46S20易切削鋼的試制

46S20易切削鋼的試制黃肇信，王慶賢，張啟柱，亓奉友，王秀波(青島鋼鐵有限公司，山東青島266043)摘要：青鋼應(yīng)用“轉(zhuǎn)爐→小方坯連鑄機(jī)→型材軋機(jī)”工藝流程試制46S20易切削鋼。冶煉過(guò)程采用拉碳法吹煉、硫合金化、脫氧合金化、鋼包底吹氬、喂絲、全過(guò)程保護(hù)澆注、結(jié)晶器電磁攪拌等工藝，解決了硫合金化、鑄坯角裂等問(wèn)題；軋制工藝制訂了合理的加熱制度，解決了軋制劈裂等技術(shù)難題，生產(chǎn)出各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求的46S20易切削鋼。關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐；易切削鋼；結(jié)晶器電磁攪拌；開(kāi)軋溫度中圖分類(lèi)號(hào)：TF761文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：BTrialManufactureof46S20Free-cuttingSteelHUANGZhao-xin,WANGQing-xian,ZHANGQi-zhu,QIFeng-you,WANGXiu-bo(QingdaoIronandSteelCo.Ltd.,Qingdao266043,China)Abstract：Introducesthepracticeofproducingtrial-manufactureof46S20free-cuttingsteelbyadoptingtheprocessflowofconverter-smallbilletcontinuouscasting-sectionmill.Thecatchcarbonmethod,sulphuralloying,deoxidationtechnique,bottomblowingargonladle,wirefeed,protectivecastingintotalprocess,electromagneticstirringinmouldareusedduringmeltingtosolveproblemsofsulphuringandcornercrackofbillet,andreliableheatingsystemissetupduringrollinginordertosolverollingsplit,thenthe46S20free-cuttingsteelwitheverytechnicalindexcominguptoitsstandardisproduced.Keywords：converter；free-cuttingsteel；electromagneticstirringin-mould；temperatureatthebeginningofrolling1前言46S20是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的易切削鋼牌號(hào)，屬硫系易切削鋼，廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)鉆夾頭、軸、桿等產(chǎn)品，一般采用模鑄或大方坯連鑄工藝生產(chǎn)。因含硫量高，熱脆問(wèn)題突出，在澆鑄過(guò)程中極易產(chǎn)生裂紋，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致漏鋼；軋制過(guò)程中如果開(kāi)軋溫度控制不合適，容易開(kāi)裂。青島鋼鐵有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)青鋼）采用轉(zhuǎn)爐、R5m小方坯連鑄機(jī)、型材軋機(jī)以及鋼包底吹氬、喂絲、保護(hù)澆注、結(jié)晶器電磁攪拌、限制拉速等新工藝、新技術(shù)，成功試制出各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)要求的46S20易切削鋼。2主要設(shè)備及工藝流程主要設(shè)備包括：4座350m3級(jí)高爐，3座公稱(chēng)容量30t和1座公稱(chēng)容量20t的氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐，3臺(tái)R5m和1臺(tái)R8m四機(jī)四流小方坯連鑄機(jī)，1座煤氣蓄熱式加熱爐，φ500mm三輥可逆軋機(jī)和φ350mm×3三輥橫列式及φ50mm工藝流程為：高爐鐵水→氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐→鋼包底吹氬、喂絲→R5m小方坯連鑄機(jī)→連鑄坯表面質(zhì)量檢查→加熱爐→型材軋機(jī)→成品檢驗(yàn)、入庫(kù)。3冶煉工藝3.1采用“拉碳法”吹煉工藝本鋼種屬于中高碳鋼，在冶煉上采用了“拉碳法”吹煉工藝，參考音頻化渣系統(tǒng)做到全程化渣。第一次倒?fàn)t為高拉碳，用定碳杯快速定碳，根據(jù)碳含量確定補(bǔ)吹時(shí)間，確保終點(diǎn)溫度及鋼水碳含量合適。終點(diǎn)碳命中率可達(dá)80％以上。采用“拉碳法”吹煉工藝能有效避免鋼水增碳所帶來(lái)的碳不均勻等問(wèn)題，而且能減少氧、增碳劑用量，提高金屬收得率，從而降低生產(chǎn)成本（見(jiàn)表1）。表1拉碳法與增碳法對(duì)比項(xiàng)目耗氧量/m3.t-1增碳劑用量/kg.t-1金屬收得率/％增碳法54.54.687.3拉碳法51.70.888.2拉碳法與增碳法對(duì)比-2.8-3.80.9

