天鐵冷鐓鋼SAE1008的開發(fā)及生產(chǎn)工藝優(yōu)化

趙志華（天津天鐵冶金集團有限公司煉鋼廠，河北涉縣 056404）

天鐵冷鐓鋼SAE1008的開發(fā)及生產(chǎn)工藝優(yōu)化

趙志華（天津天鐵冶金集團有限公司煉鋼廠，河北涉縣 056404）

SAE1008冷鐓鋼要求具有很高的潔凈度和良好的冷成型性，其屈強比在0.5～0.65之間，斷面收縮率在50%以上。天鐵煉鋼廠通過對冷鐓鋼生產(chǎn)工藝過程和產(chǎn)品質(zhì)量的跟蹤分析，確定了關(guān)鍵工藝和相應(yīng)參數(shù)。優(yōu)化改進冷鐓鋼煉鋼、連鑄工藝參數(shù)后，使盤條質(zhì)量得到大幅度提高，滿足了用戶的要求。

冷鐓鋼 成分 脫氧 夾雜物 性能 優(yōu)化 開發(fā)

1 前言

SAE1008鋼屬于低碳低硅的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，主要用于建筑工程，另外還應(yīng)用于橋梁工程、船舶制造、車輛制造、石油貯罐制造、工程機械等方面的焊接及鉚接結(jié)構(gòu)件，要求有較低的強度、良好的韌性和拉拔性能及焊接性能。該鋼要求碳、硅含量較低，生產(chǎn)控制難度較大。2010年，為擴展高線產(chǎn)品品種和開拓周邊市場，我廠加快了SAE1008熱軋盤條的研制、開發(fā)步伐。

2 主要技術(shù)要求

SAE1008鋼屬冷鐓鋼。冷鐓是在常溫下利用金屬塑性成型的。采用冷鐓工藝制造緊固件，不但生產(chǎn)效率高、緊固件質(zhì)量好，而且用料節(jié)省、成本降低。但是冷鐓工藝對原材料的質(zhì)量要求較高。冷鐓性能是冷鐓鋼的重要性能之一。對冷鐓鋼的主要性能要求是：具有良好的冷成形性；對于冷鐓鋼變形要求具有盡可能小的阻力和盡可能高的變形能力。為此，一般要求冷鐓鋼的屈強比在0.5～0.65之間，斷面收縮率在50%以上。同時，夾雜物含量高是造成冷鐓加工開裂的主要原因之一，B類（氧化鋁）和D類（球狀氧化物）夾雜物的影響最大，顆粒越大，越容易開裂。冷鐓工藝要求該鋼具有很高的潔凈度，嚴(yán)格控制鋼中的Si、Al含量。

3 生產(chǎn)工藝路線

根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備和高線軋制規(guī)格，確定生產(chǎn)工藝路線如下：

40 t氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐→全程底吹氬處理→6 m弧四機四流連鑄機150 mm×150 mm方坯→高線軋制25 mm～48 mm→檢驗→入庫。

4 轉(zhuǎn)爐冶煉工藝

4.1 化學(xué)成分設(shè)計

碳是影響鋼材冷塑性變形的最主要元素。含碳量越高，鋼的強度越高，而塑性越低。鋼中碳含量一般按中下限控制為宜。鋼中硅含量超過0.10%，隨著硅含量的增加，鋼的抗拉強度、硬度有所提高，但延伸率低，斷面收縮率下降明顯，不利于冷變形。鋼中錳含量適中，可改善鋼中硫的存在形態(tài)和分布，有利于提高鋼的冷成型性。磷、硫在鋼中為有害元素，應(yīng)盡量控制在較低水平。經(jīng)過幾次試生產(chǎn)和性能檢驗，確定SAE1008熔煉成分控制范圍見表1。

表1 SAE1008熔煉成分

4.2 吹煉終點鋼水氧含量的控制

轉(zhuǎn)爐吹煉終點鋼水氧含量控制的高低，不僅直接影響到合金元素的收得率和鋼水成分的合格率，還將對鋼中非金屬夾雜物的含量及鋼的性能產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。SAE1008鋼鋼水熔煉碳含量要求控制在0.10%以下，依據(jù)我廠轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)實際，在采用低碳合金的情況下，轉(zhuǎn)爐吹煉終點鋼水碳含量需控制在0.07%以下方能滿足此要求。為避免鋼水過度氧化，在對裝入制度進行調(diào)整的同時，對吹煉拉碳槍位進行調(diào)整，拉碳槍位由900 mm調(diào)整至700 mm，穩(wěn)定吹煉終點碳含量，并且要求拉碳時間保證在30 s以上，控制終點渣中FeO含量在20%以下，降低終點鋼水和爐渣的氧化性。

4.3 脫氧合金化控制

我廠控制上連鑄鋼水自由氧含量在20×10-6～50× 10-6，這就對脫氧提出了較高的要求。為了獲得良好的脫氧效果，經(jīng)過幾次優(yōu)化，最終確定采用BaAlSi和CaBaSi兩種復(fù)合脫氧劑共同使用來完成鋼水的脫氧處理，并且規(guī)定在出鋼前期BaAlSi脫氧劑一次性加夠，出鋼后期和出鋼完畢后不允許再進行補加。脫氧劑加入量根據(jù)倒?fàn)t和出鋼情況進行適當(dāng)調(diào)整。同時，加強出鋼口的維護，采用出鋼前后雙擋渣法擋渣，盡量減少出鋼過程下渣量。合金化合金采用含碳、硅較低的中碳錳鐵，鋼水鈣處理采用Fe-Ca線，很好地避免了鋼水增碳、增硅的問題。

