王漸靈 ，趙永安 ，吳優(yōu) ，王鵬 ，徐小科 ，楊靜

（1.鞍鋼集團(tuán)朝陽鋼鐵有限公司，遼寧 朝陽 122000；2.鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院，遼寧 鞍山114009）

隨著國內(nèi)農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展，我國農(nóng)機(jī)具制造業(yè)迅猛發(fā)展。同時，我國生產(chǎn)的農(nóng)機(jī)具配件出口量也在不斷的增加。目前，國內(nèi)制作農(nóng)機(jī)刃具配件主要使用65Mn鋼，而歐洲已普遍采用30MnB5，33MnCrB5 等含硼調(diào)質(zhì)鋼［1］，其耐磨性和韌性均好于65Mn材質(zhì)。隨著下游用戶出口量的不斷增加及國內(nèi)環(huán)保意識的增強(qiáng)，用水淬中碳含硼鋼代替油淬65Mn鋼來制造農(nóng)機(jī)刃具配件，實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)刃具用鋼的升級換代已成為農(nóng)機(jī)刃具行業(yè)未來的發(fā)展趨勢。本文采用1700ASP生產(chǎn)工藝，通過優(yōu)化成分設(shè)計(jì)及控軋控冷工藝，最終獲得機(jī)械性能穩(wěn)定的農(nóng)機(jī)刃具用鋼30MnB5，較好地滿足了市場需求。

1 化學(xué)成分設(shè)計(jì)及工藝路線制定

1.1 化學(xué)成分設(shè)計(jì)

刃具鋼材需具有良好的耐磨性、韌性及硬度，化學(xué)成分和純凈度是保證鋼板性能優(yōu)劣的基礎(chǔ)；熱軋30MnB5原料化學(xué)成分在企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上進(jìn)行加嚴(yán)控制，確保生產(chǎn)出產(chǎn)品性能優(yōu)異、穩(wěn)定，其化學(xué)成分見表1。

表1 30MnB5化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） %

為使刃具鋼材熱處理后達(dá)到高碳鋼的硬度，必須提高鋼的淬透性、淬硬性，而在鋼中增加硼元素提升效果最顯著，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.001%～0.003%B的作用效果相當(dāng)于同時添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.6%Mn、0.7%Cr、0.5%Mo 和 1.5%Ni， 故鋼中只需加入極少量的B即可達(dá)到提高淬硬性作用［2-4］。

1.2 工藝路線制定

鐵水預(yù)處理→轉(zhuǎn)爐冶煉→爐外精煉 （LF爐）→連鑄→加熱→1700軋制→層流冷卻→卷取→噴印→緩冷→檢驗(yàn)→入庫

2 生產(chǎn)工藝

鋼水采用純凈冶煉工藝，通過對鐵水進(jìn)行脫硫扒渣預(yù)處理，轉(zhuǎn)爐采用頂?shù)讖?fù)合吹煉工藝，轉(zhuǎn)爐出鋼過程擋渣操作、LF爐深脫硫處理等措施降低鋼水中有害元素（S、P）含量。連鑄保證鑄機(jī)狀態(tài)，控制二冷水、拉速在合理控制范圍，從而獲得結(jié)構(gòu)致密的鑄坯。鑄坯采用熱裝進(jìn)加熱爐，嚴(yán)格按照確定的熱軋工藝參數(shù)進(jìn)行加熱和軋制。

2.1 轉(zhuǎn)爐冶煉工藝

為提高30MnB5鋼水純凈度，需保證入轉(zhuǎn)爐鐵水S含量控制在0.025%以下，并且鐵水要進(jìn)行扒渣處理，同時控制終點(diǎn)碳的含量，防止鋼水過氧化，降低鋼中氧含量，轉(zhuǎn)爐出鋼P(yáng)控制在0.014%以下，采用低碳出鋼補(bǔ)碳的方法能夠保證轉(zhuǎn)爐去磷的效果，使出鋼溫度控制在（1 650±20）℃。

