張景宜 李子林(安陽鋼鐵集團有限責任公司)

易切削鋼盤條AG1215研制開發(fā)*

張景宜 李子林(安陽鋼鐵集團有限責任公司)

介紹了安鋼易切削鋼盤條AG1215的研制開發(fā)。通過合理的轉爐終點控制、精煉工藝、增硫措施、制定關鍵連鑄、加熱、軋制工藝技術措施，獲得表面及低倍質量優(yōu)良的鑄坯，夾雜物控制達到預期控制目標，盤條各項性能符合用戶要求。

易切削鋼 硫化物 夾雜

0 前言

美標1215易切鋼硫含量高，切削加工性能好，塑性高，強度高。主要用于制作受力較小而對尺寸和光潔度要求嚴格的儀器儀表、手表零件、汽車、機床和其他各種機器上，對尺寸精度和光潔度要求嚴格，而對機械性能要求相對較低的標準件，如齒輪、軸、螺栓、閥門、襯套、銷釘、管接頭、彈簧座墊及機床絲杠、塑料成型模具、外科和牙科手術用具等。適合一般電鍍軸心、切削用料及一般零件。美標1215由于精度準確，表面狀況良好，易削切鋼產品可直接使用，如噴涂，打砂，打彎，鉆孔，也可按實際要求精拉之后直接電鍍，免去了大量機加工時間及節(jié)省配置加工機械的費用，原材料的耗損極少。

1 技術要求和工藝難點

為保證切削性能，一般要求鋼中的w(Mn)/w(S)控制在3.0～5.0為最佳，AG1215易切削鋼要求較高的硫含量和錳含量，超過美標1215上限，具體化學成分要求見表1。力學性能不做要求。

表1 AG1215成分標準 w%

AG1215易切削鋼具有低碳、低硅、高磷、高硫的特點，是最難連鑄的鋼種之一。其連鑄工藝的難點主要在于:鋼中的高氧含量、高硫含量顯著降低了鋼水的表面張力，使鋼渣分離困難，從而造成鋼渣混卷;同時隨著鋼水溫度的下降，進入結晶器的鋼水還會發(fā)生碳氧反應而產生氣體，從而形成大量表面及皮下氣孔、夾雜等缺陷，甚至造成漏鋼，使連鑄生產難以進行。該鋼種裂紋敏感性強，必須采用弱冷制度，為形成合適的硫化物又必須采用合適的二冷強度。這些相互矛盾的要求使易切削鋼連鑄工藝非常困難。在軋制方面，由于存在大量硫化物的硫系易切削鋼的晶界比普通鋼種的晶界強度要低，產生晶界弱化。硫系易切削鋼軋制受應力后，裂紋容易產生并擴展，因此，軋制過程中容易產生熱脆現象，發(fā)生坯頭開裂。

2 AG1215生產工藝要點

安鋼易切削鋼AG1215生產工藝路線為:100 t轉爐→100 t LF精煉爐→150 mm×150 mm小方坯連鑄→鋼坯檢查→步進梁式加熱爐加熱→無扭控冷軋制→斯太爾摩冷卻—集卷→PF線輸送→檢查、修剪→打捆→稱重、掛牌→入庫。

2.1 轉爐冶煉

與生產常規(guī)鋼種相比，轉爐冶煉不需要脫磷、脫硫，只需要脫碳，脫硅，終點控制只需考慮碳含量和溫度。渣量不需要很多，滿足保護爐襯要求即可，同時盡量降低脫磷、脫硫率，既滿足易切削鋼保磷、硫需求，又降低了生產成本，多余的熱量用廢鋼平衡。本鋼種轉爐吹煉后期鋼、渣氧含量高，爐襯侵蝕嚴重，為減輕爐襯侵蝕，適當提高渣料中輕燒白云石比例。由于合金加入量多導致出鋼溫降大［1］，終點溫度較同成分體系溫度提高20℃。

