冷镦冷挤压用钢ML08Al的质量控制

供稿|裘 文 / QIU Wen

内容导读

文章介绍了冷镦冷挤压用钢的用途及质量要求,以及对ML08Al盘条生产过程采取的质量控制措施.重点介绍了炼钢冶炼过程LF炉对非金属夹杂物的工艺控制、影响钢水浇注性能的因素及产品质量控制水平.通过一系列的控制措施,使产品质量满足了用户要求,冷镦冷挤压用钢在北营公司实现了批量生产.

ML08Al为非热处理型冷镦冷挤压用钢,主要用于制造螺栓、螺母、螺钉、铆钉、自攻丝螺钉等紧固件和各种冷镦成型的零配件.要保证有足够的强度、良好的韧性和塑性,就必须保证:钢质要求纯净,非金属夹杂物含量要低,具有良好的综合力学性能;冷顶锻试验后试样侧面上不应有裂口、裂纹和裂缝;盘条截面不应有缩孔、分层;盘条表面应光滑,不应有裂纹、折叠、耳子、结疤等缺陷.

生产工艺

参考GB/T6478-2001标准成分,结合本钢北营钢铁(集团)股份有限公司(简称北营公司)生产工艺实际以及用户对盘条拉拔性能的要求,对ML08Al冷镦冷挤压用钢成分设计内控标准如表1.ML08Al的力学性能要求:抗拉强度≤470 MPa, 断面收缩率≥60%;冷顶锻试验后试样侧面上不应有裂口、裂纹和裂缝;试样冷顶锻后与冷顶锻前高度之比为1/2.

表1 ML08Al化学成分(质量分数,%)

结合北营公司生产设备状况,制定ML08Al生产工艺流程为:

铁水预处理→复吹转炉冶炼→LF精炼→方坯连铸(电磁搅拌)→加热→高线轧机轧制→高线机组轧制→风冷.

质量控制

所用铁水经过脱硫至硫含量≤0.005%,扒渣处理,采用重料废钢以免带入过多的磷、硫及其他夹杂.转炉冶炼实现一次倒炉,以免钢水过氧化.由于渣中FeO和MnO含量过高会导致钢中产生Al2O3夹杂不能上浮,而通过加强转炉出钢挡渣操作,减少钢包渣量,能有效降低渣中FeO和MnO含量,减少Al2O3及高熔点的夹杂物.

为了控制钢中[Si]含量,转炉出钢采用留氧操作,出钢结束后在氩站定氧,根据钢中氧含量采用铝线脱去多余的氧,并调整钢中铝至0.020%~0.070%范围内,为精炼环节正常处理创造良好条件.此外为了确保精炼处理时有较小的回硅量,通常采用洁净钢包,避免因钢包带渣及冷钢影响成分控制.

精炼过程是小方坯连铸生产铝镇静钢的重要工艺环节,造好精炼炉渣是确保去除钢中非金属夹杂以及连铸钢水浇注顺行的保证.

◆ 造高碱度白渣及采用铝脱氧工艺

ML08Al属冷镦类的铝镇静钢,因此在精炼处理时的脱氧产物及铝二次氧化产物均会使钢水中氧化铝含量急剧增加,由于氧化铝对炉渣的稀释作用使炉渣流动性很好,但碱度降低,从而导致了炉渣吸附氧化铝夹杂的能力降低.在钢水脱氧初期,氧化铝能否形成簇状上浮直接影响钢水的处理质量.为了避免钢水可浇性变差,北营公司在LF炉处理时加大了白灰使用量,确保炉渣碱度在3.0~5.0范围内波动,(CaO)/(Al2O3)为1.2~2.0,使炉渣内氧化铝含量迅速增加起到了净化钢水的作用.

◆ ML08Al精炼钙处理工艺

在用铝预脱氧或终脱氧的铝镇静钢中,氧化铝为脱氧产物,为了改善钢水浇注性必须确保最大限度的去除氧化铝夹杂,并对残余的氧化铝夹杂进行变性处理,使其成为低熔点的铝酸盐夹杂物.北营公司生产ML08Al时,减少高熔点氧化铝及铝酸钙夹杂物的主要控制手段是:对钢水进行钙处理,并保证钙处理效果(钙铝比适当,控制在0.1~0.15范围内).使炼钢及精炼过程中形成的夹杂物按照CaO.6Al2O3→CaO.2Al2O3→CaO.Al2O3→12CaO.7Al2O3方向进行,从而使钙铝酸盐成为液态易于上浮去除.

