鈣處理對熱沖壓成型鋼22MnB5帶狀組織的影響

馬德剛，王建興，馬光宗，王 耐，李經哲，李 波

（河鋼集團唐山鋼鐵集團有限公司技術中心，河北唐山063016）

0 引言

帶狀組織的存在使鋼材的組織不均勻，并嚴重影響鋼材性能，降低鋼的塑性、沖擊韌性、斷裂韌性和斷面收縮率，造成冷彎不合、沖壓廢品率高，熱處理時鋼材容易變形、淬火開裂等問題[1-3]。對經過鈣處理和不經過鈣處理兩種工藝冶煉22MnB5鋼的實際生產數據進行了分析，研究兩種工藝對鋁脫氧熱沖壓成型鋼22MnB5帶狀組織的影響，以期為同類產品改善和控制帶狀組織提供參考。

1 生產現狀

1.1 22MnB5冶煉工藝路線

唐山鋼鐵集團有限公司的不銹鋼公司1580產線生產的熱沖壓成型鋼22MnB5有兩種不同的冶煉工藝路線：

第1種冶煉工藝路線為DeS→DeC→LF→CC該工藝路線進行鈣處理，中包鈣含量控制在20 ppm左右；

第2種工藝路線為DeS→DeC→LF→RH→CC該工藝路線不進行鈣處理。

兩種不同工藝路線的22MnB5成分體系、連鑄澆鑄工藝和熱軋工藝均相同。

1.2 兩種不同冶煉工藝路線生產的22MnB5熱軋產品金相組織

《GB/T 13299鋼的顯微組織評定方法》規定了鋼中帶狀組織的評級準則，要根據帶狀鐵素體數量增加，并考慮帶狀貫穿視場的程度、連續性和變形鐵素體晶粒多少的原則確定。表1給出了兩種不同冶煉工藝路線下22MnB5熱軋產品金相組織評級的分布情況；圖1為兩種不同冶煉工藝路線下22MnB5熱軋產品典型的金相組織檢測結果。

表1 兩種不同冶煉工藝路線下22MnB5熱軋產品金相組織評級

圖1 兩種不同冶煉工藝路線下22MnB5熱軋產品典型的金相組織（帶狀）

由檢測結果可知，兩種不同冶煉工藝路線的熱軋產品在進行帶狀組織評級時，第1種冶煉工藝路線的熱軋產品帶狀組織評級在1.5~2.5級，組織呈現輕微變形方向，帶狀組織不很明顯，500倍下能看到鐵素體呈帶條狀。而第2種冶煉工藝路線的熱軋產品帶狀組織評級在2.0~3.5級，且有呈現連續的貫穿視場的鐵素體和珠光體交替帶的情況，高倍下更為明顯，較第1種冶煉工藝路線的嚴重。

2 結果討論

2.1 兩種冶煉工藝路線的本質區別及導致帶狀組

織差異的主要因素

煉鋼的功能是成分控制、潔凈度控制、鑄坯偏析及鑄坯內部和表面質量控制。鋼水的成分控制和潔凈度控制主要在轉爐和精煉工序完成，而鑄坯的偏析、內部質量和表面質量控制則在連鑄工序完成。

22MnB5兩種不同的冶煉工藝路線區別在精煉工序，而脫硫、轉爐和連鑄工序的工藝控制均相同。第1種工藝路線是LF工序溫度和成分調整完成后，進行鈣處理，凈吹8 min后吊到連鑄進行澆鑄第2種工藝路線是LF工序溫度和成分調整完成后，吊去RH工序進行處理，期間成分微調，主要目的是脫氫，該工藝路線不進行鈣處理操作。兩種冶煉工藝路線均為鋁脫氧，脫氧產物為Al2O3，在沒有進行鈣處理之前，工藝路線的不同主要影響鋼水的潔凈度和脫氧產物的大小、數量和形態[4]。因此，兩種工藝路線的本質區別為是否進行鈣處理。

