G20CrNi2Mo是一種典型的滲碳軸承鋼,兼具高強度與高韌性的優(yōu)點,在我國主要應用在鐵路貨車滾動軸承套圈上。鋼的潔凈度是影響軸承鋼疲勞壽命的重要因素。隨著鐵路貨車向重載化、快速化不斷發(fā)展,對鋼潔凈度的要求也隨之提高。電渣重熔具有有效去除非金屬夾雜物、顯著改善鋼錠凝固組織的優(yōu)點。長期以來,鐵道部一直要求我國企業(yè)需采用此工藝生產(chǎn)鐵路用軸承鋼。從2017年開始,鐵道部新標準(Q/CR592-2017)要求G20CrNi2Mo電渣鋼氧含量需低于20ppm。西寧特鋼是我國最大的G20CrNi2Mo電渣鋼生產(chǎn)基地,經(jīng)統(tǒng)計,2017年其生產(chǎn)的電渣鋼氧含量合格率(≤20ppm)只有65%�；诖�,亟需開發(fā)出系統(tǒng)的低氧冶煉技術,以滿足對高潔凈鐵路用軸承鋼的使用要求。本文以西寧特鋼生產(chǎn)的G20CrNi2Mo軸承鋼為研究對象,圍繞電渣重熔過程氧含量和夾雜物的控制開展研究。首先明確了現(xiàn)行工藝條件下潔凈度的控制特點,進而研究了重熔過程爐渣氧勢和熔滴形成、下落過程溶解氧的增加機理。建立了電渣重熔過程平衡爐渣成分的設計模型,提出了爐渣各組元的目標控制范圍。之后系統(tǒng)研究了重熔過程夾雜物的演變機理,明確了自耗電極和爐...

【文章頁數(shù)】：152 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
1 引言
2 文獻綜述
    2.1 G20CrNi2Mo軸承鋼
        2.1.1 成分特點
        2.1.2 性能要求
        2.1.3 合金元素的作用
    2.2 軸承鋼冶煉工藝及潔凈度的控制
        2.2.1 國內(nèi)外爐外精煉工藝
        2.2.2 潔凈度對疲勞壽命的影響
        2.2.3 國內(nèi)外潔凈度控制現(xiàn)狀
    2.3 電渣重熔過程潔凈度的控制
        2.3.1 氧的來源及控制
        2.3.2 成分的均勻性控制
        2.3.3 夾雜物的演變及控制
    2.4 電渣重熔用爐渣特性的研究
        2.4.1 爐渣的重要作用
        2.4.2 重熔工藝對爐渣特性的要求
        2.4.3 爐渣性質(zhì)及其對冶金質(zhì)量的影響
    2.5 電渣重熔渣鋼反應數(shù)學模型研究
    2.6 研究背景和研究內(nèi)容
        2.6.1 研究背景
        2.6.2 研究思路和內(nèi)容
3 電渣重熔基本工藝及潔凈度特點
    3.1 自耗電極制備及電渣重熔工藝
        3.1.1 自耗電極制備
        3.1.2 電渣重熔工藝
    3.2 取樣和分析方法
    3.3 潔凈度特點
        3.3.1 鋼成分變化特點
        3.3.2 爐渣成分變化特點
        3.3.3 夾雜物特點
    3.4 分析討論
        3.4.1 電渣錠增氧量-Al的氧化量-爐渣氧勢的關系
        3.4.2 Si、Mn的氧化量與SiO₂、MnO含量的關系
    3.5 本章小結
4 電渣重熔過程爐渣氧勢的增加機理
    4.1 爐渣氧化的動力學模型
        4.1.1 模型建立
        4.1.2 模型參數(shù)
        4.1.3 計算結果
    4.2 自耗電極表面的氧化動力學
        4.2.1 自耗電極的氧化實驗
        4.2.2 自耗電極表面的溫度模擬
        4.2.3 自耗電極增重的計算模型
        4.2.4 計算結果
    4.3 分析討論
    4.4 本章小結
5 熔滴形成、下落過程溶解氧增加的計算模型
    5.1 模型建立
    5.2 模型參數(shù)
        5.2.1 傳質(zhì)系數(shù)
        5.2.2 比表面積
    5.3 分析討論
        5.3.1 反應的限制性環(huán)節(jié)
        5.3.2 爐渣氧勢對鋁含量變化的影響
        5.3.3 爐渣氧勢對溶解氧含量變化的影響
        5.3.4 溫度對溶解氧含量變化的影響
        5.3.5 不同形式的氧在總氧中的比例
    5.4 本章小結
6 電渣重熔過程平衡爐渣成分的設計模型
    6.1 模型建立
        6.1.1 模型思路和假設
        6.1.2 模型求解過程
    6.2 模型驗證
    6.3 分析討論
        6.3.1 自耗電極鋁含量對平衡爐渣成分的影響
        6.3.2 初始CaO含量對平衡爐渣成分的影響
        6.3.3 初始CaF₂含量對平衡爐渣成分的影響
        6.3.4 初始MgO含量對平衡爐渣成分的影響
    6.4 本章小結
7 電渣重熔過程夾雜物的演變機理及控制
    7.1 研究方法
    7.2 研究結果
        7.2.1 夾雜物形貌
        7.2.2 夾雜物成分和數(shù)量分布
    7.3 重熔過程夾雜物的演變機理
        7.3.1 自耗電極夾雜物的生成
        7.3.2 升溫過程自耗電極夾雜物行為
        7.3.3 重熔過程Ca、Mg下降的原因
        7.3.4 自耗電極夾雜物在金屬液膜位置的去除
        7.3.5 熔滴和金屬熔池中夾雜物的生成
    7.4 重熔過程夾雜物的控制
        7.4.1 自耗電極夾雜物對電渣錠氧含量的影響
        7.4.2 爐渣成分對電渣錠夾雜物的影響
    7.5 本章小結
8 電渣重熔冶煉G20CrNi2Mo軸承鋼的關鍵控制工藝
    8.1 潔凈度控制與工藝條件的關系
    8.2 改進措施
        8.2.1 渣溫控制
        8.2.2 爐口保護制度
        8.2.3 爐渣成分
        8.2.4 自耗電極冶金質(zhì)量
    8.3 改進效果
        8.3.1 熔速和電流穩(wěn)定性
        8.3.2 噸鋼耗電量
        8.3.3 電渣錠氧含量
    8.4 本章小結
9 結論和創(chuàng)新點
    9.1 結論
    9.2 創(chuàng)新點
參考文獻
作者簡歷及在學研究成果
學位論文數(shù)據(jù)集



本文編號：3862715