趙孝章（南京鋼鐵聯(lián)合有限公司第二煉鋼廠）

硫系易切削鋼冶煉生產(chǎn)實(shí)踐

趙孝章（南京鋼鐵聯(lián)合有限公司第二煉鋼廠）

本文主要介紹南鋼第二煉鋼廠在硫系易切削鋼生產(chǎn)過(guò)程中遇到難點(diǎn)，結(jié)合本廠實(shí)際情況，一一加以解決，成功研發(fā)硫系易切削鋼并形成批量生產(chǎn)。

易切削鋼；工藝；形態(tài)

前言

易切削鋼是主要供自動(dòng)機(jī)床進(jìn)行高速切削制接機(jī)械零部件用鋼，其特點(diǎn)是硫、磷含量較一般碳素鋼高出數(shù)倍。由于硫、磷含量的增高，增加了鋼的易切削性能，從而大大提高機(jī)床的切削速度。隨著制作業(yè)及汽車(chē)行業(yè)的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)數(shù)控車(chē)床的使用量近年上升很快，易切削鋼的使用前景良好。易切削鋼可分為硫系、鉛系、鈣系等類(lèi)型。近年來(lái)隨著全球?qū)Νh(huán)境意識(shí)的提高，相對(duì)環(huán)保的硫系易切削鋼需求越來(lái)越大。為適應(yīng)市場(chǎng)的需求，南鋼也研發(fā)硫系易切削鋼，通過(guò)近幾年生產(chǎn)實(shí)踐，南鋼第二煉鋼廠硫系易切削鋼質(zhì)量性能穩(wěn)定，受到廣大客戶好評(píng)，在市場(chǎng)占有率也得到很大提高。

1　冶煉工藝難點(diǎn)

1.1精煉工序Mn、S成分波動(dòng)大

此鋼成分波動(dòng)較大，隨著氧位的下降，鋼水中Mn、S元素增長(zhǎng)較多，給成分配比造成一定的難度。

1.2化驗(yàn)難度大

在沒(méi)有開(kāi)發(fā)易切削鋼之前一般都是化驗(yàn)低硫鋼，易切削鋼是高硫鋼（比原來(lái)要高一個(gè)數(shù)量級(jí)），用光譜化驗(yàn)曾遇到一些技術(shù)問(wèn)題。需要碳硫儀化驗(yàn)，另外，由于低硅、高氧，鋼樣上容易出現(xiàn)麻點(diǎn)，化驗(yàn)困難。因此，化驗(yàn)周期比其他鋼種長(zhǎng)很多，有時(shí)需要打好幾個(gè)樣子才能化驗(yàn)出來(lái)，對(duì)生產(chǎn)節(jié)奏影響較大。

1.3氧位控制難度大

鋼水氧位高，冶煉過(guò)程氧位反彈大，需要控制好終點(diǎn)氧位，氧位過(guò)高，容易產(chǎn)生氣泡；氧位過(guò)低，造成鋼水發(fā)粘。因此過(guò)程氧位控制難度較大。

1.4增S過(guò)程控制難度大

（1）利用轉(zhuǎn)爐脫硫率低的特點(diǎn)提高人爐鋼鐵料中硫含量，采用高硫鐵水+高硫廢鋼或硫鐵合金并配合在鋼包加硫鐵或喂硫線的方式。優(yōu)點(diǎn)：出鋼溫降較小，缺點(diǎn)：在出鋼時(shí)要等鋼水終點(diǎn)成分出來(lái)后配加含硫合金，生產(chǎn)節(jié)奏受影響。

（2）在出鋼時(shí)向鋼包加硫鐵。優(yōu)點(diǎn)：不影響生產(chǎn)節(jié)奏、出鋼溫降最小，缺點(diǎn)：因硫磺熔點(diǎn)低、密度小收得率不穩(wěn)定，而且部分硫被鋼液和空氣氧化為二氧化硫，污染環(huán)境。

