SWRCH6A冷鐓用低碳鋼研發(fā)及應(yīng)用

羅興壯，蘇捷杰

(廣西柳州鋼鐵集團(tuán)有限公司,廣西 柳州 545002)

冷鐓鋼線材一般以低、中碳優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼為原材料生產(chǎn)，其用途十分廣泛，主要用于零配件制造，如螺栓、螺母、鉚釘、自攻螺釘?shù)染o固件。近年來我國汽車、建筑、電力、石油等行業(yè)的發(fā)展迅速，對(duì)于冷鍛鋼線材的需求量不斷增加[1]。柳鋼根據(jù)市場(chǎng)需求，采用低碳、低硅、低錳成分設(shè)計(jì)，制定合理的冶煉、軋制工藝，在高速線材生產(chǎn)線成功開發(fā)Φ6.5 mm～Φ12 mm規(guī)格冷鐓用低碳鋼盤條，產(chǎn)品組織、力學(xué)性能、工藝性能、氧化鐵皮厚度等完全滿足用戶使用需求。

1 成分設(shè)計(jì)

1.1 技術(shù)要求

冷鐓用低碳鋼盤條要求其具有較高的韌性、低的抗拉強(qiáng)度、盡可能大的斷面收縮率和伸長率，以及良好的表面質(zhì)量，以保證冷鐓性能[2]。其力學(xué)性能及工藝性能要求見表1。

表1 SWRCH6A力學(xué)及工藝性能要求

1.2 成分設(shè)計(jì)

根據(jù)冷鐓用低碳鋼盤條力學(xué)及工藝性能要求，采用低碳、低硅、低錳成分設(shè)計(jì)思路，使冷鐓用低碳鋼盤條具有較低的屈服、抗拉強(qiáng)度，較高的塑韌性，以及良好的工藝性能。結(jié)合冶煉脫碳能力和生產(chǎn)成本控制，化學(xué)成分設(shè)計(jì)見表2。

表2 SWRCH6A化學(xué)成分要求(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

2 生產(chǎn)工藝

2.1 工藝流程

鐵水脫硫→轉(zhuǎn)爐冶煉→爐后吹氬→LF精煉→連鑄(塞棒包)→精整→步進(jìn)蓄熱式加熱爐→粗軋→中軋→預(yù)精軋→精軋→斯太爾摩輥道冷卻→集卷→P/F風(fēng)冷線→檢驗(yàn)→打包→入庫。

2.2 冶煉控制要求

冷鐓用低碳鋼盤條需要經(jīng)過拉拔、冷鐓，變形較大，對(duì)鋼水的純凈度要求較高，必須控制鋼中P、S含量，鐵水必須進(jìn)行脫硫，保證入爐鐵水S≤0.020%。終渣堿度初始設(shè)定值4.0～4.5，并根據(jù)P平衡修正設(shè)定。底吹采用全程吹氬模式，吹煉后期加大底吹氬氣流量，加強(qiáng)熔池?cái)嚢?。終點(diǎn)控制：[C]=0.03%～0.05%，[P]≤0.015%。實(shí)行雙擋渣出鋼，出鋼過程全程吹氬，出鋼時(shí)間≥200 s，嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)爐下渣量。LF精煉軟吹氬時(shí)間8～10 min，最后一次合金化后中等強(qiáng)度吹氬或強(qiáng)吹氬時(shí)間≥3 min。鈣處理過程Ca/Al目標(biāo)值0.15。軟吹氬結(jié)束至大包開澆鎮(zhèn)靜時(shí)間≥20 min。連鑄中間包鋼水過熱度控制在15～35 ℃，連鑄一冷采用強(qiáng)冷，二冷采用中等冷卻，拉速控制在1.80～2.00 m/min。

2.3 軋制工藝

冷鐓用低碳鋼盤條要求具有較低的屈服、抗拉強(qiáng)度，較高的塑韌性和良好的冷鐓性能，軋制工藝直接影響著產(chǎn)品的力學(xué)性能、工藝性能、組織等，必須制定合理的軋制工藝參數(shù)，產(chǎn)品才能獲得預(yù)期的組織和性能。

2.3.1 加熱制度

根據(jù)Andrews公式計(jì)算SWRCH6A的Ac1溫度為720 ℃，Ac3溫度約為866 ℃，在Ac1至Ac3溫度區(qū)間提高加熱速度，增加珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變的過熱度，擴(kuò)大新舊兩相的自由能差，形核率也愈大，在相變過程中，奧氏體晶粒不可能充分長大，如果奧氏體形核均勻，彌散質(zhì)點(diǎn)的分布又抑制晶粒長大，均勻細(xì)小的初始奧氏體在合適的溫度下長時(shí)間保溫并不明顯長大。因此，鋼坯入爐后要求加熱1段迅速加熱至880～920 ℃，加熱2段溫度控制1080～1120 ℃，均熱段溫度控制1050～1090 ℃，降低鋼坯表面與心部、頭部與尾部溫度差，保證加熱時(shí)間≥95 min，使奧氏體晶粒均勻化。

