韶钢“标准+α”优特钢的开发
发布时间：2016-04-20吴学兴 余大华 赵科
（宝钢集团广东韶关钢铁有限公司，广东韶关 512123）
摘 要：介绍韶钢“标准+α”产品开发情况，通过合理的化学成分设计及生产工艺流程，开发出满足“标准+α”的优特钢产品。结果显示，按客户要求开发的C50圆钢，产品的性能完全符合客户需求。
关键词：标准+α；成分设计；工艺流程
前言
“α”是高于或严于标准规定的产品特性，产品的国家标准对顾客来说只是一个基本的特性值参照体系，客户可根据需要提出α的内容，这也是市场经济产品多样性的必然趋势。而“α”则是企业提供给顾客的增值产品，顾客会因α而使其产品相应的增值，从而提供经济效益，企业会从顾客的增值中得到回报。国标50钢属于高强度中碳结构钢，冷变形能力差，切削性中等，焊接性差。主要用于制作锻造齿轮、拉杆、轧辊、轴摩擦盘，主轴、发动机曲轴，重载荷心轴及各种轴类零件等。常规的50钢只对钢材的低倍组织、力学性能有要求。随着科技的不断发展，常规的性能已不能满足客户的要求，如某厂对50钢的要求，在满足GB/T699-1999前提下，还对钢的非金属夹杂物、奥氏体晶粒度、总脱碳层深度等提出了更高的要求即“α”的要求。
为满足客户对“α”的要求，韶钢特钢事业部开发了Ф140规格的C50圆钢，经生产、检验完全符合客户要求。
1 客户对50钢的性能要求
1.1常规要求
1.1.1低倍组织
钢材的横截面酸浸低倍组织或断口试片上不得有肉眼可见的缩孔、气泡、裂纹、夹杂、分层、翻皮及白点。级别应符合表1之规定：
前言
“α”是高于或严于标准规定的产品特性，产品的国家标准对顾客来说只是一个基本的特性值参照体系，客户可根据需要提出α的内容，这也是市场经济产品多样性的必然趋势。而“α”则是企业提供给顾客的增值产品，顾客会因α而使其产品相应的增值，从而提供经济效益，企业会从顾客的增值中得到回报。国标50钢属于高强度中碳结构钢，冷变形能力差，切削性中等，焊接性差。主要用于制作锻造齿轮、拉杆、轧辊、轴摩擦盘，主轴、发动机曲轴，重载荷心轴及各种轴类零件等。常规的50钢只对钢材的低倍组织、力学性能有要求。随着科技的不断发展，常规的性能已不能满足客户的要求，如某厂对50钢的要求，在满足GB/T699-1999前提下，还对钢的非金属夹杂物、奥氏体晶粒度、总脱碳层深度等提出了更高的要求即“α”的要求。
为满足客户对“α”的要求，韶钢特钢事业部开发了Ф140规格的C50圆钢，经生产、检验完全符合客户要求。
1 客户对50钢的性能要求
1.1常规要求
1.1.1低倍组织
钢材的横截面酸浸低倍组织或断口试片上不得有肉眼可见的缩孔、气泡、裂纹、夹杂、分层、翻皮及白点。级别应符合表1之规定：
1.1.2力学性能
钢材的力学性能满足表2规定：
钢材的力学性能满足表2规定：
1.2“α”要求
1.2.1非金属夹杂物
非金属夹杂物控制要求见表3：
1.2.1非金属夹杂物
非金属夹杂物控制要求见表3：
1.2.2奥氏体晶粒度
按GB/T6394规定，采用氧化法并腐蚀来检测圆钢奥氏体晶粒度，奥氏体晶粒度级别应不粗于7级。
1.2.3脱碳层
每边总脱碳层深度应不大于公称直径的1%。
1.2.4其他要求
由于客户使用此材料制作汽车车桥，对钢的淬透性较常规50钢提出了更高的要求。
从以上客户的“α”要求可知，C50钢的非金属夹杂物、奥氏体晶粒度、脱碳层及淬透性等要求较高，整体控制起来难度较大。
