30 t轉爐－小方坯連鑄生產ML40Cr冷鐓鋼盤條的實踐

胡道峰，陳 敏

(1.南京鋼鐵股份有限公司，南京 210035;2.東北大學 材料與冶金學院，沈陽 110819)

30 t轉爐－小方坯連鑄生產ML40Cr冷鐓鋼盤條的實踐

胡道峰1，陳 敏2

(1.南京鋼鐵股份有限公司，南京 210035;2.東北大學 材料與冶金學院，沈陽 110819)

闡述了ML40Cr冷鐓鋼生產情況，對采用氧氣頂吹轉爐→LF鋼包精煉爐→小方坯連鑄→高速線材軋制生產的冷鐓鋼盤條進行了綜合檢驗分析.結果表明，生產的10 mm盤條金相組織為鐵素體+珠光體，晶粒度9～10級;鋼中A、B、D類非金屬夾雜物的級別分別為0.5級、1.0～1.5級和1.5～2.0級，單位面積內當量直徑5 μm的夾雜物個數為20～22個/mm2，夾雜物平均直徑為3.656～3.891 μm，夾雜物含量相對較少，夾雜物尺寸相對比較細小;軋材的綜合力學性能良好，同時具有良好的塑性變形能力，可以滿足標準件生產要求.

ML40Cr鋼;冷鐓;盤條;軋制

冷鐓鋼［1］，又稱鉚螺鋼或冷頂鍛鋼，是利用金屬的塑性，采用冷鐓加工成型工藝生產互換性較高的標準件用鋼.ML40Cr冷鐓鋼是標準件行業廣泛使用的材料之一，由于其冷鐓使用的特殊性，對材料的表面質量、內部質量、化學成分的均勻性、冷加工性能以及尺寸精度等均提出了較高的要求;這就要求其必須具有良好的加工性能和機械性能.

鑒于南鋼(南京鋼鐵股份有限公司)周邊地區極為發達的標準件制造業對冷鐓鋼盤條需求量較大，且冷鐓鋼生產難度較大而具有較高的利潤空間，生產出合格的、用戶使用滿意的產品對提高市場競爭力和占有率具有重要的現實意義，可以給企業帶來較大的經濟利益.基于此目的，南鋼與高校合作，開發了ML40Cr冷鐓用鋼，經過檢驗，各項指標均滿足國家標準及技術協議.

1 化學成分及工藝路線

1.1 化學成分

ML40Cr冷鐓鋼化學成分要求如表1所示.

表1 ML40Cr冷鐓鋼的化學成分(質量分數)Table 1 Chemical compositions of ML40Cr cool heading steel(mass fraction) %

1.2 工藝流程

ML40Cr冷鐓鋼試制工藝流程為:高爐鐵水→鐵水脫硫→30t氧氣頂吹轉爐→30tLF鋼包精煉爐→150 mm×150 mm小方坯連鑄→連鑄坯表面質量檢查、入庫→加熱爐→高速線材軋制→成品檢驗、入庫.

2 試制過程

2.1 轉爐冶煉

南鋼30t的轉爐總裝入量為35～36.5t，采用預處理鐵水+優質廢鋼的原料結構，減少鋼水中夾雜物的來源，提高冶煉質量;在吹煉過程中，制定合理的氧槍操作制度，保證終點深吹時間大于10 s，以準確控制終點碳含量(質量分數在0.08%～0.14%)，進而避免鋼水的過氧化，確保碳含量－溫度(1 650～1 680℃)協調出鋼.出鋼過程中加入脫氧造渣劑，出至1/3時依次加入高碳錳鐵+硅鐵合金+低氮增碳劑、高碳鉻鐵和小粒石灰;出鋼完畢再加入部分脫氧造渣劑至鋼包頂渣.出鋼過程采用擋渣球擋渣出鋼;出鋼時全程吹氬并結合小幅度的鋼包晃動，以保證出鋼過程精煉渣料的快速熔化.

