冷镦钢SWRCH15A的开发及生产工艺优化.pdf

冷镦钢 SWRCH15A 的开发及生产工艺优化帅习元（武汉钢铁集团公司 技术中心，湖北 武汉 430080）摘 要：冷镦钢 SWRCH15A 是近年武钢开发的包晶系列钢新钢种。通过对第一炉试验钢的生产工艺过程和产品质量进行分析，确定了关键工艺和相应参数。优化炼钢和连铸生产工艺后，大大提高了盘条的质量。关键词：冷镦钢 SWRCH15A；表面裂纹；冷镦性能；生产工艺优化分类号：TG142 文献标识码：A 文章编号：1001-1447（2006）04-0030-06Development of cold heading steel SWRCH15A and production technology optimizationSHUAI Xi-yuan（Technology Center of Wuhan Iron and Steel Corp.Wuhan 430080，China）Abstract：Cold heading steel SWRCH15A is a peritectic steel developed by WISCO in recentyears.By means of analyzing production processes and product quantity of first batch experimentalsteel，key technological procedure and parameters are determined.Thanks to the optimization ofsteelmaking and continuous casting processes，the quality of SWRCH15A wire has been improvedto a great extent.Key words：cold heading steel SWRCH15A；surface crack；cold heading property；productiontechnology optimization.作者简介：帅习元（1965男，湖北黄梅人，高级工程师，主要从事新产品开发.SWRCH15A 属非热处理型冷镦钢，主要用于制造标准件和自行车零件，用户在使用过程中可以不需要中间退火处理，例如上海浩盟车料有限公司的自行车联体曲柄生产工艺：酸洗磷化拉拔水平挤压刻槽滚牙弯曲后续加工，该产品在冷变形过程中没有中间退火，因此，要求盘条冷加工性能要特别好，即冷镦性能特别好。所以，开发该钢的关键问题是如何提高其冷镦性能。1 试验方法和过程通过对第一炉试验钢（100 t）的生产工艺过程和产品质量进行了分析，确定了关键工艺和关键工序；并优化了生产工艺，使第二炉钢（100 t）盘条冷镦性能和表面质量大大提高。1.1 试验钢的生产工艺流程炼钢连铸加热高线轧制斯太尔摩控冷打捆入库。1.2 SWRCH15A 钢的标准化学成分标准化学成分：w（C）为 0.13%0.18%，w（Si）不 大 于 0.10%，w（Mn）为 0.30%0.60%，w（P）不大于 0.030%，w（S）不大于0.035%，w（Alt）不小于0.02%。1.3 试验钢的质量分析第一炉钢的化学成分见表 1。钢连铸成横断面为 200 mm 200 mm 的方坯。连铸过热度为 23，拉速为 1.4 m/min，二冷水为强冷。表 1 第一炉钢的化学成分（wB）%炉次CSiMnPSAls第一炉0.110.080.480.0080.0110.06第一炉钢组织和晶粒度都达到要求，说明控轧控冷工艺合理。冷镦合格率低的主要原因是表面质量太差，表面存在较多缺陷，试样表面质量合格率只有 8%，见表 2。