鈣處理對(duì)熱沖壓成型鋼22MnB5帶狀組織的影響

馬德剛，王建興，馬光宗，王 耐，李經(jīng)哲，李 波

（河鋼集團(tuán)唐山鋼鐵集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，河北唐山063016）

0 引言

帶狀組織的存在使鋼材的組織不均勻，并嚴(yán)重影響鋼材性能，降低鋼的塑性、沖擊韌性、斷裂韌性和斷面收縮率，造成冷彎不合、沖壓廢品率高，熱處理時(shí)鋼材容易變形、淬火開裂等問(wèn)題[1-3]。對(duì)經(jīng)過(guò)鈣處理和不經(jīng)過(guò)鈣處理兩種工藝冶煉22MnB5鋼的實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，研究?jī)煞N工藝對(duì)鋁脫氧熱沖壓成型鋼22MnB5帶狀組織的影響，以期為同類產(chǎn)品改善和控制帶狀組織提供參考。

1 生產(chǎn)現(xiàn)狀

1.1 22MnB5冶煉工藝路線

唐山鋼鐵集團(tuán)有限公司的不銹鋼公司1580產(chǎn)線生產(chǎn)的熱沖壓成型鋼22MnB5有兩種不同的冶煉工藝路線：

第1種冶煉工藝路線為DeS→DeC→LF→CC該工藝路線進(jìn)行鈣處理，中包鈣含量控制在20 ppm左右；

第2種工藝路線為DeS→DeC→LF→RH→CC該工藝路線不進(jìn)行鈣處理。

兩種不同工藝路線的22MnB5成分體系、連鑄澆鑄工藝和熱軋工藝均相同。

1.2 兩種不同冶煉工藝路線生產(chǎn)的22MnB5熱軋產(chǎn)品金相組織

《GB/T 13299鋼的顯微組織評(píng)定方法》規(guī)定了鋼中帶狀組織的評(píng)級(jí)準(zhǔn)則，要根據(jù)帶狀鐵素體數(shù)量增加，并考慮帶狀貫穿視場(chǎng)的程度、連續(xù)性和變形鐵素體晶粒多少的原則確定。表1給出了兩種不同冶煉工藝路線下22MnB5熱軋產(chǎn)品金相組織評(píng)級(jí)的分布情況；圖1為兩種不同冶煉工藝路線下22MnB5熱軋產(chǎn)品典型的金相組織檢測(cè)結(jié)果。

表1 兩種不同冶煉工藝路線下22MnB5熱軋產(chǎn)品金相組織評(píng)級(jí)

圖1 兩種不同冶煉工藝路線下22MnB5熱軋產(chǎn)品典型的金相組織（帶狀）

由檢測(cè)結(jié)果可知，兩種不同冶煉工藝路線的熱軋產(chǎn)品在進(jìn)行帶狀組織評(píng)級(jí)時(shí)，第1種冶煉工藝路線的熱軋產(chǎn)品帶狀組織評(píng)級(jí)在1.5~2.5級(jí)，組織呈現(xiàn)輕微變形方向，帶狀組織不很明顯，500倍下能看到鐵素體呈帶條狀。而第2種冶煉工藝路線的熱軋產(chǎn)品帶狀組織評(píng)級(jí)在2.0~3.5級(jí)，且有呈現(xiàn)連續(xù)的貫穿視場(chǎng)的鐵素體和珠光體交替帶的情況，高倍下更為明顯，較第1種冶煉工藝路線的嚴(yán)重。

2 結(jié)果討論

2.1 兩種冶煉工藝路線的本質(zhì)區(qū)別及導(dǎo)致帶狀組

織差異的主要因素

煉鋼的功能是成分控制、潔凈度控制、鑄坯偏析及鑄坯內(nèi)部和表面質(zhì)量控制。鋼水的成分控制和潔凈度控制主要在轉(zhuǎn)爐和精煉工序完成，而鑄坯的偏析、內(nèi)部質(zhì)量和表面質(zhì)量控制則在連鑄工序完成。

22MnB5兩種不同的冶煉工藝路線區(qū)別在精煉工序，而脫硫、轉(zhuǎn)爐和連鑄工序的工藝控制均相同。第1種工藝路線是LF工序溫度和成分調(diào)整完成后，進(jìn)行鈣處理，凈吹8 min后吊到連鑄進(jìn)行澆鑄第2種工藝路線是LF工序溫度和成分調(diào)整完成后，吊去RH工序進(jìn)行處理，期間成分微調(diào)，主要目的是脫氫，該工藝路線不進(jìn)行鈣處理操作。兩種冶煉工藝路線均為鋁脫氧，脫氧產(chǎn)物為Al2O3，在沒(méi)有進(jìn)行鈣處理之前，工藝路線的不同主要影響鋼水的潔凈度和脫氧產(chǎn)物的大小、數(shù)量和形態(tài)[4]。因此，兩種工藝路線的本質(zhì)區(qū)別為是否進(jìn)行鈣處理。

在澆鑄工藝和熱軋工藝相同的情況下，如果不考慮鈣處理的影響，可以認(rèn)為兩種工藝路線的成分偏析和熱軋因素對(duì)帶狀組織的影響是相同的，帶狀組織評(píng)級(jí)應(yīng)該是相近的，而實(shí)際檢測(cè)結(jié)果表明二者有所不同。因此可以推斷，導(dǎo)致不同工藝路線熱軋產(chǎn)品帶狀組織差異的主要因素為是否進(jìn)行鈣處理所以可以認(rèn)為合理的鈣處理工藝不僅能改善鋼水的可澆性，還能改善熱軋產(chǎn)品帶狀組織。

