胀断连杆用高硫磷高强度钢连铸坯生产方法

摘要

本发明公开了一种胀断连杆用高硫磷高强度钢连铸坯生产方法，包括以下步骤：1)电炉冶炼：前期采用快速升温脱碳和少流渣操作并控制氧化终点磷含量为0.030～0.045％；2)电炉偏底心出钢：出钢采用留钢留渣操作并控制硫含量为0.050～0.060％；3)LF炉精炼：采用低碱度渣系并控制钢水中硫含量为0.040～0.050％；4)连铸：采用全保护浇注，结晶采用电磁搅拌并对连铸坯进行弱冷冷却。本发明在电炉冶炼前期采用快速升温脱碳和少流渣操作，保证钢水中磷含量的同时使得钢中不用添加磷铁，节约了合金；在精炼期采用低碱度渣系既保证了硫成分稳定又减小了钢包衬浸蚀；连铸坯中P和S含量稳定控制在0.030～0.050％和0.035～0.045％，铸坯低倍级别≤1.0级，氧含量≤20ppm且铸坯表面质量优良。

权利要求

1.一种胀断连杆用高硫磷高强度钢连铸坯生产方法，包括以下步骤：

1)电炉冶炼：采用铁水和废钢作为原材料进行冶炼，铁水与废钢的重量比为(6～8)：1，在冶炼前期采用快速升温脱碳和少流渣操作；并控制氧化终点温度为：1630～1650℃，终点碳重量百分比含量为0.30～0.40％，终点磷重量百分比含量为0.030～0.045％；

2)电炉偏底心出钢：出钢采用留钢留渣操作，出钢1/3时向钢包中加入活性石灰3.0～

4.0kg/t、硫化亚铁2.0～2.5kg/t、铝块1.0～1.5kg/t，及硅钙钡2.0～2.5kg/t进行脱氧、增硫及合金化；并控制钢水中氧含量为0～80ppm，硫重量百分比含量为0.050～0.060％；

3)LF炉精炼：采用CaO-SiO2-MgO低碱度渣系进行精炼，精炼渣碱度为1.2～1.8；并利用脱氧材料进行扩散脱氧，控制钢水中氧含量为0～20ppm，硫重量百分比含量为0.040～

0.050％；在钢水进入精炼炉后加入镁砂3.0～3.5kg/t，石英砂3.0～3.5kg/t进行造渣，该精炼渣的主要成分及其重量百分比含量为：CaO：35～45％，SiO2：25～30％，Al2O3：10～

15％，MgO：15～20％，MnO：2～5％，CaF2：3～8％；

4)连铸：连铸采用全保护浇注，在结晶过程中采用电磁搅拌、并对连铸坯进行弱冷冷却，即可得到磷重量百分比含量为0.030～0.050％，硫重量百分比含量为0.035～0.045％的胀断连杆用高硫磷高强度钢连铸坯。

2.根据权利要求1所述的胀断连杆用高硫磷高强度钢连铸坯生产方法，其特征在于：所述步骤3)中，送电8～12分钟后喂铝线1.0～1.5m/t，同时采用碳化硅、碳粉、硅铁粉，和及钙粉进行扩散脱氧，脱氧时间为30～40min，控制碳重量百分比含量为0.4～0.6％，并用硫线调整钢中硫含量。

3.根据权利要求1所述的胀断连杆用高硫磷高强度钢连铸坯生产方法，其特征在于：所述步骤3)中，在钢水成分调整完成后进行浇铸前，对钢水进行软吹，软吹时间为8～12min。

4.根据权利要求1所述的胀断连杆用高硫磷高强度钢连铸坯生产方法，其特征在于：所述步骤4)中，钢水连铸采用大包-长水口-中间包-结晶器-铸坯二冷-铸坯矫直-切割-缓冷工艺。

5.根据权利要求4所述的胀断连杆用高硫磷高强度钢连铸坯生产方法，其特征在于：所述步骤4)中，所述结晶器锥度为0.8～0.95，结晶器水量为1700～1800L/min，结晶器保护渣碱度为0.7～0.9；结晶器采用电磁搅拌，电磁搅拌电流为500～600A，频率为3～4Hz。