03 2006 年 8 月 第 34 卷 第 4 期钢 铁 研 究Research on Iron&Steel Aug.2006Vol.34 No.4 w w w.b a b a k e.n e t 巴巴客免费下载表 2 第一炉钢的产品质量表面质量合格率/%冷镦合格率/%1/21/3性能合格率/%组 织晶粒度/级脱 碳87065100铁素体+珠光体9 9.5无1.4 冷镦合格率低的原因分析1.4.1 检验冷镦开裂的原因图 1 是冷镦开裂试样照片，由图 2 图 4 观察表明，43 号试样侧面缺陷伸入钢基内的裂纹中都嵌有氧化亚铁，没有发现夹杂聚集。其周边为冷变形组织，说明冷镦前原料表面已有缺陷存在。对图2、图 3 及图 4 裂纹的周边情况分析说明裂纹是由铸坯带来的。因此，这种钢要防止连铸坯表面裂纹的产生。图 1 43 号试样冷镦侧面纵裂图 2 43 号试样纵向裂纹延伸处及尾部的氧化亚铁 50 倍1.4.2 化学成分控制根据资料 1 报道，w（C）为 0.1%0.15%时铸坯容易产生表面裂纹（见图 5），原因是 w（C）为 0.1%0.15%属包晶钢，凝固时坯壳线收缩大。图 3 43 号试样横向裂纹延伸处及周围的氧化亚铁 50 倍图 4 43 号试样裂纹处的冷变形组织 50 倍图 5 w（C）对连铸坯表面裂纹频率的影响特别是 w（C）为 0.12%左右的钢，铸坯更容易产生表面裂纹，其原因钢凝固时奥氏体晶粒粗大，使坯壳热塑性小，见图 6。另外，Al 和 N 的增加使钢的热塑性低谷降的更低，低热塑性区间右移，使连铸过程中表面裂纹的产生机会增加，见图 7。根据以上分析可得出，第一炉钢冷镦性能差的主要原因为：（1）本次试验钢 w（C）在 0.12%左右，落在铸坯表面缺陷敏感区。根据分析，如用户对碳含量没有特殊要求，该钢冶炼时应使 w（C）在内控范围的13第 4 期帅习元：冷镦钢 SWRCH15A 的开发及生产工艺优化 w w w.b a b a k e.n e t 巴巴客免费下载上限，即 0.15%0.17%。（2）w（Als）太高，应小于 0.04%。所以，连铸工序和 w（C）、w（Als）的控制是关键工序。图 6 坯壳 w（C）与奥氏体晶粒尺寸和断面收缩率的关系图 7 w（Al）和 w（N）与钢热塑性关系1.4.3 提出优化措施结合武钢实际提出以下措施（见图 8）。图 8 防止铸坯表面缺陷的措施（1）SWRCH15A 的冶炼化学成分应为 w（C）0.15%0.17%，w（Si）不大于 0.06%，w（Mn）为0.30%0.60%，w（P）不大于 0.020%，w（S）不大于0.020%，w（Als）为 0.02%0.04%；（2）控制结晶器液面，使其波动尽量小，使结晶器散热均匀，减少纵裂；（3）合适的拉速为 1.2 1.4 m/min，以减少横裂；（4）防止低热塑性区矫直，以减少横裂，即在大于 900 或小于 700 矫直，原因见图 7。1.5 控轧控冷工艺两炉钢的控轧控冷工艺相同。1.5.1 控轧工艺对于武钢高线厂来说控轧工艺就是控温工艺。实际控温工艺：（1）均热段温度 950 1 040。（2）开轧温度 950 1 020。（3）入精轧机温度 920 960。1.5.2 控冷工艺根据该钢的 CCT 曲线，该钢的正常组织为铁素体（大于 80%）+珠光体（以均匀的粒状珠光体最好），相变区冷却速度应小于2 /s，才能得到正常组织。实际测得的相变区冷却速度小于1.3 /s，所以，实际控冷工艺满足要求。实际控冷工艺为：（1）吐丝温度 880 900。（2）斯太尔摩线速度设定 0.2 0.4 m/s。保温盖 1 2 组打开，其余盖子盖上，第 11 号风机全开，其它风机关闭。1.6 第二炉钢的质量分析及两炉钢质量比较为了实施优化措施，进行了第二炉钢的冶炼，这次试制钢的成分见表 3。此次加强了连铸过程控制，盘条的表面质量得到提高，使盘条的 1/2 和1/3 冷镦合格率达到 100%，产品质量大大提高。表 3 第二炉钢化学成分（wB）%炉次CSiMnPSAls第二炉0.160.040.430.0110.0080.0292.6.1 第一炉钢与第二炉钢质量比较（1）优化前后盘条表面质量比较见表 4、5。