优质园艺工具用55MnB热轧钢带的研制开发.pdf

1 8 冶全 2 0 1 5 年1 1 月 第 四 期 优质 园艺工具用 5 5 Mn B热轧钢 带的研 制开发 刘万善佟 岗 赵彦灵 张本亮 ( 宁波钢铁有限公 司 宁波3 1 5 8 0 7 ) 摘 要 ： 介绍了宁波钢铁有限公 司根据用户和市场需求， 自主进行优质 园艺工具用 5 5 Mn B钢质量设计和工 艺设计 ， 采用铁水预处理一转炉炼钢一I JF精炼炉一R H真空处理( 钙 处理) 一 板坯连铸一 热装热送 一热连轧制一缓冷 出厂的工艺路线， 成功试制 了符合用户质量需求的 5 5 Mn B热轧钢带， 经用户机 械加工 、 热处理及热处理后 的性能检验 ， 硬度完全能够达到用户制作 出口园林剪的要求。 关键词 ： 园艺工具； 园林剪 ； 5 5 M n B ； 热轧钢带 0 前言 国内生产的家用园艺工具或称 园林工具 ( 园林 剪) 主要 出口到欧美 国家 ， 随着 园林剪制造逐渐 由 国际转 向国内， 近年来其生产量逐步增长。生产 园 林剪主要使用钢材为中高碳钢和不锈钢 ， 钢牌号主 要有碳钢 S K 8 5 、 5 0 C、 5 5 C 、 1 0 B 3 8和不锈钢 3 C r 1 3等。 生产商反 映 目前所用 中碳钢材料 主要存在加工性 不好 、 硬度 偏低和硬 度不均匀有 软点等 三方面 问 题 ， 其 中后两个问题 比较突出。 国内尚未研制出含碳 0 4 5 以上含硼 的用 于 制作园林剪的专用钢 ， 而用户需要钢厂与其合作研 制开发代替 5 0 C、 5 5 C成为下一代 园林剪用碳钢 的 专用材料。 宁波钢铁有限公司通过了解市场和用户需求 ， 深入研究中碳钢质量特点和钢中加 硼对钢材加工 性能的影响， 决定 自主开发专供生产园林剪 的含硼 中碳钢 5 5 Mn B 。研制开发以用户质量需求为中心 ， 精心进行 5 5 M n B钢质量设计和工艺设计 ， 生产制造 采用铁水预处理 +转炉炼 钢 +L F精炼炉 +R H真 空处理( 钙处理 ) +板 坯连铸 +热装 热送 +热连轧 制 +缓冷出厂的工艺路径 ， 2 0 1 3年成功试制出符合 用户质量需求的 5 5 Mn B热轧钢带 ， 并经用户机械加 工 、 热处理及热处理后 的性能检验 ， 加工性能和硬 度特性完全能够达到用户制作出口园林剪的要求。 1 质量设计和工艺设计 1 1 设计背景 碳钢钢带用于制作园林剪主要经过开卷 、 冲压 成型 、 淬火 、 回火 、 侧磨 和开 刃等工序 ， 因此对钢 的 纯净度 、 冲压加工性能 、 组织均匀性 和淬透性等要 求较 高。 目前 主要用 于 生产 园林 剪 的 5 0 C 、 5 5 C、 1 0 B 3 8等中碳钢材料主要存在加工性不好 、 硬度偏 低和硬度不均匀有软点等三个问题 ， 其 中硬度偏低 和硬度不均匀有 软点两个 问题严重影响 中碳钢 园 林剪产品加工质量 。 为消除影响 中碳钢园林剪产品加工的质量缺 陷 ， 产品设计以优质碳素结构钢 5 0 M n为基础 ， 严格 控制钢中有害元素和夹杂物提高钢水洁净度 ， 研究 钢中硼元素含量和加入方式提高钢材 的淬透性 ， 设 计控制轧制温度达到钢材适 宜组织满足用户 冲压 加工和热处理要求 ， 严格控制化学成分和温度的波 动达到成分组织均匀 ， 从而大幅度提高加工出 口园 林剪的材料质量 ， 满足用户质量需求。 1 2 化学成 分设 计 国标 G B T 7 1 1中 5 0 M n化学成分要求相对较 松 ， 为保证钢 的纯净度 、 硬度 、 淬透性和组 织均匀 性 ， 园林剪用钢 5 5 M n B采用较严的碳含量 、 低磷 、 低 硫和适量酸溶铝含量设计 ， 钢中硼含量查阅有关资 料按 0 0 0 0 50 0 0 3 0 设 计。5 5 Mn B化 学成分设 计如表 1 。 表 1 5 5 Mn B化学成分 州 2 0 1 5年 1 1月 第四期 优质 园艺工具用 5 5 M n B热轧钢带的研制开发 1 9 1 3 性 能设 计 G B T 7 1 1中对 5 0 Mn热轧 钢带交货 无 明确 交 货力学性 能规定 ， G B T 6 9 9中规定 的力学性 能较 宽 ， 其 中硬度要求 H B S 1 0 3 0 0 02 5 5 ( 相 当于 H R B 1 0 2 ) ， 不能满足用户加工使用条件。经研究用户 热处理和冲压加工工艺， 设计热轧钢带交货硬度要 求 H R B 9 2 ， 对其他不影响用户使用加工的力学性 能不作明确规定 。 