6.根据权利要求4或5所述的胀断连杆用高硫磷高强度钢连铸坯生产方法，其特征在于：所述步骤4)中，所述铸坯二冷段采用四段冷却方式，其中，第一段和第二段采用水冷方式，第三段和第四段采用气雾冷却方式，二冷水比水量为0.25～0.28L/kg。

7.根据权利要求4或5所述的胀断连杆用高硫磷高强度钢连铸坯生产方法，其特征在于：所述步骤4)中，铸坯矫直采用多点矫直方式，进入矫直段温度为950～1000℃。

8.根据权利要求4或5所述的胀断连杆用高硫磷高强度钢连铸坯生产方法，其特征在于：所述步骤4)中，采用火焰切割后的连铸坯进入冷床后迅速吊入缓冷坑，控制铸坯切割完成至吊入缓冷坑时间≤10min，铸坯进入缓冷坑温度为600～800℃。

9.根据权利要求4或5所述的胀断连杆用高硫磷高强度钢连铸坯生产方法，其特征在于：所述步骤4)中，长水口及中间包采用氩封保护，氩封压力为0.10～0.15MPa。

说明书

胀断连杆用高硫磷高强度钢连铸坯生产方法

技术领域

[0001] 本发明涉及冶金技术，具体地指一种胀断连杆用高硫磷高强度钢连铸坯生产方法。

背景技术

[0002] 目前应用于汽车发动机连杆的高强度钢主要为合金结构钢及非调质钢，一般采用“电炉(转炉)冶炼-精炼-连铸(模铸)”这种传统生产工艺，在钢种设计和开发过程中要求钢材具有高强度的同时还要求具有高韧性。随着汽车轻量化要求汽车用钢向高强度化方向发展，且要求汽车部件加工工艺更加节能和降耗，汽车发动机连杆胀断加工技术及其相应的胀断连杆用钢应运而生，和传统的连杆加工技术相比，发动机连杆胀断加工技术具有传统连杆加工方法无可比拟的优越性，其加工工序少、节约精加工设备、节材节能、生产成本低，但胀断加工技术要求胀断连杆用钢具有高强度、低塑性、合适的脆性和良好的切削加工性能，因此，在钢种设计和开发过程中，为了提高胀断性能，部分胀断材料要求加入提高强度和降低韧性的元素含量，如：C、P、S、N等。目前，用于连杆胀断加工的材料主要有C70S6锻钢、SPLITASCO系列锻钢、FRACTIM锻钢和S53CV-FS锻钢等，因其钢种成分与传统的合金结构钢和非调质钢有着较大差异，用传统生产工艺生产胀断连杆用钢的连铸坯存在以下缺点：1)钢种成分不易控制，容易导致S成分不稳定的问题；2)需添加磷铁，增加了合金成本；3)裂纹严重，难以生产出合格的连铸坯。

[0003] 公开号为CN1664122A的中国专利提出了“一种低碳高硫(磷硫)易切削结构钢连铸坯的生产方法”，该钢种的生产工艺采用电炉或转炉初炼，钢包炉精炼，连铸机浇注三步法，其工艺针对的是低碳易切 削钢(1215等)，而对于碳含量为0.40～0.60％的高碳高硫高磷高氮裂纹敏感性钢种不适用，且在精炼过程中采用较高碱度精炼渣(Ca/SiO2≥4.0)不利于钢中S成分的稳定；公开号为CN1667129A的中国专利提出了“一种含硫易切削非调质钢的生产方法”，其生产工艺采用转炉冶炼-挡渣出钢-钢包脱氧合金化-LF钢包精炼-全保护浇注-铸坯控温、控冷，但由于其采用转炉双渣法冶炼，冶炼终点磷含量较低，大幅度增加了能耗，同时精炼过程中采用CaO-SiO2低碱度渣系(SiO2含量达到40.66％)对碱性炉衬钢包浸蚀严重。

发明内容

[0004] 本发明的目的就是要提供一种胀断连杆用高硫磷高强度钢连铸坯生产方法，该方法易于控制钢种成分，避免了连铸坯裂纹，且工艺简单，生产成本低。

[0005] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种胀断连杆用高硫磷高强度钢连铸坯生产方法，包括以下步骤：

