硫系易切削鋼冶煉生產實踐

趙孝章（南京鋼鐵聯(lián)合有限公司第二煉鋼廠）

硫系易切削鋼冶煉生產實踐

趙孝章（南京鋼鐵聯(lián)合有限公司第二煉鋼廠）

本文主要介紹南鋼第二煉鋼廠在硫系易切削鋼生產過程中遇到難點，結合本廠實際情況，一一加以解決，成功研發(fā)硫系易切削鋼并形成批量生產。

易切削鋼；工藝；形態(tài)

前言

易切削鋼是主要供自動機床進行高速切削制接機械零部件用鋼，其特點是硫、磷含量較一般碳素鋼高出數倍。由于硫、磷含量的增高，增加了鋼的易切削性能，從而大大提高機床的切削速度。隨著制作業(yè)及汽車行業(yè)的快速發(fā)展，國內數控車床的使用量近年上升很快，易切削鋼的使用前景良好。易切削鋼可分為硫系、鉛系、鈣系等類型。近年來隨著全球對環(huán)境意識的提高，相對環(huán)保的硫系易切削鋼需求越來越大。為適應市場的需求，南鋼也研發(fā)硫系易切削鋼，通過近幾年生產實踐，南鋼第二煉鋼廠硫系易切削鋼質量性能穩(wěn)定，受到廣大客戶好評，在市場占有率也得到很大提高。

1　冶煉工藝難點

1.1精煉工序Mn、S成分波動大

此鋼成分波動較大，隨著氧位的下降，鋼水中Mn、S元素增長較多，給成分配比造成一定的難度。

1.2化驗難度大

在沒有開發(fā)易切削鋼之前一般都是化驗低硫鋼，易切削鋼是高硫鋼（比原來要高一個數量級），用光譜化驗曾遇到一些技術問題。需要碳硫儀化驗，另外，由于低硅、高氧，鋼樣上容易出現(xiàn)麻點，化驗困難。因此，化驗周期比其他鋼種長很多，有時需要打好幾個樣子才能化驗出來，對生產節(jié)奏影響較大。

1.3氧位控制難度大

鋼水氧位高，冶煉過程氧位反彈大，需要控制好終點氧位，氧位過高，容易產生氣泡；氧位過低，造成鋼水發(fā)粘。因此過程氧位控制難度較大。

1.4增S過程控制難度大

（1）利用轉爐脫硫率低的特點提高人爐鋼鐵料中硫含量，采用高硫鐵水+高硫廢鋼或硫鐵合金并配合在鋼包加硫鐵或喂硫線的方式。優(yōu)點：出鋼溫降較小，缺點：在出鋼時要等鋼水終點成分出來后配加含硫合金，生產節(jié)奏受影響。

（2）在出鋼時向鋼包加硫鐵。優(yōu)點：不影響生產節(jié)奏、出鋼溫降最小，缺點：因硫磺熔點低、密度小收得率不穩(wěn)定，而且部分硫被鋼液和空氣氧化為二氧化硫，污染環(huán)境。

（3）直接在鋼包加硫鐵合金增S，優(yōu)點：不影響生產節(jié)奏、吸收率穩(wěn)定，缺點：合金加入量多導致出鋼溫降大。

1.5水口結瘤

研究表明鋼中夾雜物呈球形或紡錘形有利于鋼的切削性能。含硫高易切削鋼在用連鑄方法進行生產時，添加鈣可改善硫化物形態(tài)。鈣作為特殊脫氧劑，與氧化鋁形成復合鈣鋁氧化物，在此基礎上包裹一層較軟的鈣錳硫化物，有利于提高切削性能和力學性能。[1]但由于生成的CaS和CaO-A12O3非金屬夾雜物在水口處沉積，易造成鋼包水口、中間包水口結瘤而使水口堵塞，影響連鑄生產的正常進行。

2　冶煉工藝研究與對策

2.1S含量及Mn含量的控制

硫系易切削鋼S含量較高。為保證鋼的表面質量以及降低鋼的冷熱脆敏感性。冶煉過程對S的控制非常重要。通過多次工藝試驗，摸索出一整套的穩(wěn)定鋼水S含量的工藝參數：即以爐前添加硫鐵合金為主，控制鋼水S含量，進線、LF爐微調為輔調整S含量。減輕鋼水S含量溶解不均勻，降低S偏析；由于堿性渣有較多的自由O，因而具有較大的脫硫能力。但為保證硫的分配比，熔渣又必須有一定的堿度，故改變造渣工藝，造低堿度渣，可保證鋼中渣子不吸收硫或少吸收硫。

2.2解決化驗節(jié)奏問題

（1）每次取雙樣，C、S成分用碳硫儀分析，其他成分用光譜分析，節(jié)約化驗時間；

（2）采用專用取樣器；

（3）適當提高硅含量。

2.3鋼中氧含量的控制

對于易切削鋼，合適的氧含量可以促使鋼中的MnS呈紡錘形或橢球形，有利于改善切削性能。然而，易切削鋼中的氧含量并非越高越好，氧含量過高會影響鑄坯的表面質量，產生皮下氣泡，并且氧化物夾雜含量高對磨損不利，最終也會影響成品的性能。

