82B高碳钢连铸坯..

作者简介:桂美文(1949-),男(汉族),湖北武汉市人,武汉钢铁(集团)公司技术中心,教授级高工,硕士,从事炼钢工艺和新产品开发研究。

82B 高碳钢连铸坯中心偏析

及线材质量的改善

桂美文,覃之光

(武汉钢铁(集团)公司技术中心,湖北武汉430080)

摘　要:为了解决用连铸坯直接轧制的82B 高碳钢线材易脆断的问题,进行了试验研究,通过金相组织检验分析等方式,找出了导致82B 线材易脆断的主要原因是铸坯中心偏析,并在生产中采取了降低中包钢水过热度、用拉矫辊实施轻压下等措施,使82B 高碳钢铸坯中心偏析及轧制的线材质量得到明显改善。

关键词:82B 高碳钢;偏析;质量改善;轻压下

中图分类号:TF 762　文献标识码:B 文章编号:100221043(2005)0320001204

I m provem en t i n Cen tra l Segrga ti on of 82B H i gh Carbon Steel Bloom and

Qua lity of W i re Rod

G U IMei 2wen,Q I N Zhi 2guang

(Technol ogy Center of W I SCO ,W uhan 430083China )

Abstract:Experi m ental researches including metall ographic structure ins pecti on and analysis have been carried out t o s olve the p r oble m of brittleness in directly r olling the continouus cast 2ing bl oom int o 82B high carbon steel wire r od .Results indicate that the p ri m ary cause t o the brittleness of steel p r oduct is the central segregati on in the bl oom.By taking such a fe w techni 2cal measures as cut 2down of the over heat of hot metal in the tundish and app licati on of s oft re 2ducti on and quality of the wire r od greatly i m p r oved .

Key words:high carbon steel 82B;segregati on;quality i m p r ove ment;s oft reducti on

武汉钢铁(集团)公司(以下简称武钢)生产的

82B 高碳钢线材主要用于制作高强度低松驰预应力钢丝和钢绞线,该产品被广泛用于高层建设,大跨度桥梁,水利设施等重点工程。用户对线材质量要求很高。武钢从1998年开始试制该类线材,初期采用模铸工艺生产,产品质量稳定,受到用户好评。1999年底采用转炉连铸生产,铸坯断面200mm ×200mm,铸坯直接送高速线材厂轧制成Ф12.5mm 线材。采用连铸工艺的生产初期,产品质量不稳定,用户在拉拔钢绞线过程中,容易发生脆断。本文结合对质量问题原因的分析,介绍了在生产工艺上采取的改进措施及取得的效果。

1　初期生产工艺及质量概况

1.1　生产工艺

据资料[1～2]报导,世界许多先进钢厂生产

82B 高碳钢均采用了转炉?大方坯(断面大于250mm )?初轧开坯?高线轧制的工艺路线,上

述工艺的特点是二火成材,压缩比大,可以利用两次高温加热减轻铸坯中心偏析的危害。武钢1999年底开始采用转炉?连铸(方坯断面200mm ×200mm )?直接高线轧制的工艺路线生产高碳钢线材。连铸机为从奥钢联引进的5流方坯铸机,配有结晶器电磁搅拌设备,线材轧机为西马克引进,采用斯太尔摩控冷工艺。该工艺路线具有流程短、生产成本低的优点。

1.2　试制初期的质量概况

82B 属于过共析钢,w (C )=0.81%～0.85%,w (Mn )=0.60%～0.90%,w (Cr )=0.15%～0.23%。线材直径Φ12.5mm ,抗拉强度在1150MPa 以上,延伸率在9%以上,断面收缩率在30%以上。

?1?2005年　6月第21卷第3期炼　钢Steel m aking Jun .2005

Vol .21　No .3

对于Φ12.5mm 的线材,用户要求经多道拉拔制成Φ5.04mm 的预应力钢丝和多种规格的钢绞线的过程中,不允许脆断。经调查用户使用结果,该产品质量不稳定,主要问题是容易脆断,断口成尖锥状。

2　脆断原因分析

2.1　检验结果

经对多个试样采用金相及电子探针检验发现:

(1)用户拉拔脆断的试样,断口成尖锥状,断口延伸的中心线上存在裂纹、孔洞(见图1),其他部位剪切唇约占总面积的

90%,说明试样的断裂

源在中心,其他部位仍具有良好的塑性特征。孔洞附近夹杂物与正常试样无明显差异。

图1　

Φ5.07mm 钢丝纵剖面孔洞及尖状断口 (2)部分试样心部存在断续马氏体(见图

2),而线材基体为索氏体。

图2　线材中心马氏体 ×100

经测显微硬度发现,马氏体部位的硬度较索

氏体部位高近75%(见表1),用能谱仪分析成分,发现马氏体部位的Cr 、Mn 、Si 含量远高于线材边部的索氏体部位(见表2)。

由于能谱仪对线材中心马氏体部位的碳含量无法准确测定,测定碳含量主要是在连铸坯上进

表1　索氏体与马氏体部位的显微硬度样号

显微硬度(HV )索氏体马氏体

450333586452

301

524

表2　偏析系数(马氏体的w B /索氏体的w B )样号

Si Cr M n 4501.182.221.94070

1.48

3.95

2.43

行,大量数据表明,铸坯中心存在较严重的碳正偏析(见图3)。

(3)部分试样心部存在网状碳化物(见图4)。

图3　铸坯中心的碳偏析

图4　试样心部存在的网状碳化物

试样心部碳化物沿奥氏体晶界分布,局部已

成网状。而线材边部没有网状碳化物。

2.2　原因分析

2.2.1　线材中心马氏体

为了进一步研究82B 线材中心马氏体产生的原因,在实验室测定了82B 钢的连续冷却转变曲线,不同冷却速度下的组织和硬度。结果表明,钢中组织的变化与轧后冷却速度密切相关,在正常冷却速度范围,奥氏体主要转变为索氏体和珠光体,当冷却速度超过某一临界值,奥氏体转变为马氏体(见图5)。

?2? 炼　钢第21卷

图5　82B 钢的连续冷却转变曲线

82B 线材在轧后冷却过程中,线材表面冷却速度大于中心冷却速度,线材表面没有产生马氏体,而中心产生了马氏体,说明线材中心C 、Mn 、Cr 元素的正偏析对马氏体的形成起到了重要作用。据比较各钢种的奥氏体转变曲线

[3]

,钢中C 、

Mn 、Cr 元素含量的增加,均会增强过冷奥氏体的

稳定性,使C 曲线右移,由于82B 线材中心存在较严重的C 、Mn 、Cr 元素的正偏析,导致中心部位的C 曲线已不在原82B 钢C 曲线的位置,而是向右发生了移动,在某一冷却速度下,线材边部转变为索氏体,而中心偏析区域的奥氏体没有进入索氏体转变区,冷却后直接转变为马氏体。

高碳马氏体硬而脆,在线材中心就象一粒粒不易变形的脆性夹杂,

线材在用户拉拔过程中,由于马氏体与基体变形不一致,容易造成拉拔脆断

[4]

,并形成锥形断口,见图6。

图6　锥形孔隙形成分析图

2.2.2　线材中心网状碳化物

82B 为过共析钢,终轧温度为980℃左右,根据铁2碳平衡相图,在轧后冷却过程中,当奥氏体冷却到稍低于Ac m 线时,沿奥氏体晶界析出二次渗碳体,到达共析温度(723℃)时,奥氏体通过共析分解转变为珠光体。82B 线材中心碳含量越高,加上冷却缓慢,二次渗碳体的析出量就越多。因此,82B 线材中心存在严重的碳正偏析,冷却缓慢,是形成网状碳化物的主要原因。网状碳化物削弱了晶粒之间的结合力,在钢受力时,容易沿晶界首先断裂。因此,82B 线材中心存在网状碳化物,也是拉拔过程中容易脆断,形成锥形断口的重

要原因。

3　工艺改进及质量改善

3.1　工艺改进

在对82B 线材质量现状、生产工艺调查研究的基础上,主要试验了以下改进措施。

(1)降低钢水浇铸温度,降低拉速,以利降低铸坯中心偏析。

连铸投产初期,中间包钢水过热度范围为17～34℃(平均29℃),拉速为1.10～1.45m /m in 。(目标拉速为1.35m /m in ),改进后,钢水过热度控制在20～28℃,拉速控制在1.0～1.2m /m in 。(目标拉速为1.10m /m in 。),为了适应降低钢水过热度和拉速的需要,主要采取了以下措施:

①钢包、中间包永久层里加装保温材料,减少钢包、中间包钢水降温,稳定浇铸过程钢水温度;

②中间包钢水面采用双覆盖渣,底层为碱性保护渣,起保护和净化钢水的作用,上层加炭化稻壳,起保温作用;

