锯片用65Mn钢质量控制工艺优化实践

2016-08-26郭达

山东冶金 2016年3期

关键词：麻点锯片大包

郭达

（山钢股份莱芜分公司炼钢厂，山东莱芜271104）

锯片用65Mn钢质量控制工艺优化实践

郭达

（山钢股份莱芜分公司炼钢厂，山东莱芜271104）

针对65Mn锯片用钢冷轧后出现的麻点、起皮等质量缺陷，对缺陷部位进行的金相、扫描电镜及能谱分析表明，缺陷原因是钢组织中存在大量B类（2.5级）、C类（3.0级）夹杂物。通过优化转炉、精炼、连铸生产工艺，提高钢水洁净度并避免钢水二次氧化，降低了钢中夹杂物，B类、C类夹杂物稳定控制在0.5级、总级别3.0级以下，杜绝了冷轧麻点、起皮质量缺陷。

65Mn钢；麻点；起皮；夹杂物；工艺优化

1　前言

65Mn优质碳素结构钢是用途广泛的钢种，具有较高的弹性极限、屈服强度和疲劳强度，淬透性高、切削性好，是制造金刚石圆锯片的主要材料［1］。山钢股份莱芜分公司窄带生产线生产的65Mn带钢卷，主要用于加工锯片、刀具，在要求具有良好力学性能的同时，对加工件的表面质量同样要求较高。65Mn热轧带钢卷厚度一般在3.0～4.5 mm，下游用户冷轧后厚度一般在0.8～1.5 mm，随着冷轧尺寸变薄，表面出现麻点、起皮等质量缺陷。为此对缺陷部位进行分析，产生麻点、起皮缺陷的关键原因是钢中夹杂物含量高；通过采取有针对性的优化控制措施，促进了产品质量的提高。

2　65Mn钢存在的问题及分析

65Mn钢的化学成分应符合GB/T 699标准要求，据此制定的内控要求如表1所示。生产工艺路线为铁水预处理→复吹转炉→LF精炼→带钢连铸机→步进式加热炉→带钢轧机→打卷→入库。

表1　65Mn钢标准及内控化学成分（质量分数）%

2.1起皮、麻点缺陷

65Mn热轧带钢卷经冷轧后，带钢卷表面出现了起皮、麻点缺陷，起皮缺陷沿轧制方向分布，有时甚至会呈连续分布，麻点缺陷呈点、片状分布，见图1。

2.2夹杂物检测分析

对缺陷钢卷取样进行夹杂物检测，试样断面抛光态形貌中：A类夹杂物（硫化物）1.0级；大量存在B类、C类夹杂物（形貌见图2），其中B类2.5级，C类3.0级；D类（点状氧化物）0.5级。

图1　65Mn钢冷轧后的起皮、麻点缺陷

图2　冷轧后65Mn钢中的非金属夹杂物形貌

2.3扫描电镜及能谱分析

对缺陷试样进行扫描电镜及能谱分析，一类为氧化铝（B类）夹杂物，夹杂物中包括A1、Ca、Si、Mg、O元素，另一类为硅酸盐（C类）夹杂物，夹杂物中包括Si、A1、K、O元素（见图3）。

图3　65Mn钢中夹杂物的扫描电镜形貌及能谱分析

3　工艺优化措施

3.1转炉冶炼优化

3.1.1出钢铝锰铁脱氧

强化转炉脱氧控制，用Al进行深脱氧。钢芯铝比重轻，烧损严重，因此以铝锰铁替代钡系、硅钙钡脱氧。铝锰铁脱氧易生成锰铝榴石夹杂，其熔点低（1 400℃），球形易上浮，可减少连铸浇注过程水口堵塞概率。根据实践经验，铝脱氧钢种铝基脱氧剂加入越早产生的脱氧产物越容易聚合上浮排除。转炉在出钢时加入，终点C≥0.10%的炉次铝锰铁加入量为0.5 kg/t。以终点C 0.10%为基准，每低0.01% 的C，补加铝锰铁0.1 kg/t。

3.1.2高拉碳操作

转炉冶炼65Mn钢种终点C控制直接影响钢的成分控制和钢的质量，终点C含量越低，钢中O含量越高，脱氧剂、增碳剂消耗量越大，夹杂物含量增加。高拉碳出钢根据铁水P含量的不同，有3种模式：一种是使用预处理铁水的高拉碳，其余两种是使用非预处理的常规铁水高拉碳，双渣法和高拉补吹法。根据转炉生产特点，实际生产中采用高拉补吹法，终点C含量控制在0.10%～0.30%。

3.2LF炉精炼优化

3.2.1确定合理目标渣系

为合理快速造白泡沫渣，营造出炉内稳定的还原性气氛，达到深脱硫脱氧的目的，以充分吸收钢水中的夹杂物并对夹杂物进行变性处理。综合考虑渣中各组分对造渣的影响，达到最佳的炉渣精炼能力，确定了合理的目标渣系，见表2。

表2　65Mn钢精炼终渣设计成分（质量分数）

3.2.2优化钙处理

根据钢水中［Al］与［Ca］含量的关系进行钙化处理，要求［Ca］/［Al］为0.10～0.15，使钢中铝夹杂物形成12CaO·7Al2O3并聚合上浮，达到去除夹杂物的目的，保证连铸过程浇注顺利。确定的钙处理标准见表3。