1 4制造工艺设计 1 4 1 工 艺路径 为了钢的高洁净度、 成分组织均匀、 轧制顺利和 板带质量稳定， 设计园林剪用钢 5 5 M n B工艺路径为 ： 铁水预处理 ( 铁水脱硫 ) 一 转炉冶炼一L F炉精 炼一R H真空精炼( 钙处理) 一连铸一钢坯热 ( 直) 装 一 钢坯加热一粗轧一精轧一层 流冷却一 卷取一 缓 冷出厂 。 1 4 2冶炼工 艺 1 4 2 1 合金成分控制 为达到钢 的成 分组 织均 匀、 性 能符合 加工 使 用 ， 5 5 Mn B钢 的成分按 内控要 求组织生产 ， 特 别是 钢中 M n 、 A l s 和 B的含量要求控制在 内控标准 的中 限。氧化性 一般元素的合金化在出钢 中与脱 氧 同 时进行 ， 易氧化元素的合金化设定在完全脱氧后的 精炼工 序进行 ， 并且设计好成分微调工序和时机， 保证成分的精确控制和成分均匀。 1 4 2 2 洁净度控制 1 4 2 2 1 低硫控制 园林剪用钢 中的硫 属有害元素， 硫 高会对 5 5 Mn B钢板坯和成品钢带质量造成 不利影响 ， 因此 采取 了严格的低硫控制工艺。 低硫控制措施主要在冶炼 的三个工序实施 ： 原 材料准备工序、 转炉冶炼工序和 L F 精炼工序。 原材料准备工序包括铁水预处理 、 废钢准备和 合金辅料准备等环节 ， 低硫控制方案 围绕满足铁水 深脱硫 、 控制脱硫铁水 回硫 、 控制废 钢增硫 、 控制合 金和辅料增硫等展开， 控制关键点： 铁水脱硫至入 炉要求 的低硫含量水平 、 扒净铁水脱硫渣 、 配加质 量合格和 比例合 适的低硫废钢 以及 准备符合 质量 要求 的合金和辅料等。 在使用低硫铁水的情况下 ， 转炉冶炼造渣严格 控制硫含量较 高辅料的加入并 实施 “ 高碱度 、 大渣 量” 操作 ， 达到控制钢水增硫和适度脱硫的 目的。 L F 精炼工序进行钢水的最终脱硫并达到产品硫 含量质量要求。在 L F精炼炉还原性气氛下 ， 尽早造 好白渣， 满足连浇生产需要时间内深脱硫的控制。 1 4 2 2 2 低磷控制 磷含量越低越有利 于园林剪用钢钢质和产 品 的后续使用加工 ， 因此实施严格的低磷控制。 钢水冶炼控制低磷 的工艺方法 ： 一是尽量脱 除 钢 中磷 ， 二是尽可能减少回磷 。 由于宁波钢铁没有铁水预脱磷处理设备 ， 只能 采用转炉炉 内氧化法脱 P 。要达 到 良好的去 P效 果 ， 必须从脱 P的热力学和动力学两方面考虑 ， 实 施去 P的“ 三高一低 ” 原则 ，即“ 高 F e O、 高碱度 、 大 渣量 、 低温” ， 且不仅仅是靠提高渣子碱度 ， 还需要 在冶炼前期提前造渣 、 化渣 。 减少回磷主要控制转炉出钢下渣 ， 即控制含磷 高 的转炉渣随着出钢钢流进入钢包内， 从而避免在 钢水脱氧还原处理时被强脱氧元素还 原 回到钢 中 导致 P高。工艺设定严格控制出钢下渣 ， 要求 出钢 进行双挡渣 ， 即 出钢前戴挡渣帽 、 出钢结束前加挡 渣棒 ， 从而有效控制出钢下渣回磷。 1 4 2 2 3 钢 中氧和夹杂物控制 钢中氧和夹杂物对 5 5 Mn B钢组织 和使用加工 性能有很大影 响， 设计在转炉 、 精炼和连铸三大 主 要工序实施严格的低氧和夹杂物控制措施 。 转炉采用计算机炼钢模型精确进行终点控制 ， 做到碳温协调一次拉碳出钢 ， 实现低 自由氧含量 出 钢 ； 出钢双挡渣控制下渣量 ， 并在 出钢过程 中加入 铝钙复合脱氧剂进行炉渣改质 。 采用 L F钢包炉 +R H真空双精炼 炉进行精炼 处理。L F钢包炉造还原 白渣控制渣 中 F e O+Mn 5 ； R H真空进行深处理 ( 在 0 2 7 k P a以下真空度 处理时间 1 5 ra i n ) ， 真空纯脱气 ( 最后 一批合金加 完后循环) 时问6 ra i n ， 以保证夹杂物 的脱除 ， 精炼 结束对钢水钙处理 ， 变固态脆性铝酸盐为液态钙铝 酸 盐 。 在连铸生产 中， 采用全程保护工艺 ， 避免钢水 二次氧化； 采用专用保护渣 ， 采用恒拉速保证钢液 面平稳 ， 严格控制钢液卷渣形成皮下夹杂 。 1 4 3 板坯 质 量控 制 5 5 Mn B钢的液相线温度为 1 4 8 3 o C， 为减轻铸坯 中心偏析 、 中心疏松 ， 减少裂纹 ， 采用低 过热度 浇 注 ， 以达到提高铸坯质量的 目的。 5 5 M n B 钢 C 含量高致使连铸坯较脆， 为了保 证连铸坯 内在质量 ， 减少板坯内应力， 最大限度避免 板坯脆性带来的危害， 决定连铸生产实行板坯不下线 直接装炉或下线缓冷板坯热态装炉的生产工艺。