65Mn弹簧钢的研究与开发论文

65Mn弹簧钢的研究与开发彭骞（水城钢铁集团有限责任公司炼钢厂邮编：553028）摘要：论述了100t顶底复吹转炉生产65Mn弹簧钢的冶炼、LF炉精炼、连铸工艺、高线轧制工艺，通过对生产工艺进行研究与控制，65Mn钢盘条产品质量满足了GB/4354-1994标准要求，获得了用户的好评。关健词：100t顶底复吹转炉LF炉精炼连铸高线轧制65Mn弹簧钢65Mn兼具高碳及低合金钢的特点，主要用于制作普通弹簧钢丝、油淬火-回火弹簧钢丝、汽车和农用车减震器弹簧、其它机械弹簧、钢丝绳等金属制品的重要原料，产品质量要求高，是一种高附加值产品，市场需求量大，以往大多采用电炉工艺生产，生产成本较高。随着水钢新炼钢的投产，铁水预脱硫、LF精炼、中间包塞棒控制及电磁搅拌等新工艺的相继投用，新高线的投产，产品开发硬件已具备，2008年8月份，成功开发并试生产了3炉钢，产量250吨，产品性能良好，得到用户的好评。一、65Mn钢化学成分及工艺路线1化学成分参照GB699优质碳素结构钢标准和GB/4354-1994重要用途碳素弹簧钢丝（65Mn）标准，结合水钢高炉铁水成分、温度的状况和炼钢厂精炼装备水平，制定企业65Mn钢内控成分，见表1化学成分按下表要求执行：表1元素C%Si%Mn%P%S%CrNiCu控制范围0.62-0.700.17-0.370.90-1.20≤0.035≤0.25≤0.30≤0.25目标控制0.64-0.680.22-0.301.00-1.10≤0.020≤0.20≤0.10≤0.1565Mn钢要求［N］≤40×10-6，T［O］≤50×10-6，其盘条力学性能要求为：抗拉强度950～1100MPa，断后延伸率≥10%，断面伸缩率≥30%。2工艺路线高炉铁水→900t混铁炉→100t顶底复吹转炉冶炼→100tLF炉精炼→150mm×150mm方坯连铸→铸坯热送（冷送）→步进式加热炉→28架高速线材轧机轧制→检验→打包→入库。3主要设备及参数3.1公称容量100t两座顶底复吹转炉，冶炼周期35min，出钢量88t；3.2100t钢包精炼炉一座，变压器功率20MVA，升温速度0～5oC／min；3.3两台6机6流全弧形方坯连铸机，断面150mm×150mm，弧形半径R=8m，带液面全程自动控制，结晶器安装电磁搅拌。大包长水口带Ar封全程保护浇注，中间包容量28吨，采用塞棒控制技术以及中间包连续测温装置。3.4一座步进式加热炉，容量达120吨/小时，以及28架高速（97m/s）线材轧机轧制。二、生产工艺1转炉冶炼工艺冶炼65Mn钢工艺的关键：①早、中期的造渣脱磷；②中、后期的造渣脱硫；③终点控制C-T协调。终渣良好，保证［P］，［S］合格出钢；［C］，［O］控制合适，保证CSiMn成分的稳定；④合理的脱氧合金化。2008年8月3炉65Mn冶炼终点控制成分见表2。65Mn冶炼终点控制成分见表2。从表2可看出，终点［C］含量合理，［S］，［P］含量较低，可满足工艺要求。1.1“双渣法”脱磷冶炼前、中期钢水温度低，渣中（FeO）高，具有良好的脱磷条件。针对水钢高炉铁水磷含量偏高（0.110%～0.150%）、渣量大的特点，采用“双渣法”操作，即吹炼前期加入石灰约占30～40kg/t（全部加入量的2/3），保证前期渣碱度在2.5～2.8。吹氧300s后，倒掉前期渣。采用“双渣法”脱磷后，95%以上的炉次冶炼终点［P］小于等于0.015%1.2终点［C］的控制冶炼65Mn钢，终点［C］控制有高拉碳补吹法和低拉碳增碳法两种方式，各有优缺点，结合炼钢厂冶炼操作的特点，终点碳控制采用低拉碳增碳法：吹氧800s左右后倒炉，拉碳至0.08%～0.15%放钢，出钢再增碳。