28Mn6鋼鍛件的生產(chǎn)試制

胡建成 李開(kāi)明 張留元 李玉明 彭努淵

(中原特鋼股份有限公司，河南454685)

塑性?shī)A雜是MnS和FeS及其共晶物(FeS.MnS)，主要是以MnS的形式存在，來(lái)源于鋼中的硫，要減少其含量，必須降低鋼中的[S]；脆性?shī)A雜主要是指那些在加工時(shí)不變形，但沿加工方向破裂成串的夾雜物,主要是以氧化物為主體的夾雜物，它的含量多少和鋼中氧含量有密切關(guān)系，即當(dāng)[O]高時(shí)，則鋼中氧化物夾雜量也相應(yīng)的增加。在前期的試制過(guò)程中，由于沒(méi)有引起足夠的重視，導(dǎo)致夾雜物中的塑性?shī)A雜嚴(yán)重超標(biāo)。經(jīng)過(guò)認(rèn)真對(duì)比分析，在后期的試制過(guò)程中，重點(diǎn)在提高鋼液純凈度。精煉過(guò)程結(jié)束后，采用喂Ca-Si絲進(jìn)行終脫氧，以進(jìn)一步改變夾雜物形態(tài)。全程吹氬，并給以足夠的真空脫氣時(shí)間，最大限度去除鋼液中氣體及非金屬夾雜物，采用氬氣保護(hù)澆注，減少鋼液的二次污染。通過(guò)適當(dāng)調(diào)整鍛造工藝，以改善夾雜物的形態(tài)、大小和分布，從而達(dá)到降低塑性?shī)A雜物級(jí)別的目的。

1 28Mn6輥?zhàn)渝懠夹g(shù)要求

1.1 28Mn6鋼化學(xué)成分要求見(jiàn)表1。

表1 28Mn6鋼化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 The chemical composition for 28Mn6 steel (mass fraction, %)

1.2 塑性?shī)A雜≤1.5級(jí)，脆性?shī)A雜≤1.5級(jí)，塑性?shī)A雜+脆性?shī)A雜≤2.5級(jí)。

1.3 28Mn6鋼力學(xué)性能要求見(jiàn)表2。

表2 28Mn6鋼力學(xué)性能Table 2 The mechanical properties for 28Mn6 steel forgings

1.4 無(wú)損檢測(cè)：粗加后按SEP1921-2組標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行超聲波探傷。

2 生產(chǎn)試制方案

根據(jù)產(chǎn)品特性及我公司設(shè)備特點(diǎn)，最終確定產(chǎn)品的試制方案如下：

2.1 試制工藝路線：EBT電弧爐冶煉、LF加熱還原、VD真空精煉、鑄錠→加熱、鍛造、鍛坯正火+回火→粗車外圓、磁探→檢測(cè)、超聲波探傷→驗(yàn)收。

2.2 制定28Mn6鋼內(nèi)控化學(xué)成分，氣體含量盡可能低，具體要求見(jiàn)表3。

2.3 采用油壓機(jī)鐓粗、撥長(zhǎng)、精鍛機(jī)成形，鍛后采用正火+回火工藝。

表3 28Mn6鋼化學(xué)成分和氣體含量Table 3 The chemical composition and gas content for 28Mn6 steel

3 產(chǎn)品試制

3.1 煉鋼

3.1.1 配料時(shí)配入15%～20%的直接還原鐵，可以有效稀釋廢鋼中的Cu及Pb、As、Sn、Sb、Bi五害元素含量。中原特鋼從1996年開(kāi)始使用北京密云冶金礦山公司生產(chǎn)的直接還原鐵，效果良好，鋼中低熔點(diǎn)元素含量總和≤0.030%。

3.1.2 氧化時(shí)規(guī)定起始氧化溫度、脫碳量、脫碳速度，最大限度去除鋼中的氣體和夾雜物，電爐出鋼前采用留鋼留渣操作，最大限度去除鋼中[P]。

3.1.3 電爐出鋼前包中加入復(fù)合脫氧劑進(jìn)行沉淀脫氧，可有效去除Al2O3和SiO2等非金屬夾雜物，降低鋼中的氧含量，加入造渣材料和高效脫硫劑，最大限度去除鋼中的硫，并為鋼包爐脫硫創(chuàng)造有利條件。

3.1.4 精煉包到位，吹氬喂鋁絲進(jìn)一步脫氧，使前期產(chǎn)生的氧化物夾雜有充分的上浮時(shí)間。加入適量鋁粒和電石，快速降低渣中的氧含量。保持白渣使鋼中氧化鐵含量處于低水平，以利于鋼水中的氧向渣中擴(kuò)散，起到很好的脫氧作用。

