張景宜 李子林(安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司)

易切削鋼盤(pán)條AG1215研制開(kāi)發(fā)*

張景宜 李子林(安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司)

介紹了安鋼易切削鋼盤(pán)條AG1215的研制開(kāi)發(fā)。通過(guò)合理的轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)控制、精煉工藝、增硫措施、制定關(guān)鍵連鑄、加熱、軋制工藝技術(shù)措施，獲得表面及低倍質(zhì)量?jī)?yōu)良的鑄坯，夾雜物控制達(dá)到預(yù)期控制目標(biāo)，盤(pán)條各項(xiàng)性能符合用戶要求。

易切削鋼 硫化物 夾雜

0 前言

美標(biāo)1215易切鋼硫含量高，切削加工性能好，塑性高，強(qiáng)度高。主要用于制作受力較小而對(duì)尺寸和光潔度要求嚴(yán)格的儀器儀表、手表零件、汽車、機(jī)床和其他各種機(jī)器上，對(duì)尺寸精度和光潔度要求嚴(yán)格，而對(duì)機(jī)械性能要求相對(duì)較低的標(biāo)準(zhǔn)件，如齒輪、軸、螺栓、閥門(mén)、襯套、銷釘、管接頭、彈簧座墊及機(jī)床絲杠、塑料成型模具、外科和牙科手術(shù)用具等。適合一般電鍍軸心、切削用料及一般零件。美標(biāo)1215由于精度準(zhǔn)確，表面狀況良好，易削切鋼產(chǎn)品可直接使用，如噴涂，打砂，打彎，鉆孔，也可按實(shí)際要求精拉之后直接電鍍，免去了大量機(jī)加工時(shí)間及節(jié)省配置加工機(jī)械的費(fèi)用，原材料的耗損極少。

1 技術(shù)要求和工藝難點(diǎn)

為保證切削性能，一般要求鋼中的w(Mn)/w(S)控制在3.0～5.0為最佳，AG1215易切削鋼要求較高的硫含量和錳含量，超過(guò)美標(biāo)1215上限，具體化學(xué)成分要求見(jiàn)表1。力學(xué)性能不做要求。

表1 AG1215成分標(biāo)準(zhǔn) w%

AG1215易切削鋼具有低碳、低硅、高磷、高硫的特點(diǎn)，是最難連鑄的鋼種之一。其連鑄工藝的難點(diǎn)主要在于:鋼中的高氧含量、高硫含量顯著降低了鋼水的表面張力，使鋼渣分離困難，從而造成鋼渣混卷;同時(shí)隨著鋼水溫度的下降，進(jìn)入結(jié)晶器的鋼水還會(huì)發(fā)生碳氧反應(yīng)而產(chǎn)生氣體，從而形成大量表面及皮下氣孔、夾雜等缺陷，甚至造成漏鋼，使連鑄生產(chǎn)難以進(jìn)行。該鋼種裂紋敏感性強(qiáng)，必須采用弱冷制度，為形成合適的硫化物又必須采用合適的二冷強(qiáng)度。這些相互矛盾的要求使易切削鋼連鑄工藝非常困難。在軋制方面，由于存在大量硫化物的硫系易切削鋼的晶界比普通鋼種的晶界強(qiáng)度要低，產(chǎn)生晶界弱化。硫系易切削鋼軋制受應(yīng)力后，裂紋容易產(chǎn)生并擴(kuò)展，因此，軋制過(guò)程中容易產(chǎn)生熱脆現(xiàn)象，發(fā)生坯頭開(kāi)裂。

2 AG1215生產(chǎn)工藝要點(diǎn)

安鋼易切削鋼AG1215生產(chǎn)工藝路線為:100 t轉(zhuǎn)爐→100 t LF精煉爐→150 mm×150 mm小方坯連鑄→鋼坯檢查→步進(jìn)梁式加熱爐加熱→無(wú)扭控冷軋制→斯太爾摩冷卻—集卷→PF線輸送→檢查、修剪→打捆→稱重、掛牌→入庫(kù)。

2.1 轉(zhuǎn)爐冶煉

與生產(chǎn)常規(guī)鋼種相比，轉(zhuǎn)爐冶煉不需要脫磷、脫硫，只需要脫碳，脫硅，終點(diǎn)控制只需考慮碳含量和溫度。渣量不需要很多，滿足保護(hù)爐襯要求即可，同時(shí)盡量降低脫磷、脫硫率，既滿足易切削鋼保磷、硫需求，又降低了生產(chǎn)成本，多余的熱量用廢鋼平衡。本鋼種轉(zhuǎn)爐吹煉后期鋼、渣氧含量高，爐襯侵蝕嚴(yán)重，為減輕爐襯侵蝕，適當(dāng)提高渣料中輕燒白云石比例。由于合金加入量多導(dǎo)致出鋼溫降大［1］，終點(diǎn)溫度較同成分體系溫度提高20℃。