[0006] 1)电炉冶炼：采用铁水和废钢作为原材料进行冶炼，铁水与废钢的重量比为(6～8)：1，在冶炼前期采用快速升温脱碳和少流渣操作；并控制氧化终点温度为：1630～1650℃，终点碳重量百分比含量为0.30～0.40％，终点磷重量百分比含量为0.030～0.045％；

[0007] 2)电炉偏底心出钢：出钢采用留钢留渣操作，出钢1/3时向钢包中加入活性石灰3.0～4.0kg/t、硫化亚铁2.0～2.5kg/t、铝块1.0～1.5kg/t，及硅钙钡2.0～2.5kg/t进行脱氧、增硫及合金化；并控制钢水中氧含量为0～80ppm，硫重量百分比含量为0.050～
0.060％；

[0008] 3)LF炉精炼：采用CaO-SiO2-MgO低碱度渣系进行精炼，精炼渣碱度为1.2～1.8；并利用脱氧材料进行扩散脱氧，控制钢水中氧含量为0～20ppm，硫重量百分比含量为0.040～0.050％；

[0009] 4)连铸：连铸采用全保护浇注，在结晶过程中采用电磁搅拌、并对连铸坯进行弱冷冷却，即可得到磷重量百分比含量为0.030～0.050％，硫重量百分比含量为0.035～0.045％的汽车发动机胀断连杆 的高强度钢连铸坯。

[0010] 进一步地，所述步骤3)中，在钢水进入精炼炉后加入镁砂3.0～3.5kg/t，石英砂3.0～3.5kg/t进行造渣，该精炼渣的主要成分及其重量百分比含量为：CaO：35～45％，SiO2：25～30％，Al2O3：10～15％，MgO：15～20％，MnO：2～5％，CaF2：3～8％。

[0011] 进一步地，所述步骤3)中，送电8～12分钟后喂铝线1.0～1.5m/t，同时采用碳化硅、碳粉、硅铁粉，和及钙粉进行扩散脱氧，脱氧时间为30～40min，控制碳重量百分比含量为0.4～0.6％，并用硫线调整钢中硫含量。

[0012] 进一步地，所述步骤3)中，在钢水成分调整完成后进行浇铸前，对钢水进行软吹，软吹时间为8～12min。

[0013] 进一步地，所述步骤4)中，钢水连铸采用大包-长水口-中间包-结晶器-铸坯二冷-铸坯矫直-切割-缓冷工艺。

[0014] 进一步地，所述步骤4)中，所述结晶器锥度为0.8～0.95，结晶器水量为1700～1800L/min，结晶器保护渣碱度为0.7～0.9；结晶器采用电磁搅拌，电磁搅拌电流为500～
600A，频率为3～4Hz。

[0015] 进一步地，所述步骤4)中，所述铸坯二冷段采用四段冷却方式，其中，第一段和第二段采用水冷方式，第三段和第四段采用气雾冷却方式，二冷水比水量为0.25～0.28L/kg。

[0016] 进一步地，所述步骤4)中，铸坯矫直采用多点矫直方式，进入矫直段温度为950～1000℃。

[0017] 进一步地，所述步骤4)中，采用火焰切割后的连铸坯进入冷床后迅速吊入缓冷坑，控制铸坯切割完成至吊入缓冷坑时间≤10min，铸坯进入缓冷坑温度为600～800℃。

[0018] 更进一步地，所述步骤4)中，长水口及中间包采用氩封保护，氩封压力为0.10～0.15MPa。

[0019] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：

[0020] 其一，在电炉冶炼前期采用快速升温脱碳和少流渣操作，保证钢水中磷含量的同时，使得钢中不用添加磷铁，节约了合金。

[0021] 其二，在精炼期采用CaO-SiO2-MgO低碱度渣系既保证了硫成分的稳定又减小了钢包衬的浸蚀，进而使得S成分易于控制，S的收得率高。

[0022] 其三，连铸通过保护浇注，电磁搅拌，及和弱冷冷却减少了铸坯裂纹，保证生产出合格的含磷、硫高强度钢连铸坯，连铸坯中P含量稳定控制在0.030～0.050％，硫含量稳定控制在0.035～0.045％，铸坯的低倍级别≤1.0级，氧含量≤20ppm，且铸坯表面质量优良。