2.2 鋼包精煉

LF鋼包爐采用埋弧操作、白渣精煉.白渣形成前，加入一定量的改質劑和鋁粒;灰白渣形成后，加入Al－Mn合金和脫氧造渣劑;白渣精煉后期，再加入部分改質劑進行改質處理.整個精煉過程中采用分階段氬氣控制操作制度，即:精煉前期控制在中等強度攪拌以促進精煉渣料熔融;精煉中期采用高強度攪拌，促進脫硫并洗去夾雜;精煉后期采用低強度攪拌，促進氧化鋁夾雜的上浮.通電結束后，通過喂Ca－Fe線對Al2O3夾雜物進行變性，并保證軟吹氬時間在15 min以上，嚴格控制Ca/Al比，以便形成低熔點12CaO·7Al2O3復合夾雜物，提高連鑄過程中鋼水的流動性和可澆性.精煉時間為22～30 min，平均26.2 min.精煉前后鋼水成分和溫度變化如表2所示.

表2 精煉前后鋼水成分(質量分數)和溫度變化(括號內為平均值)Table 2 Change of molten steel composition and temperature before and after refining

2.3 連鑄

連鑄時使用新設計的新型鋁碳質保護套管+液壓機械手進行大包保護澆注，增加保護套管與大包水口間的接觸面積和密封性，減少吸氣.中間包快換下水口手動操作改造為液壓快換操作，減少了中間包至結晶器之間的吸氣.中間包使用前烘烤至紅熱，烘烤由煤氣烘烤全部改造為蓄熱式烘烤，降低大包開澆溫度、節約能源并提高烘烤效果.中間包鋼液深度穩定在300 mm以上，包內加單層覆蓋劑.結晶器使用中低碳預熔保護渣，使用前烘烤.中間包鋼水溫度控制在1 510～1 530℃，拉坯速度控制在1.8～2.1 m/min(拉速穩定).二次冷卻采用氣霧冷卻，優化拉速與二冷段配水的關系，同時使結晶器電磁攪拌的工況正常，減少各種元素的微區偏析，最終得到較好的鑄坯組織.

2.4 軋制

ML40Cr冷鐓鋼盤條由高速線材連軋機組進行軋制，軋制規格為φ10 mm.軋制過程中開軋溫度控制在950～1 100℃，保證Cr能夠充分固溶到奧氏體中;軋制中利用控軋技術，充分保證晶粒在奧氏體未再結晶區的變形量，細化原奧氏體晶粒;吐絲溫度控制在720～760℃，使線材在相變前有一定的過冷度.采用緩慢冷卻的軋制工藝，使盤條盡可能多地得到鐵素體加珠光體組織，獲得均勻適中的晶粒度，保證盤條具有較低的硬度和良好的冷鐓性能，滿足用戶冷鐓生產工藝要求.

3 試制結果

3.1 冷鐓鋼金相組織及晶粒度

冷鐓鋼盤條的金相組織對其力學性能和冷鐓性能具有重要影響.鐵素體加少量珠光體組織具有良好的綜合力學性能，較高的晶粒度評級有利于提高鋼材韌性，從而提高鋼材的冷鐓性能.根據GB/T13298金相顯微組織檢驗方法、GB/T13299鋼的顯微組織評定方法和GB/6394金屬平均晶粒度測定法，檢測ML40Cr冷鐓鋼盤條的金相組織(如圖1所示)和晶粒度，結果是:金相組織為鐵素體+珠光體，晶粒度9～10級.

圖1 ML40Cr金相組織照片(3%硝酸酒精溶液腐蝕)Fig.1 Photos of the metallographic structure of ML40Cr steel(corroded by 3%nitric acid alcohol solution)

3.2 力學性能檢驗

表3是根據GB/T228金屬材料室溫拉伸試驗方法檢測的ML40Cr冷鐓鋼盤條的力學性能結果.由表中數據可以看出:盤條的抗拉強度為760～830 MPa，平均為784.65 MPa;盤條的延伸率(δ5)和斷面收縮率(ψ)較高，試制的 ML40Cr鋼綜合力學性能良好，同時具有良好的塑性變性能力，滿足了標準及用戶使用要求.

