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        高性能彈體用鋼質(zhì)量研究以及軋制實(shí)踐

        2018-08-11 08:17:50供稿王海峰肖洋WANGHaifengXIAOYang
        金屬世界 2018年4期
        關(guān)鍵詞:方鋼本鋼箱型

        供稿|王海峰,肖洋 / WANG Hai-feng, XIAO Yang

        作者單位:本鋼板材股份有限公司特殊鋼廠,遼寧 本溪 117000

        50SiMn是由本鋼特鋼自主設(shè)計(jì)的全連鑄工藝,一直是本鋼的優(yōu)勢特鋼產(chǎn)品,曾經(jīng)創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。十九大閉幕后,六大“鋼需”亮點(diǎn)振奮人心,本著“以銷定產(chǎn)”的經(jīng)營理念以及“鋼需”方向,對高性能彈體用鋼50SiMn進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)化以及品種規(guī)格升級。生產(chǎn)高性能彈體用鋼能夠發(fā)揮本鋼鐵礦資源和轉(zhuǎn)爐、電爐冶煉系統(tǒng)的優(yōu)勢,充分發(fā)揮軋機(jī)能力[1]。通過對圓鋼孔型系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了一條孔型系統(tǒng)共線軋制方鋼與圓鋼產(chǎn)品,成功開發(fā)了105 mm×105 mm高破片率高性能彈體用方鋼50SiMn。

        生產(chǎn)工藝研究

        生產(chǎn)工藝流程

        50 t EBT電弧爐→50 t LF爐→50 t VD真空脫氣→235 mm×265mm合金鋼連鑄機(jī)→軋制成材→矯直→精整修磨→檢驗(yàn)→包裝→入庫。

        化學(xué)成分

        高性能彈體用鋼50SiMn要求較高的致密度、鋼質(zhì)純凈度和力學(xué)性能。由于含C量較高且含一定的B,因此淬透性較高,對白點(diǎn)較敏感,易出裂紋、過熱等缺陷。碳含量增加,珠光體的數(shù)量也隨之增加,使鋼的強(qiáng)度以及硬度均得到提高,塑性韌性下降,以保證破片的質(zhì)量光滑鋒利。破片率高的品種鋼一般要求Si控制在1%~3%,Mn控制在1%~2%(表1)。而Si>1.2%,Mn>1.0%均使鋼的延伸率和沖擊值下降,影響破片效果。同時Mn還促進(jìn)晶粒長大。隨著含硼的增加,晶界析出網(wǎng)狀硼化物,韌性降低,使鋼的脆性增加“硼脆”,一般控制在0.002%~0.006%,可以達(dá)到高破片率。

        冶煉工藝

        保證鋼液的純凈度,電爐冶煉控制精料比≥70%,確保鋼水中較低的殘余元素含量,為有效地減少鋼中氣體含量,所用材料全部烘烤后入爐。全程采用泡沫渣操作,通過快速氧化脫碳,保證良好的氧化沸騰。精煉過程采用高堿度精煉渣造渣方式,采用定量加入的形式,在規(guī)定的處理時間內(nèi)加入造渣材料,將鋼水頂渣改質(zhì)成具有極大脫硫能力和吸附夾雜能力的預(yù)熔性白渣。保證真空壓力,真空度100 Pa以下保持15 min以上,控制好H含量。

        表1 化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù),%)

        連鑄工藝

        連鑄工藝參數(shù)直接影響鑄坯的內(nèi)在質(zhì)量和外部質(zhì)量,最終影響產(chǎn)品的性能。高性能彈體用鋼對鋼材致密度要求極高,鋼材100%進(jìn)行超聲波檢驗(yàn),采用靈敏度 f2.0 mm當(dāng)量平底孔徑,另外此鋼由于其合金成分裂紋敏感性較高,坯料易產(chǎn)生角裂,為解決坯料問題,投入末端電磁攪拌降低鑄坯偏析;“三恒規(guī)定:恒拉速、恒液位、恒溫度”,提高鑄坯表面質(zhì)量;在生產(chǎn)過程中控制過熱度20~25℃,拉速0.80 m/min;上澆次結(jié)束后嚴(yán)格檢查結(jié)晶器、二冷段的設(shè)備狀態(tài)和檢查噴嘴狀態(tài),保證鑄坯冷卻均勻;保證生產(chǎn)過程中二次冷卻均勻,結(jié)晶器、二冷段對弧精度;銅管內(nèi)壁一側(cè)角部鍍層磨損高度不大于400 mm;提高生產(chǎn)過程二冷水霧化效果,定期對濁環(huán)反沖洗過濾器進(jìn)行清洗,保證濁環(huán)水質(zhì);提高噴嘴噴水情況的檢查頻次,生產(chǎn)前、中、后逐一對噴嘴進(jìn)行檢查,保證下次生產(chǎn)前所有噴嘴達(dá)到最佳噴水狀態(tài),提高二冷霧化效果。圖1是優(yōu)化前后鑄坯斷面質(zhì)量對比。

        圖1 鑄坯質(zhì)量對比

        加熱爐工藝

        充分利用本鋼蓄熱式燒嘴步進(jìn)梁式加熱爐的設(shè)備能力,采用計(jì)算機(jī)數(shù)??刂?,坯料受熱均勻,溫度控制精度高,鑄坯整體溫差可控制在30℃之間。保證加熱爐狀況良好,注意控制加熱溫度,由于鋼種導(dǎo)熱性差,Si含量較高,易出氧化鐵皮,鋼材表面要求較高,加熱工藝按操作要點(diǎn)執(zhí)行,出爐溫度1170~1230℃,從根本上避免了坯料表面缺陷的出現(xiàn)。

