术
易切削钢在冶炼过程中会加入一定数量的一种或一种以上的硫、磷、铅、铋等合金元素，以改善其切削性的合金钢。这类钢主要用于在自动切削机床上加工，因此需要其具有良好的切削性能。
在含有铅或铋元素的易切削钢生产过程中，需要在化钢炉或中间包内加入该元素通过合金化手段使该元素熔化并均匀扩散到钢液中。目前，在电渣冶金冶炼工艺条件下，将浇铸后的易切削钢钢锭经过锻造成方坯，取样检测发现在方坯的头部和尾部合金元素成分差异大，有偏析，这会导致易切削钢的性能不稳定。
发明内容
本发明提供了一种控制易切削钢中合金元素均匀分布的方法，以解决目前易切削钢不同位置的合金元素成分差异大，导致易切削钢性能不稳定的技术问题。
本发明实施例提供了一种控制易切削钢中合金元素均匀分布的方法，所述方法包括，
获得含有合金元素的钢液；
对所述含有合金元素的钢液进行浇铸，浇铸过程中，控制钢液过热度为80～100℃，并以150～180L/min的流量进行底吹氩气搅拌，获得合金元素均匀分布的易切削钢。
进一步地，所述含有合金元素的钢液温度为1560～1580℃。
进一步地，所述获得含有合金元素的钢液，包括，
电渣炉冶炼，获得冶炼钢液；
对所述冶炼钢液进行底吹氩气搅拌，在所述搅拌的过程中，冶炼钢液温度为1600～1620℃时，分2～3批次加入合金进行合金化，获得含有合金元素的钢液。
进一步地，所述合金的加入质量为4.2～4.8kg/t钢。
进一步地，所述合金为如下任意一种：铋、铅。
进一步地，在容量为2t的中间包中进行所述合金化。
进一步地，所述冶炼钢液的温度为1690～1700℃。
进一步地，所述分2～3批次加入合金进行合金化，包括，
分2～3批次加入置入铁容器中的合金进行合金化。
进一步地，所述对所述冶炼钢液进行底吹氩气搅拌，包括，
对所述冶炼钢液以200～250L/min的流量进行底吹氩气搅拌1.5～2min。
进一步地，所述对所述含有合金元素的钢液进行浇铸，包括，向所述含有合金元素的钢液液面添加1.5～2.5稻壳后进行浇铸，浇铸过程时，向地模内的钢液面添加1～2kg保护渣。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明实施例提供了一种控制易切削钢中合金元素均匀分布的方法，由于易切削钢为了获得易切削的良好性能，会在钢中加入改善切削性能的合金元素，这些合金元素的比重比铁的大，因此，在浇铸的过程中会在地球吸引力的作用下，逐渐下沉至钢液的底部。本申请通过在钢液浇铸的同时向钢液中底吹氩气搅拌，使钢液中的合金元素底吹气体搅拌的作用下，向钢液的上部运动，阻碍合金元素下沉，以促进合金元素在钢液中更均匀，减轻钢液凝固后的合金偏析问题，从而使易切削钢的性能更稳定。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例的一种控制易切削钢中合金元素均匀分布的方法步骤图；
图2是本发明实施例和对比例在方坯中取样位置示意图；
图3是本发明实施例和对比例横向取样示意图；
图4是本发明实施例和对比例纵向取样位置示意图。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本发明实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
本发明实施例提供了一种控制易切削钢中合金元素均匀分布的方法，图1为本发明实施例的一种控制易切削钢中合金元素均匀分布的方法工艺步骤图，结合图1，所述方法包括，
S1，电渣炉冶炼，获得冶炼钢液。
进一步地，所述冶炼钢液的温度为1690～1700℃。
控制电渣炉钢液的温度，一方面，由于金属铋和铅的沸点低，要降低钢液的温度，减少合金的蒸发量，提高金属铋和铅的收得率；另一方面，浇铸过程，为了防止钢液凝固，要保证一定的过热度。
S2，对所述冶炼钢液进行底吹氩气搅拌，搅拌过程中，冶炼钢液温度为1600～1620℃时，分2～3批次加入合金进行合金化，获得含有合金元素的钢液。
合金的加入温度不能过高，否则，合金熔点低，易蒸发，收得率低。另一方面，合金的加入温度不可过低，否则，合金元素难以实现均匀化，会加重浇铸后的成分偏析；而且钢液温度可能过热度太低，无法顺利浇铸。将合金分批次加入钢液中，是为了防止一次性加入合金带来的喷溅问题。
