昆鋼60Si2Mn彈簧鋼冶煉實踐*

饒云松，謝世春，姚德明，湯恩云

(武鋼集團昆明鋼鐵股份有限公司煉鋼廠，云南 昆明 650302)

昆鋼60Si2Mn彈簧鋼冶煉實踐*

饒云松，謝世春，姚德明，湯恩云

(武鋼集團昆明鋼鐵股份有限公司煉鋼廠，云南 昆明 650302)

以昆鋼煉鋼廠開發(fā)60Si2Mn彈簧鋼為實例，介紹了60Si2Mn彈簧鋼冶煉的工藝流程:(KR)鐵水脫硫預處理—50t氧氣頂?shù)讖痛缔D(zhuǎn)爐—LF精煉。通過對LF精煉造弱堿性渣控制鋼中夾雜物，KR法鐵水預處理采用底吹氮氣達到更好的處理效果等方法，對60Si2Mn彈簧鋼冶煉過程中夾雜物、碳、磷、硫的控制進行了分析。

60Si2Mn;彈簧鋼;弱堿性渣;夾雜物

1 前言

60Si2Mn彈簧鋼主要用于汽車、拖拉機等設備的減振部件，由于彈簧是在反復交變的動載荷及震動沖擊的惡劣條件下工作，因而對鋼的純凈度(主要是盡可能低的氣體、雜質(zhì)含量)和性能 (主要是彈性、屈服、疲勞極限)要求嚴格［1］。昆鋼為提高市場競爭力，進行戰(zhàn)略結(jié)構(gòu)調(diào)整，提高“雙高”產(chǎn)品比例，從2008年開始進行60Si2Mn彈簧鋼的工藝研制與生產(chǎn)。針對試制中增碳、脫磷、脫硫、夾雜物控制等難點，進行了大量探索研究，成形了一套比較完善的工藝控制方案。最終實現(xiàn)了60Si2Mn彈簧鋼在昆鋼煉鋼廠的批量生產(chǎn)，并且各項成分控制水平達到了冶煉成分控制要求。

2 60Si2Mn冶煉工藝

2.1 60Si2Mn冶煉成分控制要求

表1 60Si2Mn冶煉成分控制要求Tab.1 Composition controlling requirements for 60Si2Mn smelting %

2.2 60Si2Mn冶煉工藝流程

(KR)鐵水脫硫預處理→50t氧氣頂?shù)讖痛缔D(zhuǎn)爐冶煉→LF精煉→方坯連鑄→檢驗。

2.3 冶煉工藝

2.3.1 鐵水脫硫預處理

采用KR法鐵水預處理脫硫，為保證處理后鐵水［S］≤0.005%，使用CaO脫硫劑，并使用底吹包底吹氮氣。

2.3.2 轉(zhuǎn)爐冶煉

轉(zhuǎn)爐采用活性度≥300 ml的活性石灰。終渣堿度按3.0～4.0控制，終點溫度控制在1 680±10℃，碳含量≥0.05%，磷含量≤0.015%，硫≤0.015%。出鋼前在鋼包內(nèi)加入200 kg石灰和20 kg螢石進行渣洗，出鋼用硅錳鐵脫氧，出鋼過程鋼包進行全程底吹氬，并用擋渣塞擋前渣，擋渣錐擋后渣，控制下渣量。

2.3.3 LF精煉

在LF精煉過程中對鋼水進行成分微調(diào)，并盡可能多的去除鋼中夾雜物。加入200 kg石英砂，形成堿度為1.0～1.5的弱堿性熔渣，可以有效去除鋼中夾雜物。渣子化好，成分調(diào)整完畢后，小氬氣量對鋼水進行軟吹，軟吹時間≥30 min。

2.3.4 方坯連鑄

采用5機5流方坯連鑄機，典型拉速1.70 m/min，長水口采用全程氬封保護澆鑄，中包采用擋墻技術(shù)并使用連續(xù)測溫，中包開澆前將氬氣管置入中包內(nèi)排除空氣。中包連澆3爐后排渣一次。

3 冶煉過程控制

3.1 鋼中夾雜物的控制

夾雜物在鋼中嚴重影響鋼材性能，當夾雜物顆粒比較大 (＞l0 pm)時，明顯降低鋼的屈服強度，且同時降低鋼的抗拉強度;此外夾雜物對鋼材延伸性、韌性、抗疲勞性能、抗腐蝕性能、表面光潔度、焊接性能都有嚴重影響。60Si2Mn主要用于汽車、拖拉機等設備的減振部件，使用條件比較惡劣，所以對其強度、疲勞壽命及沖擊韌性等要求比較高，相應對鋼材潔凈度要求也較高。

