冷鐓冷擠壓用鋼ML08Al的質(zhì)量控制

供稿|裘 文 / QIU Wen

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文章介紹了冷鐓冷擠壓用鋼的用途及質(zhì)量要求,以及對ML08Al盤條生產(chǎn)過程采取的質(zhì)量控制措施.重點介紹了煉鋼冶煉過程LF爐對非金屬夾雜物的工藝控制、影響鋼水澆注性能的因素及產(chǎn)品質(zhì)量控制水平.通過一系列的控制措施,使產(chǎn)品質(zhì)量滿足了用戶要求,冷鐓冷擠壓用鋼在北營公司實現(xiàn)了批量生產(chǎn).

ML08Al為非熱處理型冷鐓冷擠壓用鋼,主要用于制造螺栓、螺母、螺釘、鉚釘、自攻絲螺釘?shù)染o固件和各種冷鐓成型的零配件.要保證有足夠的強度、良好的韌性和塑性,就必須保證:鋼質(zhì)要求純凈,非金屬夾雜物含量要低,具有良好的綜合力學(xué)性能;冷頂鍛試驗后試樣側(cè)面上不應(yīng)有裂口、裂紋和裂縫;盤條截面不應(yīng)有縮孔、分層;盤條表面應(yīng)光滑,不應(yīng)有裂紋、折疊、耳子、結(jié)疤等缺陷.

生產(chǎn)工藝

參考GB/T6478-2001標(biāo)準(zhǔn)成分,結(jié)合本鋼北營鋼鐵(集團)股份有限公司(簡稱北營公司)生產(chǎn)工藝實際以及用戶對盤條拉拔性能的要求,對ML08Al冷鐓冷擠壓用鋼成分設(shè)計內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)如表1.ML08Al的力學(xué)性能要求:抗拉強度≤470 MPa, 斷面收縮率≥60%;冷頂鍛試驗后試樣側(cè)面上不應(yīng)有裂口、裂紋和裂縫;試樣冷頂鍛后與冷頂鍛前高度之比為1/2.

表1 ML08Al化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù),%)

結(jié)合北營公司生產(chǎn)設(shè)備狀況,制定ML08Al生產(chǎn)工藝流程為:

鐵水預(yù)處理→復(fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉→LF精煉→方坯連鑄(電磁攪拌)→加熱→高線軋機軋制→高線機組軋制→風(fēng)冷.

質(zhì)量控制

所用鐵水經(jīng)過脫硫至硫含量≤0.005%,扒渣處理,采用重料廢鋼以免帶入過多的磷、硫及其他夾雜.轉(zhuǎn)爐冶煉實現(xiàn)一次倒?fàn)t,以免鋼水過氧化.由于渣中FeO和MnO含量過高會導(dǎo)致鋼中產(chǎn)生Al2O3夾雜不能上浮,而通過加強轉(zhuǎn)爐出鋼擋渣操作,減少鋼包渣量,能有效降低渣中FeO和MnO含量,減少Al2O3及高熔點的夾雜物.

為了控制鋼中[Si]含量,轉(zhuǎn)爐出鋼采用留氧操作,出鋼結(jié)束后在氬站定氧,根據(jù)鋼中氧含量采用鋁線脫去多余的氧,并調(diào)整鋼中鋁至0.020%~0.070%范圍內(nèi),為精煉環(huán)節(jié)正常處理創(chuàng)造良好條件.此外為了確保精煉處理時有較小的回硅量,通常采用潔凈鋼包,避免因鋼包帶渣及冷鋼影響成分控制.

精煉過程是小方坯連鑄生產(chǎn)鋁鎮(zhèn)靜鋼的重要工藝環(huán)節(jié),造好精煉爐渣是確保去除鋼中非金屬夾雜以及連鑄鋼水澆注順行的保證.

◆ 造高堿度白渣及采用鋁脫氧工藝

ML08Al屬冷鐓類的鋁鎮(zhèn)靜鋼,因此在精煉處理時的脫氧產(chǎn)物及鋁二次氧化產(chǎn)物均會使鋼水中氧化鋁含量急劇增加,由于氧化鋁對爐渣的稀釋作用使?fàn)t渣流動性很好,但堿度降低,從而導(dǎo)致了爐渣吸附氧化鋁夾雜的能力降低.在鋼水脫氧初期,氧化鋁能否形成簇狀上浮直接影響鋼水的處理質(zhì)量.為了避免鋼水可澆性變差,北營公司在LF爐處理時加大了白灰使用量,確保爐渣堿度在3.0~5.0范圍內(nèi)波動,(CaO)/(Al2O3)為1.2~2.0,使?fàn)t渣內(nèi)氧化鋁含量迅速增加起到了凈化鋼水的作用.

◆ ML08Al精煉鈣處理工藝

在用鋁預(yù)脫氧或終脫氧的鋁鎮(zhèn)靜鋼中,氧化鋁為脫氧產(chǎn)物,為了改善鋼水澆注性必須確保最大限度的去除氧化鋁夾雜,并對殘余的氧化鋁夾雜進行變性處理,使其成為低熔點的鋁酸鹽夾雜物.北營公司生產(chǎn)ML08Al時,減少高熔點氧化鋁及鋁酸鈣夾雜物的主要控制手段是:對鋼水進行鈣處理,并保證鈣處理效果(鈣鋁比適當(dāng),控制在0.1~0.15范圍內(nèi)).使煉鋼及精煉過程中形成的夾雜物按照CaO.6Al2O3→CaO.2Al2O3→CaO.Al2O3→12CaO.7Al2O3方向進行,從而使鈣鋁酸鹽成為液態(tài)易于上浮去除.