2.2 轉(zhuǎn)爐出鋼

轉(zhuǎn)爐出鋼多加頂渣料，降低渣中SiO2活度，擋好渣，控制渣層＜50 mm，防止回硅。出鋼前先加強(qiáng)脫氧劑，脫除鋼水大部分氧。但脫氧劑不能加入太多，需防止回硅和保留一定的自由氧，形成利于切削的特定形狀?yuàn)A雜物。出鋼過(guò)程中加入大部分增磷合金、增硫劑以及其它合金。

2.3 鋼包精煉

根據(jù)爐渣情況進(jìn)行脫氧，禁用含硅含碳脫氧劑，脫氧后進(jìn)行錳、磷成分微調(diào)，后期采用另一種增硫劑進(jìn)行硫成分微調(diào)。鈣作為特殊脫氧劑，與氧化鋁形成復(fù)合鈣鋁氧化物，在此基礎(chǔ)上包裹一層較軟的鈣錳硫化物，有利于提高切削性能和力學(xué)性能。硫成分滿足后喂適量鈣合金線促進(jìn)脆性?shī)A雜物變性，喂線后進(jìn)行軟攪拌處理，促進(jìn)大顆粒夾雜物上浮。

2.4 連鑄

連鑄采用大號(hào)水口和保護(hù)澆注，適當(dāng)提高中包過(guò)熱度，防止中包水口結(jié)瘤;選用合適的電磁攪拌參數(shù)，加大一冷水量，保持一定坯殼厚度，避免產(chǎn)生漏鋼;二冷采用弱冷工藝，同時(shí)提高拉速，利用鑄坯回溫保證角部矯直溫度。

2.5 加熱和軋制

由于存在大量硫化物的硫系易切削鋼的晶界比普通鋼種的晶界強(qiáng)度要低，產(chǎn)生晶界弱化，軋制過(guò)程中容易產(chǎn)生熱脆現(xiàn)象。為了避開(kāi)熱脆敏感溫度區(qū)域，生產(chǎn)中采用高溫緩慢加熱并保溫足夠時(shí)間，嚴(yán)格控制斷面溫差和首尾溫差。制訂合理的開(kāi)、終軋溫度，軋制前，校準(zhǔn)軋制線;對(duì)導(dǎo)衛(wèi)、輥道、過(guò)渡導(dǎo)槽、擋板等有尖角和毛刺的地方打磨干凈;軋輥、導(dǎo)衛(wèi)安裝正確，保證安裝精度和安裝牢靠，防止產(chǎn)品產(chǎn)生劃線、折疊等缺陷和軋件跑鋼事故。

2.6 冷卻

因該鋼種無(wú)強(qiáng)度要求，按鐵素體和珠光體組織控制。采用緩冷工藝，降低入口輥道速度，關(guān)閉風(fēng)機(jī)和保溫罩。

3 產(chǎn)品檢驗(yàn)分析

通過(guò)系列工藝優(yōu)化，安鋼易切削鋼AG1215產(chǎn)品實(shí)物質(zhì)量滿足技術(shù)要求和用戶需求。

3.1 成分控制

AG1215易切削鋼成分控制難點(diǎn)在于碳、硅、硫的控制。經(jīng)過(guò)低拉碳、控制過(guò)程增碳、嚴(yán)格出鋼擋渣、合適脫氧增硫工藝等措施，嚴(yán)格控制成分在技術(shù)要求范圍內(nèi)，具體成分控制情況見(jiàn)表2。

表2 AG1215盤(pán)條平均化學(xué)成分 w%

3.2 鑄坯低倍

硫在鋼中大部分以 MnS、FeS、(Mn、Fe)S 的形式存在，它們和鐵一起形成低熔點(diǎn)的共晶體，呈網(wǎng)狀薄膜分布在晶粒邊界處，降低了晶界強(qiáng)度。鑄坯矯直時(shí)在角部易產(chǎn)生裂紋，在盤(pán)條表面易形成結(jié)疤和黑線，影響用戶使用。

安鋼易切削鋼AG1215為避免連鑄坯角部出現(xiàn)裂紋采用弱冷工藝，利用鑄坯內(nèi)部回溫降低鑄坯斷面溫度梯度，盡量保持?jǐn)嗝娓邷貜?qiáng)度和塑性均勻一致。經(jīng)熱酸浸檢驗(yàn)，鑄坯表面和內(nèi)部質(zhì)量良好，角部未發(fā)現(xiàn)裂紋。鑄坯酸浸角部和低倍情況分別如圖1、圖2所示。

