电渣重熔G20CrNi2Mo轴承钢过程洁净度控制机理及工艺
发布时间：2023-11-11 14:22
G20CrNi2Mo是一种典型的渗碳轴承钢,兼具高强度与高韧性的优点,在我国主要应用在铁路货车滚动轴承套圈上。钢的洁净度是影响轴承钢疲劳寿命的重要因素。随着铁路货车向重载化、快速化不断发展,对钢洁净度的要求也随之提高。电渣重熔具有有效去除非金属夹杂物、显著改善钢锭凝固组织的优点。长期以来,铁道部一直要求我国企业需采用此工艺生产铁路用轴承钢。从2017年开始,铁道部新标准(Q/CR592-2017)要求G20CrNi2Mo电渣钢氧含量需低于20ppm。西宁特钢是我国最大的G20CrNi2Mo电渣钢生产基地,经统计,2017年其生产的电渣钢氧含量合格率(≤20ppm)只有65%。基于此,亟需开发出系统的低氧冶炼技术,以满足对高洁净铁路用轴承钢的使用要求。本文以西宁特钢生产的G20CrNi2Mo轴承钢为研究对象,围绕电渣重熔过程氧含量和夹杂物的控制开展研究。首先明确了现行工艺条件下洁净度的控制特点,进而研究了重熔过程炉渣氧势和熔滴形成、下落过程溶解氧的增加机理。建立了电渣重熔过程平衡炉渣成分的设计模型,提出了炉渣各组元的目标控制范围。之后系统研究了重熔过程夹杂物的演变机理,明确了自耗电极和炉...
【文章页数】：152 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 引言
2 文献综述
2.1 G20CrNi2Mo轴承钢
2.1.1 成分特点
2.1.2 性能要求
2.1.3 合金元素的作用
2.2 轴承钢冶炼工艺及洁净度的控制
2.2.1 国内外炉外精炼工艺
2.2.2 洁净度对疲劳寿命的影响
2.2.3 国内外洁净度控制现状
2.3 电渣重熔过程洁净度的控制
2.3.1 氧的来源及控制
2.3.2 成分的均匀性控制
2.3.3 夹杂物的演变及控制
2.4 电渣重熔用炉渣特性的研究
2.4.1 炉渣的重要作用
2.4.2 重熔工艺对炉渣特性的要求
2.4.3 炉渣性质及其对冶金质量的影响
2.5 电渣重熔渣钢反应数学模型研究
2.6 研究背景和研究内容
2.6.1 研究背景
2.6.2 研究思路和内容
3 电渣重熔基本工艺及洁净度特点
3.1 自耗电极制备及电渣重熔工艺
3.1.1 自耗电极制备
3.1.2 电渣重熔工艺
3.2 取样和分析方法
3.3 洁净度特点
3.3.1 钢成分变化特点
3.3.2 炉渣成分变化特点
3.3.3 夹杂物特点
3.4 分析讨论
3.4.1 电渣锭增氧量-Al的氧化量-炉渣氧势的关系
3.4.2 Si、Mn的氧化量与SiO2、MnO含量的关系
3.5 本章小结
4 电渣重熔过程炉渣氧势的增加机理
4.1 炉渣氧化的动力学模型
4.1.1 模型建立
4.1.2 模型参数
4.1.3 计算结果
4.2 自耗电极表面的氧化动力学
4.2.1 自耗电极的氧化实验
4.2.2 自耗电极表面的温度模拟
4.2.3 自耗电极增重的计算模型
4.2.4 计算结果
4.3 分析讨论
4.4 本章小结
5 熔滴形成、下落过程溶解氧增加的计算模型
5.1 模型建立
5.2 模型参数
5.2.1 传质系数
5.2.2 比表面积
5.3 分析讨论
5.3.1 反应的限制性环节
5.3.2 炉渣氧势对铝含量变化的影响
5.3.3 炉渣氧势对溶解氧含量变化的影响
5.3.4 温度对溶解氧含量变化的影响
5.3.5 不同形式的氧在总氧中的比例
5.4 本章小结
6 电渣重熔过程平衡炉渣成分的设计模型
6.1 模型建立
6.1.1 模型思路和假设
6.1.2 模型求解过程
6.2 模型验证
6.3 分析讨论
6.3.1 自耗电极铝含量对平衡炉渣成分的影响
6.3.2 初始CaO含量对平衡炉渣成分的影响
6.3.3 初始CaF2含量对平衡炉渣成分的影响
6.3.4 初始MgO含量对平衡炉渣成分的影响
6.4 本章小结
7 电渣重熔过程夹杂物的演变机理及控制
7.1 研究方法
7.2 研究结果
7.2.1 夹杂物形貌
7.2.2 夹杂物成分和数量分布
7.3 重熔过程夹杂物的演变机理
7.3.1 自耗电极夹杂物的生成
7.3.2 升温过程自耗电极夹杂物行为
7.3.3 重熔过程Ca、Mg下降的原因
7.3.4 自耗电极夹杂物在金属液膜位置的去除
7.3.5 熔滴和金属熔池中夹杂物的生成
7.4 重熔过程夹杂物的控制
7.4.1 自耗电极夹杂物对电渣锭氧含量的影响
7.4.2 炉渣成分对电渣锭夹杂物的影响