保證合適的鈣鋁比生成液態(tài)鋁酸鈣的同時,又不希望先析出CaS.CaS一般只有在鋼水脫氧完全的鋁鎮(zhèn)靜鋼中才會存在,因為在鋼水有氧的情況下,鋼水中的Ca只與鋼中的氧結(jié)合生產(chǎn)CaO.對于像冷鐓類的鋁鎮(zhèn)靜鋼而言,控制高熔點的脆性夾雜CaS的產(chǎn)生還是很有必要,同時還能保證澆注順行.北營公司在脫硫預(yù)處理時就控制[S]≤0.005%,從源頭上避免了脆性夾雜CaS的產(chǎn)生.鋁鎮(zhèn)靜鋼中的[S]一般要求低于0.010%,可以通過鐵水預(yù)處理深脫硫及LF爐造白渣精煉去硫來保證.

◆ 非金屬夾雜物的去除

精煉工藝中,造高堿度爐渣,LF爐白渣操作,白渣(FeO+MnO≤1.0%)保持10 min以上,并按照工藝要求,保證足夠的靜吹時間及靜吹效果.北營公司在ML08Al生產(chǎn)初期的靜吹要求是鋼液面翻開區(qū)域不超過直徑30 cm,但在澆注過程中出現(xiàn)了輕微絮流.在后期生產(chǎn)中,采用靜吹前5 min鋼液面翻開區(qū)域直徑為40~50 cm,后5 min翻開直徑為20~30 cm,通過澆注發(fā)現(xiàn)鋼水沒有絮流現(xiàn)象了,這正好滿足簇狀夾雜上浮的動力學(xué)條件并驗證了夾雜物轉(zhuǎn)變過程的正確性.

為保證鑄坯的冶金質(zhì)量采用保護澆注.保護澆注的質(zhì)量也直接影響鋼水的可澆性.例如,北營公司在生產(chǎn)ML08Al前期出現(xiàn)了鋼水鋁損偏大,中包絮流的情況.經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)外掛長水口存在嚴(yán)重的吸氣現(xiàn)象.吸氣直接導(dǎo)致鋼水二次氧化加劇并產(chǎn)生大量氧化鋁夾雜,從而導(dǎo)致絮流.經(jīng)過檢驗,發(fā)現(xiàn)外掛水口密封圈與鋼包下水口不匹配,在改進后避免了此問題的再次出現(xiàn).

澆鑄過程中鋼水進行結(jié)晶器電磁攪拌,限制鋼水過熱度,細化鑄態(tài)組織.中間包采用低碳覆蓋劑,結(jié)晶器保護渣采用低碳保護渣,以防鋼水增碳.

連鑄澆注過程中結(jié)晶器卷渣也是鋼中非金屬夾雜的主要來源之一.減少或避免結(jié)晶器卷渣的方法有:

(1) 對鋁鎮(zhèn)靜鋼而言,鋼水潔凈,鈣處理效果適中,鋼水澆注過程順行,確保拉速平穩(wěn),是避免結(jié)晶器卷渣的有效手段;

(2) 水口插入深度符合工藝要求;

(3) 水口插入位置必須在結(jié)晶器正中心,防止偏流導(dǎo)致流場不穩(wěn)卷渣;

(4) 保護渣均勻加入,添加時機得當(dāng),防止保護渣未溶化卷渣.

鑄坯加熱采用步進式加熱爐,利用無扭高速線材軋機軋制,軋后進行延遲型斯太爾斯工藝?yán)鋮s.要保證ML08Al有足夠的強度、良好的韌性和塑性,即具有較好的綜合力學(xué)性能,其金相組織為鐵素體加珠光體,抗拉強度不大于470 MPa、斷面收縮率不小于60%,因而在軋鋼生產(chǎn)中采用快速水冷和吐絲后緩冷相結(jié)合的工藝.

獲得的盤條顯微組織均勻,鐵素體晶粒度適中,并且非金屬夾雜物含量也非常少.良好的顯微組織及純凈鋼質(zhì),保證了用戶的拉拔、鐓粗等工藝要求.

結(jié)束語

根據(jù)冷鐓冷擠壓用鋼技術(shù)質(zhì)量要求,通過煉鋼冶煉過程工藝控制,重點強調(diào)LF爐造白渣對非金屬夾雜物的控制及鈣處理對夾雜物的變性處理,使鋼水純凈度得以保證.北營公司生產(chǎn)的冷鐓冷擠壓用鋼ML08Al盤條質(zhì)量穩(wěn)定,工藝流程設(shè)計合理.

北營公司ML08Al產(chǎn)品質(zhì)量控制較好,化學(xué)成分控制穩(wěn)定,物理性能控制較好,滿足了盤條性能要求,保證了用戶拉拔、鐓粗等工藝要求.