注：統(tǒng)計(jì)爐數(shù)各為50爐。3.2硫合金化工藝該鋼種含硫量為0.15％～0.25％，為保證硫含量在規(guī)定范圍內(nèi)，必須對(duì)鋼水進(jìn)行增硫。通過(guò)多次試驗(yàn)，選擇了一種合適的增硫劑并確定了一套完整的硫合金化工藝，使硫的回收率穩(wěn)定在90％～95％，解決了硫回收率不穩(wěn)定的關(guān)鍵問(wèn)題。而且，由于硫回收率較高、較穩(wěn)定，有效避免了環(huán)境污染，這是本鋼種生產(chǎn)在工藝上的重大突破。3.3脫氧合金化工藝在試制過(guò)程中發(fā)現(xiàn)鋼水中[C]不容易控制，經(jīng)常出現(xiàn)[C]偏低出格情況。分析認(rèn)為主要是由于鋼水終點(diǎn)[C]較低，鋼水氧化性強(qiáng)，脫氧程度不容易控制造成的。而且加入的增硫劑對(duì)鋼水中[C]也有影響。故改進(jìn)了合金加入順序、強(qiáng)脫氧劑的加入量以及對(duì)增硫劑的預(yù)處理等工藝，在此后的生產(chǎn)中未出現(xiàn)類(lèi)似情況，熔煉成分合格率達(dá)到100％。見(jiàn)表2。表2改進(jìn)工藝前后[C]合格爐數(shù)情況對(duì)比爐工藝序號(hào)總爐數(shù)[C]出格爐數(shù)合格爐數(shù)合格率/％改進(jìn)前121150.021511493.332522392.0合計(jì)4243890.5改進(jìn)后422022100.0527027100.0639039100.0合計(jì)88088100.03.4鋼包底吹氬、喂絲鋼包底吹氬是一種簡(jiǎn)捷、有效的精煉手段，通過(guò)底吹氬能使鋼水在循環(huán)流動(dòng)的狀態(tài)中達(dá)到溫度、成分均勻，上浮的氬氣泡不僅能夠吸收鋼中的氣體，還會(huì)粘附懸浮于鋼液中的夾雜，把這些夾雜帶至鋼液表面被渣層吸收。通過(guò)向鋼包內(nèi)以一定的速度喂入硅鈣包芯線(xiàn)，能對(duì)鋼中非金屬夾雜物進(jìn)行變性處理，提高鋼的純凈度。成品鋼材中B類(lèi)、C類(lèi)、D類(lèi)夾雜物最高級(jí)別分別為0、1.5、1.0級(jí)（標(biāo)準(zhǔn)要求不大于3.0級(jí)）。3.5連鑄用全過(guò)程保護(hù)澆注和結(jié)晶器電磁攪拌采用“大包→中間灌→結(jié)晶器”全過(guò)程保護(hù)澆注技術(shù)，中間灌內(nèi)部采用性能優(yōu)良的吸渣劑，結(jié)晶器內(nèi)部采用本鋼種專(zhuān)用保護(hù)渣，有效避免了鋼水二次氧化，減少了鋼中非金屬夾雜及氣體含量，鑄坯表面質(zhì)量?jī)?yōu)良，經(jīng)逐支檢查，一次合格率達(dá)到99.8％。結(jié)晶器電磁攪拌是控制鑄坯凝固組織、改善鑄坯內(nèi)部質(zhì)量的有效手段。它能消除鑄坯內(nèi)部裂紋，使縮孔級(jí)別明顯下降，而中心疏松級(jí)別有所提高，這主要是由于在電磁攪拌的作用下鑄坯心部鋼水凝固時(shí)形成分散的縮孔（疏松）的緣故，但不影響成材的低倍質(zhì)量。見(jiàn)表3。表3連鑄坯低倍組織質(zhì)量對(duì)比缺陷縮孔/級(jí)中心疏松/級(jí)中心裂紋/級(jí)中間裂紋/級(jí)皮下裂紋/級(jí)有結(jié)晶器范圍0～0.51.0～2.0000電磁攪拌均值0.31.2000無(wú)結(jié)晶器范圍0～4.00～0.50～1.00～2.00.5～2.0電磁攪拌均值2.50.30.50.61.3注：試驗(yàn)爐數(shù)各為10爐。3.6解決了連鑄坯角部振痕深處的裂紋問(wèn)題生產(chǎn)中出現(xiàn)過(guò)鑄坯角部有較深的振痕現(xiàn)象，在振痕深處發(fā)現(xiàn)細(xì)小的橫裂紋。軋制出的圓鋼表面有“V”形裂紋。經(jīng)深入分析認(rèn)為連鑄坯角部振痕深處裂紋與結(jié)晶器振動(dòng)參數(shù)有關(guān)。高振頻、小振幅有利于減輕振痕深度。通過(guò)試驗(yàn)確定了合適的振動(dòng)參數(shù)，連鑄坯質(zhì)量大大提高。3.7試驗(yàn)確定合適的澆注溫度在試驗(yàn)初期，為了避免鑄坯在拉轎機(jī)處產(chǎn)生熱脆現(xiàn)象，在生產(chǎn)中適當(dāng)?shù)靥岣吡酥虚g罐鋼液溫度，達(dá)到1505～1525℃。根據(jù)該鋼種液相線(xiàn)溫度計(jì)算出最高過(guò)熱度為45℃。