这样做有4点好处：（1）钢水［O］较低，一般在3.5×10-4以下；名称C%Mn%P%S%实际范围0.08-0.150.08-0.200.10-0.20≤0.25平均值0.1250.120.015≤0.20控制目标0.08-0.15≤0.015≤0.20（2）［C］在该范围内，样模内碳含量目测较准确，避免了碳高目测不准现象，缩短了化验分析时间，冶炼周期相应缩短，使炉机匹配更趋合理；（3）终点［S］，［P］可满足要求；（4）增碳剂加入量也较稳定，避免了成分波动。1.3脱氧合金化采用高钡（Ba≥18%）硅钙钡作终点脱氧剂，用量180kg/炉，有效地保证了钢水中氧的去除和夹杂物的变形、去除。2LF炉精炼及钙处理工艺2.1LF精炼LF精炼采用石灰，预熔型合成渣，埋弧渣造还原渣，总渣用量为12～15kg/t。精炼前期采用高电压、短弧操作，使造渣材料尽快熔化，形成泡沫状。精炼渣碱度应控制在2.5～3.0范围内，渣子化好后，应采用低电压、大电流埋弧操作，升温速度在2～4℃/min的范围内并且保证白渣时间大于10min，充分去除夹杂和降低钢中的T［O］量；同时向钢包喂Si-Ca线，对夹杂物进行变性处理，喂入量2m/t。喂线后软吹氩时间不小于8min。炉精炼的主要作用：（1）脱氧、脱硫、去除夹杂、气体；（2）均匀钢水成分温度，并为连铸提供温度稳定的钢水；（3）微调钢水成分。2.1.1、工艺流程：钢水进站→测温、预吹Ar→入位、成分粗调→加热、造白渣→测温、取样→成分微调、二次精炼→测温→出位→成份精调（调C）、喂丝、取样→软吹Ar、测温→加保温剂→连铸2.1.2、过程控制：钢水进站加入200kg/炉二元合成渣（或石灰）和300kg/炉精炼渣，强吹氩3min，强度以钢水不翻出钢包为准，然后进行成份初调，在相应的到站温度下，采用相应的抽头化渣，精炼3分钟后合成渣（或石灰）300kg。采用电石、SiFe粉（粒度≤3mm）造白渣，要求白渣时间大于等于10min。在供电8min内形成液态白渣，10min后提升电极测温、取样；再下电极进行精炼。待10分钟精炼样化验结果出来后，根据结果进行成份微调，微调后强吹氩3分钟取样送检，下电极升温。精炼过程调节氩气流量，防止精炼大翻溢渣，并调节除尘风机风量保证正压操作。精炼结束后喂硅钙线200m/炉进行钙处理，喂线后软吹氩8～10分钟，软吹氩渣面微微涌动不裸露钢水，确保夹杂物上浮去除。精炼周期（入LF炉加热位到软吹完毕）按40～45min控制，出精炼站钢水成份和温度按下表控制：出精炼站钢水成份和温度元素C％Si％Mn％P％S％软吹后温度℃第一包连浇65Mn0.63±0.010.26±0.041.05±0.03≤0.025≤0.0151555-15651535-1545为了使白渣快速形成，我们在精炼前期向渣面上加入10-15kg/炉铝粒进行脱氧，其氧活度的变化如下：65Mn精炼过程氧活度变化0510152025工序氧活度（PPm）281-07420282-07425281-0742022.497.487.499.81282-0742512.8710.846.3110.92进站喂丝前喂丝后软吹后从上表看，加铝粒后氧活度有明显降低的趋势，但软吹后有所升高，主要是由于吹氩过程钢液二次氧化所造成，因此在软吹过程氩气不能太大，以液面波动不裸露钢液为宜。3、连铸工艺铸坯中心偏析、疏松及内部裂纹、夹杂物含量高是影响铸坯内在质量的主要缺陷，65Mn属中高碳钢，由于其碳含量高，钢水在结晶器内形成的有效坯壳较薄，且相对应力较大，易形成内裂纹，因此，结合炼钢厂方坯铸机的实际情况，结晶器采取了强冷，水量为100t/h，坯壳相对较厚；二冷采用弱冷，比水量0.6L/kg并实行自动配水，目标拉速2m/min，辅之以液面自动控制，并采用了电磁搅拌技术，使铸坯易于产生的疏松、缩孔、偏析等问题得到有效的控制，保证了铸坯质量和生产的稳定。3.1采用65Mn钢自动配水曲线，浇注过程采用全保护浇注。大包保护浇注长水口、中间包保护浇注长水口均为AL-C质，大包保护浇注长水口采用氩气密封、中包保护长水口采用耐高温纤维垫密封，中间包在开浇前进行充氩处理，减少二次氧化,中间包保温材料采用无碳覆盖剂,中包液面必须控制在600～700mm，液面波动±50mm。