SWRCH35K冷镦钢的研制

雷岩岩，张 琨，张环环

（山钢集团永锋临港有限公司，山东 临沂276600）

1 前 言

SWRCH35K冷镦钢盘条作为我国目前8.8级紧固件市场需求量最大、工艺较成熟的中碳冷镦产品，广泛用于生产螺钉、销钉、螺母等标准件。某公司通过优化工艺技术和改善相关生产设备，开展对冷镦钢SWRCH35K 的技术研究和试生产，探索适合本厂原料、装备水平的生产工艺，生产出满足市场需求的产品，进一步的丰富公司的产品品种，增加产品的附加值，达到提高经济效益、促进生产技术进步的目的［1］。

2 生产工艺

2.1 成分和工艺路线

SWRCH35K 冷镦钢在加工冷镦过程中变形量大（约50%～75%），同时承受很高的变形速率，对其成分性能有较高要求［2］。根据日本标准和本企业操作人员对成分波动的控制水平，制定了企业生产标准，如表1所示。

SWRCH35K冷镦钢生产工艺流程：铁水→混铁炉→120 t 转炉冶炼→LF 精炼→150 mm×150 mm方坯连铸→连铸坯缓冷→步进式加热炉加热→高线轧制→斯太尔摩控冷→打捆→入库。

2.2 转炉冶炼

2.2.1 装入制度

入炉总量定为115 t，其中铁水废钢根据物料平衡和热平衡确定使用量。铁水使用为高炉自产，要求高炉稳定生产时提供，铁水温度不低于1 280 ℃。铁水化学成分满足：Si 0.4～0.8%，S≤0.05%，P≤0.10%，且炉次间成分相对稳定。废钢使用干燥、干净残钢残铁及轧废产品，不允许使用未经分类处理的外购废钢。

2.2.2 过程控制

冶炼过程供氧强度按照3.0 m3/（min·t），工作氧压0.70～0.95 MPa 进行控制，视炉内的化渣情况恒氧压变枪位操作。同时为保证终点低磷目标要求，采用造双渣操作，在供氧约3～5 min脱Si结束后提枪进行倒渣，降枪后继续造高碱度渣。

2.2.3 终点控制

终点采用高拉补吹工艺，终点碳≥0.08%，补吹不多于两次，防止钢水过氧化，出钢温度控制在1 650±10 ℃。

2.2.4 出钢脱氧合金化

出钢过程钢包底吹氩气，脱氧剂先使用硅钡钙，再用铝块进行深脱，尽可能降低钢水中溶解氧含量；加入碳粉和硅锰合金达到目标控制下限；出钢结束前加入石灰、萤石和精炼预熔渣等顶渣，出钢挡渣采用挡渣塞，严格控制下渣量。

2.3 LF精炼

2.3.1 炉渣控制

精炼LF炉渣子的脱硫去夹杂能力主要是通过渣子氧化性、碱度、流动性来体现。精炼LF造渣若满足氧化性较低、碱度合适、有较好的流动性，采用铝粉+电石+碳化硅+碳粉综合扩散脱氧工艺，迅速造成泡沫性良好的白渣，就能较好的吸附夹杂。

2.3.2 合理的底吹氩控制

底吹氩工艺是LF精炼过程中一个非常重要的环节，其作用是对钢水进行搅拌，促进钢液成分和温度的均匀以及钢液中夹杂物的上浮，去除钢中的非金属夹杂。通电升温化渣过程，适当控制底吹氩气，此时可使渣有效泡沫化，避免电极增碳和铝烧损生成大量的Al2O3夹杂。待渣化好后可将氩气适当调大，使炉渣能迅速脱氧，并形成白渣。白渣形成后可将氩气调至较大状态，让活性强的渣子充分去除钢水夹杂及脱硫，并保持一定时间的搅拌以确保去夹杂效果。进行钙处理时，将氩气调整为软吹状态并保证软吹时间不小于10 min，确保进一步去除夹杂。