在LF精煉過程中，通過加入200 kg左右的石英砂，形成堿度為1.0～1.5的弱堿性渣 (見表2)。堿度低的熔渣，有利于鋼中夾雜物的去除。且弱堿性渣與液態(tài)金屬間的界面張力較小，對液態(tài)金屬的潤濕性較好，熔渣在鋼液表面易鋪展，對鋼液的保護效果較好。SiO2是決定表面張力的主要因素，表面張力值隨SiO2量的增加而降低［2］。降低熔渣表面張力有利于使鋼渣界面上的氧化物夾雜自發(fā)轉(zhuǎn)入渣相中，因為當 σm—i＞ σm—s＞ σs—i時，夾雜物容易被熔渣所同化吸收，式中 σm—i＞σm—s＞σs—i分別是鋼液一夾雜物、鋼液一熔渣和熔渣一夾雜物間的界面張力［3］。LF精煉結(jié)束后，對鋼液進行軟吹氬 (控制氬氣流量為0.12～0.18 Nm3/min)30 min去除鋼中夾雜物。

表2 LF精煉后熔渣成分Tab.2 Slag composition after LF refining %

分別在鋼水LF精煉前、LF精煉后、軟吹后用取樣器取樣，運用卡爾蔡司 ZEISS Axio Imager.A1m光學顯微鏡對夾雜物進行觀察。并在100倍下對每個樣子拍照25個視場;采用圖像分析軟件對夾雜物面積比和顆粒度進行分析。圖1為LF精煉前、LF精煉后、軟吹后試樣在金相顯微鏡下放大500倍的照片。

圖1 LF精煉前、LF精煉后及軟吹后夾雜物金相照片F(xiàn)ig.1 Impurities metallographic phase photo before and after LF refining and after soft blowing

通過圖像分析軟件分析，LF精煉前夾雜物面積比為0.55%;LF精煉后夾雜物面積比為0.15%;軟吹后夾雜物面積比為0.09%。圖2為LF精煉前、LF精煉后及軟吹后夾雜物面積比變化情況。

圖2 精煉各階段鋼中夾雜物面積比Fig.2 Steel impurities area ratio at each refining stage

3.2 鋼中碳的控制

根據(jù) ［C］［O］乘積平衡可知，鋼中的 ［C］越高時， ［O］就越低，鋼中的 ［C］越低時，［O］就越高。而鋼中總氧含量與夾雜物的多少密切相關(guān)，鋼中的T［O］含量常被用來表示鋼的潔凈度，也就是夾雜物水平。因此在轉(zhuǎn)爐冶煉過程中，盡可能的高拉碳，控制終點 ［O］含量，對減少鋼中夾雜，改善鋼材質(zhì)量具有重要意義。在60Si2Mn冶煉過程中，采用高拉補吹法冶煉，要求終點 ［C］≥0.05%。如果碳含量不夠，用碳粉進行增碳，考慮到LF精煉過程的電極增碳，鋼包耐火材料增碳，因此控制 LF進站 ［C］含量在0.54% ～0.58%。

3.3 鋼中硫的控制

［S］是鋼中的有害元素，較多的MnS夾雜物會降低鋼的強度，使鋼的磨損增大，明顯降低鋼的橫向機械性能和深沖壓性能［4］。在冶煉過程中，首先使用KR預處理對鐵水進行脫硫。以CaO做為脫硫劑，并對鐵包進行氮氣底吹，脫硫攪拌過程中進行底吹氮 (流量0.2～0.3 m3/min)，一方面增加了溶池的攪拌強度，另一方面使鐵水罐溶池內(nèi)［S］的分布更均勻，從而提高單位時間內(nèi)的脫硫效率，提高攪拌頭的使用壽命。扒渣過程中進行底吹氮 (0.3～0.5 m3/min)，底吹氣泡沿鐵水罐后壁上升，鐵水罐內(nèi) ［S］含量高的脫硫渣被驅(qū)趕聚集到罐嘴邊來，提高扒渣效率，縮短扒渣時間，減少隨鐵水兌入轉(zhuǎn)爐的脫硫渣，提高轉(zhuǎn)爐冶煉終點硫命中率［5］。扒后渣1/3時，向鐵水表面加入30 kg聚渣劑鎮(zhèn)靜3 min，使鐵包內(nèi)的脫硫渣吸附在一起，方便扒出。鐵水預處理前平均S含量為0.031%，處理后平均硫S含量為0.002%，平均脫硫率93.55%。在轉(zhuǎn)爐出鋼過程中，向鋼包內(nèi)加入200 kg石灰，20 kg螢石進行渣洗，對鋼水進行脫硫。