2.2 鈣處理工藝改善熱軋產(chǎn)品帶狀組織機(jī)理

對(duì)于鋁脫氧鋼，脫氧產(chǎn)物主要為Al2O3，鈣處理的主要目的是通過(guò)控制合適的鈣鋁比，使脫氧產(chǎn)物轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的鈣鋁酸鹽，從而達(dá)到改善鋼水可澆性的目的。此外，根據(jù)國(guó)內(nèi)外對(duì)管線鋼夾雜物的控制的研究結(jié)果可知，管線鋼鈣處理的目的是避免生成熱軋過(guò)程中可發(fā)生塑性變形的MnS夾雜，使鋼水中的[S]在凝固過(guò)程中以CaS等硬質(zhì)夾雜的形式析出從而提高管線鋼的抗HIC能力[5-6]。

MnS夾雜在熱軋過(guò)程會(huì)沿軋制方向發(fā)生塑性變形，形成長(zhǎng)條狀MnS夾雜。鋼水在凝固過(guò)程中，元素會(huì)在枝晶間富集。未進(jìn)行鈣處理的22MnB5枝晶間富集[Mn]、[S]元素，在最后的凝固過(guò)程會(huì)析出細(xì)小的MnS夾雜，這些微小的MnS夾雜在熱軋過(guò)程中會(huì)延軋制方向形成長(zhǎng)條狀的MnS夾雜，如圖2所示。這種細(xì)長(zhǎng)的MnS夾雜帶嵌在珠光體帶之間，二者的方向一致[7]。這種情況會(huì)影響帶狀組織的評(píng)級(jí)加重?zé)彳埉a(chǎn)品帶狀組織[8]。

圖2 MnS夾雜物的形成及在軋制過(guò)程中的行為

Turkdogan[9]在《Fundamentals of SteelMaking》一書中給出了鋁脫氧鋼，在凝固過(guò)程中，硫化物夾雜形態(tài)有效控制的中包成分標(biāo)準(zhǔn)，如表2所示。作者指出，中包成分在這種條件下，可有效避免凝固過(guò)程中MnS夾雜的生成，從而提高管線鋼抗HIC性能。而我們第1種冶煉工藝下的22MnB5的中包成分恰好與序號(hào)2的成分標(biāo)準(zhǔn)吻合，鋼水在凝固過(guò)程中有效地避免了MnS夾雜的生成。

表2 鋁脫氧鋼有效控制硫化物形態(tài)的中包成分標(biāo)準(zhǔn)[9]

由以上對(duì)比分析可知，鈣處理工藝改善熱軋產(chǎn)品帶狀組織的機(jī)理是控制鋼水凝固過(guò)程中MnS夾雜的生成，使[S]與[Ca]結(jié)合生成硬質(zhì)夾雜。

3 結(jié)論

（1）對(duì)于22MnB5鋼種，DeS→DeC→LF→CC 和DeS→DeC→LF→RH→CC兩種不同冶煉工藝的本質(zhì)區(qū)別為是否進(jìn)行鈣處理；兩種不同冶煉工藝下，熱軋產(chǎn)品帶狀組織差異的主要影響因素也是是否進(jìn)行鈣處理；

（2）鈣處理改善熱軋產(chǎn)品帶狀組織的機(jī)理是通過(guò)控制鋼水凝固過(guò)程中MnS夾雜的生成，使 [S]與[Ca]結(jié)合生成硬質(zhì)夾雜并去除；

（3）合理控制中包 T[O]、[Mn]、[Ca]和[S]含量可有效防止鋼水凝固過(guò)程中MnS的生成，從而改善熱軋產(chǎn)品帶狀組織。

[1]張迎暉,賴泓州,趙鴻金.鋼中帶狀組織的研究現(xiàn)狀[J].軋鋼,2014,31(3):45-47.

[2]鄭曉寧,張志旺,宇文杰.20CrMnTiH滲碳齒輪鋼的帶狀組織控制[J].河北冶金,2013(1):56-57.

[3]劉建陪，劉陪躍.35MnBM熱送熱裝改善鋼坯的帶狀組織實(shí)踐[J].河北冶金,2013(5):26-27.

[4]Roland K,Nils L.Non-metallic inclusions in steel[M].The Metals Society,London,1968,PartⅢ:6.

[5]張彩軍,蔡開科,袁偉霞等.管線鋼的性能要求與煉鋼生產(chǎn)特點(diǎn)[J].煉鋼,2002,18(5):40-46.

[6]張慶國(guó).管線鋼的發(fā)展趨勢(shì)及生產(chǎn)工藝評(píng)述[J].河北冶金,2003(5):12-17.

[7]張延玲,劉海英,阮小江等.中低碳齒輪鋼中合金元素的偏析行為及其對(duì)帶狀組織的影響[J].北京科技大學(xué)學(xué)報(bào),2009,31(Suppl.1):199-206.

[8]鄒仲芹.連鑄工藝管線鋼帶狀組織的研究 [D].山東:山東大學(xué),2005.

[9]Turkdogan E T.Fundamentals of SteelMaking[M].The Institute of Materials,London,1996:270.