7.5 本章小结
8 电渣重熔冶炼G20CrNi2Mo轴承钢的关键控制工艺
8.1 洁净度控制与工艺条件的关系
8.2 改进措施
8.2.1 渣温控制
8.2.2 炉口保护制度
8.2.3 炉渣成分
8.2.4 自耗电极冶金质量
8.3 改进效果
8.3.1 熔速和电流稳定性
8.3.2 吨钢耗电量
8.3.3 电渣锭氧含量
8.4 本章小结
9 结论和创新点
9.1 结论
9.2 创新点
参考文献
作者简历及在学研究成果
学位论文数据集
本文编号：3862715
【文章页数】：152 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 引言
2 文献综述
2.1 G20CrNi2Mo轴承钢
2.1.1 成分特点
2.1.2 性能要求
2.1.3 合金元素的作用
2.2 轴承钢冶炼工艺及洁净度的控制
2.2.1 国内外炉外精炼工艺
2.2.2 洁净度对疲劳寿命的影响
2.2.3 国内外洁净度控制现状
2.3 电渣重熔过程洁净度的控制
2.3.1 氧的来源及控制
2.3.2 成分的均匀性控制
2.3.3 夹杂物的演变及控制
2.4 电渣重熔用炉渣特性的研究
2.4.1 炉渣的重要作用
2.4.2 重熔工艺对炉渣特性的要求
2.4.3 炉渣性质及其对冶金质量的影响
2.5 电渣重熔渣钢反应数学模型研究
2.6 研究背景和研究内容
2.6.1 研究背景
2.6.2 研究思路和内容
3 电渣重熔基本工艺及洁净度特点
3.1 自耗电极制备及电渣重熔工艺
3.1.1 自耗电极制备
3.1.2 电渣重熔工艺
3.2 取样和分析方法
3.3 洁净度特点
3.3.1 钢成分变化特点
3.3.2 炉渣成分变化特点
3.3.3 夹杂物特点
3.4 分析讨论
3.4.1 电渣锭增氧量-Al的氧化量-炉渣氧势的关系
3.4.2 Si、Mn的氧化量与SiO2、MnO含量的关系
3.5 本章小结
4 电渣重熔过程炉渣氧势的增加机理
4.1 炉渣氧化的动力学模型
4.1.1 模型建立
4.1.2 模型参数
4.1.3 计算结果
4.2 自耗电极表面的氧化动力学
4.2.1 自耗电极的氧化实验
4.2.2 自耗电极表面的温度模拟
4.2.3 自耗电极增重的计算模型
4.2.4 计算结果
4.3 分析讨论
4.4 本章小结
5 熔滴形成、下落过程溶解氧增加的计算模型
5.1 模型建立
5.2 模型参数
5.2.1 传质系数
5.2.2 比表面积
5.3 分析讨论
5.3.1 反应的限制性环节
5.3.2 炉渣氧势对铝含量变化的影响
5.3.3 炉渣氧势对溶解氧含量变化的影响
5.3.4 温度对溶解氧含量变化的影响
5.3.5 不同形式的氧在总氧中的比例
5.4 本章小结
6 电渣重熔过程平衡炉渣成分的设计模型
6.1 模型建立
6.1.1 模型思路和假设
6.1.2 模型求解过程
6.2 模型验证
6.3 分析讨论
6.3.1 自耗电极铝含量对平衡炉渣成分的影响
6.3.2 初始CaO含量对平衡炉渣成分的影响
6.3.3 初始CaF2含量对平衡炉渣成分的影响
6.3.4 初始MgO含量对平衡炉渣成分的影响
6.4 本章小结
7 电渣重熔过程夹杂物的演变机理及控制
7.1 研究方法
7.2 研究结果
7.2.1 夹杂物形貌
7.2.2 夹杂物成分和数量分布
7.3 重熔过程夹杂物的演变机理
7.3.1 自耗电极夹杂物的生成
7.3.2 升温过程自耗电极夹杂物行为
7.3.3 重熔过程Ca、Mg下降的原因
7.3.4 自耗电极夹杂物在金属液膜位置的去除
7.3.5 熔滴和金属熔池中夹杂物的生成
7.4 重熔过程夹杂物的控制
7.4.1 自耗电极夹杂物对电渣锭氧含量的影响
7.4.2 炉渣成分对电渣锭夹杂物的影响
7.5 本章小结
8 电渣重熔冶炼G20CrNi2Mo轴承钢的关键控制工艺
8.1 洁净度控制与工艺条件的关系
8.2 改进措施
8.2.1 渣温控制
8.2.2 炉口保护制度
8.2.3 炉渣成分
8.2.4 自耗电极冶金质量
8.3 改进效果
8.3.1 熔速和电流稳定性
8.3.2 吨钢耗电量
8.3.3 电渣锭氧含量
8.4 本章小结
9 结论和创新点
9.1 结论
9.2 创新点
参考文献
作者简历及在学研究成果
学位论文数据集
本文编号：3862715
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/gckjbs/3862715.html