（3）直接在鋼包加硫鐵合金增S，優(yōu)點(diǎn)：不影響生產(chǎn)節(jié)奏、吸收率穩(wěn)定，缺點(diǎn)：合金加入量多導(dǎo)致出鋼溫降大。

1.5水口結(jié)瘤

研究表明鋼中夾雜物呈球形或紡錘形有利于鋼的切削性能。含硫高易切削鋼在用連鑄方法進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，添加鈣可改善硫化物形態(tài)。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。[1]但由于生成的CaS和CaO-A12O3非金屬夾雜物在水口處沉積，易造成鋼包水口、中間包水口結(jié)瘤而使水口堵塞，影響連鑄生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

2　冶煉工藝研究與對(duì)策

2.1S含量及Mn含量的控制

硫系易切削鋼S含量較高。為保證鋼的表面質(zhì)量以及降低鋼的冷熱脆敏感性。冶煉過(guò)程對(duì)S的控制非常重要。通過(guò)多次工藝試驗(yàn)，摸索出一整套的穩(wěn)定鋼水S含量的工藝參數(shù)：即以爐前添加硫鐵合金為主，控制鋼水S含量，進(jìn)線、LF爐微調(diào)為輔調(diào)整S含量。減輕鋼水S含量溶解不均勻，降低S偏析；由于堿性渣有較多的自由O，因而具有較大的脫硫能力。但為保證硫的分配比，熔渣又必須有一定的堿度，故改變?cè)煸に?，造低堿度渣，可保證鋼中渣子不吸收硫或少吸收硫。

2.2解決化驗(yàn)節(jié)奏問(wèn)題

（1）每次取雙樣，C、S成分用碳硫儀分析，其他成分用光譜分析，節(jié)約化驗(yàn)時(shí)間；

（2）采用專(zhuān)用取樣器；

（3）適當(dāng)提高硅含量。

2.3鋼中氧含量的控制

對(duì)于易切削鋼，合適的氧含量可以促使鋼中的MnS呈紡錘形或橢球形，有利于改善切削性能。然而，易切削鋼中的氧含量并非越高越好，氧含量過(guò)高會(huì)影響鑄坯的表面質(zhì)量，產(chǎn)生皮下氣泡，并且氧化物夾雜含量高對(duì)磨損不利，最終也會(huì)影響成品的性能。

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)鋼水活度氧的控制來(lái)達(dá)到成品材全[O]的要求，對(duì)不同的鋼種采用不同的脫氧方式。摸索出鋼水脫氧工藝控制方法。主要通過(guò)精煉站喂線脫氧確保出站活度氧（20～40）×10-6，縮小連澆爐次的氧含量差距（見(jiàn)表1～2）。

表1　改變脫氧方式之前LF爐進(jìn)出站氧含量統(tǒng)計(jì)表

從表1、表2可以看出，改變脫氧方式過(guò)后，鋼水進(jìn)LF爐的氧位有很大下降，且出站氧位比較穩(wěn)定，爐次間氧位差較以前小。

2.4增S方式

通過(guò)不斷生產(chǎn)摸索，南鋼第二煉鋼廠最終采用直接在鋼包加硫鐵合金增S方式，在LF爐微調(diào)S成分。為了避免出鋼溫度低，提高轉(zhuǎn)爐出鋼溫度。

2.5解決水口結(jié)瘤

（1）確保軟吹氬時(shí)間，使CaS和CaO-A12O3復(fù)合夾雜物能充分上?。?/p>

（2）采用保護(hù)澆注；

（3）水口選用大型號(hào)水口；

（4）嚴(yán)格控制鋼包與中間包的鋼水溫度，保證鋼水過(guò)熱度在25～40℃之間（隨著中問(wèn)包鋼水的溫度降低，水口堵塞的頻率增加）。

2.6鋼中Mn/S比的控制

控制好Mn/S是控制該鋼成分的關(guān)鍵，MnS的含量是影響硫系易切削鋼切削性能和加工性能的主要因素，Mn/S的高低對(duì)MnS、FeS的生成數(shù)量以及分布形態(tài)有著較為直接的影響.對(duì)鋼材的組織分布和機(jī)械性能的影響比較明顯；所以適當(dāng)?shù)腗n/S控制，可以減少非MnS夾雜物的存在，有利于易切削鋼的軋制和改善切削性能.Mn/S控制最佳范圍在3.0～5.0[2]。