表3 ML40Cr盤條的力學性能Table 3 Mechanical properties of ML40Cr wire rod

3.3 鋼中非金屬夾雜物

表4是ML40Cr鋼中非金屬夾雜物的分析統計結果.可以看出:單位面積上當量直徑5 μm的夾雜物個數為20～22個/mm2，夾雜物平均直徑為3.656～3.891 μm，說明非金屬夾雜物的含量相對較少，夾雜物相對比較細小.但是非金屬夾雜物的直徑大小分布不是很均勻，小于3 μm的夾雜物所占的比例為52.67% ～56.30%，試樣中還有1.68% ～2.47%的直徑大于9 μm的相對較大的非金屬夾雜物.

通過金相觀察，結合掃描電鏡及相應的能譜分析(如表5所示)，結果顯示:ML40Cr鋼中的非金屬夾雜物以圓球形、近圓球形為主，還有少量的三角形、不規則形夾雜物，主要是氧化物和硫化物(A類)，而氧化物夾雜又根據其成分組成和變性能力分為氧化鋁類(B類)和球狀氧化物類(D類).根據GB/T10561－2005，對鋼中的非金屬夾雜物進行級別鑒定，結果顯示:A類夾雜物0.5級、B類夾雜物1.0～1.5級、D類夾雜物1.5～2.0級，夾雜物級別較低.

3.4 冷頂鍛性能

冷頂鍛是檢驗冷鐓鋼冷鐓性能的主要方法.根據GB/T6478，對φ10 mm的ML40Cr盤條進行冷頂鍛檢測，盤條1/3高度比冷鐓檢測全部合格，表明該材料具有很好的冷加工性能，可以滿足標準件生產要求.

表4 非金屬夾雜物的當量個數、平均直徑及其大小分布統計Table 4 Statistics for equivalent number、average diameter and diameter size distribution of non － metallic inclusions

4 結論

(1)“氧氣頂吹轉爐—LF鋼包爐精煉—小方坯連鑄機—高速線材軋機”工藝生產ML40Cr冷鐓鋼是可行的，試制過程中制定的操作要點是合理的，能滿足用戶要求.

(2)ML40Cr冷鐓鋼盤條的金相組織為鐵素體+珠光體，鐵素體晶粒度評級為9～10級.

(3)鋼中A、B、D類非金屬夾雜物的級別分別為0.5級、1.0～1.5級和1.5～2.0級，單位面積上當量直徑5 μm的夾雜物個數為20～22個/mm2，夾雜物平均直徑為3.656～3.891 μm;夾雜物含量相對較少，夾雜物相對比較細小.

(4)盤條綜合力學性能良好，同時具有良好的塑性變性能力，1/3高度比冷鐓檢測全部合格，可以滿足標準件生產要求.

［1］先越蓉.冷鐓鋼的生產和發展［J］.特殊鋼，2005，26(3):31－34.

(Xian Yue－rong.A review on production and development of cold heading steel［J］.Special Steel，2005，26(3):31－34.)

Practice of producing ML40Cr cold heading wire rod by process of 30 t BOF－billet continuous casting

HU Dao-feng1，CHEN Min2

(1.Nanjing Iron and Steel Co.Ltd，Nanjing 210035，China;2.School of Materials and Metallurgy，Northeastern University，Shenyang 110819，China)

Production of ML40Cr cold heading wire rod coils was described.Cold heading wire rod produced by the process of basic oxygen furnace→LF ladle refining furnace→billet continuous casting→high－speed wire rolling was tested.The microstructure of the produced wire rod with diameter of 10 mm was ferrite and pearlite，the grain size was grade 9 to 10.The non－metallic inclusion grades of A，B，D type are 0.5，1.0～1.5 and 1.5～2.0 respectively.The amount of inclusion with equivalent diameter of 5 μm was 20 ～ 22 entries/mm2，which is considered to be relatively less and fine，and the average diameter of inclusion was3.656 ～3.891 μm.Based on the excellent combined mechanical properties and plastic degeneration ability，it is considered that the produced cold heading wire rod is satisfied for the requirements of standard parts production.

ML40Cr steel;clod heading;wire rod;rolling

TF769.2

A

1671-6620(2011)03-0164-04

2011-05-06.

國家自然科學基金資助 (51074039).

胡道峰(1965—)男，江蘇沭陽人，高級工程師，E－mail:df5170@126.com;陳敏 (1969—)，男，河北遷安人，東北大學教授，博士生導師.