2.3.2 精軋及吐絲溫度控制

軋制過程工藝參數(shù)控制不合理，特別是精軋過程的溫度控制，將產(chǎn)生混晶組織，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的組織性能。在軋制過程中溫度比較高且有一定的變形量，軋件發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，但軋件與軋輥接觸部分的溫度比較低，這部分未發(fā)生再結(jié)晶[1]。因此采用較低的入精軋溫度，預(yù)精軋結(jié)束后快速冷卻，控制再結(jié)晶晶粒長大，結(jié)合水箱冷卻能力及軋機(jī)設(shè)備能力，入精軋目標(biāo)溫度為870 ℃，迅速將軋件冷卻至奧氏體未再結(jié)晶區(qū)，避免鋼材在奧氏體部分再結(jié)晶區(qū)變形[3,4]。軋件進(jìn)精軋機(jī)組后前幾道次在奧氏體未再結(jié)晶區(qū)軋制，使奧氏體晶粒變形，晶內(nèi)產(chǎn)生大量變形帶，為鋼的奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變過程做組織條件上的準(zhǔn)備[5]。同時(shí)利用精軋機(jī)組機(jī)架間水冷系統(tǒng)，控制精軋終軋溫度在990℃～1020 ℃，避免軋件變形過程溫度過高導(dǎo)致奧氏體晶粒異常長大。

吐絲溫度較高，將導(dǎo)致氧化鐵皮太厚，同時(shí)Φ6.5 mm小規(guī)格盤條表面冷卻速度太快，搭接點(diǎn)與非搭接點(diǎn)周向冷卻速度不均，使個(gè)別晶粒優(yōu)先長大，入保溫罩前盤條皮下部分質(zhì)點(diǎn)先共析形成鐵素體，使盤條不均勻。進(jìn)入保溫罩內(nèi)質(zhì)點(diǎn)散熱受阻，鋼材心部高溫向外擴(kuò)散，加上相變放熱使這些質(zhì)點(diǎn)溫度上升，優(yōu)先長大的晶粒與周圍晶粒在尺寸、取向、曲率上的差別將隨時(shí)間延長逐漸增大，導(dǎo)致混晶[6]，影響產(chǎn)品性能。因此，吐絲目標(biāo)溫度設(shè)定為850 ℃，有利于獲得晶粒尺寸均勻的鐵素體、珠光體組織，同時(shí)獲得合適厚度、結(jié)構(gòu)的氧化鐵皮。實(shí)際生產(chǎn)時(shí)整根盤條進(jìn)精軋和吐絲溫度曲線如圖1、圖2所示。

3 結(jié)果與分析

3.1 力學(xué)及工藝性能

對(duì)軋后低碳冷鐓鋼盤條隨機(jī)抽取2個(gè)盤卷做力學(xué)性能分析，每個(gè)盤卷在不同圈位置取3根力學(xué)拉伸試樣，分析低碳冷鐓鋼盤條力學(xué)性能的均勻性，盤條力學(xué)及冷鐓性能結(jié)果見表3。盤條屈服強(qiáng)度248～257 MPa，抗拉強(qiáng)度359～368 MPa，延伸率47.5%～50.0%，斷面收縮率80%～82%，1/3冷鐓性能完好。可知盤條性能均勻性較好，同時(shí)進(jìn)行1/4冷鐓試驗(yàn)，試樣表面未出現(xiàn)微裂紋等缺陷，冷鐓性能優(yōu)良，性能完全滿足技術(shù)條件要求。

圖1 入精軋溫度曲線

圖2 吐絲溫度曲線

表3 SWRCH6A力學(xué)及工藝性能

3.2 金相分析

對(duì)盤條試樣進(jìn)行金相組織分析，夾雜物、金相組織及氧化鐵皮厚度結(jié)果如圖3、表4所示。盤條表層、1/4位置、芯部組織均為等軸F+少量P，表層晶粒度10.0級(jí)、1/4位置和芯部晶粒度9.5級(jí)，晶粒尺寸較均勻，無明顯混晶現(xiàn)象，有利于盤條拉拔及冷鐓。從金相分析結(jié)果可知，A類夾雜物0.5級(jí)、B類夾雜物0.5級(jí)、C類夾雜物為細(xì)系1.5級(jí)、D類夾雜物0.5級(jí)，夾雜物整體控制水平需要進(jìn)一步優(yōu)化。氧化鐵皮厚度控制在8.3～12.8μm范圍。

表4 非金屬夾雜物、晶粒度及氧化鐵皮厚度

4 市場(chǎng)應(yīng)用情況

跟蹤終端用戶使用情況，盤條拉拔、冷鐓性能較好，制作M5、M6螺絲等標(biāo)準(zhǔn)件質(zhì)量正常。同時(shí)根據(jù)用戶反應(yīng)前期盤條酸洗時(shí)間較長，氧化鐵皮不易脫落等問題，通過降低吐絲溫度，增開3#、4#風(fēng)機(jī)冷卻，使氧化鐵皮變薄，提高酸洗效率，完全滿足用戶使用需求。

5 結(jié)論

(1)盤條力學(xué)及工藝性能完全滿足技術(shù)要求，性能均勻性好，組織為等軸F+少量P，晶粒度9.5～10.0級(jí)，晶粒尺寸均勻，無混晶現(xiàn)象，1/4冷鐓質(zhì)量完好。

(2)盤條完全滿足終端用戶酸洗、拉拔、冷鐓等質(zhì)量要求，成功用于加工制作M5、M6螺絲等標(biāo)準(zhǔn)件。