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摘要
確定了合理的脫氧、合金化工藝、硫的加人方式及吸收率,保證r鋼質(zhì)的純凈度,鋼材非金屬夾雜物達(dá)到了國(guó)標(biāo)的要求,YF40MnV非調(diào)質(zhì)鋼各項(xiàng)采用轉(zhuǎn)爐精煉(LF)連鑄法生產(chǎn)YF40MnV非凋質(zhì)鋼的工藝性能達(dá)到同類(lèi)電爐鋼和凋質(zhì)鋼(45、40Cr)的水平。
1前言
非調(diào)質(zhì)鋼最早始于20世紀(jì)7O年代,由德國(guó)蒂森特鋼公司開(kāi)發(fā)成功,典型鋼種為49MnVS3…。由于其具有節(jié)省能源、材料,工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),得到迅速發(fā)展和使用。尤其在汽車(chē)工業(yè)中獲得更加廣泛的應(yīng)用。目前,國(guó)外已廣泛采用非調(diào)質(zhì)鋼制造汽車(chē)鍛件;國(guó)內(nèi)汽車(chē)廠也在開(kāi)發(fā)應(yīng)用或引進(jìn)國(guó)外非調(diào)質(zhì)鋼制造技術(shù),制造汽車(chē)曲軸、連桿、前軸等零件。
目前,國(guó)內(nèi)外已將鋼包噴粉、吹氬、喂絲、及真空處理相繼應(yīng)用于非調(diào)質(zhì)鋼冶煉日本大同、山陽(yáng)特殊鋼公司采用復(fù)合精煉法生產(chǎn)非調(diào)質(zhì)鋼,即:電爐——LF——真空脫氣一連鑄或鑄錠…。
我國(guó)非調(diào)質(zhì)鋼的生產(chǎn)主要還是在特殊鋼廠,主要采用電爐——LF——模鑄工藝。如:大冶特鋼,江陰興澄鋼廠和撫順特鋼等。近幾年,采用轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)非調(diào)質(zhì)鋼,已顯示出明顯的優(yōu)勢(shì)。日本每年采用轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)特殊鋼(包括非調(diào)質(zhì)鋼)1000萬(wàn)t,約占特殊鋼總產(chǎn)量的70%。我國(guó)部分鋼廠也已采用轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)非調(diào)質(zhì)鋼,如:攀鋼。平爐冶煉非調(diào)質(zhì)鋼數(shù)量已很少,如:鞍鋼。
非調(diào)質(zhì)鋼連鑄工藝越來(lái)越被廣泛采用,逐漸取代了模鑄工藝。與傳統(tǒng)模鑄工藝相比,連鑄法生產(chǎn)具有生產(chǎn)效率高、成本低的特點(diǎn),是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。德國(guó)、日本90%非調(diào)質(zhì)鋼采用連鑄法生產(chǎn),通過(guò)采用電磁攪拌可明顯改善鑄坯偏析
在我國(guó),江陰興澄鋼廠、江都誠(chéng)德鋼管有限公司已成功采用電爐——精煉——連鑄生產(chǎn)非調(diào)質(zhì)鋼,而目前采用轉(zhuǎn)爐——LF——連鑄法生產(chǎn)非調(diào)質(zhì)鋼的報(bào)導(dǎo)幾乎沒(méi)有,對(duì)其生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品性能的研究非常必要,本文可以為推廣使用轉(zhuǎn)爐——LF——連鑄法生產(chǎn)非調(diào)質(zhì)鋼提供實(shí)踐和理論依據(jù)。
2試驗(yàn)材料及方法
2.1生產(chǎn)YF40MnV非調(diào)質(zhì)鋼的必要性及技術(shù)要求
國(guó)內(nèi)汽車(chē)、拖拉機(jī)、摩托車(chē)、工程機(jī)械、農(nóng)機(jī)等行業(yè)過(guò)去一直使用調(diào)質(zhì)鋼(45、40Cr、35CrMo、42CrMo)作其零件,由于調(diào)質(zhì)鋼需要進(jìn)行淬火、回火處理,消耗能源,又會(huì)引起氧化、脫碳、變形、開(kāi)裂等缺點(diǎn)。因此人們一直致力于開(kāi)發(fā)不需淬火、回火處理的非調(diào)質(zhì)鋼,YF4OMnV就是針對(duì)45、40Cr、35CrMo、42CrMo開(kāi)發(fā)的含硫易切削非調(diào)質(zhì)鋼。它已廣泛應(yīng)用于汽車(chē)連桿、拖拉機(jī)曲軸、工程機(jī)械變速器絲杠、前橋拉桿、機(jī)架軸等。YF4OMnV的化學(xué)成分、力學(xué)性能、非金屬夾雜物、低倍組織、晶粒度必須滿(mǎn)足國(guó)標(biāo)GB/T15712的技術(shù)要求。
2.2組織觀察和力學(xué)性能測(cè)試
采用MEF4A定量金相顯微鏡分析YF4OMnV熱軋后的組織和非金屬夾雜,用S一360掃描電鏡(SEM)對(duì)珠光體片間距進(jìn)行了精確測(cè)量。用WE一30型液壓式萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)和HB一3000型布氏硬度計(jì)對(duì)YF4OMnV熱軋后的拉伸性能和硬度進(jìn)行了測(cè)試。
