薛啟河， 程玉君， 張明博

（河北省釩鈦工程技術研究中心， 河北 承德 067102）

河鋼、承鋼通過產(chǎn)品結構調(diào)整來推動產(chǎn)業(yè)升級轉(zhuǎn)型，河鋼、承鋼開發(fā)熱處理高碳鋼，供山東運泰生產(chǎn)加工農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品，通過在鋼中添加釩鈦微合金化元素，使釩、鈦與碳結合形成強的碳化物，強烈地阻礙碳在鋼中的擴散，因此急劇地減慢了碳的擴散速度和鋼的奧氏體化過程，在冷卻過程中，析出VC、TiC，有沉淀強化作用。在回火過程中，Ti減緩C在α相中的擴散，減緩Fe、Mn等碳化物的析出與長大，增加回火穩(wěn)定性，并可能通過析出TiC，而起到二次硬化作用。

1 關鍵生產(chǎn)技術研究

1.1 生產(chǎn)工藝流程

生產(chǎn)工藝流程：高爐鐵水→單吹顆粒鎂脫硫→150 t轉(zhuǎn)爐提釩（脫磷）→150 t轉(zhuǎn)爐煉鋼→LF精煉→板坯連鑄機保護澆注→1780生產(chǎn)線板坯加熱→高壓水除磷→粗軋→熱卷箱→精軋→卷取→入庫緩冷→包裝檢驗。

1.2 化學成分

按照用戶對產(chǎn)品性能指標要求在德標38MnB5成分基礎上添加V、Ti元素，V、Ti在鋼中形成穩(wěn)定的碳化物元素，可以阻止奧氏體晶粒長大，熱處理后得到高的強度和塑性，以及降低淬火變形和開裂傾向?；瘜W成分設計見表1。

表1 38MnB5鋼的熔煉成分 %

1.3 低氧潔凈鋼冶煉技術

鋼材的潔凈度取決于鋼中非金屬夾雜的數(shù)量和大小，通常以鋼中全氧（T[O]）的含量來代表鋼的純凈度。因而控制鋼的潔凈度主要是降低鋼中T[O]含量、促進鋼中夾雜物變性、聚合上浮[1]。

轉(zhuǎn)爐終點鋼水自由氧含量高，脫氧后，夾雜物數(shù)量多，因此控制轉(zhuǎn)爐終點鋼水氧含量的多少是控制夾雜的源頭，轉(zhuǎn)爐終點氧含量與終點碳含量的關系見圖1。

圖1 轉(zhuǎn)爐吹煉終點[C]·[O]含量關系

通過轉(zhuǎn)爐終點碳含量和氧含量統(tǒng)計分析看出，終點碳在大于0.08%時，鋼中的氧含量（質(zhì)量分數(shù)）基本在600×10-6以下，有利于夾雜物的控制。因此在控制鋼中夾雜物含量時主要通過以下幾條措施加以控制。

1）該鋼種碳含量高的特點，因此在生產(chǎn)此鋼種時轉(zhuǎn)爐采用高拉碳發(fā)吹煉，要求轉(zhuǎn)爐終點碳質(zhì)量分數(shù)大于0.08%，同時增大轉(zhuǎn)爐底吹強度大于300 m3/h鋼水的成分溫度更加均勻，同時還要考慮出鋼溫降，避免LF精煉升溫幅度大。轉(zhuǎn)爐終點碳含量不能太高，轉(zhuǎn)爐終點拉碳控制為0.08%～0.14%之間為生產(chǎn)此鋼種最佳控制范圍。

2）轉(zhuǎn)爐出鋼采用臺鋁脫氧，脫氧后鋼水中w[O]小于20×10-6，采用滑板擋渣下渣量小于50 mm。出鋼過程加入小?；?.5 kg/t利用出鋼良好的動力學條件進行精煉處理的初渣。

3）根據(jù)精煉進站爐渣情況進行爐渣的脫氧程度及堿度、黏度的調(diào)整，促使前期脫氧產(chǎn)物上浮被吸附。精煉渣成白渣后進行鈣處理將不易上浮小顆粒Al2O3進行變形成低熔點的夾雜物促使在后續(xù)弱吹氬過程進行上浮。

4）連鑄全程采用保護澆注，大包至中間包采用長水口加密封墊加氬氣密封保護澆注，中間包采用高堿度覆蓋劑，中間包到結晶器采用浸入式水口加氬氣密封保護，確保澆注過程在無氧狀態(tài)進行澆注，見圖2。

圖2 保護與非保護工序控[N]對比

研究對比了連鑄過程保護澆鑄與非保護澆鑄過程增氮情況，保護澆鑄與非保護澆鑄二次氧化對鋼水的污染較大。

1.4 脫碳層控制技術

中碳鋼因碳含量較高，在加熱過程中易造成表層脫碳，脫碳后鋼表層造成淬火軟點，降低材料表層硬度，抗疲勞強度降低，耐磨性降低。因此脫碳層控制技術是材料獲得較高的綜合性能的關鍵。

