硫系易切削鋼的生產實踐

摘 要：剖析硫系易切削鋼的生產難點，介紹某煉鋼廠通過優化轉爐、精煉、連鑄生產工藝，實現了對硫系易切削鋼冶煉成分精準控制和鑄坯質量的穩定，控制鋼水氧含量在0.003％～0.006％范圍和鋼水WMn／WS 比在3.0～4.0[1]，既改善連鑄坯表面針孔和皮下氣泡缺陷，又保證最優切削性能，有效保證了鋼水質量和批量生產能力。

關鍵詞：硫系易切削鋼；活度氧；切削性能

PRODUCTION PRACTICE OF SULFUR-BASED EASY-CUTTING STEEL

Tan Yongming

（Yangchun New Iron and Steel Co.， Ltd. Yangchun 529629，China）

Abstract：This paper analyzes the production difficulties of sulfur-based easy-cutting steel， and introduces that by optimizing the converter， refining and continuous casting production process， a steel mill has achieved accurate control of the smelting composition of sulfur-prone-cutting steel and the stability of the slab quality. The oxygen content of steel water in the range of 0.003%～0.006% and the ratio of molten steel WMn/WS is 3.0～4.0 [1]， which not only improves the surface pinholes and subcutaneous bubble defects of the continuous billet， but also ensures the optimal cutting performance， which effectively ensures the quality of molten steel and mass production capacity.

Key word：sulfur-based easy-to-cut steel; active oxygen; cutting performance

0 引 言

易切削鋼，作為自動機床高速切削制造機械零部件的首選材料，以其獨特的硫、磷含量遠高于一般碳素鋼的特點，顯著提升了鋼的易切削性能，進而大幅度加快了機床的切削速度。近年來，環保型硫系易切削鋼的市場需求持續攀升。為了響應市場需求，某煉鋼廠針對硫系易切削鋼生產控制難點制定了全流程的關鍵控制措施，成功研發并生產了硫系易切削鋼，質量滿足要求。本文旨在介紹該煉鋼廠針對硫系易切削鋼的生產難點采取一系列措施的生產實踐與質量控制策略。

1 生產技術難點

1.1 鋼水氧、硫成分波動大

硫系易切削鋼中較高的氧含量有利于紡錘狀MnS的生成，提高易切削性能。然而較高的氧含量在促使有利形態MnS形成的同時，也可能促使鋼中氧化物夾雜的生成和增加鋼中硫成分的控制難度。因此，鋼中氧的合理控制是硫系易切削鋼生產關鍵控制點。

1.2 鑄坯質量控制難度大

硫系易切削鋼由于其高氧、高硫、高磷的成分特點，鋼水表面張力低、鋼渣難分離。在澆鑄過程易引起鑄坯產生皮下氣泡缺陷和澆鑄過程卷渣、漏鋼等缺陷或事故。因此，以皮下氣泡缺陷為主的鑄坯缺陷控制是硫系易切削鋼生產的另一關鍵控制點。

2 生產工藝路線及成分設計

生產工藝路線為：鐵水→轉爐→吹氬站→LF爐→小方坯連鑄。硫系易切削鋼成分設計見表1。

3 生產工序工藝控制措施

3.1 轉爐工序控制

由于鋼中高硫和較高的磷質量分數，釋放了轉爐脫硫、脫磷壓力。轉爐冶煉前期采用少渣量、低堿度操作，以提高轉爐終點磷質量分數，減少磷鐵合金的加入量。鑒于該鋼種低碳、低硅、高硫的成分設計特點，轉爐出鋼合金化采用高鋁鋁錳鐵預脫氧，出鋼過程中加入金屬Mn球和硫鐵，同時搭配加入少量錳硅合金，確保達到鋼種的成分設計，為精煉環節創造條件。合金加入量見表2。

3.2 精煉工序控制

轉爐出鋼后，鋼水在吹氬站進行預精煉，以減輕LF爐冶煉負擔。吹氬站對鋼水進行成分調整，重點控制鋼水中氧含量，根據進站定氧情況脫氧，確保鋼水出站氧在20～60 ppm范圍內。由于普通光譜分析檢驗大于0.3%及以上的硫成分穩定性差、偏差大，精煉工序對鋼水中硫含量的檢驗采用了取雙樣分析的方法：即每次同時取雙樣分別用光譜法和C-S法檢驗化學成份，以提高硫含量分析的精準度，精準指導精煉過程鋼水硫含量的調整。

