公丕海，張海民

（貝斯山鋼（山東）鋼板有限公司，山東 濟(jì)南250101）

1 前 言

近年來，低合金耐磨鋼的使用由傳統(tǒng)的工程機(jī)械、礦山機(jī)械、煤礦機(jī)械逐步拓展至港口機(jī)械、裝甲防護(hù)、盾構(gòu)機(jī)、自卸車等高端裝備領(lǐng)域。復(fù)雜苛刻的服役環(huán)境對(duì)耐磨鋼使役性能提出更高要求，多品種規(guī)格、小批量與批量穩(wěn)定化生產(chǎn)制造之間的約束日益加重。在產(chǎn)品對(duì)多應(yīng)用場景復(fù)雜工況的適應(yīng)性、多規(guī)格小批量產(chǎn)品與工業(yè)化生產(chǎn)條件下的成本管控、生產(chǎn)過程中產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定控制與提升等方面面臨較大挑戰(zhàn)。

貝斯山鋼（山東）鋼板有限公司（以下簡稱貝斯公司）依托山東鋼鐵集團(tuán)產(chǎn)線進(jìn)行耐磨鋼產(chǎn)品與工藝技術(shù)研發(fā)。目前，山鋼集團(tuán)擁有1條3 500 mm爐卷產(chǎn)線，2條4 300 mm寬厚板生產(chǎn)線，配置德國LOI熱處理線和鋼板淬火機(jī)，熱處理設(shè)計(jì)產(chǎn)能為75萬t/a，熱處理產(chǎn)品厚度范圍為4～100 mm。良好設(shè)備基礎(chǔ)和近年來耐磨鋼產(chǎn)品市場推廣規(guī)模的不斷擴(kuò)大，為貝斯耐磨鋼產(chǎn)品開發(fā)及關(guān)鍵工藝技術(shù)創(chuàng)新提供了便利條件。

2 鋼種成分及工藝流程設(shè)計(jì)

在差異化耐磨鋼合金成分設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出多品種規(guī)格耐磨鋼的合金成分體系，如表1 所示?？梢钥吹剑瑢?duì)于同級(jí)別不同規(guī)格之間或者同規(guī)格不同級(jí)別之間的耐磨鋼中C、Mn 等主要合金元素，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)過渡。這對(duì)增強(qiáng)多品種規(guī)格小批量耐磨鋼的多應(yīng)用場景的適應(yīng)性，緩解小批量與批量工業(yè)化生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本具有重要的指導(dǎo)意義。

表1 貝斯耐磨鋼成分設(shè)計(jì)（質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大值）

貝斯鋼板的主要工藝流程為：鐵水預(yù)處理→210 t 轉(zhuǎn)爐冶煉→LF 精煉→RH 脫氣精煉→板坯連鑄→緩冷→清理→加熱→除鱗→粗軋→精軋→控冷（DQ 在線淬火/ACC 加速冷卻）→熱矯→鋼板標(biāo)識(shí)→冷床→緩冷→離線淬火+回火→冷矯→堆垛入庫。

3 生產(chǎn)情況及分析

3.1 冶煉前準(zhǔn)備工作

由于耐磨鋼設(shè)備服役條件復(fù)雜，為防止工件發(fā)生冷、熱脆等開裂事故，成分體系中將P、S 元素含量設(shè)計(jì)較低，冶煉之前嚴(yán)格把控入爐原料質(zhì)量，鐵水100%KR 預(yù)處理，廢鋼采用板頭板邊等優(yōu)質(zhì)廢鋼。

3.2 轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)情況

轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)控制和氬前溫度情況如表2所示。

表2 轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)控制和氬前溫度

為保證轉(zhuǎn)爐脫磷效果，終點(diǎn)溫度基本控制在1 665 ℃以下，同時(shí)冶煉過程嚴(yán)格控制氧化物夾雜為，終點(diǎn)（O）含量≤700×10-6，防止鋼水過氧化。

3.3 出鋼、脫氧合金化及造渣制度

為了減少轉(zhuǎn)爐出鋼過程下渣量，出鋼過程采用出鋼前、后期雙擋渣操作，即出鋼前期使用擋渣帽，后期使用擋渣棒。通過鋁平衡計(jì)算，出鋼下渣量約3 kg/t，說明擋渣效果良好。

出鋼至1/5 時(shí)加入1 000 kg 小顆粒石灰和400 kg 鋁塊，進(jìn)行鋼水脫氧和鋁合金化作業(yè)，確保脫氧產(chǎn)物盡快形成，并依托鋼包底吹氬過程形成夾雜物聚集、長大及上浮，出鋼至1/3 時(shí)再加入金屬錳和含Si 合金，出鋼完畢加入300 kg 復(fù)合脫氧劑脫除渣中氧。