[0023] 其四，本发明方法工艺线路简单，可操作性强，易于控制，且生产成本低，大幅节约了能源。

具体实施方式

[0024] 下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，便于更清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。除非另有说明，本发明中所采用的百分数均为重量百分数。

[0025] 实施例1：

[0026] 生产一种汽车发动机胀断连杆用高硫磷高强度钢连铸坯，该连铸坯的生产方法步骤如下：

[0027] 1)电炉冶炼：采用铁水和废钢作为原材料，铁水与废钢的重量比为6：1；冶炼前期快速升温脱碳和少流渣，并控制氧化终点温度为：1630℃，终点碳含量为0.30％，终点磷含量为0.030％；

[0028] 2)电炉偏底心出钢：出钢采用留钢留渣操作，出钢1/3时向钢包中加入活性石灰4.0kg/t，硫化亚铁2.0kg/t，铝块1.5kg/t，硅钙钡2.5kg/t，控制进入后续LF精炼炉中氧含量为80ppm，硫含量为0.050％；

[0029] 3)LF精炼炉：钢水进入精炼炉后加入镁砂3.0kg/t，石英砂3.0kg/t造低碱度精炼渣，精炼渣主要成分为：CaO：40％，SiO2：30％，Al2O3：10％，MgO：15％，MnO：2％，CaF2：3％，精炼渣碱度为1.3；送 电10分钟后喂铝线1.5m/t，采用碳化硅、碳粉、硅铁粉和硅钙粉等脱氧材料进行扩散脱氧，脱氧时间为40min，用硫线调整钢中硫含量，保证吊包上连铸平台时钢中硫含量为0.040％；成分和温度调整完成后，钢水进行软吹，软吹时间为8min；

[0030] 4)连铸：钢水连铸采用大包-长水口-中间包-结晶器-二冷-矫直-切割-缓冷工艺，其中，长水口及中间包采用氩封保护，氩封压力为0.10MPa；结晶器锥度为0.95，结晶器水量为1800L/min，结晶器采用电磁搅拌，电磁搅拌电流为600A，频率为3Hz，结晶器保护渣的碱度为0.80，熔点为1080℃；铸坯二冷段采用四段冷却方式，其中第一、二段为水冷方式，第三、四段为气雾冷却方式，二冷水比水量为0.28L/kg；铸坯矫直采用多点矫直方式，进入矫直段温度为950℃；采用火焰切割后的连铸坯进入冷床后迅速吊入缓冷坑，铸坯切割完成至吊入缓冷坑时间为9min，铸坯进入缓冷坑温度650℃。

[0031] 所得连铸坯的化学成分及其含量如下：C：0.40％，Si：0.70％，Mn：1.20％，P：0.030％，S：0.035，N：0.0160％，其余为Fe、微量元素及不可避免的杂质；该连铸坯的低倍、氧、磷，及硫的控制情况见下表1。

[0032] 实施例2:

[0033] 生产一种汽车发动机胀断连杆用高硫磷高强度钢连铸坯，该连铸坯的生产方法步骤如下：

[0034] 1)电炉冶炼：采用铁水和废钢作为原材料，铁水与废钢的重量比为8：1；冶炼前期快速升温脱碳和少流渣，并控制氧化终点温度为：1645℃，终点碳含量为0.35％，终点磷含量为0.045％；

[0035] 2)电炉偏底心出钢：出钢采用留钢留渣操作，出钢1/3时向钢包中加入活性石灰3.0kg/t，硫化亚铁2.5kg/t，铝块1.2kg/t，硅钙钡2.3kg/t，控制进入后续LF精炼炉中氧含量为60ppm，硫含量为 0.060％；

[0036] 3)LF精炼炉：钢水进入精炼炉后加入镁砂3.5kg/t，石英砂3.5kg/t造低碱度精炼渣，精炼渣主要成分为：CaO：35％，SiO2：30％，Al2O3：10％，MgO：20％，MnO：2％，CaF2：3％，精炼渣碱度为1.2；送电10分钟后喂铝线1.0m/t，采用碳化硅、碳粉、硅铁粉和硅钙粉等脱氧材料进行扩散脱氧，脱氧时间为35min，用硫线调整钢中硫含量，保证吊包上连铸平台时钢中硫含量为0.050％；成分和温度调整完成后，钢水进行软吹，软吹时间为12min；