2.3.3 钙处理

钢水进行钙处理，不仅可以深脱氧，还可以深脱硫。在钢液脱氧后，［O］已很低的情况下，Ca 直接脱氧反应成为次要过程，此时它主要与钢中Al2O3发生反应：

钙在这些Al2O3夹杂颗粒中扩散，随着Ca 的扩散，使Al2O3夹杂表面CaO含量升高。当CaO＞25%时，钙铝酸盐呈液态，这种含CaO 高的液态钙铝酸盐夹杂物大部分浮出钢液，进入渣层。少部分未漂浮的夹杂颗粒也以较小呈球状残留于钢中，既解决了脱氧问题，又减少了钢中Al2O3夹杂，改善了钢水流动性。精炼后进行不少于15 min的软吹，使钢水中的夹杂物聚集上浮，保证钢水的纯净度。

2.4 连铸

实施全保护浇注，大包长水口氩封，氩封压力＞2 kPa，流量20～50 m3/h。开浇前2 min开始向中包内充满氩气。大包开浇后，当中包重量达到20 t以上，立即向中包内投入10～15袋碱性覆盖剂，使其迅速覆盖渣面，满包后复加碳化稻壳做保温剂。当渣面覆盖钢水后，才能将吹氩管撤出。浇注过程保持高液面浇注，保持溢渣口畅通，便于排渣，排渣后补加3袋碱性覆盖剂。

拉速控制在1.8～2.2 m/min；中包过热度控制在15～30 ℃，中包选用碱性覆盖剂；二冷区配水方案选用中碳钢自动配水模式；使用专用结晶器保护渣，结晶器电磁搅拌电流设定为400 A，频率3 Hz。连铸后的方坯进行缓冷［3］。

2.5 轧制

2.5.1 加热制度

采用步进式加热炉对钢坯加热，加热段温度控制在1 000～1 050 ℃，均热段温度为1 020～1 050℃，保证钢坯加热温度均匀，防止钢坯在加热的过程中产生过热或过烧。

2.5.2 轧制制度

各道次轧制严格执行轧制程序，控制好料型，不得出现耳子、折叠、扭转等缺陷。制定的轧制温度为：加热炉均热段温度1 020～1 040 ℃；开轧温度930～980 ℃；精轧机入口温度880～900 ℃；减定径入口温度860～880 ℃。

如有波动，要及时人工调整每个水箱的水量和水压，确保轧件进入下一道次的温度符合工艺要求。轧制全程应防止奥氏体晶粒过度长大，以得到细小的理想组织。

2.5.3 控冷制度

根据本钢种的CCT曲线，其正常组织为铁素体（＞80%）+珠光体（以均匀的粒状珠光体最好），相变区冷却速度应＜2 ℃/s，才能得到正常组织。控制吐丝温度830～850 ℃，斯太尔摩线冷却起始辊道速度0.12 m/s，保温罩全部关闭，风机全部关闭，整卷缓冷，以得到均匀细小的铁素体+珠光体组织。盘卷相变后在保温罩内停留时间≮60 min，以进一步改善盘卷性能。

3 产品质量检测

3.1 化学成分

对试生产的3炉产品进行光谱分析，终点化学成分如表2所示。

表2 SWRCH35K冷镦钢成品化学成分（质量分数） %

由表2可以看出，此次生产产品终点成分全部在内控要求范围内，并对铸坯进行了低倍检测，无明显的铸坯质量问题，并且铸坯表面质量良好。

3.2 金相组织

通过金相显微镜对各卷不同部位取样分析，主要显微组织为铁素体和珠光体，晶粒度为8.7～9.5级，脱碳层符合要求。部分样品中有非金属夹杂物，为单颗粒球状类夹杂0.5级。

3.3 力学性能

产品力学性能见表3。由表3 看出，产品力学性能较为稳定，达到了产品的力学性能标准。

表3 力学性能

3.4 冷顶锻性能

试制产品抽样进行金相冷顶锻试验，球化退火工艺为：加热到750 ℃，保温2.5 h；然后随炉冷却至700 ℃，保温4 h；随炉冷却至500 ℃，然后空冷至室温。经过检测均符合要求，未出现因冷顶锻不合改判的批次。

4 结 语

本企业制定SWRCH35K 冷镦钢的开发计划，并根据设备条件和生产工艺水平进行了试生产，试生产的产品进行力学性能检测，冷顶锻检测及金相组织检测，各项指标都能满足要求。在交予客户使用后，产品具备良好的使用性能，从而表明其已具备生产SWRCH35K冷镦钢的能力。