4.4 鋼包吹氬、定氧控制

Fe-Ca線為了使脫氧產(chǎn)物充分上浮排出，我們采用全程底吹氬工藝，即出鋼開始就對鋼水進行吹氬處理，出鋼完畢在吹氬站對鋼水進行8 min吹氬處理。首先用較高的供氬強度攪拌2～3 min，使出鋼過程脫氧產(chǎn)生的夾雜物充分地碰撞、長大，提高夾雜物上浮的幾率。關(guān)氣鎮(zhèn)靜30 s后，通過快速定氧儀進行定氧分析，一般要求鈣處理前氧含量控制在50×10-6～70× 10-6，之后再喂入Fe-Ca線，將未上浮的高熔點的Al2O3夾雜變性為低熔點的鈣鋁酸鹽夾雜，促進夾雜物的充分上浮。如果氧含量偏高，需要補加CaBaSi合金或適當(dāng)增加Fe-Ca線喂入量，以確保鋼水上連鑄前氧含量在20×10-6～50×10-6。喂線后進行吹氬弱攪拌4 min以上，使鈣處理后的夾雜物得以充分上浮排出。

5 連鑄澆鑄工藝

5.1 全程保護澆鑄

大包與中間包使用鋁碳質(zhì)保護套管并加氬封，中間包至結(jié)晶器采用鋁碳質(zhì)浸入式保護套管保護澆注；中間包內(nèi)添加微碳覆蓋劑，結(jié)晶器內(nèi)采用空心預(yù)熔顆粒保護渣。開澆液面控制在450 mm以上，連澆爐次要求滿液面澆注。以上措施有效減少了鋼液在澆鑄過程中的二次氧化，同時提高了對夾雜物的吸附效果。

5.2 二冷配水采用弱冷卻制度

二冷采用自動配水，比水量控制在1.60～1.80 L/ kg，控制合適拉速，保證鑄坯冷卻均勻，并控制鑄坯矯直溫度在1 080～1 120℃之間，有效地改善了連鑄坯的內(nèi)部質(zhì)量。

5.3 結(jié)晶器液面采用自動控制技術(shù)

結(jié)晶器液面采用自動控制技術(shù)保證結(jié)晶器內(nèi)鋼水液面穩(wěn)定在±5 mm范圍內(nèi)，使結(jié)晶器散熱均勻，有效地減少結(jié)晶器液面波動對鑄坯表面和內(nèi)部質(zhì)量產(chǎn)生的影響。

6 軋制工藝

控制較高的終軋溫度和吐絲溫度，可以獲得較大的奧氏體晶粒，減少相變過程鐵素體的形核率。較低的冷卻速度使奧氏體分解轉(zhuǎn)變時間較長，以此獲得細(xì)小的鐵素體加少量均勻的珠光體。

6.1 控軋工藝

控軋工藝實際上就是控溫工藝，天鐵實際控制軋制溫度如下：

均熱段溫度1 080～1 120℃；

開軋溫度1 030～1 070℃；

入精軋機溫度920～950℃。

6.2 控冷工藝

實際控冷溫度為：

吐絲溫度為1 000～1 040℃；

實際相變冷卻溫度控制在40～80℃/min。

7 檢驗

7.1 低倍檢驗

SAE1008開發(fā)生產(chǎn)以來，共取連鑄坯52塊進行了低倍檢驗，低倍組織缺陷主要是縮孔及中心疏松，但缺陷等級均控制在了標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)。SAE1008鋼低倍檢驗結(jié)果見表2。

7.2 力學(xué)性能檢驗

SAE1008鋼開發(fā)生產(chǎn)以來，隨機對盤條頭尾進行力學(xué)性能檢驗，檢驗結(jié)果見表3。

表2 低倍檢驗結(jié)果

表348 mm盤條力學(xué)性能

由表2、表3數(shù)據(jù)可以看出，我廠生產(chǎn)SAE1008盤條鋼抗拉、延伸、冷彎等性能均達(dá)到了天鐵企業(yè)控制標(biāo)準(zhǔn)，且屈服強度、斷面收縮率也均達(dá)到了美國行業(yè)控制標(biāo)準(zhǔn)。

8 結(jié)論

通過對轉(zhuǎn)爐工序和連鑄工序的工藝參數(shù)進行探索、優(yōu)化，成功開發(fā)生產(chǎn)冷鐓用鋼SAE1008，說明通過合理調(diào)整工藝，完全可以不過LF爐精煉工序生產(chǎn)冷鐓用鋼。同時也使我們認(rèn)識到生產(chǎn)SAE1008鋼的關(guān)鍵在于脫氧和夾雜物排除的控制，也是保證生產(chǎn)順行和產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，SAE1008鋼的開發(fā)生產(chǎn)為以后生產(chǎn)低碳低硅鋼積累了經(jīng)驗。

[1]王雅貞，李承祚.轉(zhuǎn)爐煉鋼問答[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2004.

[2]蔡開科，程士富.連續(xù)鑄鋼原理與工藝[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1994.

Development and Process Optimization of SAE1008 Cold Heading Steel at Tiantie

Zhao Zhihua

The production of SAE1008 cold heading steel requires high cleanliness and good cold formability,its yield ratio should be between 0.5 and 0.65,and reduction of cross section over 50%.The Steel-making Plant of Tiantie defined the critical process and relevant parameters through tracking and analysis on the production process and product quality of cold heading steel.After parameter optimization and improvement in melting and casting,the quality of wire rod made by cold heading steel was improved substantially and met the demand by the customer.

cold heading steel,composition,deoxidization, inclusion,property,optimization,development

（收稿 2011－03－07責(zé)編崔建華）

趙志華，1998年畢業(yè)于河北理工學(xué)院鋼鐵冶金專業(yè)，工程師，現(xiàn)在天津天鐵冶金集團煉鋼廠鋼種研發(fā)部從事研發(fā)工作。