冷镦钢SAE1008钛成分控制docWord下载.docx

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用冷镦钢系列产品生产的零部件、紧固件可满足从五金机具、家用电器、汽车、摩托车乃至航空航天机械的制造要求。

企业生产本钢种所用设备和工艺包括：

采用喷吹颗粒镁法铁水预脱硫，拥有三座混铁炉、三座转炉，容量50吨，一座80吨转炉；

采用炉后吹氩工艺、LF炉、RH炉精炼设备，小/大方坯连铸机。

本案例结合该厂生产冷镦钢SAE1008过程中钛成分控制进行工艺分析。

二、主要内容

（一）冷镦钢中钛元素的作用和要求

1、钛元素的作用

钛铁在炼钢过程中作为合金元素加入到钢水中，起到细化组织晶粒、固定间隙元素（C、N），提高钢材的强度，增加钢材的耐腐蚀性作用，而且还能够提高钢材的综合力学性能及良好的焊接性能等。

但是钢中钛含量与碳氮化钛夹杂有一定的关系，随着钛含量的降低，钢中的碳氮化钛夹杂相应减少。

氮化钛是一种硬而脆的夹杂物，它对钢的疲劳寿命特别有害。

在相同尺寸下，氮化钛比氧化物更有害。

研究表明，钛含量超过（30~50）×

10-6后钢的疲劳寿命就明显降低。

为提高冷镦钢质量，应减少其形成氮化钛夹杂物的可能性。

2、钛元素控制的要求

（1）控制炉渣氧元素的含量，前期使用脱氧剂进行脱氧，再加入钛铁合金，减少炉渣中钛氧化物的含量；

（2）控制钢水吸氮，减少氮化钛夹杂。

（二）案例分析

2015年2月27日到3月1日夜班，在5#LF炉连续生产了三个浇次SAE1008（加Ti）钢种，第三个浇次出现了一炉次Ti低改判钢种成分异常事故。

231502134炉次是5#LF炉处理，使用G053#钢包，包龄43次，上7#连铸机，为浇次第13炉。

231502134炉次在5#LF炉处理26min，加热4次，加热16分钟，软吹5分钟，具体处理过程如下：

表1具体处理过程记录表

时间

现场实绩

底吹气量NL/min

加热时间min/样品成分%

0：

48

钢包到站取样1

49

出样1

90

样1：

C-0.0569Si-0.0545Mn-0.3233Ti-0.00185

0:

59

钢包进站，定氧43.68ppm，温度1524℃，陆续加入硅铝铁24Kg，电石30Kg，高碳锰12Kg，硅铁44Kg；

开始加热，过程分批加入石灰共106Kg

90-260

加热10分钟

1:

09

加热结束，加入中铁铁120Kg

219

加热5分钟

14

结束加热，取样2，定氧1.7ppm，温度1560℃

240

15

继续加热

19

出样2

样2：

C-0.0702Si-0.1438Mn-0.3651Ti-0.07862

20

结束加热，测温1588℃

21

开始加热

加热2分钟

25

喂钙线130m，开出钢包车,开始软吹

81

26

钢包车开出

取样3，测温1601℃，开出准备起吊

31

软吹结束，钢包离站

34

出样3

样3：

C-0.0757Si-0.1466Mn-0.3683Ti-0.05130

2:

22

出成品

中包成品：

C-0.08Si-0.14Mn-0.37Ti-0.044

出副样

中包副样成品：

C-0.07Si-0.14Mn-0.37Ti-0.043

3:

32

割样

割样：

C-0.08Si-0.14Mn-0.36Ti-0.041

查MES记录，本炉次处理过程底吹气量见下表：

表2本炉次处理过程底吹气量记录表

处理号

炉号

吹氩流量NL/min

记录时刻

51501859

231502134

90.51663971

2015-3-10:

52

90.3237381

57

90.70954132

2015-3-11:

02

260.0726013

07

260.4101868

12

219.9501953

17

240.7346954

81.25760651

27

（三）案例原因分析

从整个处理过程的温度、成分及底吹气量方面分析来看，存在以下几个原因：

（1）炉长对于新钢种（未完全脱氧情况下控制Ti）的生产经验不足；

（2）进站定氧温度低，未引起重视；

（3）生产节奏紧张情况下，加入钛铁时间相对于操作规范的加入时间偏早；

结合以上几个原因得出：

本炉次按照操作规范加入钛铁，但是没有考虑加入钛铁时的钢水温度，使得加入钛铁后长时间升温，导致钛损严重，是成分异常的主要原因。

（四）预防措施

1、车间完善该钢种操作规范，把钛铁加入时间相应后延，保证钢水温度，控制钛损；

2、转炉使用铝块进行完全脱氧，精炼炉使用铝粒进行脱氧操作。

（五）措施实施情况

231502475炉次是5#LF炉处理，使用G036#钢包，包龄61次，上7#连铸机，为浇次第10炉。

231502475炉次在5#LF炉处理28min，加热4次，加热14分钟，软吹7分钟，对比情况如下：

表3事故炉次与成功炉次成分控制对比

C%

Si%

Mn%

P%

S%

Ti%

协议

≤0.10

≤0.30

0.30-0.50

≤0.03

≤0.04

0.05-0.07

内控

0.06-0.08

0.30-0.40

≤0.025

≤0.035

0.055-0.065

事故炉次

0.08

0.14

0.36

0.018

0.011

0.041

成功炉次

0.07

0.15

0.34

0.006

0.054

两炉次重点参数对比：

表4事故炉次与成功炉次重点参数对比

重点参数

231502475炉次

231502134炉次

钛铁加入量

90Kg

120Kg

加如钛铁前钛含量

0.00799%

0.00185%

钛铁加入时温度

1594℃

1560℃

加入钛铁后钛含量

0.05952%

0.07862%

钛铁加入后加热时间

4.9min

12min

钛铁加入至喂丝间隔时间

9min

16min

软吹时间

7min

5min

成品钛含量

0.054%

0.044%

钛损

0.00552%

0.03462%

（六）措施总结

1、保证温度的前提下，减少钛铁加入后的加热时间，可以有效地降低钛损；

2、钛铁加入时间适当后延，其吸收率明显增高；

3、使用脱氧剂铝粒相比较硅铝铁的脱氧效果要好；

（七）工艺路线

1、生产工艺路线：

铁水预脱硫→80t转炉复合吹炼→LF精炼炉→大方坯连铸机。

2、铁水经过脱硫后进入混铁炉，生产前化验分析，铁水条件满足如下条件才具备生产：

硫含量不大于0.04%；

磷含量不大于0.120%；

3、转炉总装入量控制在52±

2t。

废钢比控制在35％以下。

转炉终点控制如下：

表5转炉终点成分控制

钢种

C

P

S

SAE1008-Ti

≤0.06%

≤0.025%

≤0.035%

4、根据吹氩站温度要求及出钢温降等确定出钢温度，参考温度不低于1600℃。

5、出钢前必须进行定氧操作，根据终点氧含量加入相应数量铝块。

6、转炉出钢脱氧合金化控制要求：

6.1当钢包内钢水量约12t时，从转炉炉后加入全部铝块（可根据终点情况等调整）。

6.2当钢包内钢水量约18t时，依次加入下列合金和顶渣：

200Kg中碳锰铁→顶渣。

7、满足LF炉进站成分控制要求；

8、LF炉使用铝粒和碳化钙对炉渣脱氧，待下次加热停止后蘸样观察渣子颜色，根据颜色判断是否继续加入脱氧剂；

9、白渣形成后，加入中钛铁或高钛铁，可根据钢水成分调整加入量；

10、LF进行加热升温，满足连铸机浇注所需要的温度；

11、LF炉调整钢水成分，满足钢种标准/内控要求；

12、连铸机使用优质塞棒和水口，提高钢水质量；

13、连铸机严格保护浇注，防止钢水二次氧化、增氮和浇注絮流事故；

14、连铸机使用专用保护渣和中间包钢水覆盖剂；

15、铸坯进行缓冷或全封闭保温车热送。

三、分析路径

该案例是质量事故案例，本事故案例体现了转炉炼钢终点控制、脱氧合金化、终渣控制等知识点和岗位技能，与冶金技术专业《转炉炼钢》课程脱氧合金化学习单元的教学目标相对应。

根据国家职业标准关于合金工的要求，对应教学目标，从此生产案例归纳提炼出所包含的知识和技能点，弱化与教学目标无关的内容，使之与课程学习目标、学习内容一致，成为一个承载了教学目标所要求知识和技能的教学案例。