圖3 各工序鋼水中 ［S］含量變化Fig.3 ［S］content variation in melting iron at each working procedure

3.4 鋼中磷的控制

［P］使鋼的韌性降低，在低溫條件下， ［P］越高，沖擊性能降低就越大［4］。在昆鋼60Si2Mn冶煉中，主要脫磷環(huán)節(jié)為轉(zhuǎn)爐冶煉，并盡可能降低回［P］達到冶煉要求。在轉(zhuǎn)爐冶煉中，使用磷含量較低的精廢鋼，適當降低轉(zhuǎn)爐脫磷壓力，并使用活性度≥300 ml的活性石灰，遵循“早化渣、化好渣”原則，終點溫度在控制范圍內(nèi)盡量偏下限，因為在反應達到平衡時，其它條件不變的情況下，較低的溫度能夠得到較低的磷含量［6］。在出鋼過程中，采用擋渣塞擋前渣，擋渣錐擋后渣進行擋渣操作，若爐長無法確定擋渣效果，可采取留鋼操作，即在鋼水沒有完全出完時便結(jié)束出鋼。并在鋼包內(nèi)加入200 kg石灰減少回磷。通過對昆鋼冶煉60Si2Mn的數(shù)據(jù)進行分析，從轉(zhuǎn)爐出鋼到連鑄中包取成品樣整個過程的平均回磷量為0.005%。

圖4 各工序鋼水中［P］含量變化Fig.4 ［P］content variation in melting iron at each working procedure

4 結(jié)論

1)采用 (KR)鐵水脫硫預處理→50 t氧氣頂?shù)讖痛缔D(zhuǎn)爐冶煉→LF精煉→方坯連鑄可以生產(chǎn)60Si2Mn彈簧鋼。

2)以CaO做為脫硫劑，并對鐵包進行氮氣底吹，KR鐵水預處理平均脫硫率93.55%，可以保證處理后鐵水 ［S］≤0.005%。

3)在LF通過加石英砂造堿度為1.0～1.5的弱堿性渣去除鋼中夾雜物，鋼中夾雜物面積比從精煉前的0.55%降低到精煉后的0.15%。LF精煉后對鋼水軟吹氬30 min，鋼中夾雜物面積比從軟吹前的0.15%降低到軟吹后的0.09%。

［1］肖英龍．重鋼轉(zhuǎn)爐—連鑄開發(fā)60Si2Mn鋼初探［J］．重鋼技術(shù)，1998，(41):23－28．

［2］黃希祜．鋼鐵冶金過程理論 ［M］．北京:冶金工業(yè)出版社，1993．

［3］阮小江，等．精煉渣的組成對管坯鋼SA－210C潔凈度的影響［J］．特殊鋼，2007，(28):52－52．

［4］高澤平．煉鋼工藝學［M］．北京:冶金工業(yè)出版社，2006．

［5］張成勇，等．底吹氮工藝在KR法鐵水脫硫工序的應用 ［J］．煉鋼，2010，(26):4－7．

［6］呂延春，等．管線鋼冶煉脫磷脫硫的工藝實踐［J］．世界金屬導報，2010，(48):11－11．

Smelting Practice of 60Si2Mn Spring Steel in Kunming Steel and Iron Co．，Ltd．

RAO Yun－song，XIE Shi－chun，YAO De－ming，TANG En－yun
(Steelmaking workshop，Kunming Steel and Iron Co．，Ltd．，Wuhan Iron and Steel(Group)Corporation，Kunming，Yunnan 650302，China)

It introduces the smelting process flow of 60Si2Mn spring steel according to the example of the development of 60Si2Mn spring steel in the Steel works，Kunming Iron＆ Steel Co．，Ltd:(KR)pretreatment of hot metal desulphurization －50t oxygen top and bottom combined blown converter－LF refining．In order to control the impurities inside the steel，alkalescence slag is made by LF refining，melted iron pretreatment of KR method adopt bottom blowing nitrogen to get the better treatment effect．Through the above mentioned methods，the controlling of impurities of carbon，phosphorus，sulfur during 60Si2Mn spring steel smelting process is analyzed．

60Si2Mn;spring steel;alkalescence slag;impurities

TF729

A

1006－0308(2011)06－0046－04

2011－05－30

饒云松 (1984－)，云南建水人，助理工程師。