40Cr 合金结构钢热轧圆钢生产实践

丁建国，侯 栋，宋 健，张 鑫

（首钢长治钢铁有限公司，山西 长治 046031）

40 Cr合金结构钢热轧圆钢被广泛应用于制作具有重要用途的调质零件，这些零件一般皆用于机械设备的重要部位，往往需要承受多种载荷的综合作用，其加工制作工艺复杂，因此对钢材有特殊的质量要求。40 Cr钢不仅要求成分均匀、内在及表面的质量都好，而且还要有良好的加工工艺性能。首钢长治钢铁有限公司（全文简称首钢长钢公司）在100万t棒材产线开发了Φ25~30 mm规格的40 Cr热轧圆钢，生产工艺稳定成熟，产品质量可靠。

1 生产工艺控制

首钢长钢公司生产40 Cr热轧圆钢的主要设备包括2座1 080 m3高炉、3座80 t转炉、2座LF精炼炉、3台小方坯连铸机和100万t棒材轧线，其主要工艺流程为：高炉铁水→80 t转炉→LF精炼→连铸浇注→铸坯加热→粗轧→中轧→精轧→打包→取样、检验等。

1.1 成分控制

40 Cr热轧圆钢主要元素含量如表1所示。在满足GB/T 3077—2015基础上，w（C）、w（Si）、w（Mn）、w（Cr）按标准要求的中限控制，w（P）、w（S）按低于标准控制。

表1 化学成分控制及标准要求 %

40 Cr热轧圆钢的力学性能要求如表2所示。

表2 力学性能要求

1.2 炼钢控制

1.2.1 转炉冶炼

转炉终渣碱度不得低于3.0，终点w（C）应保证在0.08%以上，在得到适宜的w（C）的同时，需防止钢水氧化性过强，减少钢水中原始w（O）。铝铁作为脱氧剂，根据终点w（C）和温度水平，吨钢加入量为3.0~3.5 kg。出钢过程加入10 kg/t的石灰、精炼渣等渣料，全程钢包吹氩，使钢水成分和温度保持均匀。

1.2.2 LF精炼炉

为进一步保证钢水成分和温度的均匀，提高钢水纯净度，减少钢中夹杂物和气体含量，采用LF炉对钢水精炼处理。钢水通电后加入活性石灰、精炼渣等造渣材料，总渣料控制在15 kg/t之内，精炼过程渣面加0.5~1.0 kg/t铝粒或硅铁粉进行脱氧，造白渣后持续一定时间。钢水精炼完成后喂入钙铁线进行处理，控制钢中m（Ca）/m（Al）=0.10左右。喂线后钢包弱吹氩10 min以上，在促进夹杂物上浮去除的同时也可防止钢水二次氧化。精炼出站钢水溶解氧（质量分数）不大于6.0×10-6，全铝含量（质量分数）不低于0.020%。

1.2.3 连铸浇铸

连铸机为5机5流R10m全弧型150mm×150 mm小方坯连铸机，采用了全保护浇注、结晶器电磁搅拌、电动缸非正弦振动、塞棒液面自动控制等技术，实现了恒拉速控制。严格开机中包烘烤、中包充氩处理。中间包钢水过热度控制住25~35℃，二冷段气雾冷却，控制铸坯冷速[1]，铸坯矫直温度在950℃以上。铸坯堆垛缓冷18 h以上，以促进氢扩散溢出[2]。通过对连铸坯低倍分析得出，中心疏松和中心偏析0~1.0级，裂纹及非金属夹杂均低于1.0级，铸坯质量控制良好。

1.3 轧钢控制

1.3.1 温度控制

40 Cr钢中铬元素含量较高，温度控制不当会使其棒材表层产生贝氏体等异常组织，进而导致40 Cr冷拔断裂。根据40 Cr钢的CCT曲线可知，冷速小于2℃/s时，组织会出现铁素体与珠光体；当冷速大于2℃/s时，就会出现贝氏体[3，4]。因此，40 Cr钢开轧温度需保持在1 000~1 050℃之间，入精轧温度应≤950℃控制。轧后自然冷却，严禁风机风向对着热轧材进行吹风操作。

1.3.2 轧制控制

40 Cr圆钢对表面质量要求严格。轧前检查轧机轧辊、导卫、导槽等的磨损老化现象，调整轧机轧槽对中。严格控制轧材表面质量[5，6]，优化孔型设计，将1号轧机孔型槽底宽度加大4 mm，内圆角半径减小11 mm；2号轧机槽底宽度减小4 mm，槽口宽度增加2 mm，以改善轧件过钢充满度。轧制过程中要保证运输设备表面平整光滑无挂钢，避免对轧件划伤及造成折叠缺陷，将头尾剪切干净。定时取冷顶锻试样检测表面质量，出现异常情况时，果断拦钢停轧，以确保表面质量。

2 组织性能分析

2.1 金相组织

40 Cr圆钢的金相组织如图1所示。金相组织为铁素体和珠光体，晶粒度为8.5~9.0级，控制效果较好。钢材表面脱碳层深度为0.08~0.15μm，如图2所示。

图1 金相组织

图2 表面脱碳层

2.2 夹杂物评级

通过对40 Cr圆钢取样分析得出，硫化物、氧化铝类细系夹杂物均低于1.0级，硅酸盐、氧化物细系夹杂为0~1.5级，非金属夹杂物含量符合GB/T3077要求。

2.3 性能

40 Cr圆钢外形尺寸偏差控制完全满足B级要求，其中C级品比例超70%。40 Cr热轧圆钢的抗拉强度控制在1 010~1 060 MPa，平均为1 030 MPa；屈服强度控制在815~835 MPa，平均为822 MPa；断后伸长率大于12%；断面收缩率为51%~59%，各项性能指标控制稳定。检测1/3热顶锻样合格，用户加工使用正常。

3 结论

首钢长钢公司采用转炉、LF精炼、连铸及100万t棒材产线生产的Φ25~30 mm规格40 Cr热轧圆钢工艺质量稳定，钢质洁净度高，钢材表面质量优良，力学性能适宜，具有良好的加工性能，能很好地满足用户加工使用要求。