2 成分设计
针对GB/T699-1999标准对50钢的成分和性能的规定，结合客户“α”的要求，首先考虑钢中合金元素对钢的影响：
（1）Cr是提高钢强度和淬透性的元素，但钢中Cr高时会降低钢的塑性和韧性，为保证钢材淬透性和韧性，产品设计将钢中的Cr控制在0.10%～0.20%。
（2）采用Al作为细化晶粒元素，为保证钢的晶粒度，将钢中Als控制在0.010%～0.020%。
拟采用以下设计方案，具体成分设计见表4：
按GB/T6394规定，采用氧化法并腐蚀来检测圆钢奥氏体晶粒度，奥氏体晶粒度级别应不粗于7级。
1.2.3脱碳层
每边总脱碳层深度应不大于公称直径的1%。
1.2.4其他要求
由于客户使用此材料制作汽车车桥，对钢的淬透性较常规50钢提出了更高的要求。
从以上客户的“α”要求可知，C50钢的非金属夹杂物、奥氏体晶粒度、脱碳层及淬透性等要求较高，整体控制起来难度较大。
2 成分设计
针对GB/T699-1999标准对50钢的成分和性能的规定，结合客户“α”的要求，首先考虑钢中合金元素对钢的影响：
（1）Cr是提高钢强度和淬透性的元素，但钢中Cr高时会降低钢的塑性和韧性，为保证钢材淬透性和韧性，产品设计将钢中的Cr控制在0.10%～0.20%。
（2）采用Al作为细化晶粒元素，为保证钢的晶粒度，将钢中Als控制在0.010%～0.020%。
拟采用以下设计方案，具体成分设计见表4：
3 C50圆钢的生产工艺情况
3.1工艺流程
工艺流程：高炉铁水→转炉→LF炉精炼→RH炉精炼→大方坯连铸→加热炉→大棒材轧机→精整。
3.2冶炼连铸工艺
（1）转炉冶炼。根据相关文献资料[1]，[C]<0.06%时，实际熔池中的C-O反应未达到平衡，钢中实际氧含量高于平衡氧含量。出钢氧含量高时，必将增加脱氧剂的消耗量，使钢中的各种氧化物含量增加，当来不及上浮时，就会滞留在钢中形成非金属夹杂物。为了降低钢水氧含量，减少非金属夹杂物的生成，冶炼工艺要求转炉终点碳不小于0.06%，出钢温度控制在1630℃左右。
转炉终点氧含量、碳含量、出钢温度回归分析结果：
a（O）=20.18/[C]+1.42T-1795.56
式中a（O）―转护出钢氧活度，10-6
[C]终点含量，%
T―出钢温度，℃
根据计算：出钢温度提高10℃，终点氧含量上升“14×10-6-16×10-6。
（2）LF精炼。精炼炉渣组成对钢水脱氧、脱硫、夹杂物控制具有重要影响[2]。一般来说，造高碱度还原渣有利于钢水脱氧、脱硫，对钢水夹杂物去除有利。MgO含量对熔渣流动性有着很重要影响[3]，MgO>12%熔渣黏度急剧上升，所以LF精炼炉渣系MgO适宜含量为6%～10%。而炉渣中的A12O3含量低时，炉渣熔点高，流动性差，无法达到吸附夹杂物能力的要求，所以将炉渣的A12O3含量控制在15%～20%，以降低炉渣熔点，提高炉渣流动性，Z大限度地吸收钢水中的夹杂物。C50钢精炼过程炉渣控制情况见表5。
3.1工艺流程
工艺流程：高炉铁水→转炉→LF炉精炼→RH炉精炼→大方坯连铸→加热炉→大棒材轧机→精整。
3.2冶炼连铸工艺
（1）转炉冶炼。根据相关文献资料[1]，[C]<0.06%时，实际熔池中的C-O反应未达到平衡，钢中实际氧含量高于平衡氧含量。出钢氧含量高时，必将增加脱氧剂的消耗量，使钢中的各种氧化物含量增加，当来不及上浮时，就会滞留在钢中形成非金属夹杂物。为了降低钢水氧含量，减少非金属夹杂物的生成，冶炼工艺要求转炉终点碳不小于0.06%，出钢温度控制在1630℃左右。