盜墓賊要是拋下骸骨就跑，官兵未必能追上，可墓穴里還有一根似乎是胳膊的尸骨，他舍不得，又去撿，等他把尸骨拿到手，官兵已圍了上來(lái)。

3.1.5 根據(jù)LF鋼包爐和VD罐不同階段氬氣流量調(diào)整不同的吹氬工藝參數(shù)，鋼包爐底吹氬精煉為脫硫創(chuàng)造了良好的還原氣氛，同時(shí)攪動(dòng)的鋼液和脫氣沸騰過(guò)程強(qiáng)化了鋼渣界面間的脫硫反應(yīng),使非金屬夾雜進(jìn)一步上浮，并充分均勻鋼液成分和溫度。

3.1.6 真空脫氣充分，在≤66.7 Pa下保持時(shí)間≥15 min，最大限度去除鋼液中氣體及非金屬夾雜物。

3.1.7 精煉過(guò)程結(jié)束后，采用喂Ca-Si絲終脫氧，進(jìn)一步改變夾雜物形態(tài)，并控制殘Al≤0.020%。

3.1.8 采用氬氣保護(hù)澆注，減少鋼液的二次污染，并適當(dāng)延長(zhǎng)鋼錠澆注中的補(bǔ)縮時(shí)間，保證鋼錠內(nèi)部質(zhì)量。

3.1.9 及時(shí)熱送，降低鋼錠表面產(chǎn)生裂紋的機(jī)率，為鍛造奠定良好基礎(chǔ)。

3.2 鍛造

圖1 28Mn6鋼鍛造加熱曲線Figure 1 The forging heating curve for 28Mn6 steel

3.2.2 輥?zhàn)渝懠W(xué)性能要求高，鋼錠先在22 MN油壓機(jī)上鐓粗開(kāi)坯，目的是為了有效鍛合鋼錠內(nèi)部缺陷，準(zhǔn)確控制送進(jìn)量和壓下量，確保夾雜物最大限度的變形；鍛造時(shí)要嚴(yán)格控制爐溫、始鍛鍛溫度、終鍛溫度，防止鍛后晶粒二次長(zhǎng)大。

3.2.3 撥長(zhǎng)后返回加熱爐加熱，精鍛機(jī)直接鍛打成形，精鍛機(jī)成形的最大特點(diǎn)是在四個(gè)錘頭垂直方向的交變受力，鍛坯均勻變形，縱、橫向性能差異較小，綜合性能較高，能夠滿足產(chǎn)品質(zhì)量的要求。同時(shí)，鍛坯表面質(zhì)量良好，可有效降低加工余量，提高鍛件綜合利用率。

3.2.4 28Mn6鋼鍛后熱處理工藝曲線如圖2。

3.3 機(jī)加工和超聲波探傷

粗加工后表面粗糙度達(dá)3.2 μm，然后進(jìn)行超聲波探傷。

4 試制結(jié)果

4.1 28Mn6鋼化學(xué)成分及氣體含量檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

4.2 28Mn6鋼中低熔點(diǎn)元素檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

4.3 28Mn6鋼非金屬夾雜物級(jí)別檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

圖2 28Mn6鋼鍛后熱處理工藝曲線圖Figure 2 The heat treatment curve after forging of 28Mn6 steel

化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù),%)氣體含量/10-6CSiMnCrNiMoPS[H][O][N]10爐平均值0.290.281.500.080.050.050.0080.0031.752550

表5 28Mn6鋼低熔點(diǎn)元素檢驗(yàn)結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 5 The examined results for the low melting point elements of 28Mn6 steel(mass fraction,%)

表6 28Mn6鋼非金屬夾雜物級(jí)別檢驗(yàn)結(jié)果Table 6 The testing results for the nonmetallic inclusions of 28Mn6 steel

表7 28Mn6鋼力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果Table 7 The testing results for the mechanical properties of 28Mn6 steel

4.4 28Mn6鋼力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。

4.5 粗加工后超聲波探傷全部符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

5 結(jié)論

5.1 配入15%～20%的直接還原鐵可以有效稀釋廢鋼中五害元素含量；采用喂Ca-Si絲進(jìn)行終脫氧，進(jìn)一步改變夾雜物形態(tài)；氬氣保護(hù)澆注，可以減少鋼液的二次污染。

5.2 采用油壓機(jī)-精鍛機(jī)聯(lián)鍛和正火+回火的試制方案，可有效保證鍛件冶金質(zhì)量，使得該鋼非金屬夾雜物合格率達(dá)到100%以上。

[1] 森井廉著.朱果靈譯.電弧爐煉鋼法.北京：冶金工業(yè)出版社，2006.

[2] 張鑒.爐外精煉的理論與實(shí)踐.北京：冶金工業(yè)出版社，1993.

[3] 康大韜，等.大型鍛件材料及熱處理.北京：龍門書局出版社，1998.