采用分析生产现场操作记录表的手段，引导学生通过自学、讨论、对比、讲授等方式学习脱氧合金化相关知识，掌握脱氧合金化操作技能，达到教学目标要求。

四、教学目标

（1）了解高质量钢种冶炼应关注的问题；

（2）掌握冷镦钢冶炼操作要点；

（3）学习综合考虑钢种质量保证的措施，根据设备、原材料，选择工艺路线。

（4）全面复习所学知识，并将知识转化为能力。

五、教学方式方法

现场调研、问题讨论、点评、案例分析、讲授、课堂练习、大作业。

具体教学过程设计如下：

（一）课前计划

（1）学生掌握知识：

铁水预处理、转炉炼钢、LF精炼、连续铸钢生产的基本原理、工艺、设备；

（2）学生分组，指定组长；

（3）与现场联系，进行现场教学准备，包括安全教育、劳保用品、行走路线，现场兼职教师，现场教室等；

（4）安全教育，教师带领学生下厂调研，记录10炉冷镦钢冶炼工艺参数，收集钢种生产相关资料；

（5）学生根据所学知识和实习、调研中获得的资料，总结该钢种生产的操作要点；

（6）与技术人员交流，请技术人员讲授该钢种生产中出现的事故。

（7）教室设置成学习岛，准备投影，为每组准备2张0开白纸，大号记号笔1支、作业纸每人2张。

（二）课中计划

（1）学生按小组就座学习岛周围，选举记录人、发言人。

（2）采用头脑风暴法，每人总结一条操作要点，按顺时针顺序轮流发言，记录人将操作要点在0开白纸上按铁水预处理、转炉炼钢、炉外精炼、连续铸钢分工序记录。

要求每人发言，可以轮空，直到所有人员无法补充为止，时间15～20分钟；

（3）整理完成后，小组发言人上台展示0开白纸上的记录，并向全体师生汇报交流该钢种操作要点；

发言学生汇报完成后，同组学生可以补充。

汇报完成，本组自评，其它组进行点评打分，现场技术人员参与对学生汇报的操作要点评价，指出优点和不足，每组时间8～10分钟；

（4）技术人员讲授实际生产该类钢种事故案例，时间20分钟；

（5）教师讲授帘线钢的用途、性能要求、成分控制要求，生产操作要点，时间45分钟。

（三）课后计划

布置作业，见六（三）。

六、思考题及考评

（一）课前思考题

布置课前思考题，保证学生下厂调研知道找什么材料、看什么操作、思考为什么如此操作。

（1）对冷镦钢成分、质量有哪些要求？

（2）生产冷镦钢各岗位有哪些关键的操作要点？

（3）冶炼过程中影响合金元素收得率的因素有哪些？

（二）课堂练习

课堂提问或者集体回答，目的：

及时复习、巩固知识，检查教学效果。

练习题

1、向钢中加入一种或几种合金元素，使其达到成品钢成份要求的操作称为（ 

）。

答案：

合金化

2、金属在冷加工变形中，金属的变形抗力指标，随着变形程度的增加而（ 

升高

3、LF钢包精炼炉的主要冶金效果（ 

升温；

脱硫；

成分微调；

降低钢中气体及夹杂物含量

4、钛铁在炼钢过程中作为合金元素加入到钢水中，起到细化组织晶粒、固定间隙元素（C、N），提高钢材的强度，增加钢材的耐腐蚀性作用，而且还能够提高钢材的综合力学性能及良好的焊接性能等。

（）√

5、冷镦钢，又称铆螺钢或冷顶锻钢，是利用金属的塑性，采用冷镦加工成型工艺生产互换性较高的标准件用钢。

6、出钢过程中在钢包内合金化时，影响合金收得率的主要因素是（）。

A.出钢时间长短B．钢水温度高低

C．下渣量及渣中氧化铁含量多少

答案C

7、下列元素脱氧能力由弱到强的顺序为（）

A．Cr＜Mn＜V＜Si＜B＜TiB．Cr＜Mn＜V＜Si＜Ti＜B

C．Cr＜Mn＜B＜Si＜V＜TiD．Cr＜Mn＜Ti＜Si＜V＜B

A

（三）课后作业

课后作业，复习巩固知识、提升能力。

（1）每人记录10炉以上冷镦钢的冶炼操作数据（包括铁水预处理、转炉炼钢、炉外精炼LF、连续铸钢）。

（2）每人结合自己调研结果，选择冷镦钢生产流程中的某一岗位生产操作，结合所学知识编写详细的操作要点。

（3）总结钢的成产过程中合金元素控制的关键操作

（四）评价建议

学生考核评价实施表

评价方式

评价内容

评价结果

得分

过程性

评价

（100%）

学生出勤（10%）

迟到一次及以下

8~10

迟到三次

5~7

缺勤

课堂参与

（50%）

小组评价

（20%）

小组合作融洽，讨论能达到预定的目标

16~20

小组合作比较融洽，讨论基本达到预定的目标

10~15

小组合作相对融洽或不融洽，讨论未达到预定的目标

1~9

展示评价

展示内容全面，条理清楚、语言流畅

4~20

现场教学

（10%）

遵守现场规章制度，有良好的安全意识。

0~10

完成作业（30%）

思路清晰，格式规范，内容正确

自我评价（10%）