进一步地，所述分2～3批次加入合金进行合金化，包括，
分2～3批次加入置于铁容器中的合金进行合金化。
在钢液液面覆盖有一层精炼渣，如果直接将合金投入，合金会先经过精炼渣，会增加合金的损失。因此，采用将合金置于铁容器的方式，加入到钢液面以下进行合金化，可以提高合金的收得率。选择铁容器是考虑，其以铁为主，不会给钢液带来污染。铁容器可以是但不限于铁桶。
进一步地，所述含有合金元素的钢液温度为1560～1580℃。
钢液的温度不能过高，否则，合金收得率低；钢液的温度不能过低，否则不能满足过热度要求，导致钢液凝固，无法顺利浇铸。
进一步地，所述对所述冶炼钢液进行底吹氩气搅拌，包括，
对所述冶炼钢液以200～250L/min的流量进行底吹氩气搅拌1.5～2min。
控制底吹氩气搅拌流量和时间，是为了均匀钢液的成分和温度。底吹氩气流量不可过大，否则会使渣面翻滚，液面裸露；底吹氩气流量不可过小，否则精炼时间过长，效率低。
进一步地，所述合金的加入质量为4.2～4.8kg/t钢。合金的加入质量保证了易切削钢中的合金含量，从而保证了易切削钢的切削性能。加入过多，成本过高；加入过少，切削性能不满足使用要求。
进一步地，所述合金为如下任意一种：铋、铅。
铋和铅是提高易切削钢切削性能的重要合金。
进一步地，在容量为2t的中间包中进行所述合金化。
S3，对所述含有合金元素的钢液进行浇铸，浇铸过程中，控制钢液过热度为80～100℃，并以150～180L/min的流量进行底吹氩气搅拌，获得合金元素均匀分布的易切削钢。
在钢液浇铸的同时进行底吹氩气，使钢液中的铋和铅元素在氩气的作用下，向钢液的上部运动，阻碍合金元素由于比重大而自然下沉，以促进合金元素在钢液中更均匀，减轻钢液凝固后的合金偏析问题。因钢液表面有炉渣和稻壳，因此底吹氩气流量不能太大，否则会造成卷渣。流量也不能太小，否则，无法阻碍合金元素下沉。
必须要保证钢液具有一定的过热度，才能使钢液顺利浇铸。因为中间包的容量只有2t，因此在浇铸过程温降非常的大，所以过热度比较高。
进一步地，所述对所述含有合金元素的钢液进行浇铸，包括，向所述含有合金元素的钢液液面添加1.5～2.5kg稻壳后进行浇铸，浇铸过程中，向地模内的钢液面添加1～2kg保护渣。
向含有合金元素的钢液面添加稻壳，可以提高炉渣的流动性，防止渣面结壳。向地模内的钢液面添加保护渣可以避免钢液裸露发生二次氧化。
本申请的易切削钢中包括以下质量分数的组分：Cr：19-21％，S：0.2～0.3％，Mo：1.5～2.0％，Pb：0.1～0.3％；或者本申请中的易切削钢包括如下质量分数的组分：Cr：19-21％，S：0.2～0.3％，Mo：1.5～2.0％，Bi：0.1～0.3％。
本申请至少具有以下优点：
(1)采用浇铸的同时对钢液进行特定的底吹氩气搅拌，在钢液顺利浇铸的前提下，阻碍了钢液中合金元素由于比重大造成的自然下沉，防止出现合金元素富集，解决了钢液凝固后合金元素偏析的问题，保证了易切削钢性能的稳定性。
(2)通过控制添加合金时钢液的温度，避免了钢水温度高造成的铅和铋元素烧损量大的问题，提高了铅和铋元素的收得率。
下面将结合实施例、对照例及实验数据对本申请的一种控制易切削钢中合金元素均匀分布的方法进行详细说明。
实施例1
采用三相有衬电渣炉进行冶炼，冶炼终点钢液温度为1700℃。进行电渣炉出钢，钢液进入中间包中进行精炼。中间包容量为2t，中间包精炼全程采用200L/min的流量进行底吹氩气搅拌，时间为2min；在钢液精炼的过程中，钢液温度降低为1600℃时，分3批次将置于铁桶内的铅块加入钢液中，共加入9kg，精炼结束时钢液温度为1570℃，向渣液面加入2kg稻壳后立即吊运中间包去浇铸钢锭。浇铸过程中，向地模内的钢液面添加1.5kg保护渣，同时对钢液全程底吹氩气，阻止钢液中的铅自然下沉，吹氩流量为160L/min。
实施例2
