40Cr 合金結構鋼熱軋圓鋼生產實踐

丁建國，侯 棟，宋 健，張 鑫

（首鋼長治鋼鐵有限公司，山西 長治 046031）

40 Cr合金結構鋼熱軋圓鋼被廣泛應用于制作具有重要用途的調質零件，這些零件一般皆用于機械設備的重要部位，往往需要承受多種載荷的綜合作用，其加工制作工藝復雜，因此對鋼材有特殊的質量要求。40 Cr鋼不僅要求成分均勻、內在及表面的質量都好，而且還要有良好的加工工藝性能。首鋼長治鋼鐵有限公司（全文簡稱首鋼長鋼公司）在100萬t棒材產線開發了Φ25~30 mm規格的40 Cr熱軋圓鋼，生產工藝穩定成熟，產品質量可靠。

1 生產工藝控制

首鋼長鋼公司生產40 Cr熱軋圓鋼的主要設備包括2座1 080 m3高爐、3座80 t轉爐、2座LF精煉爐、3臺小方坯連鑄機和100萬t棒材軋線，其主要工藝流程為：高爐鐵水→80 t轉爐→LF精煉→連鑄澆注→鑄坯加熱→粗軋→中軋→精軋→打包→取樣、檢驗等。

1.1 成分控制

40 Cr熱軋圓鋼主要元素含量如表1所示。在滿足GB/T 3077—2015基礎上，w（C）、w（Si）、w（Mn）、w（Cr）按標準要求的中限控制，w（P）、w（S）按低于標準控制。

表1 化學成分控制及標準要求 %

40 Cr熱軋圓鋼的力學性能要求如表2所示。

表2 力學性能要求

1.2 煉鋼控制

1.2.1 轉爐冶煉

轉爐終渣堿度不得低于3.0，終點w（C）應保證在0.08%以上，在得到適宜的w（C）的同時，需防止鋼水氧化性過強，減少鋼水中原始w（O）。鋁鐵作為脫氧劑，根據終點w（C）和溫度水平，噸鋼加入量為3.0~3.5 kg。出鋼過程加入10 kg/t的石灰、精煉渣等渣料，全程鋼包吹氬，使鋼水成分和溫度保持均勻。

1.2.2 LF精煉爐

為進一步保證鋼水成分和溫度的均勻，提高鋼水純凈度，減少鋼中夾雜物和氣體含量，采用LF爐對鋼水精煉處理。鋼水通電后加入活性石灰、精煉渣等造渣材料，總渣料控制在15 kg/t之內，精煉過程渣面加0.5~1.0 kg/t鋁粒或硅鐵粉進行脫氧，造白渣后持續一定時間。鋼水精煉完成后喂入鈣鐵線進行處理，控制鋼中m（Ca）/m（Al）=0.10左右。喂線后鋼包弱吹氬10 min以上，在促進夾雜物上浮去除的同時也可防止鋼水二次氧化。精煉出站鋼水溶解氧（質量分數）不大于6.0×10-6，全鋁含量（質量分數）不低于0.020%。

1.2.3 連鑄澆鑄

連鑄機為5機5流R10m全弧型150mm×150 mm小方坯連鑄機，采用了全保護澆注、結晶器電磁攪拌、電動缸非正弦振動、塞棒液面自動控制等技術，實現了恒拉速控制。嚴格開機中包烘烤、中包充氬處理。中間包鋼水過熱度控制住25~35℃，二冷段氣霧冷卻，控制鑄坯冷速[1]，鑄坯矯直溫度在950℃以上。鑄坯堆垛緩冷18 h以上，以促進氫擴散溢出[2]。通過對連鑄坯低倍分析得出，中心疏松和中心偏析0~1.0級，裂紋及非金屬夾雜均低于1.0級，鑄坯質量控制良好。

1.3 軋鋼控制

1.3.1 溫度控制

40 Cr鋼中鉻元素含量較高，溫度控制不當會使其棒材表層產生貝氏體等異常組織，進而導致40 Cr冷拔斷裂。根據40 Cr鋼的CCT曲線可知，冷速小于2℃/s時，組織會出現鐵素體與珠光體；當冷速大于2℃/s時，就會出現貝氏體[3，4]。因此，40 Cr鋼開軋溫度需保持在1 000~1 050℃之間，入精軋溫度應≤950℃控制。軋后自然冷卻，嚴禁風機風向對著熱軋材進行吹風操作。

1.3.2 軋制控制

40 Cr圓鋼對表面質量要求嚴格。軋前檢查軋機軋輥、導衛、導槽等的磨損老化現象，調整軋機軋槽對中。嚴格控制軋材表面質量[5，6]，優化孔型設計，將1號軋機孔型槽底寬度加大4 mm，內圓角半徑減小11 mm；2號軋機槽底寬度減小4 mm，槽口寬度增加2 mm，以改善軋件過鋼充滿度。軋制過程中要保證運輸設備表面平整光滑無掛鋼，避免對軋件劃傷及造成折疊缺陷，將頭尾剪切干凈。定時取冷頂鍛試樣檢測表面質量，出現異常情況時，果斷攔鋼停軋，以確保表面質量。

2 組織性能分析

2.1 金相組織

40 Cr圓鋼的金相組織如圖1所示。金相組織為鐵素體和珠光體，晶粒度為8.5~9.0級，控制效果較好。鋼材表面脫碳層深度為0.08~0.15μm，如圖2所示。

圖1 金相組織

圖2 表面脫碳層

2.2 夾雜物評級

通過對40 Cr圓鋼取樣分析得出，硫化物、氧化鋁類細系夾雜物均低于1.0級，硅酸鹽、氧化物細系夾雜為0~1.5級，非金屬夾雜物含量符合GB/T3077要求。

2.3 性能

40 Cr圓鋼外形尺寸偏差控制完全滿足B級要求，其中C級品比例超70%。40 Cr熱軋圓鋼的抗拉強度控制在1 010~1 060 MPa，平均為1 030 MPa；屈服強度控制在815~835 MPa，平均為822 MPa；斷后伸長率大于12%；斷面收縮率為51%~59%，各項性能指標控制穩定。檢測1/3熱頂鍛樣合格，用戶加工使用正常。

3 結論

首鋼長鋼公司采用轉爐、LF精煉、連鑄及100萬t棒材產線生產的Φ25~30 mm規格40 Cr熱軋圓鋼工藝質量穩定，鋼質潔凈度高，鋼材表面質量優良，力學性能適宜，具有良好的加工性能，能很好地滿足用戶加工使用要求。