保证合适的钙铝比生成液态铝酸钙的同时,又不希望先析出CaS.CaS一般只有在钢水脱氧完全的铝镇静钢中才会存在,因为在钢水有氧的情况下,钢水中的Ca只与钢中的氧结合生产CaO.对于像冷镦类的铝镇静钢而言,控制高熔点的脆性夹杂CaS的产生还是很有必要,同时还能保证浇注顺行.北营公司在脱硫预处理时就控制[S]≤0.005%,从源头上避免了脆性夹杂CaS的产生.铝镇静钢中的[S]一般要求低于0.010%,可以通过铁水预处理深脱硫及LF炉造白渣精炼去硫来保证.

◆ 非金属夹杂物的去除

精炼工艺中,造高碱度炉渣,LF炉白渣操作,白渣(FeO+MnO≤1.0%)保持10 min以上,并按照工艺要求,保证足够的静吹时间及静吹效果.北营公司在ML08Al生产初期的静吹要求是钢液面翻开区域不超过直径30 cm,但在浇注过程中出现了轻微絮流.在后期生产中,采用静吹前5 min钢液面翻开区域直径为40~50 cm,后5 min翻开直径为20~30 cm,通过浇注发现钢水没有絮流现象了,这正好满足簇状夹杂上浮的动力学条件并验证了夹杂物转变过程的正确性.

为保证铸坯的冶金质量采用保护浇注.保护浇注的质量也直接影响钢水的可浇性.例如,北营公司在生产ML08Al前期出现了钢水铝损偏大,中包絮流的情况.经过检查发现外挂长水口存在严重的吸气现象.吸气直接导致钢水二次氧化加剧并产生大量氧化铝夹杂,从而导致絮流.经过检验,发现外挂水口密封圈与钢包下水口不匹配,在改进后避免了此问题的再次出现.

浇铸过程中钢水进行结晶器电磁搅拌,限制钢水过热度,细化铸态组织.中间包采用低碳覆盖剂,结晶器保护渣采用低碳保护渣,以防钢水增碳.

连铸浇注过程中结晶器卷渣也是钢中非金属夹杂的主要来源之一.减少或避免结晶器卷渣的方法有:

(1) 对铝镇静钢而言,钢水洁净,钙处理效果适中,钢水浇注过程顺行,确保拉速平稳,是避免结晶器卷渣的有效手段;

(2) 水口插入深度符合工艺要求;

(3) 水口插入位置必须在结晶器正中心,防止偏流导致流场不稳卷渣;

(4) 保护渣均匀加入,添加时机得当,防止保护渣未溶化卷渣.

铸坯加热采用步进式加热炉,利用无扭高速线材轧机轧制,轧后进行延迟型斯太尔斯工艺冷却.要保证ML08Al有足够的强度、良好的韧性和塑性,即具有较好的综合力学性能,其金相组织为铁素体加珠光体,抗拉强度不大于470 MPa、断面收缩率不小于60%,因而在轧钢生产中采用快速水冷和吐丝后缓冷相结合的工艺.

获得的盘条显微组织均匀,铁素体晶粒度适中,并且非金属夹杂物含量也非常少.良好的显微组织及纯净钢质,保证了用户的拉拔、镦粗等工艺要求.

结束语

根据冷镦冷挤压用钢技术质量要求,通过炼钢冶炼过程工艺控制,重点强调LF炉造白渣对非金属夹杂物的控制及钙处理对夹杂物的变性处理,使钢水纯净度得以保证.北营公司生产的冷镦冷挤压用钢ML08Al盘条质量稳定,工艺流程设计合理.

北营公司ML08Al产品质量控制较好,化学成分控制稳定,物理性能控制较好,满足了盘条性能要求,保证了用户拉拔、镦粗等工艺要求.