将三相有衬电渣炉进行冶炼，冶炼终点温度为1690℃。进行电渣炉出钢，钢液进入中间包中进行精炼。中间包容量为2t，中间包精炼全程采用230L/min的流量进行底吹氩气搅拌，时间为1.5min；在钢液精炼的过程中，钢液温度降低为1610℃时，分3批次将放置于铁桶内的金属铋加入钢液中，共9kg，精炼结束时钢液温度为1580℃，向渣液面加入2.5kg稻壳后立即吊运中间包去浇铸钢锭。浇铸过程中，向地模内的钢液面添加2kg保护渣，对钢液全程底吹氩气，阻止钢液中的铋自然下沉，吹氩流量为170L/min。
实施例3
将三相有衬电渣炉进行冶炼，冶炼终点温度为1695℃。进行电渣炉出钢，钢液进入中间包中进行精炼。中间包容量为2t，中间包精炼全程采用240L/min的流量底吹氩气进行搅拌，时间为2min；在钢液精炼的过程中，钢液温度降低为1610℃时，分3批次向钢液中加入放置于铁桶内的铅块，共9kg，精炼结束时钢液温度为1575℃，向渣液面加入1.8kg稻壳后立即吊运中间包去浇铸钢锭。浇铸过程中，向地模内的钢液面添加1.3kg保护渣，对钢液全程底吹氩气，阻止钢液中的铅和铋自然下沉，吹氩流量为180L/min。
实施例4
将三相有衬电渣炉进行冶炼，冶炼终点温度为1695℃。进行电渣炉出钢，钢液进入中间包中进行精炼。中间包容量为2t，中间包精炼全程采用210L/min的流量底吹氩气进行搅拌，时间为1.8min；在钢液精炼的过程中，钢液温度降低为1605℃时，分2批次向钢液中加入放置于铁桶内的铅块，共9kg，精炼结束时钢液温度为1560℃，向渣液面加入1.5kg稻壳后立即吊运中间包去浇铸钢锭。浇铸过程中，向地模内的钢液面添加1.6kg保护渣，对钢液全程底吹氩气，阻止钢液中的铅和铋自然下沉，吹氩流量为158L/min。
实施例5
将三相有衬电渣炉进行冶炼，冶炼终点温度为1698℃。进行电渣炉出钢，钢液进入中间包中进行精炼。中间包容量为2t，中间包精炼全程采用220L/min的流量进行底吹氩气搅拌，时间为2min；在钢液精炼的过程中，钢液温度降低为1615℃时，分3批次将放置于铁桶内的金属铋加入钢液中，共9kg，精炼结束时钢液温度为1580℃，向渣液面加入2.3kg稻壳后立即吊运中间包去浇铸钢锭。浇铸过程中，向地模内的钢液面添加1.8kg保护渣，对钢液全程底吹氩气，阻止钢液中的铋自然下沉，吹氩流量为165L/min。
对比例1
将三相有衬电渣炉冶炼后进行电渣炉出钢，钢液进入中间包中进行精炼，精炼过程加入9kg铅块进行合金化。精炼结束后，向渣液面加入稻壳后立即吊运中间包去浇铸钢锭。
对比例2
将三相有衬电渣炉冶炼后进行电渣炉出钢，钢液进入中间包中进行精炼，精炼过程加入9kg铅块进行合金化。精炼结束后，向渣液面加入稻壳后立即吊运中间包去浇铸钢锭。浇铸过程中，对钢液全程底吹氩气，阻止钢液中的铋自然下沉，吹氩流量为105L/min。
对比例3
将三相有衬电渣炉冶炼后进行电渣炉出钢，钢液进入中间包中进行精炼，精炼过程加入9kg铅块进行合金化。精炼结束后，向渣液面加入稻壳后立即吊运中间包去浇铸钢锭。浇铸过程中，对钢液全程底吹氩气，阻止钢液中的铋自然下沉，吹氩流量为220L/min。
表1
表2
将实施例1到实施例5，对比例1到对比例3浇铸的易切削钢钢锭锻造成1m×0.12m×0.12m的方坯坯料，在方坯的头部、中间和尾部位置，与方坯横截面平行方向取3块钢块，见图2。在每个钢块上再分别取6个样品，横向取样3块，见图3，从左到右依次命名为1号样、2号样和3号样；纵向取样3块，见图4，从上到下依次命名为1号样、2号样和3号样。对上述的样品经过表面机械处理后采用光谱直读仪检验样品中铅和铋元素的含量。实施例1、实施例3和实施例4铅元素的检测结果如表1所示，实施例2和实施例5的铋元素检测结果如表1所示，对比例1到对比例3的铅含量检测结果如表2所示。
方坯的头部对应钢锭头部，方坯的尾部对应钢锭的尾部，根据表1和表2中的数据可知，不同部位的样品检测显示，铋/铅的含量范围为0.20～0.243％。对比例1不同部位样品的铋元素含量范围为0.201～0.396％。相较于对比例1，本申请的铋/铅的含量波动大幅度降低，并且均符合成品含量为0.1～0.3％的要求，易切削钢的性能更稳定。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。