180 t轉(zhuǎn)爐+LF+RH短流程開發(fā)高等級55SiMnMo釬具用鋼

供稿|張 群，趙千水

180 t轉(zhuǎn)爐+LF+RH短流程開發(fā)高等級55SiMnMo釬具用鋼

供稿|張 群，趙千水

隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)步伐的迅速加快，用于開采煤炭、金屬、巖石等礦山的釬具鋼需求量也在逐年提高。隨著釬具鋼材料的需求量日益增長，對鋼材的質(zhì)量及性能要求越來越嚴格，鋼中氧含量作為影響釬具鋼疲勞壽命的重要因素[1]，越來越受到重視。本鋼轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)釬具用鋼過程中對氧含量、夾雜物、力學(xué)性能具有嚴格的要求，以55SiMnMo為代表的超低氧釬具鋼生產(chǎn)工藝，經(jīng)過多年的摸索及研究，氧含量控制逐漸趨于穩(wěn)定，控制在[O]≤15×10?6，大大提高了釬具鋼的疲勞壽命。

工藝流程

本鋼55SiMnMo釬具鋼主要工藝流程為：高爐鐵水→鐵水脫硫扒渣→脫磷轉(zhuǎn)爐冶煉→LF爐精煉→RH真空脫氣→矩形坯連鑄350 mm×470 mm→步進式加熱爐加熱→高壓水除鱗裝置→粗軋機組軋制→連軋機組→緩冷→精整→探傷→檢驗→入庫。

轉(zhuǎn)爐容量為180 t，從高爐來的鐵水進行嚴格的脫硫扒渣處理，滿足入爐鐵水[S]≤0.005%，[P] ≤0.04%的要求。

煉鋼工藝

轉(zhuǎn)爐吹煉

為了適應(yīng)轉(zhuǎn)爐快節(jié)奏，提高釬具鋼的疲勞壽命和質(zhì)量，要最大限度地控制釬具鋼中原始氧含量，所以要使轉(zhuǎn)爐終點的氧含量最低[1]，以提高55SiMnMo釬具鋼純凈度。出鋼過程中加入足量的鋁進行脫氧處理。

在轉(zhuǎn)爐冶煉過程中，嚴格控制鋼包下渣量是降低鋼包渣氧化性的最有效辦法。本鋼采用擋渣鏢擋渣，擋渣效果很好，鋼包渣厚度控制在30～60 mm，同時采用烘烤干凈的鋼包盛裝鋼液。出鋼溫度控制在(1685±5)℃，出鋼過程中加入高堿度精煉渣，加入量為每噸鋼5～6 kg，然后采用鋁線脫氧，延長白渣精煉時間，提高精煉效果。

LF-RH雙路徑精煉

LF采用白渣操作，造渣前，將 [Alt]調(diào)至標準上限。造渣材料采用螢石、活性石灰、精煉渣CaOSiO2-Al2O3系，先加入螢石，再一次性加入活性石灰，要保證所有加入的石灰完全化開。脫氧劑(鋁粒、碳粉等)在石灰完全化開后根據(jù)爐渣的脫氧程度依次適量加入，要造出還原渣，保證白渣的形成及維持。在保證渣流動性的條件下，控制渣堿度和渣中的氧勢。爐渣的氧勢對脫氧過程影響極大，提高渣中的堿度同時降低爐渣中FeO+MnO含量，因此要控制FeO+MnO≤1%，即可得白渣，并達到15 min以上。然后合金化，用高錳、硅鐵、鉬鐵等將Mn、Si、Mo成分調(diào)整到標準范圍，全程進行吹氬攪拌，電極升溫不低于25 min。LF精煉處理時間為45～50 min，LF后控制[Alt]在0.01%～0.02%，然后轉(zhuǎn)至RH精煉。

Distribution and habitat: Northwestern Vietnam (Son La) and southwestern China (Yunnan); growing in humus soil in jungles.

RH精煉為抽真空過程，在較高的真空度下真空脫氣，以保證脫氣效果和促進夾雜物上浮，要求循環(huán)25 min以上，成分調(diào)整至滿足內(nèi)控要求后吹氬攪拌，使鋼中的夾雜物進一步上浮進入渣中，提高鋼水純凈度。處理后期加入鋁丸調(diào)整鋼水中[Als]含量，隨后合金均勻化。

矩形坯連鑄

鋼包要密封好，采用大包覆蓋劑、中間包覆蓋劑、高堿度中包渣，中間包內(nèi)氬氣保護澆鑄。中間包渣要勤加入，嚴禁鋼液面裸露，做好長水口密封，以及浸入式水口，進行保護澆注，防止鋼水的二次氧化。中間包溫度控制在1508 ℃左右，控制連1爐次過熱度≤30 ℃，其它爐次過熱度控制在25 ℃左右，拉速與過熱度相配，控制在0.55 m/min左右。本鋼通過一系列的控氧措施，使成品釬具鋼氧含量控制在符合[O]≤15×10-6的要求，圖1和圖2為820℃和840 ℃正火后釬具鋼鋼的金相組織圖譜。

圖1 820℃正火后的金相組織圖譜

圖2 840℃正火后的金相組織圖譜

◆ 結(jié)晶器電磁攪拌

本鋼煉鋼廠矩形坯連鑄機都配置了結(jié)晶器電磁攪拌(M-EMS)。大幅降低鋼液的過熱度，縮短凝固時間，從而產(chǎn)生寬且細的等軸晶區(qū)，抑制彎月面處鋼水的波動，防止保護渣等外界雜質(zhì)卷入結(jié)晶器鋼液內(nèi)。加強液相穴內(nèi)鋼水的對流運動，有利于打碎枝狀晶，形成等軸晶，提高鑄坯的等軸晶率，減少中心偏析、中心疏松和縮孔，改善鑄坯的凝固組織。

