CN103740889A - 一种解决高碳钢心部马氏体的生产方法 - Google Patents

Abstract

一种解决高碳钢心部马氏体的生产方法，属于高碳钢技术领域。工艺包括：转炉冶炼→钢包脱氧及合金化→LF钢包精炼，在工艺中控制的技术参数为：转炉炉前配最大95%铬合金成分,其余部分在LF炉补齐；LF炉破渣壳、预吹氩气阶段流量控制在420-450Nl/min之间；调合金阶段氩气流量控制在470-500Nl/min之间、软吹氩阶段氩气流量控制在75-85Nl/min之间，时间保证在10-15分钟之间。优点在于，解决了高碳钢特别是含有一定Cr、Mn等强渗透性合金元素的高碳钢心部容易出现马氏体的问题。

Description

一种解决高碳钢心部马氏体的生产方法

技术领域

本发明属于高碳钢技术领域，特别是提供了一种解决高碳钢心部马氏体的生产方法。适用于通过“转炉（电炉）冶炼→高线轧制控冷”方式生产的高碳盘条。 

背景技术

高碳类盘条如SWRH82B、轴承钢、弹簧钢都属于深加工材，他们的共同特征是都含有一定量的Cr或Mn等强渗透性元素，特别是SWRH82B钢，成分设计时都是在80^#钢的基础上添加适量的Cr、Mn合金的方式来提高抗拉强度及渗透性，目前国内外各厂设计时成分略有差异，但大致都在如下范围内：Cr：0.1～0.4%，Mn：0.7～0.9%。 

SWRH82B钢属于深加工用材，用户在使用时不经过热处理的情况下，直接从Φ12.5mm经过8-9道次连续高速拉拔到Φ5.05mm，拉拔产生的减径率高达85%，这就不但对盘条的气体、夹杂、力学性能有具体的要求，而且国家标准对盘条的金相组织有更高的要求：盘条索氏体率控制在85%以上，不得出现低温转变组织。 

然而在实际组织生产时，经常金相检测发现大规格SWRH82B盘条的心部区域组织存在马氏体，而边部组织正常。对于马氏体的出现通常是由于在相变时冷速过快，来不及进行珠光体转变，便到了低温马氏体转变区域，产生了马氏体组织。对于高线控制冷却来说，在冷却过程中，盘条的外表面的热量可直接与水或空气进行对流传热，而盘条心部的热量，必须等到表面温度降低后，心部与边部形成一定的温度梯度时，心部的热量通过传导的方式传递到边部，然后从边部通过对流的方式进行散热，所以在正常的冷却条件下，盘条心部的冷却速度始终要低于盘条边部的冷速。所以长期以来，在正常冷却条件下，SWRH82B盘条边部组织为正常的珠光体而心部却出现了过冷组织马氏体一直困绕着SWRH82B的科研工作者。 

对于SWRH82B组织的规定，日本标准要求，盘条中不允许出现低温有害组织。由于国内生产SWRH82B时常心部出现马氏体等异常组织，国标制丝用低合金钢（GB/T24242.1-2009），对组织的规定变通为，盘条不应有影响使用的异常组织存在，并制定了心部马氏体的检验方法，GB/T13298。如何解决SWRH82B等高碳钢心部偶尔存在马氏体问题，产品实物质量达到国际水平便成了中国高碳钢科研工作者的当务之急。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种解决高碳钢心部马氏体的生产方法，通过强化转炉冶炼及精炼过程中合金的加入方式，解决了高碳钢特别是含有一定Cr、Mn等强渗透性合金元素的高碳钢心部容易出现马氏体的问题。本发明通过盘条心部马氏体与附近正常组织（珠光体）进行电镜成分（定性非定量检测），如附图1所示。从检测情况来 看，组织为马氏体的Cr、Mn明显比正常组织偏高，由于Cr、Mn等渗透性元素加入后，C曲线右移，同时Cr是中强碳化物形成元素，能推迟碳化物的形核和长大，还由于能增加固溶体原子间的结合力减少铁的自扩散系数，从而推迟了珠光体转变中γ→α转变。由于这两方面的原因，使整个P转变过程迟缓。Mn作为弱的碳化物形成元素，既减慢含Mn渗碳体的形核与长大，又强烈推迟珠光体中铁素体的形成。故显著推迟相转变。假如在同样的冷却条件下，Cr、Mn含量高的极易形成低温转变组织。 

本发明的工艺包括：转炉冶炼→钢包脱氧及合金化→LF钢包精炼，在工艺中控制的技术参数如下： 

（1）转炉炉前配最大95%铬合金成分,其余部分在LF炉补齐；LF炉破渣壳预吹氩加热后、第一次造白渣时间控制在15分钟以内，测温取过程钢样，根据精炼15分钟钢样成分第一时间对配铬成分进行调整,铬成分节点控制在精炼周期的前期（精炼周期30分钟之内），等铬成分合格后,再对其它成分碳、硅、锰等进行调整。 