23 钢 铁 研 究第 34 卷w w w.b a b a k e.n e t 巴巴客免费下载表 4 优化前成品酸浸蚀低倍检验结果品名及批号表面缺陷情况SWRCH15A 021 尾试样表面有三条线状缺陷043 尾试样表面有一条贯穿试样全长的线状缺陷，部分呈簇状分布076 尾试样表面有数条贯穿试样全长的线状缺陷，部分呈簇状分布091 尾试样表面有三条轻微的断续线状缺陷100 尾试样表面有两条线状缺陷，其中一条贯穿试样全长009试样表面有三条线状缺陷，其中两条贯穿试样全长032试样表面有两条贯穿试样全长线状缺陷055试样表面有三条线状缺陷，其中一条贯穿试样全长，一条呈断续线状分布073试样表面有三条线状缺陷，其中一条贯穿试样全长，两条呈断续线状分布084试样表面有数条贯穿试样全长线状缺陷，大部分呈簇状分布089试样表面有数条线状缺陷，或贯穿试样全长，三条呈断续线状分布104试样表面有五条线状缺陷，其中二条贯穿试样全长，三条呈断续线状分布119试验表面有一条线状缺陷，局部区域有小裂纹表 5 优化后成品酸浸蚀低倍检验结果样编号酸洗后表面缺陷情况 原因分析 042表面轻微线状缺陷轧制过程中擦痕047表面轻微刮伤取样运输过程刮伤005表面轻微线状缺陷及刮伤轧制过程中擦痕及取样运输过程刮伤036表面局部麻坑轧制过程中氧化铁皮未除干净077表面轻微线状缺陷及鼓包轧制过程中擦痕及可能的轧制过程中折叠055未观察到明显表面缺陷003未观察到明显表面缺陷052未观察到明显表面缺陷049表面局部麻坑轧制过程中氧化铁皮未除干净046未观察到明显表面缺陷119表面局部麻坑轧制过程中氧化铁皮未除干净033未观察到明显表面缺陷035未观察到明显表面缺陷074未观察到明显表面缺陷013表面轻微刮伤取样运输过程刮伤052未观察到明显表面缺陷094未观察到明显表面缺陷093未观察到明显表面缺陷007未观察到明显表面缺陷022未观察到明显表面缺陷表 6 第一炉钢冷顶锻检验结果冷镦类型试样数量/个试样直径/mm顶锻前试样高度/mm顶锻后试样高度/mm结果判断的试样数量/个表面细小微裂纹表面细小裂纹表面裂开合格率/%1/220204020.04106701/320204013.313765 由表 4 和 5 可看出，成品酸浸蚀低倍检验结果为：优化前合格率为 8%，优化后合格率为95%。冷顶锻效果比较见表 6 7。由表 6 和 7 知，优化前：1/2 冷镦合格率为70%，1/3 冷镦合格率为 65%；优化后：1/2 冷镦合格率为 100%，1/3 冷镦合格率为 100%。冷镦33第 4 期帅习元：冷镦钢 SWRCH15A 的开发及生产工艺优化 w w w.b a b a k e.n e t 巴巴客免费下载合格率大大提高，主要原因是：通过工艺优化后，铸坯表面质量大大提高，使产品表面质量提高。组织和晶粒度比较见图 9、10、表 8、9、10。由图 9 和图 10 及表 8、9 可看出，两炉钢的组织都为铁素体+珠光体，晶粒度在 9 级左右，脱碳层为 0，夹杂物为硫化物和氧化物，级别在 0.5 1.5 级。两炉钢的夹杂物级别（标准要求：脆性夹杂物级别加上塑性夹杂物级别不大于 5）都符合要求，说明炼钢的夹杂物控制较合理，两炉钢的组织（标准要求：铁素体（大于 80%）+珠光体（以均匀的粒状珠光体最好）、晶粒度（标准要求在 9 级左右）和脱碳层（标准要求不大于直径的 1.0%）都符合要求。说明制订的控轧控冷工艺合理。表 7 优化后冷顶锻检验结果冷镦类型试样数量/个试样直径/mm顶锻前试样高度/mm顶锻后试样高度/mm结果判断的试样数量/个表面细小微裂纹表面细小裂纹合格率/%1/2626.5136.51448100%1/3626.5134.31052100%图 9 32 试样组织 200 倍图 10 35 试样组织 200 倍表 8 第一炉钢试样的组织、晶粒度、脱碳层及夹杂物种类和级别批号和钩号组 织晶粒度夹杂物种类和级别脱碳层/m注 释320504-43 尾铁素体+珠光体9.5硫化物 A0.5 级，氮化物 D0.5 级，氧化物 D1 级0纵、横截面金相试样上都发现裂纹。