2.3YF40MnV非調(diào)質(zhì)鋼的生產(chǎn)工藝路線采用轉(zhuǎn)爐——LF——連鑄——控軋控冷(軋成45mm軋材)——精整修磨、入庫(kù)。
2.3.1冶煉工藝
該鋼種為中碳錳釩含硫非調(diào)質(zhì)鋼,轉(zhuǎn)爐采用雙渣操作?刂坪媒K點(diǎn)成分,用si—Al—Ba終脫氧。鋼中硫含量關(guān)系到鋼的切削性能和機(jī)械性能,它與冶煉溫度、爐渣堿度、渣況及鋼中氧含量有關(guān)。由于硫的熔點(diǎn)低、易氧化,為確保硫的吸收率,采用精煉喂硫線,爐渣堿度控制在1.5~2.0,使硫的吸收率穩(wěn)定在60%~75%,保證了硫含量的穩(wěn)定。出鋼溫度為1660—1680℃,軟吹氬時(shí)間≥10min,氬氣流量50~150L/min;全保護(hù)澆注,澆注溫度為(1554±3)℃;鑄坯采用避風(fēng)堆冷。
2.3.2軋鋼工藝
鋼的加熱、開(kāi)軋、終軋及軋后冷卻速度是影響非調(diào)質(zhì)鋼性能的主要因素。加熱溫度高,晶粒易長(zhǎng)大,韌性下降;終軋溫度低,韌塑性改善;控制軋后冷卻速度,可以獲得良好的綜合性能。YF4OMnV非調(diào)質(zhì)鋼軋制制度為:加熱溫度1150℃,開(kāi)軋溫度為1060℃,變形量控制在15%左右,經(jīng)過(guò)14道次由160mm×160mm軋成45mm,終軋溫度為900℃,控制冷卻,以獲得細(xì)小的鐵素體一珠光體組織,下冷床溫度為550℃,堆冷避免應(yīng)力過(guò)高引起開(kāi)裂。
3試驗(yàn)結(jié)果和討論
3.1理化性能檢驗(yàn)結(jié)果
本次試驗(yàn)共生產(chǎn)了2爐約150t45mm的YF4OMnV非調(diào)質(zhì)鋼,對(duì)其化學(xué)成分、非金屬夾雜物、低倍組織、晶粒度進(jìn)行了檢驗(yàn),結(jié)果見(jiàn)表1~4。
3.2組織分析
經(jīng)轉(zhuǎn)爐——LF——連鑄法生產(chǎn)的YF4OMnV非調(diào)質(zhì)鋼熱軋后的金相組織為鐵素體和珠光體,見(jiàn)圖1,用MEF4定量金相顯微鏡分析鐵素體和珠光體含量,取50個(gè)視場(chǎng)的平均值,得出鐵素體占37.59%,珠光體占62.41%。鐵素體、珠光體平均大小分別為11,26um。
用掃描電鏡對(duì)珠光體片間距進(jìn)行了測(cè)量,取30個(gè)視場(chǎng)的平均值,測(cè)量結(jié)果為其片間距平均約為0.21I.Lm,見(jiàn)圖2。
YF4OMnV是在中碳鋼基礎(chǔ)上添加釩元素進(jìn)行微合金化處理,可以細(xì)化晶粒,同時(shí)通過(guò)控軋控冷可以彌散析出v(c,N),提高非調(diào)質(zhì)鋼的強(qiáng)韌性。圖3為SEM觀察到的V(c,N)形貌。
由表3可以看出,YF40MnV中的非金屬夾雜物主要為A類(lèi),即硫化物夾雜,B、C、D幾乎沒(méi)有,通過(guò)定量金相顯微鏡分析,取50個(gè)視場(chǎng),硫化物夾雜占82%,其大小平均約為37.8um*3um,見(jiàn)圖4。
對(duì)沿軋制方向的硫化物夾雜進(jìn)行了SEM觀察,見(jiàn)圖5,其大小約為43m×2.5m,能譜分析為MnS夾雜,見(jiàn)圖6。
3.3性能分析
YF4OMnV熱軋后的力學(xué)性能達(dá)到同類(lèi)電爐鋼和調(diào)質(zhì)鋼的水平,見(jiàn)表2,這與其組織結(jié)構(gòu)有關(guān)。在軋制加熱過(guò)程中,溶解的V的碳氮化合物對(duì)形變奧氏體晶界、亞晶界、形變帶起釘扎作用,推遲奧氏體晶粒再結(jié)晶和隨后進(jìn)一步長(zhǎng)大,得到細(xì)小的奧氏體晶粒,從而在冷卻時(shí)獲得細(xì)小的鐵素體、珠光體和珠光體片間距,提高強(qiáng)韌性,見(jiàn)圖1,2;同時(shí),V的碳氮化合物在控軋控冷過(guò)程中,呈細(xì)小第二相彌散析出于鐵素體基體內(nèi),產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化效應(yīng),見(jiàn)圖3。此外,由于鋼中加入比較高的硫,形成大量的MnS夾雜,見(jiàn)圖4~6,MnS一方面可以阻止奧氏體晶界移動(dòng),細(xì)化奧氏體晶粒;另一方面還可以使V的化合物附于其上成為晶內(nèi)鐵素體形成核心,分割?yuàn)W氏體晶粒,促進(jìn)形成晶內(nèi)鐵素體,細(xì)化鐵素體晶粒,有效提高非調(diào)質(zhì)鋼韌性。
4結(jié)語(yǔ)
(1) 采用轉(zhuǎn)爐LF連鑄法生產(chǎn)YF40MnV非調(diào)質(zhì)鋼鋼質(zhì)純凈,各項(xiàng)性能達(dá)到同類(lèi)電爐鋼和調(diào)質(zhì)鋼(45、40Cr)的水平。
(2) 采用轉(zhuǎn)爐IJF連鑄法生產(chǎn)YF40MnV非調(diào)質(zhì)鋼工藝可行,各項(xiàng)性指標(biāo)達(dá)到國(guó)標(biāo)及用戶(hù)使用技術(shù)要求。