1.4.1 加熱溫度對脫碳的影響

碳在鋼中主要是以Fe3C的形式存在，鋼的脫碳過程是爐氣內(nèi)H2O、H2、CO與Fe3C進行反應。

以上反應為吸熱反應，提高溫度有利于促使反應向右進行，所以加熱溫度越高，脫碳程度越深，隨著溫度的升高，碳的擴散速度增加脫碳層厚度也增大[2]。

1.4.2 加熱時間對脫碳的影響

在爐加熱時間是影響脫碳層厚度的另一主因，因此控制坯料的在爐時間非常關鍵，經(jīng)過現(xiàn)場實踐得出，對于200 mm厚度坯料，是控制脫碳層的關鍵，熱料在爐時間不大于120～180 min。因鑄坯沒有緩冷設施不采用冷裝工藝。

表2 38MnB5加熱制度

1.4.3 加熱爐內(nèi)氣氛對脫碳的影響

爐內(nèi)采用微正壓8 Pa，防止吸入冷風，通過改變空燃比，保證爐內(nèi)氣氛為弱還原性氣氛。通過以上加熱措施的控制，脫碳層厚度小于0.1 mm。

1.5 軋制工藝控制

軋制過程中，因38MnB5鋼種硬度較高，為保證軋機設備穩(wěn)定，軋制溫度不宜太低，根據(jù)不同的原料規(guī)格和軋機符合能力，開軋溫度一般控制在1 100℃以上，終軋溫度應控制在850～890℃，同時為了保證成品鋼卷的卷形質(zhì)量，在現(xiàn)有卷取機設備能力偏低的情況下優(yōu)化層流冷卻工藝，采用不噴水空冷制度，將卷取 設定在700℃以上，避免軋后冷卻速度過快，減小了鋼帶內(nèi)部應力分布不均，出現(xiàn)瓢曲等板形缺陷。

1.6 緩冷工藝

38MnB5屬于中碳鋼在變形后連續(xù)冷卻條件下，主要發(fā)生高溫轉(zhuǎn)變，相變產(chǎn)物為珠光體和少量的鐵素體，在快速冷卻條件下主要發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，為此軋制后必須重點解決緩冷問題，結合承鋼卷板生產(chǎn)線工藝裝備條件，確立了38MnB5緩冷工藝。具體為：板坯采用熱裝軋制，如不能熱裝下線鑄坯全部判廢；成品鋼卷下線后直接入緩冷坑進行緩冷[3]。為保證緩冷效果，鋼卷下線后在緩冷坑內(nèi)緩冷72 h后方允許發(fā)貨。

2 產(chǎn)品質(zhì)量

2.1 全氧含量

承鋼生產(chǎn)38MnB5工具鋼鋼中w（T[O]）平均控制在 12×10-6左右，其中 w（T[O]）為 10×10-6以下的所占比例為78%，見圖3。

圖3 38MnB5T[O]含量所占比例

2.2 性能指標

經(jīng)過對加熱制度及加熱時間的優(yōu)化以及軋制工藝的控制，實現(xiàn)了工具鋼的開發(fā)生產(chǎn)，且滿足用戶的使用要求，實際生產(chǎn)中實現(xiàn)成品脫碳層深度小于1%/D（D為軋件厚度）。熱軋高強工具鋼板性能見下頁表3。

3 結論

1）承鋼開發(fā)38MnB5農(nóng)機機械用鋼，通過結合河鋼承鋼的釩鈦資源優(yōu)勢，歐標的基礎上添加V、Ti元素，V、Ti在鋼中形成穩(wěn)定的碳化物元素，阻止奧氏體晶粒長大，在冷卻過程中析出VC、TiC有沉淀強化作用，在回火過程中，Ti減緩C在α相中的擴散，減緩Fe、Mn等碳化物的析出與長大，增加回火穩(wěn)定性，并可能通過析出TiC，而起到二次硬化作用。

表3 38MnB5產(chǎn)品綜合性能

2）開發(fā)了中碳潔凈鋼冶煉技術，提出優(yōu)化轉(zhuǎn)爐終點控制、精煉造渣工藝促使脫氧產(chǎn)物被爐渣充分的吸附吸收，提高鋼材的純凈度，鋼材w（T[O]）平均控制在12×10-6以下。非金屬夾雜物最大為D類細0.5級。

3）開發(fā)中碳鋼卷板脫碳層控制技術，主要包括加熱溫度、時間、爐內(nèi)氣氛以及軋后冷卻制度的控制，將中碳鋼脫碳層深度控制在小于1%/D。

4）板形控制技術，因38MnB5鋼種硬度較高，為確保卷板板形滿足用戶的使用要求，在軋制溫度和軋后冷卻主要采取了高溫卷取和高溫緩冷的措施，消除鋼卷因冷卻不均造成板形缺陷問題。

[1]孫嶺，王全利.65Mn熱軋卷板的開發(fā)[J].河北冶金，2015（3）：22.

[2]王立峰，周玉麗，張瑋，等.高速鐵路軌道板用高強度長材產(chǎn)品研發(fā)[J].鋼鐵，2013（4）：82-87.

[3]楊財福，張永權，王瑞珍.釩鋼冶金原理[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2012.