（2）LF炉破渣壳、预吹氩气阶段流量控制在420-450Nl/min之间；调合金阶段氩气流量控制在470-500Nl/min之间、软吹氩阶段氩气流量控制在75-85Nl/min之间，时间保证在10-15分钟之间。 

SWRH82B盘条心部Mn、Cr等合金元素偏析，推迟了珠光体组织的转变进程，大部分珠光体相变结束后，冷速过高导致偏析带发生共析转变的时间不足，是心部生成马氏体带状组织和残余奥氏体组织的原因。在大变形拉拔状态下，晶界渗碳体的析出位置晶界处和马氏体带首先承受较大形变，容易产生横裂，最先达到材料的拉拔极限，整体变形协调较差，在未达到珠光体拉拔极限的情况下，首先发生塑性失稳，产生微裂纹是SWRH82B盘条发生拉拔断裂的主要原因。 

所以，在正常冷却条件下，SWRH82B盘条边部组织为正常的珠光体而心部却出现了过冷组织马氏体的直接原因是，盘条中存在Cr、Mn元素的偏聚（或较严重偏析）。为解决高碳钢的成分偏析问题，在冶炼SWRH82B等含Cr、Mn等强渗透性元素的钢种时，采取如下措施：强化合金成分应主要在转炉（电炉）调整，LF（RH）只进行成分进行微调；对进入LF（RH）时，成分有严格的限制范围；杜绝在LF（RH）精炼后期进行合金成分的调整。 

碳素铬铁的正常成分为Cr≥55%；C≤10%；Si≤3%，S、P含量尽可能的少，根据THERMO-CALC计算，铬铁的熔点范围为1430～1650℃。SWRH82B精炼的温度控制在1550℃以下。如果铬铁的熔点在1600℃以上，铬铁加入时间不合适，就会发生铬铁溶解不均匀的现象。 

本发明在于通过强化转炉（电炉）、LF（RH）的更有效功能，优化工人的操作意识，严加生产管理等措施，在不增加额外成本的前提下，转炉炉前配90%以上铬合金成分，LF炉成分微调优先对铬成分进行调整，配合调成分期间合理的氩气搅拌工艺，保证钢水中难融合金成分均匀，解决了高碳钢边部组织正常心部却出现了低温组织的 技术难题。 

LF精炼炉的吹氩原则：预吹氩采用大流量，保证渣壳熔化，钢水成分均匀，吹氩时间为3－5分钟；造渣加热过程采用中小流量，保证电弧平稳，无雷鸣音。软吹时要保证渣面涌动不露钢液面，渣面微动为宜。参考流量见表1（双路底吹，单路流量Nl/min）。 

表1精炼各阶段吹氩流量供应 

表2SWRH82B异常组织光谱定量分析 

光谱	Cr，%	Mn，%	Fe，%	总和	备注
						光谱1	0.85	2.26	96.89	100.00
光谱2		0.74	99.26	100.00
						最大	0.85	2.26	99.26
最小	0.85	0.74	96.89

附图说明：

图1SWRH82B心部异常组织电镜照片。 

图2SWRH82B心部异常组织金相照片。 

图3SWRH82B正常组织电镜照片。 

图4SWRH82B正常组织金相照片。 

具体实施方式

表3至表6列出了首钢总公司采用本发明在210吨LF炉上生产SWRH82B时的关键参数实例。但本发明的保护范围并不仅限于以下实施例。 

表3210吨转炉工艺关键参数-炉前控制 

炉次	转炉炉前Mn，%	转炉炉前Cr，%
			1	0.72	0.22
2	0.71	0.23
			3	0.70	0.20
4	0.65	0.25
			5	0.75	0.24

表4210吨转炉工艺关键参数-LF精炼控制 

表5出LF炉成品部分控制 

炉次	转炉炉前Mn，%	转炉炉前Cr，%
			1	0.78	0.26
2	0.81	0.27
			3	0.80	0.25
4	0.79	0.25
			5	0.82	0.28

表6盘条的金相检验结果 

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Claims (1)

1.一种解决高碳钢心部马氏体的生产控制方法，工艺包括：转炉冶炼→钢包脱氧及合金化→LF钢包精炼，其特征在于，工艺中控制的技术参数如下：

（1）转炉炉前配最大95%铬合金成分,其余部分在LF炉补齐；LF炉破渣壳预吹氩加热后、第一次造白渣时间控制在15分钟以内，测温取过程钢样，根据精炼15分钟钢样成分第一时间对配铬成分进行调整,铬成分节点控制在精炼周期的前期，精炼周期30分钟之内，等铬成分合格后,再对其它成分碳、硅、锰进行调整。

（2）LF炉破渣壳、预吹氩气阶段流量控制在420-450Nl/min之间；调合金阶段氩气流量控制在470-500Nl/min之间、软吹氩阶段氩气流量控制在75-85Nl/min之间，时间保证在10-15分钟之间。

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