1）鋼水硫含量的控制。

LF爐喂FeS線微調硫含量，通過優化造渣工藝，有效降低了硫在精煉過程的燒損。在LF爐冶煉期間，爐渣堿度不宜控制過高，爐渣的氧化性不宜控制過低，兩者都會增加硫的損失，爐渣堿度控制在1.7～2.0，渣中FeO+MnO控制在13%～17%。爐渣成分控制見表3。

LF爐精煉過程中根據光譜樣硫分析結果適量喂入FeS線，穩定控制鋼中的硫含量，避免燒損引起的硫含量波動，同時調整 LF爐造渣，減少石灰的加入量并造低堿度白渣。

2）鋼水氧含量的控制。

LF爐冶煉過程核心是控制過程鋼水的氧含量，活度氧大于0.006％，會加快中間包耐火材料的浸蝕， 造成連鑄鑄流提前失控，活度氧小于0.003％，會降低鋼水可澆性，澆注過程中水口內壁易結瘤，堵塞水口[2]。為保證鋼種氧的平衡，配加硅鐵調整鋼水硅含量，確保鋼中硅含量控制在0.03%～0.05%，LF全冶煉過程活度氧按45 ppm左右控制。送電過程加入以鋁粒或硅鐵粉為主的脫氧劑控制鋼中氧：當氧含量在30～40 ppm時，加1～2包造渣脫氧劑或少量其他渣面脫氧劑；當氧＜30 ppm時，不再加脫氧劑。LF爐鋼水中活度氧見表4。

3）鋼水錳含量的控制。

因精煉過程中鋼水錳含量會有波動，錳含量在LF爐精煉中后期采用中碳MnFe調整。出LF爐前錳含量根據硫含量調整，控制WMn/WS 比為3.0～4.0，保證最優易切 削性。鋼水成分控制見表5。成分調整完后，小氬氣吹氬10 min，保證夾雜上浮，小氬氣狀態以不破渣面且渣面略微波動為準，嚴禁鋼水裸露。

3.3 連鑄工序控制

硫系易切削鋼連鑄坯由于鋼中 高硫、高磷、高氧，鋼水表面張力小，鋼液黏度大，鋼渣分離困難，流動性差，易卷渣；同時由于鋼中高Ｓ、高Ｐ易致鑄坯脆性裂紋。 連鑄通過優化工藝參數，改善鑄機振動參數， 有效提高鑄坯質量。

1）連鑄工藝控制。

結晶器保護渣采用易切削鋼專用保護渣。該保護渣具有保溫性好、黏度較低、鋼渣分離容易的特點，避免連鑄過程漏鋼和鑄坯純凈度。

連鑄二冷配水參數采用弱冷配水制度，降低拉坯速度，減輕高S、高P帶來的裂紋敏感性，確保連鑄坯在拉矯過程中不出現裂紋。

連鑄采用結晶器電磁攪拌技術，由于該鋼種氧、硫含量高，碳氧積處于氣泡形成的臨界狀態，極易形成CO氣泡，因此結晶器電磁攪拌采用較高的電流參數330 A，增大攪拌強度，促進CO氣體的上浮排出，減少皮下氣泡的產生。

穩定結晶器液面，確保結晶器水口插入深度保持在110～130 mm，減少鋼渣界面反應，抑制CO氣體的生成，避免鑄坯卷渣、漏鋼等事故。

2）鑄坯低倍質量。

通過上述措施，優化了連鑄二冷冷卻配水、拉速和電攪參數等工藝參數，采用易切削鋼專用保護渣，精準控制WMn／WS比在3.5左右，鑄坯低倍內部質量良好。鑄坯中心疏松0.5級、中心裂紋0.5～1.0級、縮孔0.5～2.0級，綜合評級1.5級。鑄坯低倍樣見圖1。

4 結 論

該煉鋼廠結合硫系易切削鋼的特性和冶煉難點，通過試驗研究，優化了轉爐、精煉、連鑄工藝，實現了對硫系易切削鋼冶煉成分精準控制和鑄坯質量的穩定，有效保證了鋼水質量和批量生產能力。

參考文獻

[1] 周平，劉景華，衣中文．國內外易切削鋼綜述[J]．萊鋼科技，2004（６）：63．

[2] 郭銀濤，何生平，王謙，等．含硫含鋁易切鋼的可澆性研究[C]//第十八屆（2014年）全國煉鋼學術會議論文集－S06：凝固與連鑄．西安：中國金屬學會，2014：1．

作者：譚永明，男，38歲，工程師