通過(guò)合金加入量及S含量的控制，LF爐依據(jù)鋼水S含量添加FeMn合金微調(diào)鋼水Mn含量。確保鋼中Mn/S比在3.0～5.0。對(duì)鋼中硫化物夾雜進(jìn)行了有效變性，提高了切削性能。

2.7連鑄坯質(zhì)量控制

易切削鋼是世界三大難以連鑄的鋼種之一，其連鑄工藝開(kāi)發(fā)的難點(diǎn)主要在于：易切削鋼的高氧含量、高硫含量大大降低了鋼水表面張力，使鋼渣分離困難，造成鋼渣混卷，形成大量表面及皮下缺陷，甚至漏鋼。使連鑄生產(chǎn)難以進(jìn)行：易切削鋼中Mn、O含量高，高溫下會(huì)與耐火材料中的某些成分發(fā)生理化反應(yīng)，使耐火材料侵蝕。在連鑄生產(chǎn)中造成溢鋼或中間包漏鋼等現(xiàn)象；易切削鋼鋼液粘度大，流動(dòng)性差，為保證其可澆性必須提高澆注溫度。但同時(shí)易切削鋼又是裂紋敏感鋼種，必須采用弱冷制度，這些相互矛盾的要求使易切削鋼由模鑄工藝轉(zhuǎn)變?yōu)檫B鑄工藝非常困難。一度成為連鑄工作者的難點(diǎn)[3]。

因此結(jié)晶器保護(hù)渣也是影響鑄坯表面的關(guān)鍵因素。通過(guò)試驗(yàn)研制開(kāi)發(fā)了一種高堿度易切削鋼連鑄結(jié)晶器專(zhuān)用保護(hù)渣。該渣加入了一種特殊的還原劑。通過(guò)還原劑與彎月面處S、O反應(yīng)，生成的硫化物和氧化物為保護(hù)渣吸收，降低了彎月面處S、O。同時(shí)該渣在使用中保溫性好，粘度較低。結(jié)晶器傳熱均勻，潤(rùn)滑鑄坯能力好，沒(méi)有出現(xiàn)因潤(rùn)滑不良導(dǎo)致的漏鋼情況，鑄坯表面質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量基本滿足大生產(chǎn)要求。

3　結(jié)語(yǔ)

南鋼第二煉鋼廠自研發(fā)硫系易切削鋼以來(lái)，經(jīng)過(guò)試制、小批量生產(chǎn)、批量生產(chǎn)三個(gè)階段。已成功開(kāi)發(fā)出SUM23HS、1215MS、CN1215B等硫系易切削鋼。連澆爐數(shù)由7.17爐提高到11.03爐，摔坯量由0.74t/爐降到目前0t/爐。從開(kāi)發(fā)的整體情況來(lái)看，該廠硫系易切削鋼的生產(chǎn)工藝成熟，也得到了用戶的認(rèn)可和好評(píng)，用戶需求不斷擴(kuò)大。

[1]張景宜，李子林，段貴生，劉社牛，石成剛，蘇曉峰.易切削鋼生產(chǎn)工藝技術(shù)探討[J].河南冶金，2007，15（4）：30～32.

[2]Rama Bommaraju.易切削鋼連鑄坯縱裂及凹陷的成因及預(yù)防[A].第一屆歐洲連鑄會(huì)議譯文集[C].弗羅倫薩：1991.81～389.

[3]田樹(shù)生，周小麗，徐瑞軍.硫系易切削鋼的研發(fā)[J].金屬材料與冶金工程，2008，36（6）：17～20，29.

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2016-10-8