在澆鑄工藝和熱軋工藝相同的情況下，如果不考慮鈣處理的影響，可以認為兩種工藝路線的成分偏析和熱軋因素對帶狀組織的影響是相同的，帶狀組織評級應該是相近的，而實際檢測結果表明二者有所不同。因此可以推斷，導致不同工藝路線熱軋產品帶狀組織差異的主要因素為是否進行鈣處理所以可以認為合理的鈣處理工藝不僅能改善鋼水的可澆性，還能改善熱軋產品帶狀組織。

2.2 鈣處理工藝改善熱軋產品帶狀組織機理

對于鋁脫氧鋼，脫氧產物主要為Al2O3，鈣處理的主要目的是通過控制合適的鈣鋁比，使脫氧產物轉變為液態的鈣鋁酸鹽，從而達到改善鋼水可澆性的目的。此外，根據國內外對管線鋼夾雜物的控制的研究結果可知，管線鋼鈣處理的目的是避免生成熱軋過程中可發生塑性變形的MnS夾雜，使鋼水中的[S]在凝固過程中以CaS等硬質夾雜的形式析出從而提高管線鋼的抗HIC能力[5-6]。

MnS夾雜在熱軋過程會沿軋制方向發生塑性變形，形成長條狀MnS夾雜。鋼水在凝固過程中，元素會在枝晶間富集。未進行鈣處理的22MnB5枝晶間富集[Mn]、[S]元素，在最后的凝固過程會析出細小的MnS夾雜，這些微小的MnS夾雜在熱軋過程中會延軋制方向形成長條狀的MnS夾雜，如圖2所示。這種細長的MnS夾雜帶嵌在珠光體帶之間，二者的方向一致[7]。這種情況會影響帶狀組織的評級加重熱軋產品帶狀組織[8]。

圖2 MnS夾雜物的形成及在軋制過程中的行為

Turkdogan[9]在《Fundamentals of SteelMaking》一書中給出了鋁脫氧鋼，在凝固過程中，硫化物夾雜形態有效控制的中包成分標準，如表2所示。作者指出，中包成分在這種條件下，可有效避免凝固過程中MnS夾雜的生成，從而提高管線鋼抗HIC性能。而我們第1種冶煉工藝下的22MnB5的中包成分恰好與序號2的成分標準吻合，鋼水在凝固過程中有效地避免了MnS夾雜的生成。

表2 鋁脫氧鋼有效控制硫化物形態的中包成分標準[9]

由以上對比分析可知，鈣處理工藝改善熱軋產品帶狀組織的機理是控制鋼水凝固過程中MnS夾雜的生成，使[S]與[Ca]結合生成硬質夾雜。

3 結論

（1）對于22MnB5鋼種，DeS→DeC→LF→CC 和DeS→DeC→LF→RH→CC兩種不同冶煉工藝的本質區別為是否進行鈣處理；兩種不同冶煉工藝下，熱軋產品帶狀組織差異的主要影響因素也是是否進行鈣處理；

（2）鈣處理改善熱軋產品帶狀組織的機理是通過控制鋼水凝固過程中MnS夾雜的生成，使 [S]與[Ca]結合生成硬質夾雜并去除；

（3）合理控制中包 T[O]、[Mn]、[Ca]和[S]含量可有效防止鋼水凝固過程中MnS的生成，從而改善熱軋產品帶狀組織。

[1]張迎暉,賴泓州,趙鴻金.鋼中帶狀組織的研究現狀[J].軋鋼,2014,31(3):45-47.

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[3]劉建陪，劉陪躍.35MnBM熱送熱裝改善鋼坯的帶狀組織實踐[J].河北冶金,2013(5):26-27.

[4]Roland K,Nils L.Non-metallic inclusions in steel[M].The Metals Society,London,1968,PartⅢ:6.

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[6]張慶國.管線鋼的發展趨勢及生產工藝評述[J].河北冶金,2003(5):12-17.

[7]張延玲,劉海英,阮小江等.中低碳齒輪鋼中合金元素的偏析行為及其對帶狀組織的影響[J].北京科技大學學報,2009,31(Suppl.1):199-206.

[8]鄒仲芹.連鑄工藝管線鋼帶狀組織的研究 [D].山東:山東大學,2005.

[9]Turkdogan E T.Fundamentals of SteelMaking[M].The Institute of Materials,London,1996:270.