        軋制工藝

        特鋼廠800連軋產(chǎn)線的現(xiàn)有生產(chǎn)工藝孔型布置,箱型孔→箱型孔→箱型孔→橢圓孔→圓→橢圓→圓孔型系統(tǒng)生產(chǎn)圓斷面鋼材。105 mm×105 mm方鋼孔型系統(tǒng)設(shè)計(jì)是在原橢圓孔機(jī)架和圓孔機(jī)架組成的機(jī)架組基礎(chǔ)上進(jìn)行計(jì)算設(shè)計(jì),采用軋線生產(chǎn)的圓鋼為來料+大圓角菱形孔+方孔過渡孔型進(jìn)行方鋼軋制生產(chǎn)。

        圓形軋件進(jìn)入大圓角菱形孔時,延伸系數(shù)在1.22~1.35范圍內(nèi),同時要保證圓形軋件直徑必須在133~137 mm范圍,這樣可保證圓形軋件在大圓角菱形孔內(nèi)成型。因此,軋制105mm×105 mm方鋼可以實(shí)現(xiàn)與 f135 mm圓鋼共線軋制,新設(shè)計(jì)“大圓角菱形孔+方型孔”方孔型銜接在軋制 f135 mm圓鋼孔型系統(tǒng)之后, f135 mm圓鋼成品孔型做105 mm×105 mm方鋼的成前第三孔。

        BOX1-1(V1箱型孔)—BOX2-1(H2箱型孔)—BOX3-2(V3箱型孔)—ODR4-1(H4橢圓孔)—R5-1(過渡孔)—ODR6-2(橢圓孔)—FR7-3(f160成品圓孔) —ODR8-3(橢圓孔)—FR9-5(f135成品圓孔)—RH10-1(特制菱形孔)—FF11-1(□105成品方孔)。工藝孔型系統(tǒng)圖見圖2所示。

        圖2 105 mm×105 mm孔型示意圖

        823產(chǎn)品質(zhì)量

        化學(xué)成分

        本鋼特鋼采用電爐冶煉,硫含量0.001%,磷含量0.01%,有害殘余元素鎳、銅控制在0.01%,鋼材化學(xué)成分均勻,組織致密,有較好的等向性和純凈度。通過精確控制化學(xué)成分及其均勻性保證鋼的強(qiáng)韌度要求。

        非金屬夾雜

        按GB/T 10561檢驗(yàn),以A類或C類夾雜物(粗系或細(xì)系)的評定結(jié)果作為“塑性夾雜物”的結(jié)果,并按其中較嚴(yán)重者判定;以B類夾雜物(粗系或細(xì)系)的評定結(jié)果作為“脆性夾雜物”的結(jié)果,并按較嚴(yán)重者判定,見表2。

        表2 50SiMn非金屬夾雜物

        宏觀組織

        鋼材橫截面酸浸低倍組織試片無肉眼可見縮孔、氣泡、裂紋、夾雜、翻皮、白點(diǎn)等缺陷,□105 mm規(guī)格的823鋼的宏觀組織評級結(jié)果見表3。

        表3 105 mm×105mm宏觀組織

        力學(xué)性能指標(biāo)

        高性能炮彈用鋼50SiMn,各項(xiàng)指標(biāo)(見表4)均優(yōu)于普通的彈體用鋼,彈體材料強(qiáng)度越高,彈壁還可相應(yīng)減薄,裝填系數(shù)即可增大。材質(zhì)有一定的脆性,有利于形成較多的光滑鋒利的破片,當(dāng)然要有一定的塑性以確保彈藥在運(yùn)輸、發(fā)射時的安全性。

        表4 50SiMn鋼力學(xué)性能

        圖3 823鋼顯微組織圖

        顯微組織

        從顯微組織圖(圖3)可以清晰看出大量的網(wǎng)狀析出物,大量的網(wǎng)狀析出物有利于破片,提高破片率。

        尺寸精度

        50SiMn鋼105 mm×105 mm方鋼尺寸控制良好,生產(chǎn)過程只需更換兩架軋機(jī),平均節(jié)約作業(yè)時間5 h,同時鋼材表面質(zhì)量良好,角部無折疊等缺陷,見表5。同時實(shí)現(xiàn)圓鋼和方鋼共線孔型系統(tǒng)生產(chǎn), f135 mm圓鋼尺寸滿足GB/T 702—2008Ⅰ組(±1.2 mm)。

        表5 □105mm截面尺寸

        結(jié)束語

        (1) 通過鑄工藝以及過程參數(shù)優(yōu)化,提高了鑄坯致密度,降低了鑄坯偏析,解決了鑄坯角裂問題,235 mm×265 mm電爐冶煉中方坯軋制105 mm×105 mm,在壓縮比不足的情況下,鋼材超聲波探傷合格率100%。

        攝影 賈大庸

        (2) 通過對原橢圓孔機(jī)架和圓孔機(jī)架組成的機(jī)架組基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算,采用軋線生產(chǎn)的圓鋼為來料+大圓角菱形孔+方型孔過渡孔型進(jìn)行方鋼軋制生產(chǎn),成功軋制105 mm×105 mm高性能彈體用方鋼,尺寸控制良好,生產(chǎn)過程只需更換兩架軋機(jī),平均節(jié)約作業(yè)時間5 h,同時軋制鋼材表面質(zhì)量良好,角部無折疊等缺陷。

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