出鋼過程鋼水進(jìn)行吹氬攪拌，氬氣量控制在30 m3/h，以保證鋼水成分和溫度的均勻，出鋼2/3后，使用爐后擋渣錐進(jìn)行擋渣操作，同時通過下渣檢測系統(tǒng)杜絕轉(zhuǎn)爐下渣，從而達(dá)到降低鋼水氧化性目的，避免轉(zhuǎn)爐渣在精煉處理過程發(fā)生回磷現(xiàn)象。轉(zhuǎn)爐出鋼過程中，隨鋼水流加入中碳錳鐵、硅錳合金、低碳鉻鐵、鋁鐵，先加脫氧合金，再加調(diào)質(zhì)合金，由于轉(zhuǎn)爐合金加入量較大，出鋼后吹氬采用弱攪拌3 min，保證合金熔化，嚴(yán)禁強(qiáng)攪拌造成鋼水二次氧化。

2.2 LF爐精煉工藝

為保證30MnB5爐外精煉處理效果，鋼水罐必須使用周轉(zhuǎn)罐，鋼水罐在熱修整備時必須對透氣磚進(jìn)行清理，鋼水進(jìn)入精煉后，強(qiáng)攪3～4 min后直接取樣，再加入700～1 000 kg的石灰進(jìn)行造渣，以保證精煉渣的堿度。通過適當(dāng)控制氬氣流量提高化渣效果，化渣后采用弱攪拌。鋼中的氧在吹氬攪拌作用下，快速擴(kuò)散，以接近或達(dá)到平衡，實(shí)現(xiàn)脫硫脫氧的目的，精煉脫氧后爐渣主要成分見表2。

表2 LF精煉渣樣成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）和堿度

在30MnB5鋼精煉處理強(qiáng)攪過程中加入釩鐵，鈦鐵、硼鐵均在喂線前加入。為了提高鋼材性能，改善其各向異性，鋼水在精煉工藝后進(jìn)行鈣化處理，需凈吹氬6 min，鎮(zhèn)靜15 min以保證鋼中夾雜物去除。

2.3 連鑄工藝

通過嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)爐和精煉工藝，30MnB5連鑄板坯主要成分見表3，其成分均符合成分設(shè)計(jì)要求。

表3 30MnB5連鑄板坯化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） %

連鑄工藝對30MnB5鋼鑄坯質(zhì)量起著極其關(guān)鍵的作用。鑄機(jī)狀態(tài)、二冷水、拉速的合理控制有利于防止鑄坯中心疏松、殘余縮孔、偏析和裂紋等缺陷的產(chǎn)生，從而獲得結(jié)構(gòu)致密的鑄坯。30MnB5鋼種板坯如需下線，必須進(jìn)行堆垛緩冷，不允許堆放在風(fēng)口區(qū)域。

（1）鑄機(jī)狀態(tài)：結(jié)晶器與彎曲段接弧偏差在±0.3 mm范圍內(nèi)，結(jié)晶器足輥噴嘴正常，必須對使用的錐度儀進(jìn)行校對，允許偏差為±0.2 mm。鑄機(jī)弧形段、矯直段非驅(qū)動輥輥縫以及接弧偏差均在±0.5 mm范圍內(nèi)，其它段異常點(diǎn)不允許大于1.0 mm。

（2）二冷水：確保弧形段和矯直段二冷區(qū)噴嘴無堵塞、分叉及遮擋，內(nèi)弧扇形段設(shè)備無漏水。

（3）拉速：開始澆注時，將自動拉速設(shè)定至1.1 m/min，待拉速達(dá)到1.1 m/min后，拉速按每20 s提升0.05 m/min，直到拉速升至1.25 m/min,并穩(wěn)定30 s以上，此時進(jìn)行浸入式水口變渣線操作，完成變渣線操作后，必須停留30 s以上。當(dāng)達(dá)到目標(biāo)拉速后，禁止改變拉速，要保證全程恒速澆注。