圖1 鑄坯酸浸角部

圖2 鑄坯低倍

3.3 組織和硫化物夾雜

低碳緩冷鋼在軋后形成鐵素體和珠光體組織。硫系易切削鋼中氧的存在形式主要是單個(gè)的脫氧產(chǎn)物或溶解在硫化物中形成復(fù)合夾雜物，如圖3所示。

圖3 夾雜物能譜

硫化錳夾雜物的形態(tài)有I類、Ⅱ類、Ⅲ類三種，其形態(tài)的生成與鋼的脫氧有關(guān)。I類硫化錳夾雜物加熱時(shí)不易延展變形，在鋼中呈紡錐型或橢圓型，切削性能很好(如圖4、圖5所示)，Ⅱ類硫化錳夾雜物加工時(shí)易變形，切削性能和力學(xué)性能都很差;Ⅲ類硫化錳夾雜物更易變形，切削性能和力學(xué)性能更差。相關(guān)資料［2］研究表明:當(dāng)鋼中 w(T.O)＞0.012%時(shí)，可以獲得第 I類硫化物;當(dāng)鋼中 w(T.O)=(0.008～0.012)%時(shí)為第Ⅱ類硫化物;當(dāng)鋼中 w(T.O)＜0.008%時(shí)，為第Ⅲ類硫化物。

圖4 組織和硫化物夾雜(橫向)

圖5 硫化物夾雜(縱向)

由圖3、圖4、圖 5可以看出，安鋼易切削鋼AG1215組織為鐵素體和少量珠光體組織，夾雜物主要為硫化錳夾雜其中含有少量的鐵。經(jīng)檢驗(yàn)分析，AG1215 盤(pán)條平均 w(T.O)=0.014%，可以獲得第I類硫化物，硫化錳夾雜經(jīng)軋制后呈紡錐型或橢圓型，在切削時(shí)可以降低刀具的磨損。

4 使用效果和工藝改進(jìn)

用戶經(jīng)過(guò)酸洗—拉拔—剪切—車削使用后，反饋安鋼易切削鋼盤(pán)條AG1215表面質(zhì)量和切削性能很好，拉拔和車削后產(chǎn)品表面光潔度高(如圖6、圖7所示)，車屑易斷、不粘刀具，盤(pán)條質(zhì)量完全滿足高速切削要求。

圖6 拉拔后盤(pán)條

圖7 車削零件

安鋼易切削鋼AG1215盤(pán)條氧含量高，脫氧不良時(shí)，在鑄坯凝固過(guò)程中內(nèi)部易形成氣泡，脫氧太充分，得不到所需形狀和分布的硫化錳夾雜物，還容易造成水口結(jié)瘤。因此，選擇合適的脫氧劑和采取精煉定氧措施保證脫氧程度是工藝改進(jìn)的關(guān)鍵。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)采用以下系列工藝措施成功開(kāi)發(fā)了易切削鋼AG1215熱軋盤(pán)條，安鋼優(yōu)化了線材品種結(jié)構(gòu)，提升了競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力，為耐候鋼等品種開(kāi)發(fā)積累了高磷、高硫鋼生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)儲(chǔ)備。

1)優(yōu)化轉(zhuǎn)爐渣料控制，既滿足AG1215易切削鋼保磷、硫需求，又降低了生產(chǎn)成本;

2)合適的合金化和夾雜物控制手段，滿足了易切削鋼成分和夾雜物形狀要求;

3)連鑄冷卻工藝優(yōu)化保證了AG1215易切削鋼良好的鑄坯表面質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量;

4)采用高溫緩慢加熱并保溫足夠時(shí)間，制訂合理的開(kāi)、終軋溫度等措施防止了軋制劈頭開(kāi)裂、產(chǎn)品產(chǎn)生劃線、折疊等缺陷。

5)AG1215易切削盤(pán)條組織和夾雜物控制滿足了用戶使用要求。

［1］張景宜，李子林，段貴生，等.易切削鋼生產(chǎn)工藝技術(shù)探討.河南冶金，2007，15(4):30 －32.

［2］磯部浩一，草野祥昌，前出宏文.氧濃度對(duì)低碳含硫易切削鋼MnS系硫化物生成過(guò)程及其切削性能的影響［J］.特殊鋼，1995(5):53－57.

RESEARCH AND DEVELOPMENT ON FREE CUTTING STEEL WIRE ROD AG1215

Zhang Jingyi Li Zilin
(Anyang Iron and Steel Group Co.，Ltd)

It introduces the research and development on the free－cutting steel wire rod AG1215 in Anyang Steel.Continous casting billet with good surface and internal quality can be produced through end－point control for converter，secondary refining process，resulfurization，as well as drafting optimized parameters parameters optimization in continuous casting，reheating and rolling process.Nonmetallic inclusions in steel and performance index of wire rod can meet the requirements of consumers.

free－cutting steelsulfide inclusions

*聯(lián)系人:張景宜，高級(jí)工程師，河南.安陽(yáng)(455004)，安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)中心;

2012—4—2