2.2 轉爐出鋼

轉爐出鋼多加頂渣料，降低渣中SiO2活度，擋好渣，控制渣層＜50 mm，防止回硅。出鋼前先加強脫氧劑，脫除鋼水大部分氧。但脫氧劑不能加入太多，需防止回硅和保留一定的自由氧，形成利于切削的特定形狀夾雜物。出鋼過程中加入大部分增磷合金、增硫劑以及其它合金。

2.3 鋼包精煉

根據爐渣情況進行脫氧，禁用含硅含碳脫氧劑，脫氧后進行錳、磷成分微調，后期采用另一種增硫劑進行硫成分微調。鈣作為特殊脫氧劑，與氧化鋁形成復合鈣鋁氧化物，在此基礎上包裹一層較軟的鈣錳硫化物，有利于提高切削性能和力學性能。硫成分滿足后喂適量鈣合金線促進脆性夾雜物變性，喂線后進行軟攪拌處理，促進大顆粒夾雜物上浮。

2.4 連鑄

連鑄采用大號水口和保護澆注，適當提高中包過熱度，防止中包水口結瘤;選用合適的電磁攪拌參數，加大一冷水量，保持一定坯殼厚度，避免產生漏鋼;二冷采用弱冷工藝，同時提高拉速，利用鑄坯回溫保證角部矯直溫度。

2.5 加熱和軋制

由于存在大量硫化物的硫系易切削鋼的晶界比普通鋼種的晶界強度要低，產生晶界弱化，軋制過程中容易產生熱脆現象。為了避開熱脆敏感溫度區(qū)域，生產中采用高溫緩慢加熱并保溫足夠時間，嚴格控制斷面溫差和首尾溫差。制訂合理的開、終軋溫度，軋制前，校準軋制線;對導衛(wèi)、輥道、過渡導槽、擋板等有尖角和毛刺的地方打磨干凈;軋輥、導衛(wèi)安裝正確，保證安裝精度和安裝牢靠，防止產品產生劃線、折疊等缺陷和軋件跑鋼事故。

2.6 冷卻

因該鋼種無強度要求，按鐵素體和珠光體組織控制。采用緩冷工藝，降低入口輥道速度，關閉風機和保溫罩。

3 產品檢驗分析

通過系列工藝優(yōu)化，安鋼易切削鋼AG1215產品實物質量滿足技術要求和用戶需求。

3.1 成分控制

AG1215易切削鋼成分控制難點在于碳、硅、硫的控制。經過低拉碳、控制過程增碳、嚴格出鋼擋渣、合適脫氧增硫工藝等措施，嚴格控制成分在技術要求范圍內，具體成分控制情況見表2。

表2 AG1215盤條平均化學成分 w%

3.2 鑄坯低倍

硫在鋼中大部分以 MnS、FeS、(Mn、Fe)S 的形式存在，它們和鐵一起形成低熔點的共晶體，呈網狀薄膜分布在晶粒邊界處，降低了晶界強度。鑄坯矯直時在角部易產生裂紋，在盤條表面易形成結疤和黑線，影響用戶使用。

安鋼易切削鋼AG1215為避免連鑄坯角部出現裂紋采用弱冷工藝，利用鑄坯內部回溫降低鑄坯斷面溫度梯度，盡量保持斷面高溫強度和塑性均勻一致。經熱酸浸檢驗，鑄坯表面和內部質量良好，角部未發(fā)現裂紋。鑄坯酸浸角部和低倍情況分別如圖1、圖2所示。