經過試驗，通過對鋼水活度氧的控制來達到成品材全[O]的要求，對不同的鋼種采用不同的脫氧方式。摸索出鋼水脫氧工藝控制方法。主要通過精煉站喂線脫氧確保出站活度氧（20～40）×10-6，縮小連澆爐次的氧含量差距（見表1～2）。

表1　改變脫氧方式之前LF爐進出站氧含量統(tǒng)計表

從表1、表2可以看出，改變脫氧方式過后，鋼水進LF爐的氧位有很大下降，且出站氧位比較穩(wěn)定，爐次間氧位差較以前小。

2.4增S方式

通過不斷生產摸索，南鋼第二煉鋼廠最終采用直接在鋼包加硫鐵合金增S方式，在LF爐微調S成分。為了避免出鋼溫度低，提高轉爐出鋼溫度。

2.5解決水口結瘤

（1）確保軟吹氬時間，使CaS和CaO-A12O3復合夾雜物能充分上??；

（2）采用保護澆注；

（3）水口選用大型號水口；

（4）嚴格控制鋼包與中間包的鋼水溫度，保證鋼水過熱度在25～40℃之間（隨著中問包鋼水的溫度降低，水口堵塞的頻率增加）。

2.6鋼中Mn/S比的控制

控制好Mn/S是控制該鋼成分的關鍵，MnS的含量是影響硫系易切削鋼切削性能和加工性能的主要因素，Mn/S的高低對MnS、FeS的生成數量以及分布形態(tài)有著較為直接的影響.對鋼材的組織分布和機械性能的影響比較明顯；所以適當的Mn/S控制，可以減少非MnS夾雜物的存在，有利于易切削鋼的軋制和改善切削性能.Mn/S控制最佳范圍在3.0～5.0[2]。

通過合金加入量及S含量的控制，LF爐依據鋼水S含量添加FeMn合金微調鋼水Mn含量。確保鋼中Mn/S比在3.0～5.0。對鋼中硫化物夾雜進行了有效變性，提高了切削性能。

2.7連鑄坯質量控制

易切削鋼是世界三大難以連鑄的鋼種之一，其連鑄工藝開發(fā)的難點主要在于：易切削鋼的高氧含量、高硫含量大大降低了鋼水表面張力，使鋼渣分離困難，造成鋼渣混卷，形成大量表面及皮下缺陷，甚至漏鋼。使連鑄生產難以進行：易切削鋼中Mn、O含量高，高溫下會與耐火材料中的某些成分發(fā)生理化反應，使耐火材料侵蝕。在連鑄生產中造成溢鋼或中間包漏鋼等現(xiàn)象；易切削鋼鋼液粘度大，流動性差，為保證其可澆性必須提高澆注溫度。但同時易切削鋼又是裂紋敏感鋼種，必須采用弱冷制度，這些相互矛盾的要求使易切削鋼由模鑄工藝轉變?yōu)檫B鑄工藝非常困難。一度成為連鑄工作者的難點[3]。

因此結晶器保護渣也是影響鑄坯表面的關鍵因素。通過試驗研制開發(fā)了一種高堿度易切削鋼連鑄結晶器專用保護渣。該渣加入了一種特殊的還原劑。通過還原劑與彎月面處S、O反應，生成的硫化物和氧化物為保護渣吸收，降低了彎月面處S、O。同時該渣在使用中保溫性好，粘度較低。結晶器傳熱均勻，潤滑鑄坯能力好，沒有出現(xiàn)因潤滑不良導致的漏鋼情況，鑄坯表面質量和內部質量基本滿足大生產要求。

3　結語

南鋼第二煉鋼廠自研發(fā)硫系易切削鋼以來，經過試制、小批量生產、批量生產三個階段。已成功開發(fā)出SUM23HS、1215MS、CN1215B等硫系易切削鋼。連澆爐數由7.17爐提高到11.03爐，摔坯量由0.74t/爐降到目前0t/爐。從開發(fā)的整體情況來看，該廠硫系易切削鋼的生產工藝成熟，也得到了用戶的認可和好評，用戶需求不斷擴大。

[1]張景宜，李子林，段貴生，劉社牛，石成剛，蘇曉峰.易切削鋼生產工藝技術探討[J].河南冶金，2007，15（4）：30～32.

[2]Rama Bommaraju.易切削鋼連鑄坯縱裂及凹陷的成因及預防[A].第一屆歐洲連鑄會議譯文集[C].弗羅倫薩：1991.81～389.

[3]田樹生，周小麗，徐瑞軍.硫系易切削鋼的研發(fā)[J].金屬材料與冶金工程，2008，36（6）：17～20，29.

TG142.7

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2016-10-8