高速动车组电机轴用42CrMoS4含硫钢的冶炼工艺
阅读说明：本技术 高速动车组电机轴用42CrMoS4含硫钢的冶炼工艺 (Smelting process of 42CrMoS4 sulfur-containing steel for motor shaft of high-speed motor train unit ) 是由 潘小娟 陈金虎 王之香 于 2021-09-16 设计创作，主要内容包括：高速动车组电机轴用42CrMoS4含硫钢的冶炼工艺,属于钢铁冶炼技术领域,解决现有含硫钢机械性能差、S元素含量无法精准控制等技术问题。本发明通过以下技术方案予以实现：1)EBT电炉冶炼；2)EBT出钢；3)LF精炼工序；4)增硫工序；5)VD真空处理工序；6)注模工序。本发明具有成分易控制、切削性能好、机械性能高等优点。(A smelting process of 42CrMoS4 sulfur-containing steel for a motor shaft of a high-speed motor train unit belongs to the technical field of steel smelting, and solves the technical problems that the existing sulfur-containing steel is poor in mechanical property, cannot accurately control the content of S elements and the like. The invention is realized by the following technical scheme: 1) smelting in an EBT electric furnace; 2) EBT tapping; 3) an LF refining process; 4) a vulcanization process; 5) VD vacuum treatment process; 6) and (5) an injection molding process. The invention has the advantages of easy component control, good cutting performance, high mechanical performance and the like.)
技术领域
本发明属于钢铁冶炼技术领域，具体涉及高速动车组电机轴用42CrMoS4含硫钢的冶炼工艺。
背景技术
42CrMo钢作为一种中碳合金钢，经调质处理后，具有良好的强韧性配合，被广泛用于机械零件中重要构件的制造，如电机轴、曲轴、连杆、齿轮等。但当42CrMo钢调质后硬度超过280HB时，钢的切削加工性能恶化。为了改善42CrMo钢的切削性能，向钢中加入一定量的硫。含硫钢中存在大量以MnS为主的硫化物塑性夹杂，可起到应力集中源的作用，使得产品在切削加工过程中易断屑，可改善产品的切削性能。同时也可起到润滑刀具、减少刀具磨损、延长刀具使用寿命的作用。但是含硫钢中的硫化物夹杂一般成簇状分布且分布不均匀，在轧制过程中易沿轧制方向发生变形，影响钢材的机械性能。
发明内容
为了克服现有技术的不足，解决现有含硫钢机械性能差、S元素含量无法精准控制等技术问题，本发明提供高速动车组电机轴用42CrMoS4含硫钢的冶炼工艺。
本发明通过以下技术方案予以实现。
高速动车组电机轴用42CrMoS4含硫钢的冶炼工艺，包括以下步骤：
1）EBT电炉冶炼：将重量份为15200份的废钢和重量份为47600份的铁水装入电炉中进行冶炼，并对其进行吹氧熔化、造泡沫渣和降碳去磷；
2）EBT出钢：冶炼完成后，向钢水包中加入重量份为330份的SiMn3、重量份为650份的石灰、重量份为150份的萤石、重量份为200份的合成渣、重量份为200份的Si-Al-Ba、重量份为800份的高铬、重量份为150份的钼铁和重量份为200份的碳锰，然后出钢；此时钢水温度为1635~1665℃；
3）LF精炼工序：钢水进入LF精炼后，喂入重量份为100份的Al线，并送电化渣；
依次向其中加入重量份为220份的石灰、重量份为77份的碳粉、重量份为100份的碳锰、重量份为60份的硅铁、重量份为30份的高铬、重量份为10份的钼铁10kg和重量份为240份的合成渣；
再向其中加入重量份为160份的萤石、重量份为26份的硅铁，CaO/SiO2的碱度R=3.5～5.5；
最后加入重量份为180份的硅石后出钢，此时钢水温度为1660℃，CaO/SiO2的碱度R= 2.0～2.5；
4）增硫工序：喂入重量份为22.5份的S线，喂线时硫线应快速穿破渣层，送到钢包底部，使其在钢液深部熔化；喂完硫线后，弱吹氩搅拌3～5min出站，出站温度T=1620～1640℃；
5）VD真空处理工序：将钢水转运至VD冶炼炉，真空处理，破空后喂重量份为40份的硅钙线，补喂重量份为15份的硫线（Φ13mm），进行氩气软搅拌10分钟以上；硫含量为0.026%、钢水温度为1550℃时，向钢包加入覆盖剂后出站；
6）注模工序：采用氩气保护浇注，同时控制好浇注温度、浇注速度；
5.8t锭：浇注温度1535～1545℃；锭身浇注时间7～9分钟，冒口浇注时间6.5～9分钟；
8.4t锭：浇注温度为1540～1550℃；第一盘锭身浇注时间14～16分钟，冒口浇注时间8～10分钟；第二盘锭身浇注时间12～14分钟，冒口浇注时间≥6.5分钟。