表3　65Mn钢精炼钙处理单炉喂钙线量

3.3连铸工艺优化

3.3.1大包长水口密封吹氩保护

在大包上水口与长水口配合处增加密封垫，并吹氩保护，以防止空气的吸入。为提高大包长水口密封吹氩效果，增加密封垫厚度：底面厚度由3 mm增加至8 mm，侧面厚度由3 mm增加至6 mm。大包长水口碗部高度由30 mm提高至50 mm；大包上水口下部由小倒角改为锥面，形成“底部面状+锥面线状”两道密封。

3.3.2采用喇叭大包长水口结构

设计喇叭大包长水口，结构见图4。喇叭大包长水口实现大包长水口底部在中间包钢水液面以下开浇，彻底解决大包开浇敞开浇注的问题，大大提高了大包长水口保护浇注效果。喇叭大包长水口较直筒大包长水口更有利于延长钢流在中间包内的停留时间、减少死区，保证钢液中的夹杂物有更长的时间上浮，从而提高钢水的洁净度［2］。

图4　喇叭大包长水口结构示意图

3.3.3应用中间包水口密封吹氩装置

中间包浸入式水口吹氩存在氩气流量过大、液面波动大、钢水卷渣的情况，流量太小起不到有效保护作用。为此设计了一种中间包水口密封吹氩装置（见图5）。该装置由箱体、锁紧环组成，箱体固定在中间包包底上，将中间包上水口、浸入式水口碗罩入其中，在箱体下部设置外螺纹与密封装置锁紧环进行配合。锁紧环正常状态处于箱体外螺纹下部，需要更换浸入式水口时将锁紧环上移，完成挂水口操作后恢复锁紧环位置。箱体两侧开孔，连接吹氩管路进行吹氩，在箱体内充满氩气，形成正压，有效避免了浸入式水口吸气二次氧化。

图5　中间包水口密封吹氩装置

3.3.4中间包双层覆盖剂保护

目前常用的中间包覆盖剂有普通、复合两大类。普通中间包覆盖剂以稻壳、稻壳灰为主体材料制成，被广泛使用，其隔热性能好，成本低，但无法形成液渣层，不利于吸收夹杂物，且隔绝空气效果差。复合覆盖剂是由多种成分组成的机械混合物，加入后在中间包内迅速形成液渣层、过渡层和粉渣层，具有保温、隔绝空气、吸附夹杂物的作用，具有良好的冶金效果。原连铸机中间包保护采用稻壳，为提高覆盖剂对夹杂物的吸附能力，降低中间包渣中SiO2对钢水的二次氧化，进一步提高钢水纯净度，结合稻壳、覆盖剂使用特点，采取了“稻壳+碱性覆盖剂”双层保护工艺，解决了保温、隔绝空气问题，又有利于夹杂物的吸收。

3.3.5提高稳态浇注效果

由电积过程产生的气体从电解液溢出后形成的酸雾一部分会附着在导电片上，由式(4)反应形成的Cu2(OH)2CO3便会与酸雾发生反应,其反应见式(5)。

稳定中间包液面、结晶器液面控制，连铸过程进行压钢2～5 min浇注，保证大包钢水衔接，中间包保持满包浇注，中间包液面高度不低于900 mm，延长中间包内钢水停留时间，促进夹杂物上浮。中间包浸入式水口插入深度控制在90～120 mm，避免卷渣，提高铸坯质量。

4　优化改进效果

采取上述工艺优化措施后，65Mn钢质量控制水平得到明显提升，B类、C类夹杂物等级显著降低（稳定控制在0.5级），总级别控制在3.0级以下，杜绝了冷轧麻点、起皮等质量缺陷，加工锯片表面质量良好，完全满足用户质量需求，实现了锯片用钢65Mn的批量生产。

［1］孙继兵，李国彬，李桂云，等.65Mn钢圆锯片基体的热处理［J］.金属热处理，1999，24（8）：17-19.

［2］文光华.钢包长水口形状对中间包内钢液流动特性的影响［J］.重庆大学学报，2011，34（3）：69-74.

Abstrraacctt：Due to the pitting and peeling on the surface of 65Mn saw steel after cold-rolled，metallographic，electron microscope and energy spectrometer is used to analysis.The results showed that there is a large amount of the class B inclusion（Grade 2.5）and the class C inclusion（Grade 3.0）in the steel.Then based on optimizing the converter，refine and CC process，the cleanliness of the steel is improved and the secondary oxidation is avoided.Besides，the inclusion is reduced by controlling the grade of class B inclusion and the class C inclusion at 0.5，total grade of them must be fewer than 3.0 as well.Quality problems can be solved due to these measures are implemented.

Key worrddss：65Mn steel；pitting；peeling；inclusion；process optimization

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Process Optimization and Quality Control of 65Mn Saw Steel

GUO Da
（The Steelmaking Plant of Laiwu Branch of Shangdong Iron and Steel Co.，Ltd.，Laiwu 271104，China）