转炉终点氧含量、碳含量、出钢温度回归分析结果：
a（O）=20.18/[C]+1.42T-1795.56
式中a（O）―转护出钢氧活度，10-6
[C]终点含量，%
T―出钢温度，℃
根据计算：出钢温度提高10℃，终点氧含量上升“14×10-6-16×10-6。
（2）LF精炼。精炼炉渣组成对钢水脱氧、脱硫、夹杂物控制具有重要影响[2]。一般来说，造高碱度还原渣有利于钢水脱氧、脱硫，对钢水夹杂物去除有利。MgO含量对熔渣流动性有着很重要影响[3]，MgO>12%熔渣黏度急剧上升，所以LF精炼炉渣系MgO适宜含量为6%～10%。而炉渣中的A12O3含量低时，炉渣熔点高，流动性差，无法达到吸附夹杂物能力的要求，所以将炉渣的A12O3含量控制在15%～20%，以降低炉渣熔点，提高炉渣流动性，Z大限度地吸收钢水中的夹杂物。C50钢精炼过程炉渣控制情况见表5。
由表3中数据可知，精炼炉渣碱度在3.0以上，精炼渣中TFe+MnO含量控制在1%以下，精炼炉渣控制满足C50钢造高碱度还原渣脱S、去除钢中非金属夹杂物的要求。
（3）RH精炼。RH高真空处理时间大于15min，纯脱气时间大于5min，处理结束后软吹大于15分钟，使钢中非金属夹杂物充分上浮。
（4）连铸。连铸过程采用全程保护浇注。C50的液相线温度为1488℃，铸机中包过热度严格按照液相线+20℃～35℃控制，确保钢的低倍组织良好。
4 结语
（1）采用转炉冶炼，LF及RH精炼炉精炼，大方坯连铸，大棒轧制的工艺流程，整个生产过程稳定、可控。钢材的非金属夹杂物、脱碳、奥氏体晶粒度控制良好，圆钢的性能完全满足客户要求。
（2）通过本次“标准+α”钢种试制，提升了韶钢特钢适应市场需求的能力，为韶钢特钢其他新产品能够更好的满足客户需求积累了经验。
参考文献
[1]朱丽云.降低钢中总氧含量及夹杂物含量措施探讨[J].山西冶金.2001年第2期：23-24.
[2]高泽平，贺道中.炉外精炼[M].冶金工业出版社.2005.
[3]催立镇.通过LF精炼炉控制钢中非金属夹杂物的实践[J].河北冶金.2010年第5期：31-31.
（3）RH精炼。RH高真空处理时间大于15min，纯脱气时间大于5min，处理结束后软吹大于15分钟，使钢中非金属夹杂物充分上浮。
（4）连铸。连铸过程采用全程保护浇注。C50的液相线温度为1488℃，铸机中包过热度严格按照液相线+20℃～35℃控制，确保钢的低倍组织良好。
4 结语
（1）采用转炉冶炼，LF及RH精炼炉精炼，大方坯连铸，大棒轧制的工艺流程，整个生产过程稳定、可控。钢材的非金属夹杂物、脱碳、奥氏体晶粒度控制良好，圆钢的性能完全满足客户要求。
（2）通过本次“标准+α”钢种试制，提升了韶钢特钢适应市场需求的能力，为韶钢特钢其他新产品能够更好的满足客户需求积累了经验。
参考文献
[1]朱丽云.降低钢中总氧含量及夹杂物含量措施探讨[J].山西冶金.2001年第2期：23-24.
[2]高泽平，贺道中.炉外精炼[M].冶金工业出版社.2005.
[3]催立镇.通过LF精炼炉控制钢中非金属夹杂物的实践[J].河北冶金.2010年第5期：31-31.
来源：《中国科技博览》2014年18期