由于結(jié)晶器內(nèi)鋼液溫度較高，鋼液流動(dòng)性強(qiáng)，電磁攪拌起不到應(yīng)有的效果，由此部分鑄坯軋制出的圓鋼經(jīng)用戶(hù)車(chē)削加工、酸洗后表面有簇狀裂紋，經(jīng)分析認(rèn)為是澆注溫度偏高導(dǎo)致鑄坯內(nèi)部產(chǎn)生缺陷造成的。針對(duì)這一問(wèn)題，對(duì)澆注溫度作了適當(dāng)下調(diào)，使其更符合本鋼種特點(diǎn)。4軋制工藝4.1制訂合理的加熱制度硫系易切削鋼由于含硫量高，軋制過(guò)程中容易產(chǎn)生熱脆現(xiàn)象，900～1000℃是熱脆敏感溫度。在參考不同溫度下Y15鋼熱塑性變化趨勢(shì)圖（見(jiàn)圖1）的基礎(chǔ)上，為了避開(kāi)熱脆敏感溫度區(qū)域，采用高溫加熱并保溫足夠時(shí)間，將開(kāi)軋溫度控制在1100～1150℃之間，將終軋溫度控制在1000℃以上，有效地防止了熱脆現(xiàn)象的發(fā)生。4.2解決了K3軋卡問(wèn)題生產(chǎn)中屢次出現(xiàn)K3軋卡現(xiàn)象，軋制過(guò)程中在[CM(22]離軋件尾部約2m左右的地方突然卡住，軋件在溝槽內(nèi)打滑不前進(jìn)。造成軋卡的原因?yàn)殇撆髟诩訜釥t內(nèi)通條加熱不均勻，在鋼坯表面溫度較高的部位會(huì)導(dǎo)致軋卡。針對(duì)這一問(wèn)題，作了相關(guān)規(guī)定，當(dāng)軋制作業(yè)線(xiàn)出現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整加熱爐況，將爐溫保持在1000℃左右，避免因鋼坯表面溫度不均勻而產(chǎn)生軋卡。圖1Y15鋼不同溫度下的熱塑性變化4.3軋制過(guò)程中劈裂問(wèn)題46S20硫系易切削鋼。由于其本身具有熱脆的特性，在軋制過(guò)程中易劈裂，特別是在φ500mm軋機(jī)處易發(fā)生坯頭開(kāi)裂現(xiàn)象。故制定了“高溫、快軋”的操作工藝，在φ500mm軋機(jī)處適當(dāng)加大軋機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)并減少這幾道次的壓下量，集“人、機(jī)、料、法、環(huán)”于一體，反復(fù)試驗(yàn)，終于攻克此難題，有效減輕了軋制過(guò)程中頭部劈裂問(wèn)題。5試驗(yàn)結(jié)果及分析5.1熔煉成分熔煉成分結(jié)果見(jiàn)表4。表4熔煉成分結(jié)果%元素含量CSiMnPS范圍0.43～0.480.18～0.230.89～1.020.021～0.0360.17～0.23均值0.4560.2120.9560.02970.191標(biāo)準(zhǔn)要求0.42～0.500.15～0.400.70～1.10≤0.0600.15～0.25注：采用光譜分析法進(jìn)行成分分析；統(tǒng)計(jì)爐數(shù)為100爐。由表4可見(jiàn)，熔煉成分較穩(wěn)定，特別是[C]、[S]較難控制的元素，波動(dòng)范圍較小。通過(guò)嚴(yán)格控制造渣制度、吹煉制度及鐵水、廢鋼總裝入量（上下波動(dòng)不能超過(guò)0.5t），使終點(diǎn)溫度及[C]能夠控制在較理想范圍。同時(shí)，又統(tǒng)一脫氧合金化及硫合金化操作，準(zhǔn)確微調(diào)成分。加上鋼包底吹氬、喂絲等措施，使鋼水純凈，成分穩(wěn)定、均勻，控制在一個(gè)較小的波動(dòng)范圍內(nèi)。5.2低倍組織在生產(chǎn)工藝中，通過(guò)準(zhǔn)確控制熔煉成分、澆注溫度、拉速、二冷水比水量等重要參數(shù)，并加以結(jié)晶器電磁攪拌，使連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量穩(wěn)定，因而圓鋼的內(nèi)部質(zhì)量也較好。低倍組織評(píng)級(jí)見(jiàn)表5。表5低倍組織級(jí)項(xiàng)目一般疏松中心疏松中心偏析范圍1.0～1.51.0～1.51.0～1.5均值1.11.11.2標(biāo)準(zhǔn)要求≤3.0級(jí)注：統(tǒng)計(jì)爐數(shù)為100爐。由表5可見(jiàn)，圓鋼低倍組織中，一般疏松、中心疏松、中心偏析的級(jí)別均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。5.3機(jī)械性能圓鋼的抗拉性能和硬度見(jiàn)表6。表6抗拉性能和硬度力學(xué)性能σb/MPaδ5/％ψ/％硬度（HB）范圍650～72016～2425～36180～198均值687.220.528.9191.5標(biāo)準(zhǔn)要求550～760≥14≥20≤223注：統(tǒng)計(jì)爐數(shù)為100爐。由表6可見(jiàn)，圓鋼的各項(xiàng)力學(xué)性能及硬度適中。由于圓鋼化學(xué)成分和低倍組織控制較好，加之軋制過(guò)程中，通過(guò)控制合理的加熱溫度、開(kāi)軋溫度，合適