圖1 鑄坯酸浸角部

圖2 鑄坯低倍

3.3 組織和硫化物夾雜

低碳緩冷鋼在軋后形成鐵素體和珠光體組織。硫系易切削鋼中氧的存在形式主要是單個的脫氧產物或溶解在硫化物中形成復合夾雜物，如圖3所示。

圖3 夾雜物能譜

硫化錳夾雜物的形態(tài)有I類、Ⅱ類、Ⅲ類三種，其形態(tài)的生成與鋼的脫氧有關。I類硫化錳夾雜物加熱時不易延展變形，在鋼中呈紡錐型或橢圓型，切削性能很好(如圖4、圖5所示)，Ⅱ類硫化錳夾雜物加工時易變形，切削性能和力學性能都很差;Ⅲ類硫化錳夾雜物更易變形，切削性能和力學性能更差。相關資料［2］研究表明:當鋼中 w(T.O)＞0.012%時，可以獲得第 I類硫化物;當鋼中 w(T.O)=(0.008～0.012)%時為第Ⅱ類硫化物;當鋼中 w(T.O)＜0.008%時，為第Ⅲ類硫化物。

圖4 組織和硫化物夾雜(橫向)

圖5 硫化物夾雜(縱向)

由圖3、圖4、圖 5可以看出，安鋼易切削鋼AG1215組織為鐵素體和少量珠光體組織，夾雜物主要為硫化錳夾雜其中含有少量的鐵。經檢驗分析，AG1215 盤條平均 w(T.O)=0.014%，可以獲得第I類硫化物，硫化錳夾雜經軋制后呈紡錐型或橢圓型，在切削時可以降低刀具的磨損。

4 使用效果和工藝改進

用戶經過酸洗—拉拔—剪切—車削使用后，反饋安鋼易切削鋼盤條AG1215表面質量和切削性能很好，拉拔和車削后產品表面光潔度高(如圖6、圖7所示)，車屑易斷、不粘刀具，盤條質量完全滿足高速切削要求。

圖6 拉拔后盤條

圖7 車削零件

安鋼易切削鋼AG1215盤條氧含量高，脫氧不良時，在鑄坯凝固過程中內部易形成氣泡，脫氧太充分，得不到所需形狀和分布的硫化錳夾雜物，還容易造成水口結瘤。因此，選擇合適的脫氧劑和采取精煉定氧措施保證脫氧程度是工藝改進的關鍵。

5 結語

通過采用以下系列工藝措施成功開發(fā)了易切削鋼AG1215熱軋盤條，安鋼優(yōu)化了線材品種結構，提升了競爭實力，為耐候鋼等品種開發(fā)積累了高磷、高硫鋼生產經驗和技術儲備。

1)優(yōu)化轉爐渣料控制，既滿足AG1215易切削鋼保磷、硫需求，又降低了生產成本;

2)合適的合金化和夾雜物控制手段，滿足了易切削鋼成分和夾雜物形狀要求;

3)連鑄冷卻工藝優(yōu)化保證了AG1215易切削鋼良好的鑄坯表面質量和內部質量;

4)采用高溫緩慢加熱并保溫足夠時間，制訂合理的開、終軋溫度等措施防止了軋制劈頭開裂、產品產生劃線、折疊等缺陷。

5)AG1215易切削盤條組織和夾雜物控制滿足了用戶使用要求。

［1］張景宜，李子林，段貴生，等.易切削鋼生產工藝技術探討.河南冶金，2007，15(4):30 －32.

［2］磯部浩一，草野祥昌，前出宏文.氧濃度對低碳含硫易切削鋼MnS系硫化物生成過程及其切削性能的影響［J］.特殊鋼，1995(5):53－57.

RESEARCH AND DEVELOPMENT ON FREE CUTTING STEEL WIRE ROD AG1215

Zhang Jingyi Li Zilin
(Anyang Iron and Steel Group Co.，Ltd)

It introduces the research and development on the free－cutting steel wire rod AG1215 in Anyang Steel.Continous casting billet with good surface and internal quality can be produced through end－point control for converter，secondary refining process，resulfurization，as well as drafting optimized parameters parameters optimization in continuous casting，reheating and rolling process.Nonmetallic inclusions in steel and performance index of wire rod can meet the requirements of consumers.

free－cutting steelsulfide inclusions

*聯系人:張景宜，高級工程師，河南.安陽(455004)，安陽鋼鐵集團有限責任公司技術中心;

2012—4—2