进一步，所述合成渣成分组成为：所述合成渣成分组成为：Al2O3 34%、CaO 53%、MgO9%、SiO2 3%、Fe2O3 1%。
进一步，所述覆盖剂成分组成为：所述覆盖剂成分组成为：SiO2 57%、CaO 12%、Al2O3 19%、MgO 5%、C 7%。
进一步，步骤5）中所述真空处理抽真空至极限真空度60Pa，破空温度1574℃，H=0.7×10-4%，S=0.010%。
本发明采用上述工艺方法，稳定控制电炉出钢成分和温度。LF精炼操作采用前期造高碱度渣深脱氧脱硫，控制熔渣CaO/SiO2的碱度R= 4.0～6.0，当钢水达到一定的纯净度，完成脱氧脱硫任务后，将炉渣调整为弱碱性渣，碱度目标为（CaO/SiO2）=2.5～3.5。增硫采用VD处理前喂硫线，VD处理后根据S含量再补喂硫线的方法，VD炉精炼过程的钙处理采用硅钙线，喂入量0.5-0.8kg/吨钢，利于夹杂物的去除。实现了低氧条件下，42CrMoS4中S元素的稳定精确控制及钢质纯净度控制，实现S元素的收得率≥40%，及S含量在0.02%-0.04%范围内的精确控制。钢材非金属夹杂物级别达到B类细系≤2.5级，粗系≤1.0级；C类细系≤0.5级，粗系≤0.5级；D类细系≤1.5级，粗系≤0.5级。
与现有技术相比，本发明具有成分易控制、切削性能好、机械性能高等优点。
具体实施方式
下面实施例对本发明作进一步的详细描述。
高速动车组电机轴用42CrMoS4含硫钢的冶炼工艺，包括以下步骤：
1）EBT电炉冶炼：将重量份为15200份的废钢和重量份为47600份的铁水装入电炉中进行冶炼，并对其进行吹氧熔化、造泡沫渣和降碳去磷；
2）EBT出钢：冶炼完成后，向钢水包中加入重量份为330份的SiMn3、重量份为650份的石灰、重量份为150份的萤石、重量份为200份的合成渣、重量份为200份的Si-Al-Ba、重量份为800份的高铬、重量份为150份的钼铁和重量份为200份的碳锰，然后出钢；此时钢水温度为1635~1665℃（1660℃），钢水化学成分含量为：C=0.67%，Si=0.02%， Mn=0.05%，P=0.008%，S=0.020%，Cr=0.10%，Ni=0.04%，Cu=0.01%；
3）LF精炼工序：钢水进入LF精炼后，喂入重量份为100份的Al线，并送电化渣，钢水化学成分含量为：C=0.25%，Si=0.14%，Mn=0.64%，P=0.008%，S=0.003%，Ni=0.05%，Cr=1.02%，Cu=0.01%，Al=0.033%，Mo=0.15%；
依次向其中加入重量份为220份的石灰、重量份为77份的碳粉、重量份为100份的碳锰、重量份为60份的硅铁、重量份为30份的高铬、重量份为10份的钼铁10kg和重量份为240份的合成渣，钢水化学成分含量为：C=0.37%，Si=0.19%，Mn=0.72%，P=0.008%，S=0.001%，Ni=0.05%，Cr=1.05%，Cu=0.01%，Al=0.013%，Mo=0.16%；
再向其中加入重量份为160份的萤石、重量份为26份的硅铁，钢水化学成分含量为：C=0.39%，Si=0.23%，Mn=0.71%，P=0.009%，S=0.001%，Ni=0.05%，Cr=1.04%，Cu=0.01%，Al=0.018%，Mo=0.16%，CaO/SiO2的碱度R= 3.5～5.5；
最后加入重量份为180份的硅石后出钢，此时钢水温度为1660℃，CaO/SiO2的碱度R= 2.0～2.5；
4）增硫工序：喂入重量份为22.5份的S线，喂线时硫线应快速穿破渣层，送到钢包底部，使其在钢液深部熔化；喂完硫线后，弱吹氩搅拌3～5min出站，出站温度T=1620～1640℃；
5）VD真空处理工序：将钢水转运至VD冶炼炉，真空处理，破空后喂重量份为40份的硅钙线，补喂重量份为15份的硫线（Φ13mm），进行氩气软搅拌10分钟以上；硫含量为0.026%、钢水温度为1550℃时，向钢包加入覆盖剂后出站；
6）注模工序：采用氩气保护浇注，同时控制好浇注温度、浇注速度；
5.8t锭：浇注温度1535～1545℃；锭身浇注时间7～9分钟，冒口浇注时间6.5～9分钟；
8.4t锭：浇注温度为1540～1550℃；第一盘锭身浇注时间14～16分钟，冒口浇注时间8～10分钟；第二盘锭身浇注时间12～14分钟，冒口浇注时间≥6.5分钟。
进一步，所述合成渣成分组成为：Al2O3 34%、CaO 53%、MgO 9%、SiO2 3%、Fe2O3 1%。
进一步，所述覆盖剂成分组成为：SiO2 57%、CaO 12%、Al2O3 19%、MgO 5%、C 7%。
进一步，步骤5）中所述真空处理抽真空至极限真空度60Pa，破空温度1574，H=0.7×10-4%，S=0.010%；
上述成品检验结果如下：
化学成分：C=0.42%，Si=0.25%，Mn=0.74%，P=0.009%，S=0.030%，Ni=0.06%，Cr=1.05%，Cu=0.01%，Al=0.030%，Mo=0.16%。
气体含量：[H]=0.82×10-4%，[O]=0.0009%。
夹杂物级别：B类粗系0级，细系0级；C类粗系0级，细系0级；D类粗系0级，细系0.5级。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
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