◆ 末端電磁攪拌

末端電磁攪拌安裝在凝固率fs=0.7～0.8的位置[2]，進一步細化等軸晶，促進柱狀晶向等軸晶轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生寬而細的等軸晶區(qū)，使之能致密充滿凝固末端；減少二次枝晶的臂間距，以控制黏稠區(qū)的滲透性。并能保持黏稠區(qū)的流動以及溫度與成分的均勻。因此可以明顯減輕宏觀偏析。抽取10爐鋼，采用氧化法進行奧氏體晶粒度檢驗，通過顯微鏡下觀察沒有發(fā)現(xiàn)混晶現(xiàn)象，晶粒度等級為7級。因為熱加工過程采用控軋空冷，使得終軋溫度控制在860±15 ℃，所以晶粒較細，沒有混晶現(xiàn)象，夾雜物水平見表2所示。

◆ 動態(tài)輕壓下

本鋼煉鋼廠從2010年開始在矩形坯連鑄機上投輕壓下，通過在連鑄坯液芯末端附近施加壓力，產(chǎn)生一定的壓下量來補償鑄坯的凝固收縮量，使溶質(zhì)元素在鋼液中重新分配，從而使鑄坯的凝固組織更加均勻致密，達到改善中心偏析和減少中心疏松的目的。蔡開科等[3]做了詳細的數(shù)據(jù)積累，證明了壓下量與碳偏析的關(guān)系。

本鋼55SiMnMo釬具鋼采用在2、3、4輥上分別壓下3、4和4 mm，總壓下量為11 mm，鑄坯疏松、縮孔明顯減輕、等軸晶率平均達到55%。鑄坯低倍照片見圖3，小圖從左至右依次是a、b、c位置放大4倍圖。

圖3 連鑄坯低倍枝晶腐蝕圖：(a)交叉樹枝晶；(b)中心偏析和等軸晶；(c)柱狀晶

矩形坯軋制

轉(zhuǎn)爐矩形坯加熱4 h后，在1100 ℃的開軋溫度進入返回式初軋機，初軋機采用二輥可逆式軋機，經(jīng)十二架大棒機組后出成品，再進行48 h保溫。

再經(jīng)漏磁探傷檢測，確定沒有表面缺陷，進行物理性能檢驗，各項指標檢驗全部合格后打包入庫。

表2～表4分別為成品低倍、夾雜物和力學(xué)性能檢驗結(jié)果。

表2 55SiMnMo鋼的低倍組織級別

表3 55SiMnMo鋼的非金屬夾雜物

表4 55SiMnMo鋼的力學(xué)性能

化學(xué)成分

化學(xué)成分是影響鋼材性能的主要因素。在工藝技術(shù)穩(wěn)定的情況下，化學(xué)成分窄帶控制、穩(wěn)定性、均勻性是保證鋼材性能的前提條件。在實際生產(chǎn)中采用包內(nèi)合金化與RH成分微調(diào)相結(jié)合，化學(xué)成分控制及成品成分見表5所示。圖4為末端電磁攪拌設(shè)定電流為340 A，拉速0.50 m/min，過熱度為25 ℃，軋制規(guī)格為φ100mm時低倍試片。

圖4 55SiMnMo鋼的低倍組織

表5 55SiMnMo齒輪鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分數(shù)）%

結(jié)束語

(1) 轉(zhuǎn)爐過程嚴格控制下渣量，控制出鋼溫度，精煉過程采用白渣操作，連鑄過程投入結(jié)晶器電磁攪拌、末端電磁攪拌和動態(tài)輕壓下等設(shè)備和技術(shù)，得到成分、組織均勻的55SiMnMo釬具鋼鑄坯。

(2) 鑄坯經(jīng)過加熱、初軋及連軋機組后得到表面質(zhì)量好，內(nèi)部夾雜物細小且均勻分布，晶粒度細小且沒有混晶現(xiàn)象，組織均勻的鋼材。

(3) 化學(xué)成分實行窄帶嚴格控制，確保化學(xué)成分均勻性，經(jīng)過嚴格的工藝控制和產(chǎn)品性能檢驗，得到了高等級55SiMnMo釬具鋼。

[1] 陳天明, 楊素波, 趙克文, 等. 120 t LD-LF-RH-BCC流程生產(chǎn)齒輪鋼的氧含量控制工藝. 特殊鋼, 2010, 31(1): 24.

[2] Kamal Manish, Sahai Yogeshwar. A Simple innovation in continuous casting mold technology for fluid flow and surface standing waves control. ISIJ Int, 2006, 46(12): 1823.

[3] 楊素波, 陳永, 李桂軍. 大方坯連鑄動態(tài)輕壓下技術(shù)應(yīng)用研究. 鋼鐵, 2005, 40(6): 24.

High Level 55SiMnMo Drill Steel Produced by 180 t LD-LF-RH Short Flow Sheet Process

/ ZHANG Qun, ZHAO Qian-shui

10.3969/j.issn.1000–6826.2015.03.20

張群(1981—)，男，碩士，畢業(yè)于遼寧工業(yè)大學(xué)，材料物理與化學(xué)專業(yè)，工程師，現(xiàn)從事特殊鋼研發(fā)工作。

本鋼集團有限公司特殊鋼研發(fā)所，遼寧 本溪 117000