③结合降低钢水过热度和拉速,适当调整了二冷配水参数。

(2)采用轻压下技术。

武钢方坯铸机无正规轻压下设备,原不具备轻压下功能,要进行轻压下试验,只有借助拉矫辊实施。用拉矫辊实施轻压下,有两个问题必须首先研究解决。

①拉矫机夹辊和液压系统的能力是否满足轻压下的要求;

②不同拉速下铸坯凝固末端的位置及轻压下的最佳位置。

经过试验和对设备参数的测试,结果证明利用现有的拉矫机夹辊和液压系统可以实施轻压下。

采用射钉法对82B 高碳钢铸坯凝固终点进行了测试研究,利用数学模型对不同拉速条件下的坯壳生长曲线进行了计算,在以上研究工作的基础上,选择轻压下位置在13～18m 之间。此位置与拉矫辊的位置基本一致。轻压下总压下量为5mm ,由两架拉矫机完成。

(3)根据不同线材直径和环境温度的变化,调整轧后冷却工艺参数,使线材轧后冷却速度保持稳定。(冷却工艺另文阐述)。

3.2　改进效果

(1)降低中包钢水过热度和拉速后,铸坯平

?3?第3期桂美文,等:82B 高碳钢连铸坯中心偏析及线材质量的改善

均中心偏析由1.15降低到1.10(见图7)

。

图7　中包钢水过热度和拉速对铸坯中心偏析的影响

(2)通过优化轻压下工艺参数,82B 铸坯中心碳偏析得到明显改善,平均偏析系数达到1.06,

偏析系数小于1.1的比率稳定在70%以上(见图8)。由于拉矫机并非正规轻压下设备,因此在动态调节及压下量上还受到限制,拉矫辊的寿命也因实施轻压下而受到影响

。

图8　采用轻压下与未用轻压下铸坯平均碳偏析比较

(3)通过采用改进的操作工艺,82B 线材中心偏析级别(包括马氏体、网状碳化物)明显下降,用户拉拔脆断、出现锥状断口的质量问题也很少发生(见表5)。

表5　采用不同工艺时82B 线材的质量比较

工艺类别

线材偏析级别

拉拔脆断指数

原工艺(59批)0.35

4.63

新工艺(28批)

0.20

0.30

4　结　语

(1)连铸坯中心成分偏析是导致82B 线材中心产生马氏体、网状碳化物、拉拔过程产生锥状断口的主要原因。

(2)降低中包钢水过热度和拉速,可以有效降低高碳钢铸坯中心偏析。

(3)用拉矫辊实施轻压下,总压下量5mm ,对改善高碳钢铸坯中心偏析效果明显;由于拉矫机并非正规轻压下设备,因此在动态调节及压下量上还受到限制,拉矫辊的寿命也因实施轻压下而受到影响,建议增设正规轻压下设备,以利取得更稳定的冶金效果。

(4)采用上述改进工艺,高碳钢线材的拉拔性能得到明显改善。

[参考文献]

[1]　Ky wng Shik Oh,J K Park ,S H Chang .Devel opment of Soft Re 2

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for H igh Carbon Steel B l oom [A ].Steel m aking Conferece Pr o 2ceedings[C ],1996,U.S .A.I RON&STEEL S OC I ETY .[3]　林惠国,付代直.钢的奥氏体转变曲线[M ],北京:机械工业

出版社,1998.[4]　音谷登平.刘新华,韩郁文译.钙洁净钢[M ],北京:冶金工

业出版社,1994.

(收稿日期:2004210209)

2005年世界钢铁业总投资有望达到650亿美元

2004年由于钢铁市场好转,世界钢铁企业的生产经营均处于极好的现金流量状况。充足的现金流

使钢铁企业不仅可以实行新项目投资,而且,还可以有足够的现金从事其它经营业务,包括大规模的兼

并重组等等。据分析,2004年世界钢铁业总投资为460亿美元,比2003年增长了140亿美元。预计2005年世界钢铁业总投资将达到650亿美元,而2006年总投资将回落到500亿美元。

尽管2006年世界钢铁业投资将出现回落,但500亿美元投资额仍然高于维持现有产能所需的每年270亿美元的数额,因而,2006年后国际钢铁产能也将出现较快增长。近10年来,世界钢铁产能的高增长仅出现在中国,但未来几年世界众多国家的钢铁产能都将出现新的增长。

(摘自速达冶金信息网)

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炼　钢第21卷