3.4 RH處理情況

根據(jù)研究結(jié)果，當(dāng)鋼水中原始w（H）≤10×10-6，在1 mbar 真空度下處理10 min 以上，鋼水中w（H）均可降至1.5×10-6以下，具體如圖2所示。

圖1 RH真空過程脫氫

根據(jù)以上分析，將RH 真空度、真空時(shí)間規(guī)定為：RH精煉工序要求在真空度≤1 mbar條件下處理時(shí)間不少于10 min，為了盡可能降低鋼水中夾雜物含量，純脫氣時(shí)間不少于8 min。

3.5 澆鑄過程

冶煉5爐貝斯耐磨鋼鋼水，澆鑄過程結(jié)晶器液面波動(dòng)值均在±4 mm 以內(nèi)。塞棒行程輕微波動(dòng)，屬于正常波動(dòng)值。中包過熱度控制范圍為10～30 ℃，為穩(wěn)態(tài)澆鑄。

鑄坯低倍質(zhì)量情況。生產(chǎn)5爐BISPLATE系列耐磨鋼，分別在第2、4 爐的第2 塊鑄坯上取低倍樣試樣。通過酸腐蝕觀察，2塊低倍樣質(zhì)量較好，C類中心偏析為1.0級(jí)，中心疏松0.5級(jí)，無中間裂紋、角部裂紋、針孔氣泡、三角區(qū)裂紋、夾雜等缺陷。

3.6 在線淬火鋼板原始組織

鋼板精軋機(jī)終軋溫度控制在910～920 ℃，然后進(jìn)行在線淬火，將淬火后18 mm和25 mm厚度鋼板取樣做實(shí)驗(yàn)室相關(guān)實(shí)驗(yàn)分析，其原始組織、力學(xué)性能和硬度值見圖2、表3 和表4。由圖2 可見，鋼板表面和1/4 厚度位置組織為馬氏體，芯部組織為馬氏體+少量貝氏體。鋼板厚度方向組織均勻，對(duì)裂紋的擴(kuò)展和顯微切削均具有很強(qiáng)的阻礙作用。

圖2 在線淬火鋼板的顯微組織 200×

從表3 和表4 可以看出，18 mm 和25 mm 貝斯鋼板力學(xué)指標(biāo)和硬度指標(biāo)均達(dá)到耐磨鋼國標(biāo)質(zhì)量水平。

表3 BISPLATE400鋼拉伸沖擊性能

表4 BISPLATE400鋼硬度性能HBW

3.7 離線淬火工藝對(duì)鋼板力學(xué)性能的影響

鋼板淬火前進(jìn)行表面檢查，利用拋丸機(jī)把鋼板表面氧化層處理干凈。淬火目標(biāo)加熱溫度910～920 ℃，加熱系數(shù)1.5 min/mm，保溫時(shí)間10 min，在爐時(shí)間大于30 min。以10 mm厚貝斯鋼板為例，以28 m/min 淬火速度為基準(zhǔn)，輥速設(shè)定為30、35、40、45 m/min，淬火水溫為20.9 ℃。淬火機(jī)噴水管水流量參數(shù)如表5所示。

表5 各噴水管淬火基準(zhǔn)水量 m3/min

圖3 為不同淬火速度下的淬火板金相組織?？梢钥吹?，在45 m/min 淬火速度下，鋼板的淬火效果最好，對(duì)應(yīng)鋼板的平均表面硬度在390～408 HBW，平均為401 HBW。

圖3 離線淬火速度對(duì)顯微組織的影響 400×

4 結(jié) 論

4.1 通過煉鋼過程潔凈鋼控制技術(shù)的不斷優(yōu)化，在確保鋼水中［P］含量控制要求的情況下，降低鋼中［O］含量，降低鋼水中氧化物總量；適當(dāng)延長RH工序真空處理時(shí)間和純脫氣時(shí)間，保證鋼中氣體含量和夾雜物含量降至合理水平；連鑄機(jī)穩(wěn)態(tài)澆鑄，實(shí)現(xiàn)連鑄機(jī)鑄坯低倍C 類中心偏析為1.0 級(jí)，中心疏松0.5級(jí)，無中間裂紋、角部裂紋、針孔氣泡、三角區(qū)裂紋、夾雜等缺陷。

4.2 以10 mm 厚貝斯鋼板為研究對(duì)象，淬火初始溫度均設(shè)定為910～920 ℃，按表5 水流量進(jìn)行淬火，對(duì)輥速為30、35、40、45 m/min 淬火鋼板取樣做金相對(duì)比，發(fā)現(xiàn)在45 m/min 淬火速度下，鋼板的淬火效果最好，對(duì)應(yīng)鋼板的平均表面硬度在390～408 HBW，平均為401 HBW。