2.4 軋制工藝

2.4.1 軋制工序

在朝陽1700ASP機(jī)組，采用熱裝爐和控軋控冷工藝生產(chǎn)30MnB5熱軋卷板，連鑄坯熱裝溫度為500～820℃，采用合理的加熱制度，使板坯加熱均勻。粗軋軋制溫度要控制在1 020℃以上，精軋采用高溫軋制，隨后進(jìn)行高溫卷取，獲得均勻分布的鐵素體和珠光體組織，經(jīng)試制總結(jié)和研究，確定了30MnB5鋼的熱軋生產(chǎn)工藝，見表4。

表4 30MnB5鋼熱軋生產(chǎn)工藝

2.4.2 緩冷工序

軋制完畢下線后，放入緩冷坑緩冷48 h，可以有效減緩帶鋼內(nèi)部應(yīng)力問題，提高帶鋼板形質(zhì)量。

3 力學(xué)性能及金相組織

嚴(yán)格按照質(zhì)量設(shè)計(jì)及工藝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行現(xiàn)場試制，熱軋冷卻后在每卷鋼帶尾部寬度1/4處沿鋼卷橫向方向取樣，對試樣分別進(jìn)行力學(xué)性能檢驗(yàn)、金相觀察檢驗(yàn)。

3.1 力學(xué)性能檢驗(yàn)

在室溫條件下，利用實(shí)驗(yàn)室微機(jī)控制電子萬能型拉伸試驗(yàn)機(jī)對橫向樣件進(jìn)行拉伸性能檢測，刃具鋼30MnB5的力學(xué)性能檢測結(jié)果如表5所示。測試7組樣件的力學(xué)性能，全部滿足刃具用鋼的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

表5 刃具用鋼30MnB5的力學(xué)性能

3.2 金相觀察

3.2.1 非金屬夾雜物分析

刃具用鋼30MnB5的夾雜物評級見表6，從表6可以看出，鋼板的硫化物夾雜很少，說明鋼水中硫含量的控制很好。其他類別夾雜物級別也較低。

表6 刃具用鋼30MnB5的夾雜物評級

3.2.2 顯微組織

圖1是在 ZEISS Axiovert 200MAT顯微鏡下觀察的30MnB5鋼微觀顯微組織形貌，試樣是在距鋼帶尾部寬度1/4處截取的。試樣鐵素體晶粒度為10級，呈等軸狀，分布均勻，珠光體彌散分布在鐵素體中；心部顯微組織中鐵素體晶粒度為10級，部分鐵素體呈條形，與珠光體交替分布，帶狀級別為2級。細(xì)小均勻分布的鐵素體+珠光體組織保證了鋼帶良好的機(jī)械性能，中心位置的2級帶狀組織屬于正常熱軋板中心狀態(tài)。

試樣的顯微組織檢驗(yàn)結(jié)果見表7。從表中的檢驗(yàn)結(jié)果可以看出，鋼板無明顯組織偏析現(xiàn)象出現(xiàn)，組織結(jié)構(gòu)以鐵素體與珠光體為主，鐵素體晶粒度級別均大于9.5級，帶狀級別均小于2級。

圖1 顯微組織微觀形貌（500倍）

表7 刃具用鋼30MnB5的顯微組織

4 結(jié)論

（1）轉(zhuǎn)爐冶煉過程中入爐鐵水S含量控制在0.025%以下，出鋼P(yáng)控制在0.014%以下，精煉處理過程采用高堿度，確保終點(diǎn)S含量達(dá)到0.005%以下，鋼水在精煉工藝后采用凈吹氬6 min，鎮(zhèn)靜15 min以保證鋼中夾雜物去除。

（2）連鑄鑄機(jī)狀態(tài)穩(wěn)定，二冷水冷卻系統(tǒng)正常，合理控制拉速，按每20 s提升0.05 m/min升速，當(dāng)達(dá)到目標(biāo)拉速后，禁止改變拉速，要保證全程恒速澆注，從而獲得結(jié)構(gòu)致密的鑄坯。

（3）該熱軋卷板的顯微組織是細(xì)小均勻分布的鐵素體+珠光體組織，同時鋼中的夾雜物較少，顯微組織無明顯組織偏析。

（4）合理的成分設(shè)計(jì)及軋制工藝，保證了30MnB5鋼力學(xué)性能滿足要求。