[发明专利]一种航空用30CrMnSiNi2A高强钢及其生产方法

权利要求书

1.一种航空用30CrMnSiNi2A高强钢，其特征在于，包括以下重量百分比的各化学成分：

C：0.27％～0.34％，

Si：0.90％～1.20％，

Mn：1.00％～1.30％，

Cr：0.90％～1.20％，

Ni：1.40％～1.80％，

Al：0.015％～0.03％，

Mo：0.02％～0.03％，

V：0.02％～0.03％，

Ti：0.015％～0.025％，

W：0.15％～0.2％，

P≤0.012％，

S≤0.01％，

其余为Fe；

所述航空用30CrMnSiNi2A高强钢的生产方法，包括以下步骤：Consteel电炉初炼、LF精炼、VD真空脱气、弱氩操作、连铸浇注、连铸坯入坑保温及去应力退火、电渣重熔及电渣锭去应力退火过程、电渣锭加热开坯、过程坯加热、连轧及保温、退火；

所述Consteel电炉初炼的控制参数及具体步骤为：

炼钢原料由高炉铁水及含低磷的返回废钢组成，冶炼初期全熔后采用1510～1540℃温度进行冶炼造渣，利用在较低温度下脱P反应有利于向正反应方向生成P₂O₅进入渣中能够有效进行脱P，杜绝后期钢材产生磷脆影响钢材质量减轻钢材后续裂纹敏感度；全熔后炉内温度为1560℃以上，控制供氧制度对炉内进行有效的C、O反应，提高炉内温度，在进行脱碳的同时进行脱硫反应；其中，电炉渣料以石灰、白云石为主，分批次加入；每批加料的用量为：石灰500～800kg ，白云石200～400kg ，渣料总耗量50～80kg /吨；

电炉冶炼完毕出钢时，采用偏心底出钢方式，为防止电炉下渣要求炉内留钢量≥40吨，出钢时间≥120s，出钢量在60±5吨，出钢温度≥1620℃；出钢时大包渣料配比及用量：石灰600±50kg 、复合脱氧剂100±10kg ，预熔渣200kg ，预脱氧Al加入量折合纯铝1.5kg/t，总渣量：1000kg ～1200kg ；

出钢合金加入量根据出钢量，按内控成分要求计算加入，其中，加入的合金元素为低碳铬铁、锰铁、硅铁、镍板及纯铝+钢芯铝，电炉出钢终点成分控制C≥0.06％、P≤0.012％，其余残余有害元素含量符合内控要求；

所述LF精炼的控制参数及具体步骤为：

入LF精炼工位的钢液温度≥1500℃，出钢结束至入精炼工位时间15分钟以内；给电加热≥10分钟，温度≥1560℃，分批次加入所需合金元素进行成分调整；

LF精炼过程氩气：流量100～400NL/min；

根据钢中磷、硫含量及渣况，加石灰0-100kg 和萤石0～50kg 、调渣；

渣系目标成分：CaO：50％～58％，SiO₂：10％～15％，MgO：3％～6％，Al₂O₃：18％～25％；

精炼过程铝的控制：入LF精炼工位时Al的含量为0.030～0.040％；

精炼结束后，钢水化学成分：C：0.29～0.31％，Si：1.00～1.10％，Mn：1.10～1.20％，Cr：1.00～1.10％，Ni：1.50～1.65％，Al：0.015-0.030％，Mo：0.02～0.03％，V：0.02％～0.03％，Ti：0.015％～0.025％，W：0.15％～0.2％，P≤0.012％，S≤0.01％；

所述VD真空脱气的控制参数及具体步骤为：

钢水温度在1630℃～1650℃进行脱气操作；

入VD脱气前介质满足条件：水压≥0.5MPa，水温≤30℃，蒸汽压力≥0.8MPa，蒸汽温度≥180℃；

VD过程氩气流量：粗真空＞200托，流量为50-100NL/min；极真空期间流量为150-200NL/min，根据透气性调节，破渣面200～300mm；破空前2～3min，流量50-150NL/min，调整至弱氩标准；

所述弱氩操作的控制参数及具体步骤为：

待钢水各项元素成分达到内控要求后，进行弱氩操作，均匀钢水成分，去处夹杂物、有害气体、杂质；

弱氩过程中，氩气主吹流量50-150NL/min，辅吹流量30-50NL/min，要求渣面蠕动，钢水不裸露；在满足大包钢水连铸浇注温度的前提下弱氩时间≥20min；

所述连铸浇注的控制参数及具体步骤为：

弱氩结束后钢水测温第一包达到1560～1580℃；连浇包达到1545～1565℃时，吊包入连铸机进行连铸浇注连铸坯，得到气体含量较低及内生夹杂物达到高品质钢标准要求的半成品连铸坯；

所述连铸坯入坑保温及去应力退火的控制参数及具体步骤为：

连铸坯长度根据提坯要求切割；250×280mm连铸坯坑冷要求：及时入坑缓冷，铸坯入坑温度≥700℃，铸坯缓冷时间大于36小时；

所述电渣重熔过程及电渣锭去应力退火的控制参数及具体步骤为：

采用250mm×280mm连铸坯进行电渣重熔生产Φ470mm锭；

电渣重熔渣系采用以下质量百分比含量的四元渣：CaF₂60％、Al₂O₃30％、CaO 8％、MgO2％；

电渣重熔过程采用普通电渣炉冶炼生产，根据电极坯成分及成品要求，确定脱氧剂的用量，分批均匀加入；熔速6.0kg±0.5kg/min，冷却水温：40℃～55℃；

所述电渣锭加热开坯的控制参数及具体步骤为：

过程加热参数控制为：电渣锭入炉时要求炉温≤500℃，入炉后均温1～2h后再进行升温操作，500～800℃预热阶段要减小风量，Ф470mm锭均温时间按1～1.5h控制；加热时严禁烧高温，曲线标识温度为实际钢锭温度，钢温与炉温偏差为20℃～80℃；电渣锭开轧温度：1100℃～1150℃，终轧温度≥950℃；Φ470mm电渣锭轧制开过程坯控制为240mm×240mm长度5300～5900mm，尺寸偏差±5mm，长度偏差±30mm；开坯后方坯及时入坑缓冷保温，保温时间≥48h；

所述过程坯加热、连轧及保温的控制参数及具体步骤为：

过程坯加热过程控制为，预热段温度≤850℃，加热段温度1100-1200℃，均热段温度1160-1220℃；连铸坯总加热时间≥4h，高温扩散时间≥2.0h；

轧制过程水除鳞控制：两道次喷水除鳞，使得240×240mm方坯表面温降低50～80℃，形成一个方坯截面非均温温度梯度分布水除鳞压力20-25MPa ，除磷效果≥95％，开轧温度1030～1120℃，终轧温度≥850℃，钢材采用快床收集下冷床后及时入保温坑保温，入坑温度≥400℃，保温时间≥24h，出坑温度≤150℃；

所述退火的控制参数及具体步骤为：

钢材保温后在8h内入退火炉热处理，退火温度：720℃±10℃，辊速：4.0m/h，且采用退火炉为14区阶段式连续退火炉温控退火，退火温度区间范围600～720℃。