-91 尾铁素体+珠光体9硫化物 A0.5 级，氧化物 B1 级0-100 尾铁素体+珠光体9.5硫化物 A0.5 级，氧化物 B1 级0-32铁素体+珠光体9硫化物 A0.5 级，氧化物 B1.5 级0-89铁素体+珠光体9.5硫化物 A0.5 级，氧化物 B1 级0-104铁素体+珠光体9.5硫化物 A1 级，氧化物 D1 级0-119铁素体+珠光体9硫化物 A1 级，氧化物 B1 级0表 9 第二炉钢试样组织、组织百分数、晶粒度及夹杂物种类和级别试样编号组 织晶粒度（级）夹杂物种类和级别003铁素体+珠光体粗 9.5 级，细 10.5 级氧化物 B0.5047铁素体+珠光体粗 9.5 级，细 10.5 级052铁素体+珠光体9 级005铁素体+珠光体粗 8.5 级，细 9.5 级055铁素体+珠光体粗 9 级，细 10.5 级093铁素体+珠光体粗 9 级，细 10.5 级，边部少数 6.5 级43 钢 铁 研 究第 34 卷w w w.b a b a k e.n e t 巴巴客免费下载表 9 第二炉钢试样组织、组织百分数、晶粒度及夹杂物种类和级别（续）试样编号组 织晶粒度（级）夹杂物种类和级别007铁素体+珠光体8.5 级氧化物 D0.5013铁素体+珠光体粗 9 级，细 10 级049铁素体+珠光体9.5 级氧化物 D1.5022铁素体+珠光体11 级052铁素体+珠光体9 级氧化物 D1033铁素体+珠光体大部分 9.5 级，少部分 8.5 级，极少部分 11 级035铁素体+珠光体10.5 级氧化物 D1.5077铁素体+珠光体大部分 10.5 级，少部分 9.5 级074铁素体+珠光体大部分 10.5 级，少部分 9.5 级036铁素体+珠光体8.5 10.5 级119铁素体+珠光体粗 9 级，细 10 级042铁素体+珠光体10.5 级094铁素体+珠光体粗 9.5 级，细 10.5 级046铁素体+珠光体9 级氧化物 D1 注：脱碳层为 0表 10 第二炉钢试样夹杂物种类和级别试 样 编 号非金属夹杂物类 型级 别060氧化物 D1.5052氧化物 D1.5049氧化物 D1.5106氧化物B1.5046氧化物D1.5068氧化物 B1.5003氧化物 D1.5007氧化物 D1.5035氧化物 D1.5050氧化物 B1 通过对两炉钢化学成分、组织、晶粒度及夹杂物级别比较，两炉钢的这些指标都差不多，导致两炉钢的冷镦性能差别大的原因是盘条表面质量不同。2 结 论通过对 SWRCH15A 试验钢盘条的生产情况进行跟踪和分析，可以得到如下结论。（1）SWRCH15A 的冶炼化学成分：w（C）为0.15%0.17%，w（Si）不大于 0.06%，w（Mn）为 0.30%0.60%，w（P）不大于0.020%，w（S）不大于0.020%，w（Als）为 0.02%0.04%。（2）相对来说，连铸工序是该钢的关键工序，连铸过程中要防止连铸坯表面裂纹的产生，具体措施为：控制结晶器液面，使其波动尽量小；合适的拉速为 1.2 1.4 m/min；防止低热塑性区矫直，即在大于 900 或小于 700 矫直（3）通过实验室测定该钢的 CCT 曲线，得出该钢合适的相变冷却速度小于 2 /s，实际冷却速度可以不大于 1.3 /s，因为 6.5 mm 盘条是最小规格产品，而且又是在冬天轧制的，所以，实际冷却能力能满足该钢的工艺要求。（4）试制结果显示，优化后 SWRCH15A 钢的生产工艺较为合理。参考文献1 卢盛意.连铸坯质量 M.北京：冶金工业出版社.1994.2 王雅贞，李承祚.转炉炼钢问题 M.北京：冶金工业出版社.2004.3 宋维锡.金属学 M.北京：冶金工业出版社.1979.4 王有铭.钢材的控制轧制和控制冷却 M.北京：冶金工业出版社.1995.5 曲英.炼钢学原理 M.北京：冶金工业出版社.1992.（收稿日期：2005-11-01）53第 4 期帅习元：冷镦钢 SWRCH15A 的开发及生产工艺优化 w w w.b a b a k e.n e t 巴巴客免费下载