安鋼優(yōu)質(zhì)碳素鋼65Mn熱軋卷板開發(fā)實(shí)踐

成曉舉 于永業(yè) 向 華 劉偉云

（安陽鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司）

0 前言

優(yōu)質(zhì)碳素鋼65Mn含碳量高，具有淬透性好、脫碳傾向少、價(jià)格低廉及切削性好等優(yōu)點(diǎn)，可用于制造圓鋸片，生產(chǎn)成鋼絲、鋼帶，制造各種截面較小的扁、圓彈簧和彈簧片，在汽車、火車等交通運(yùn)輸行業(yè)和電子行業(yè)的用量也很大，是優(yōu)質(zhì)碳素鋼中要求較嚴(yán)的優(yōu)質(zhì)高級鋼，同時(shí)在鋼材總產(chǎn)量中也占有很大比例[1]。安鋼1 780 mm熱連軋生產(chǎn)線自投產(chǎn)以來，進(jìn)行了管線鋼、汽車大梁鋼、硅鋼、冷軋基料等產(chǎn)品研發(fā)，生產(chǎn)工藝成熟，產(chǎn)品質(zhì)量良好，為開發(fā)生產(chǎn)高碳鋼打下了良好的基礎(chǔ)。筆者主要通過強(qiáng)化煉鋼過程的質(zhì)量控制，全程保護(hù)澆注，結(jié)晶器和二冷采用強(qiáng)冷，低溫加熱、高溫終軋和高溫卷取等措施，成功研發(fā)了優(yōu)質(zhì)碳素鋼65Mn熱軋卷板。

1 技術(shù)要求

安鋼優(yōu)質(zhì)碳素鋼65Mn化學(xué)成分根據(jù)GB/T711《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼熱軋鋼板和鋼帶》的規(guī)定制定，具體成分見表1。為了滿足用戶使用要求，在力學(xué)性能方面，按照屈服強(qiáng)度在350 MPa以上，抗拉強(qiáng)度在735 MPa以上，斷后延伸率在9%以上控制，總脫碳層深度每面不大于鋼帶實(shí)際厚度的2%。

表1 65Mn化學(xué)成分 /%

2 裝備條件及工藝路線

2.1 裝備條件

安鋼1 780 mm熱連軋產(chǎn)線配套的主要設(shè)備：2套鐵水預(yù)處理，2座150 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐，2座170 tLF精煉爐，2座RH真空精煉爐，2臺常規(guī)雙流板坯連鑄機(jī)，1條七機(jī)架1 780 mm熱連軋生產(chǎn)線。

2.2 工藝路線

安鋼優(yōu)質(zhì)碳素鋼65Mn熱軋卷板采用的工藝路線：鐵水預(yù)處理—150 t 頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐—LF 爐—常規(guī)板坯連鑄機(jī)—1 780 mm熱連軋機(jī)組。

3 生產(chǎn)工藝控制

3.1 轉(zhuǎn)爐冶煉生產(chǎn)

為減少LF爐脫硫壓力，鐵水預(yù)脫硫至0.005%入爐，采用潔凈廢鋼，吹煉過程早化渣，化好渣。終點(diǎn)碳影響鋼的成分控制和鋼的質(zhì)量，終點(diǎn)碳含量越低，鋼中氧含量越高，脫氧劑、增碳劑消耗量越大，夾雜物含量增加。由于轉(zhuǎn)爐冶煉低碳鋼較多，高碳鋼生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)較少，考慮到最終產(chǎn)品質(zhì)量將終點(diǎn)碳控制在0.15%～0.25%，出鋼溫度控制在1 630～1 680 ℃，氬站硫控制在0.020%以下，并采用滑板擋渣，嚴(yán)格控制下渣量。另外，采用鋁鐵、硅錳和高碳錳進(jìn)行脫氧合金化。

3.2 LF精煉生產(chǎn)

LF精煉爐的主要目的是控制鋼水的純凈度。為緩解LF精煉壓力，對鐵水進(jìn)行預(yù)脫硫，轉(zhuǎn)爐采用高溫出鋼并使用周轉(zhuǎn)鋼包，此工藝條件下LF精煉送電較少，且能盡可能減少送電升溫過程的吸氮，從而提高鋼水質(zhì)量。鋼包到站后升溫至1 540～1 560 ℃，為防止鋼水吸氮氧化，鋼包吹氬攪拌強(qiáng)度以鋼水液面不裸露、電弧穩(wěn)定為原則。采用石灰和精煉劑盡快造渣，并進(jìn)行成分微調(diào)，白渣的保持時(shí)間不小于15 min。爐內(nèi)控制微正壓氣氛，同時(shí)可避免后期喂線后再次送電加熱。為確保夾雜物上浮，喂純鈣線后，軟吹氬時(shí)間不小于8 min，軟吹氬流量以使鋼液面微微波動又不漏出鋼液面為原則。

