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：青鋼應用“轉(zhuǎn)爐→小方坯連鑄機→型材軋機”工藝流程試制46S20易切削鋼。冶煉過程采用拉碳法吹煉、硫合金化、脫氧合金化、鋼包底吹氬、喂絲、全過程保護澆注、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難題，生產(chǎn)出各項技術指標均符合相應標準要求的46S20易切削鋼。關鍵詞：轉(zhuǎn)爐；易切削鋼；結(jié)晶器電磁攪拌；開軋溫度中圖分類號：TF761文獻標識碼：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是國際標準的易切削鋼牌號，屬硫系易切削鋼，廣泛應用于生產(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，熱脆問題突出，在澆鑄過程中極易產(chǎn)生裂紋，嚴重時導致漏鋼；軋制過程中如果開軋溫度控制不合適，容易開裂。青島鋼鐵有限公司（簡稱青鋼）采用轉(zhuǎn)爐、R5m小方坯連鑄機、型材軋機以及鋼包底吹氬、喂絲、保護澆注、結(jié)晶器電磁攪拌、限制拉速等新工藝、新技術，成功試制出各項技術指標均符合標準要求的46S20易切削鋼。2主要設備及工藝流程主要設備包括：4座350m3級高爐，3座公稱容量30t和1座公稱容量20t的氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐，3臺R5m和1臺R8m四機四流小方坯連鑄機，1座煤氣蓄熱式加熱爐，φ500mm三輥可逆軋機和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→連鑄坯表面質(zhì)量檢查→加熱爐→型材軋機→成品檢驗、入庫。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。第一次倒爐為高拉碳，用定碳杯快速定碳，根據(jù)碳含量確定補吹時間，確保終點溫度及鋼水碳含量合適。終點碳命中率可達80％以上。采用“拉碳法”吹煉工藝能有效避免鋼水增碳所帶來的碳不均勻等問題，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（見表1）。表1拉碳法與增碳法對比項目耗氧量/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拉碳法與增碳法對比-2.8-3.80.9

注：統(tǒng)計爐數(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)，必須對鋼水進行增硫。通過多次試驗，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)定的關鍵問題。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。分析認為主要是由于鋼水終點[C]較低，鋼水氧化性強，脫氧程度不容易控制造成的。而且加入的增硫劑對鋼水中[C]也有影響。故改進了合金加入順序、強脫氧劑的加入量以及對增硫劑的預處理等工藝，在此后的生產(chǎn)中未出現(xiàn)類似情況，熔煉成分合格率達到100％。見表2。表2改進工藝前后[C]合格爐數(shù)情況對比爐工藝序號總爐數(shù)[C]出格爐數(shù)合格爐數(shù)合格率/％改進前121150.021511493.332522392.0合計4243890.5改進后422022100.0527027100.0639039100.0合計88088100.03.4鋼包底吹氬、喂絲鋼包底吹氬是一種簡捷、有效的精煉手段，通過底吹氬能使鋼水在循環(huán)流動的狀態(tài)中達到溫度、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。通過向鋼包內(nèi)以一定的速度喂入硅鈣包芯線，能對鋼中非金屬夾雜物進行變性處理，提高鋼的純凈度。成品鋼材中B類、C類、D類夾雜物最高級別分別為0、1.5、1.0級（標準要求不大于3.0級）。3.5連鑄用全過程保護澆注和結(jié)晶器電磁攪拌采用“大包→中間灌→結(jié)晶器”全過程保護澆注技術，中間灌內(nèi)部采用性能優(yōu)良的吸渣劑，結(jié)晶器內(nèi)部采用本鋼種專用保護渣，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)量優(yōu)良，經(jīng)逐支檢查，一次合格率達到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，使縮孔級別明顯下降，而中心疏松級別有所提高，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。