为避免中间包水口结瘤，采取了以下措施：（1）采用性能更好的SiAlBaCa合金代替SiAl-Ba合金作为终脱氧剂；（2）精炼尽量采用Si脱氧，减少Al的用量；（3）对精炼后的钢水喂Si-Ca，进行钙处理，保证喂丝后的吹氩时间；（4）做好连铸全程保护浇注，大包长水口+Ar封，保证中间包覆盖良好，防止钢水二次氧化；（5）严格控制增碳剂的质量；（6）加强中间包烘烤管理，保证中间包烘烤干燥。为避免铸坯中心偏析，采取了以下措施：（1）严格控制中间包浇注温度，1495～1515℃，Δ≤T40℃；（2）根据中间包温度合理控制拉速，当中间包温度在1495～1515℃，拉速为1.6～1.8m/min；（3）采用结晶器电磁搅拌，来减轻中心疏松和偏析，实践证明，采用EMS，I=250A，f=6HZ，铸坯内部组织得到明显改善；（4）二冷配水采用弱冷，抑制柱状晶生长，比水量为0.6L/kg。4轧制工艺4.1加热工艺由于65Mn弹簧钢导热性能差、热敏感性强和易脱碳等特点的影响，因此，65Mn钢坯在加热的过程中，要经常注意钢坯温度和加热炉炉内温度的状况，以保证钢坯不过热、不过烧、温度均匀，且通条温度差不大于50℃。加热炉温度控制如下：加热段1180～1230℃，均热段1150～1200℃，出钢温度1020～1080℃，目标控制值：1050℃钢坯加热应均匀，钢坯头、中、尾温差≤50℃，加热过程中防止钢坯出现过热、过烧等现象；炉内为微还原性气氛；若停轧时间在30min以上立即降温到900℃保温。4.２轧制控制：（1）出预穿水温度880~910℃；吐丝温度控制在830~860℃，目标值850℃。（2）轧后三段水箱全部开启。4.３冷却运输线要求4.３.1辊道速度设定辊道123456789其余超前率0010203545556060654.３.2风机、辊道主速度控制方案辊道主速度（m/s）风机开启度12345678其余开开开开开开开开关一0.5095%95%95%95%80%60%60%——二0.3095%95%95%95%85%60%60%60%—三0.3095%95%95%95%85%————4.３.3保温罩控制（1）方案一的保温罩控制：1—7#全开，剩下的全部加盖；（2）方案二的保温罩控制：1—8#全开，剩下的全部加盖。（3）方案三的保温罩控制：1—5#全开，剩下的全部加盖。控制要点:吐丝温度控制在850℃，相变温度控制在590℃，进罩温度分别控制在570℃、550℃、530℃。（控制曲线图见附页）4.4精轧工艺精轧区域开轧温度≥950℃，终轧温度≥850℃。由于弹簧钢变形抗力大，所以要合理分配各道次的压下量，同时注意观察各架轧机的电流情况。在宽度上，由于弹簧钢比普碳钢宽展要大，因此要合理控制带钢的外型尺寸。精轧主控台试车速度不得超过6m/s，正常后轧制速度不得超过8m/s。精轧调整工要经常检查粗轧二架9孔来料尺寸，按规定时间对带钢外形尺寸进行卡量，尺寸异常或外形不好应对精轧机组及时调整。精轧压下规程及速度制度见表5三、工艺效果１、低倍控制情况炉号皮下气泡非金属夹杂（级）中心疏松（级）角部裂纹（级）边部裂纹（级）中间裂纹（级）中心裂纹（级）缩孔（级）级别深度（mm）281-7420V------1.0--------1.0281-7420III------2.0----------281-7420IV------2.5----------281-7421VI------------------281-7421I------1.5--------2.0281-7421II------2.5--------1.0282-7425V------1.0--------1.0282-7425I------2.5----------282-7425III------1.5----------281-7420V纵剖断续小疏松孔281-7420IV纵剖断续缩孔281-7421II纵剖断续疏松孔282-7425III纵剖