3.3 連鑄生產(chǎn)

澆注過程應(yīng)做好保護(hù)澆注，防止鋼水二次氧化，大包采用喇叭形長水口+密封墊+氬氣保護(hù)，并浸入式開澆，將增氮量控制在0.000 3%范圍內(nèi)，中包內(nèi)添加中碳鋼覆蓋劑，確保鋼水不裸露。采用高碳鋼保護(hù)渣，在澆注時(shí)，嚴(yán)格按照保護(hù)渣操作規(guī)范，保證液面活躍，盡量避免周邊結(jié)冷鋼或渣條。為防止結(jié)晶器液面波動造成結(jié)晶器卷渣，用結(jié)晶器液面自動控制系統(tǒng)，將結(jié)晶器液面波動控制在±3 mm以內(nèi)。鑄坯的中心偏析、疏松及內(nèi)部裂紋、夾雜物含量高是影響其內(nèi)在質(zhì)量的主要缺陷[2]。為減少連鑄板坯中心偏析和疏松，提高內(nèi)部質(zhì)量，將過熱度控制在15～30 ℃之間，結(jié)晶器冷卻和二次冷卻均采用強(qiáng)冷，二冷電磁攪拌電流強(qiáng)度在450～480 A之間，頻率為5 Hz。將澆注拉速控制在0.7～1.0 m/min，并采用恒速澆注。

3.4 熱軋生產(chǎn)

熱軋工藝參數(shù)會對鋼卷的表面脫碳、力學(xué)性能和加工使用性能有較大的影響。

3.4.1 加熱工藝

高碳鋼在加熱爐加熱過程中發(fā)生脫碳，將會嚴(yán)重影響其奧氏體組織的均勻性，不僅使其在后續(xù)冷變形時(shí)強(qiáng)度達(dá)不到要求，而且影響其耐磨性，還可能由于變形不均勻產(chǎn)生裂紋[3]。因此，連鑄板坯采用熱裝入爐，考慮到高碳鋼變形抗力大，也為了防止脫碳傾向，將高碳鋼65Mn在爐時(shí)間控制到120～180 min，采用低溫出鋼，溫度控制在1 190～1 220 ℃。在生產(chǎn)過程中，避免板坯長時(shí)間在爐待溫。

3.4.2 軋制工藝

在粗軋時(shí)，要利用板坯出爐溫度高、塑性好的有利條件，實(shí)現(xiàn)較大變形，減輕精軋機(jī)組的負(fù)荷。根據(jù)不同的厚度要求，將中間坯厚度控制在34～45 mm。為防止中間坯冷卻過快，進(jìn)精軋前，保溫罩必須全部投用，確保進(jìn)精軋時(shí)中間坯溫度在1 100℃左右，精軋各道次間水盡量少使用，F(xiàn)1、F2、F3出水量15%～25%左右，其他道次所有水均關(guān)閉。精軋溫度設(shè)定在860～890 ℃之間，層流冷卻采取前段稀疏冷卻方式，為防止熱軋扁卷，優(yōu)質(zhì)碳素鋼65Mn卷取溫度高于奧氏體相變溫度[4]。

3.4.3 緩冷工藝

65Mn屬于高碳鋼，在變形后連續(xù)冷卻條件下，主要發(fā)生高溫轉(zhuǎn)變，相變產(chǎn)物為珠光體和少量的先共析鐵素體；中溫階段有極少量的貝氏體轉(zhuǎn)變，但不構(gòu)成貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)；快冷條件下主要發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，臨界淬火速度為40 ℃/s[1]。在生產(chǎn)時(shí)，要求成品鋼卷下線后盡快調(diào)至保溫箱保溫，緩冷72 h后再取樣進(jìn)行力學(xué)性能等檢測。

4 討論與分析

4.1 化學(xué)成分

在冶煉時(shí)，轉(zhuǎn)爐出鋼碳含量穩(wěn)定控制在0.018%～0.028%之間。由于增加了鐵水預(yù)處理工序，入爐硫含量控制在0.018%以下，為LF精煉爐創(chuàng)造了有利條件。在LF精煉爐，主要進(jìn)行硅錳合金化和促進(jìn)夾雜物上浮，并實(shí)現(xiàn)化學(xué)成分的精確控制，同時(shí)鋼中氮含量能夠穩(wěn)定控制在0.005 0%以下。其化學(xué)成分見表2。