[0037] 4)连铸：钢水连铸采用大包-长水口-中间包-结晶器-二冷-矫直-切割-缓冷工艺，其中，长水口及中间包采用氩封保护，氩封压力为0.12MPa；结晶器锥度为0.95，结晶器水量为1750L/min，结晶器采用电磁搅拌，电磁搅拌电流为600A，频率为3Hz，结晶器保护渣的碱度为0.80，熔点为1080℃；铸坯二冷段采用四段冷却方式，其中第一、二段为水冷方式，第三、四段为气雾冷却方式，二冷水比水量为0.25L/kg；铸坯矫直采用多点矫直方式，进入矫直段温度为980℃；采用火焰切割后的连铸坯进入冷床后迅速吊入缓冷坑，铸坯切割完成至吊入缓冷坑时间为8min，铸坯进入缓冷坑温度600℃。

[0038] 所得连铸坯的化学成分及其含量如下：C：0.45％，Si：0.60％，Mn：1.30％，P：0.050％，S：0.045，N：0.020％，其余为Fe、微量元素及不可避免的杂质；该连铸坯的低倍、氧、磷，及硫的控制情况见下表1。

[0039] 实施例3:

[0040] 生产一种汽车发动机胀断连杆用高硫磷高强度钢连铸坯，该连铸坯的生产方法步骤如下：

[0041] 1)电炉冶炼：采用铁水和废钢作为原材料，铁水与废钢的重量比为8：1；冶炼前期快速升温脱碳和少流渣，并控制氧化终点温度 为：1630℃，终点碳含量为0.40％，终点磷含量为0.042％；

[0042] 2)电炉偏底心出钢：出钢采用留钢留渣操作，出钢1/3时向钢包中加入活性石灰3.5kg/t，硫化亚铁2.2kg/t，铝块1.2kg/t，硅钙钡2.2kg/t，控制进入后续LF精炼炉中氧含量为70ppm，硫含量为0.055％；

[0043] 3)LF精炼炉：钢水进入精炼炉后加入镁砂3.2kg/t，石英砂3.2kg/t造低碱度精炼渣，精炼渣主要成分为：CaO：38％，SiO2：28％，Al2O3：12％，MgO：16％，MnO：3％，CaF2：3％，精炼渣碱度为1.4；送电10分钟后喂铝线1.3m/t，采用碳化硅、碳粉、硅铁粉和硅钙粉等脱氧材料进行扩散脱氧，脱氧时间为35min，用硫线调整钢中硫含量，保证吊包上连铸平台时钢中硫含量为0.043％；成分和温度调整完成后，钢水进行软吹，软吹时间为10min；

[0044] 4)连铸：钢水连铸采用大包-长水口-中间包-结晶器-二冷-矫直-切割-缓冷工艺，其中，长水口及中间包采用氩封保护，氩封压力为0.12MPa；结晶器锥度为0.95，结晶器水量为1700L/min，结晶器采用电磁搅拌，电磁搅拌电流为500A，频率为4Hz，结晶器保护渣的碱度为0.80，熔点为1080℃；铸坯二冷段采用四段冷却方式，其中第一、二段为水冷方式，第三、四段为气雾冷却方式，二冷水比水量为0.25L/kg；铸坯矫直采用多点矫直方式，进入矫直段温度为1000℃；采用火焰切割后的连铸坯进入冷床后迅速吊入缓冷坑，铸坯切割完成至吊入缓冷坑时间为8min，铸坯进入缓冷坑温度650℃。

[0045] 所得连铸坯的化学成分及其含量如下：C：0.50％，Si：0.75％，Mn：1.10％，P：0.045％，S：0.040％，N：0.0180％，其余为Fe、微量元素及不可避免的杂质；该连铸坯的低倍、氧、磷，及硫的控制情况见下表1。

[0046] 实施例4:

[0047] 生产一种汽车发动机胀断连杆用高硫磷高强度钢连铸坯，该连铸坯的生产方法步骤如下：

[0048] 1)电炉冶炼：采用铁水和废钢作为原材料，铁水与废钢的重量比为7：1；冶炼前期快速升温脱碳和少流渣，并控制氧化终点温度为：1635℃，终点碳含量为0.38％，终点磷含量为0.037％；

[0049] 2)电炉偏底心出钢：出钢采用留钢留渣操作，出钢1/3时向钢包中加入活性石灰3.5kg/t，硫化亚铁2.3kg/t，铝块1.2kg/t，硅钙钡2.2kg/t，控制进入后续LF精炼炉中氧含量为65ppm，硫含量为0.055％；

[0050] 3)LF精炼炉：钢水进入精炼炉后加入镁砂3.3kg/t，石英砂3.3kg/t造低碱度精炼渣，精炼渣主要成分为：CaO：40％，SiO2：25％，Al2O3：10％，MgO：15％，MnO：5％，CaF2：5％，精炼渣碱度为1.6；送电10分钟后喂铝线1.2m/t，采用碳化硅、碳粉、硅铁粉和硅钙粉等脱氧材料进行扩散脱氧，脱氧时间为40min，用硫线调整钢中硫含量，保证吊包上连铸平台时钢中硫含量为0.045％；成分和温度调整完成后，钢水进行软吹，软吹时间为12min；

[0051] 4)连铸：钢水连铸采用大包-长水口-中间包-结晶器-二冷-矫直-切割-缓冷工艺，其中，长水口及中间包采用氩封保护，氩封压力为0.13MPa；结晶器锥度为0.95，结晶器水量为1750L/min，结晶器采用电磁搅拌，电磁搅拌电流为550A，频率为4Hz，结晶器保护渣的碱度为0.80，熔点为1080℃；铸坯二冷段采用四段冷却方式，其中第一、二段为水冷方式，第三、四段为气雾冷却方式，二冷水比水量为0.26L/kg；铸坯矫直采用多点矫直方式，进入矫直段温度为980℃；采用火焰切割后的连铸坯进入冷床后迅速吊入缓冷坑，铸坯切割完成至吊入缓冷坑时间为8min，铸坯进入缓冷坑温度620℃。

[0052] 所得连铸坯的化学成分及其含量如下：C：0.48％，Si：0.25％，Mn：1.00％，P：0.040％，S：0.040％，N：0.0210％，其余为Fe、微 量元素及不可避免的杂质；该连铸坯的低倍、氧、磷，及硫的控制情况见下表1。

[0053] 实施例5:

[0054] 生产一种汽车发动机胀断连杆用高硫磷高强度钢连铸坯，该连铸坯的生产方法步骤如下：

[0055] 1)电炉冶炼：采用铁水和废钢作为原材料，铁水与废钢的重量比为8：1；冶炼前期快速升温脱碳和少流渣，并控制氧化终点温度为：1630℃，终点碳含量为0.40％，终点磷含量为0.030％；

[0056] 2)电炉偏底心出钢：出钢采用留钢留渣操作，出钢1/3时向钢包中加入活性石灰3.0kg/t，硫化亚铁2.5kg/t，铝块1.0kg/t，硅钙钡2.0kg/t，控制进入后续LF精炼炉中氧含量为75ppm，硫含量为0.060％；

[0057] 3)LF精炼炉：钢水进入精炼炉后加入镁砂3.3kg/t，石英砂3.3kg/t造低碱度精炼渣，精炼渣主要成分为：CaO：38％，SiO2：28％，Al2O3：12％，MgO：16％，MnO：2％，CaF2：4％，精炼渣碱度为1.4；送电10分钟后喂铝线1.0m/t，采用碳化硅、碳粉、硅铁粉和硅钙粉等脱氧材料进行扩散脱氧，脱氧时间为35min，用硫线调整钢中硫含量，保证吊包上连铸平台时钢中硫含量为0.050％；成分和温度调整完成后，钢水进行软吹，软吹时间为10min；

[0058] 4)连铸：钢水连铸采用大包-长水口-中间包-结晶器-二冷-矫直-切割-缓冷工艺，