見表3。表3連鑄坯低倍組織質(zhì)量對比缺陷縮孔/級中心疏松/級中心裂紋/級中間裂紋/級皮下裂紋/級有結(jié)晶器范圍0～0.51.0～2.0000電磁攪拌均值0.31.2000無結(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題生產(chǎn)中出現(xiàn)過鑄坯角部有較深的振痕現(xiàn)象，在振痕深處發(fā)現(xiàn)細小的橫裂紋。軋制出的圓鋼表面有“V”形裂紋。經(jīng)深入分析認為連鑄坯角部振痕深處裂紋與結(jié)晶器振動參數(shù)有關。高振頻、小振幅有利于減輕振痕深度。通過試驗確定了合適的振動參數(shù)，連鑄坯質(zhì)量大大提高。3.7試驗確定合適的澆注溫度在試驗初期，為了避免鑄坯在拉轎機處產(chǎn)生熱脆現(xiàn)象，在生產(chǎn)中適當?shù)靥岣吡酥虚g罐鋼液溫度，達到1505～1525℃。根據(jù)該鋼種液相線溫度計算出最高過熱度為45℃。由于結(jié)晶器內(nèi)鋼液溫度較高，鋼液流動性強，電磁攪拌起不到應有的效果，由此部分鑄坯軋制出的圓鋼經(jīng)用戶車削加工、酸洗后表面有簇狀裂紋，經(jīng)分析認為是澆注溫度偏高導致鑄坯內(nèi)部產(chǎn)生缺陷造成的。針對這一問題，對澆注溫度作了適當下調(diào)，使其更符合本鋼種特點。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鋼熱塑性變化趨勢圖（見圖1）的基礎上，為了避開熱脆敏感溫度區(qū)域，采用高溫加熱并保溫足夠時間，將開軋溫度控制在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軋卡問題生產(chǎn)中屢次出現(xiàn)K3軋卡現(xiàn)象，軋制過程中在[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。造成軋卡的原因為鋼坯在加熱爐內(nèi)通條加熱不均勻，在鋼坯表面溫度較高的部位會導致軋卡。針對這一問題，作了相關規(guī)定，當軋制作業(yè)線出現(xiàn)故障時，應及時調(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軋制過程中劈裂問題46S20硫系易切削鋼。由于其本身具有熱脆的特性，在軋制過程中易劈裂，特別是在φ500mm軋機處易發(fā)生坯頭開裂現(xiàn)象。故制定了“高溫、快軋”的操作工藝，在φ500mm軋機處適當加大軋機轉(zhuǎn)數(shù)并減少這幾道次的壓下量，集“人、機、料、法、環(huán)”于一體，反復試驗，終于攻克此難題，有效減輕了軋制過程中頭部劈裂問題。5試驗結(jié)果及分析5.1熔煉成分熔煉成分結(jié)果見表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標準要求0.42～0.500.15～0.400.70～1.10≤0.0600.15～0.25注：采用光譜分析法進行成分分析；統(tǒng)計爐數(shù)為100爐。由表4可見，熔煉成分較穩(wěn)定，特別是[C]、[S]較難控制的元素，波動范圍較小。通過嚴格控制造渣制度、吹煉制度及鐵水、廢鋼總裝入量（上下波動不能超過0.5t），使終點溫度及[C]能夠控制在較理想范圍。同時，又統(tǒng)一脫氧合金化及硫合金化操作，準確微調(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，控制在一個較小的波動范圍內(nèi)。5.2低倍組織在生產(chǎn)工藝中，通過準確控制熔煉成分、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。低倍組織評級見表5。表5低倍組織級項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標準要求≤3.0級注：統(tǒng)計爐數(shù)為100爐。由表5可見，圓鋼低倍組織中，一般疏松、中心疏松、中心偏析的級別均符合標準要求。5.3機械性能圓鋼的抗拉性能和硬度見表6。表6抗拉性能和硬度力學性能σb/MPaδ5/％ψ/％硬度（HB）范圍650～72016～2425～36180～198均值687.220.528.9191.5標準要求550～760≥14≥20≤223注：統(tǒng)計爐數(shù)為100爐。由表6可見，圓鋼的各項力學性能及硬度適中。由于圓鋼化學成分和低倍組織控制較好，加之軋制過程中，通過控制合理的加熱溫度、開軋溫度，合適