4.2 板坯低倍

連鑄澆注時(shí)，采用低過熱度和低拉速、恒速澆注，改善了連鑄板坯的凝固組織，提高了等軸晶比例，明顯提高板坯的內(nèi)部質(zhì)量。結(jié)晶器和二次冷卻采用強(qiáng)冷，表面未出現(xiàn)缺陷。經(jīng)檢驗(yàn)，優(yōu)質(zhì)碳素鋼65Mn中心偏析C類小于0.5級，中心疏松小于0.5級，未發(fā)現(xiàn)明顯中間裂紋，低倍組織如圖1所示。

表2 優(yōu)質(zhì)碳素鋼65Mn化學(xué)成分/ %

圖1 優(yōu)質(zhì)碳素鋼65Mn低倍組織

4.3 力學(xué)性能

優(yōu)質(zhì)碳素鋼65Mn鋼卷緩冷72 h，并切除兩圈后，取樣進(jìn)行力學(xué)性能分析，見表3。檢測結(jié)果表明，優(yōu)質(zhì)碳素鋼65Mn的屈服強(qiáng)度在452～503 MPa之間，抗拉強(qiáng)度在888～981 MPa之間，伸長率在18%以上。

表3 優(yōu)質(zhì)碳素鋼 65Mn力學(xué)性能

為進(jìn)一步了解優(yōu)質(zhì)碳素鋼65Mn鋼卷頭中尾性能差，在距鋼卷尾部30 m、鋼卷中間、距鋼卷頭部30 m取樣進(jìn)行力學(xué)性能分析，結(jié)果見表4。

表4 優(yōu)質(zhì)碳素鋼 65Mn頭、中、尾力學(xué)性能

從表4可以看出，優(yōu)質(zhì)碳素鋼65Mn尾部位置由于冷軋速度稍快，強(qiáng)度水平明顯高于中間和頭部，而中間位置由于冷卻速度最慢而強(qiáng)度水平最低。由于卷取后采用保溫坑緩冷方式，優(yōu)質(zhì)碳素鋼65Mn頭、中、尾屈服強(qiáng)度最大差異僅24 MPa，抗拉強(qiáng)度最大差異僅16 MPa，降低了強(qiáng)度差異過大造成的后期加工難度。

4.4 金相檢驗(yàn)

對工業(yè)生產(chǎn)的3.2 mm厚度規(guī)格65Mn進(jìn)行金相組織分析，如圖2所示。試樣經(jīng)4%的硝酸酒精溶液侵蝕，脫碳層厚度17.2 μm，滿足總脫碳層深度每面不大于鋼帶實(shí)際厚度的2%的要求。金相顯微組織邊部和中間位置均為索氏體S、珠光體P和少量的鐵素體F，而邊部有輕微脫碳層。對夾雜物進(jìn)行分析，結(jié)果為：A類夾雜物0.5～1.5級，B類夾雜物0.5～1.0級。

圖2 優(yōu)質(zhì)碳素鋼65Mn金相組織（500×）

4.5 硬度

對優(yōu)質(zhì)碳素鋼65Mn不同位置的維氏硬度進(jìn)行對比分析，結(jié)果見表5。

表5 優(yōu)質(zhì)碳素鋼65Mn維氏硬度

從表5可以看出，65Mn熱卷維氏硬度在245～276之間，鋼卷頭部和中心位置硬度值相對較小，尾部硬度值稍高，這主要與鋼卷頭部、中卷位置卷取溫度偏高，尾部卷取溫度偏低有關(guān)。

5 結(jié)論

（1）在冶煉時(shí)，增加了鐵水預(yù)處理，65Mn整個生產(chǎn)過程穩(wěn)定，轉(zhuǎn)爐出鋼終點(diǎn)控制穩(wěn)定，LF精煉爐將重點(diǎn)放在以夾雜物上浮為主，既保證了其各項(xiàng)成分均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，也提高了鋼水的潔凈度。

（2）通過采用合理的低過熱度、低拉速澆注，合理的電磁攪拌參數(shù)，其中心偏析控制在C類0.5級，中心疏松控制在0.5級，無明顯的中間裂紋，提高了的內(nèi)部質(zhì)量。

（3）在熱軋時(shí)采用低溫加熱、高溫終軋和高溫卷取，表面脫碳層得到了有效控制，其力學(xué)性能滿足要求，卷形良好。