天铁冷镦钢SAE1008的开发及生产工艺优化

赵志华（天津天铁冶金集团有限公司炼钢厂，河北涉县 056404）

天铁冷镦钢SAE1008的开发及生产工艺优化

赵志华（天津天铁冶金集团有限公司炼钢厂，河北涉县 056404）

SAE1008冷镦钢要求具有很高的洁净度和良好的冷成型性，其屈强比在0.5～0.65之间，断面收缩率在50%以上。天铁炼钢厂通过对冷镦钢生产工艺过程和产品质量的跟踪分析，确定了关键工艺和相应参数。优化改进冷镦钢炼钢、连铸工艺参数后，使盘条质量得到大幅度提高，满足了用户的要求。

冷镦钢 成分 脱氧 夹杂物 性能 优化 开发

1 前言

SAE1008钢属于低碳低硅的优质碳素结构钢，主要用于建筑工程，另外还应用于桥梁工程、船舶制造、车辆制造、石油贮罐制造、工程机械等方面的焊接及铆接结构件，要求有较低的强度、良好的韧性和拉拔性能及焊接性能。该钢要求碳、硅含量较低，生产控制难度较大。2010年，为扩展高线产品品种和开拓周边市场，我厂加快了SAE1008热轧盘条的研制、开发步伐。

2 主要技术要求

SAE1008钢属冷镦钢。冷镦是在常温下利用金属塑性成型的。采用冷镦工艺制造紧固件，不但生产效率高、紧固件质量好，而且用料节省、成本降低。但是冷镦工艺对原材料的质量要求较高。冷镦性能是冷镦钢的重要性能之一。对冷镦钢的主要性能要求是：具有良好的冷成形性；对于冷镦钢变形要求具有尽可能小的阻力和尽可能高的变形能力。为此，一般要求冷镦钢的屈强比在0.5～0.65之间，断面收缩率在50%以上。同时，夹杂物含量高是造成冷镦加工开裂的主要原因之一，B类（氧化铝）和D类（球状氧化物）夹杂物的影响最大，颗粒越大，越容易开裂。冷镦工艺要求该钢具有很高的洁净度，严格控制钢中的Si、Al含量。

3 生产工艺路线

根据现有设备和高线轧制规格，确定生产工艺路线如下：

40 t氧气顶吹转炉→全程底吹氩处理→6 m弧四机四流连铸机150 mm×150 mm方坯→高线轧制25 mm～48 mm→检验→入库。

4 转炉冶炼工艺

4.1 化学成分设计

碳是影响钢材冷塑性变形的最主要元素。含碳量越高，钢的强度越高，而塑性越低。钢中碳含量一般按中下限控制为宜。钢中硅含量超过0.10%，随着硅含量的增加，钢的抗拉强度、硬度有所提高，但延伸率低，断面收缩率下降明显，不利于冷变形。钢中锰含量适中，可改善钢中硫的存在形态和分布，有利于提高钢的冷成型性。磷、硫在钢中为有害元素，应尽量控制在较低水平。经过几次试生产和性能检验，确定SAE1008熔炼成分控制范围见表1。

表1 SAE1008熔炼成分

4.2 吹炼终点钢水氧含量的控制

转炉吹炼终点钢水氧含量控制的高低，不仅直接影响到合金元素的收得率和钢水成分的合格率，还将对钢中非金属夹杂物的含量及钢的性能产生至关重要的影响。SAE1008钢钢水熔炼碳含量要求控制在0.10%以下，依据我厂转炉生产实际，在采用低碳合金的情况下，转炉吹炼终点钢水碳含量需控制在0.07%以下方能满足此要求。为避免钢水过度氧化，在对装入制度进行调整的同时，对吹炼拉碳枪位进行调整，拉碳枪位由900 mm调整至700 mm，稳定吹炼终点碳含量，并且要求拉碳时间保证在30 s以上，控制终点渣中FeO含量在20%以下，降低终点钢水和炉渣的氧化性。

4.3 脱氧合金化控制

我厂控制上连铸钢水自由氧含量在20×10-6～50× 10-6，这就对脱氧提出了较高的要求。为了获得良好的脱氧效果，经过几次优化，最终确定采用BaAlSi和CaBaSi两种复合脱氧剂共同使用来完成钢水的脱氧处理，并且规定在出钢前期BaAlSi脱氧剂一次性加够，出钢后期和出钢完毕后不允许再进行补加。脱氧剂加入量根据倒炉和出钢情况进行适当调整。同时，加强出钢口的维护，采用出钢前后双挡渣法挡渣，尽量减少出钢过程下渣量。合金化合金采用含碳、硅较低的中碳锰铁，钢水钙处理采用Fe-Ca线，很好地避免了钢水增碳、增硅的问题。

4.4 钢包吹氩、定氧控制

Fe-Ca线为了使脱氧产物充分上浮排出，我们采用全程底吹氩工艺，即出钢开始就对钢水进行吹氩处理，出钢完毕在吹氩站对钢水进行8 min吹氩处理。首先用较高的供氩强度搅拌2～3 min，使出钢过程脱氧产生的夹杂物充分地碰撞、长大，提高夹杂物上浮的几率。关气镇静30 s后，通过快速定氧仪进行定氧分析，一般要求钙处理前氧含量控制在50×10-6～70× 10-6，之后再喂入Fe-Ca线，将未上浮的高熔点的Al2O3夹杂变性为低熔点的钙铝酸盐夹杂，促进夹杂物的充分上浮。如果氧含量偏高，需要补加CaBaSi合金或适当增加Fe-Ca线喂入量，以确保钢水上连铸前氧含量在20×10-6～50×10-6。喂线后进行吹氩弱搅拌4 min以上，使钙处理后的夹杂物得以充分上浮排出。

5 连铸浇铸工艺

5.1 全程保护浇铸

大包与中间包使用铝碳质保护套管并加氩封，中间包至结晶器采用铝碳质浸入式保护套管保护浇注；中间包内添加微碳覆盖剂，结晶器内采用空心预熔颗粒保护渣。开浇液面控制在450 mm以上，连浇炉次要求满液面浇注。以上措施有效减少了钢液在浇铸过程中的二次氧化，同时提高了对夹杂物的吸附效果。

5.2 二冷配水采用弱冷却制度

二冷采用自动配水，比水量控制在1.60～1.80 L/ kg，控制合适拉速，保证铸坯冷却均匀，并控制铸坯矫直温度在1 080～1 120℃之间，有效地改善了连铸坯的内部质量。

5.3 结晶器液面采用自动控制技术

结晶器液面采用自动控制技术保证结晶器内钢水液面稳定在±5 mm范围内，使结晶器散热均匀，有效地减少结晶器液面波动对铸坯表面和内部质量产生的影响。

6 轧制工艺

控制较高的终轧温度和吐丝温度，可以获得较大的奥氏体晶粒，减少相变过程铁素体的形核率。较低的冷却速度使奥氏体分解转变时间较长，以此获得细小的铁素体加少量均匀的珠光体。

6.1 控轧工艺

控轧工艺实际上就是控温工艺，天铁实际控制轧制温度如下：

均热段温度1 080～1 120℃；

开轧温度1 030～1 070℃；

入精轧机温度920～950℃。

6.2 控冷工艺

实际控冷温度为：

吐丝温度为1 000～1 040℃；

实际相变冷却温度控制在40～80℃/min。

7 检验

7.1 低倍检验

SAE1008开发生产以来，共取连铸坯52块进行了低倍检验，低倍组织缺陷主要是缩孔及中心疏松，但缺陷等级均控制在了标准之内。SAE1008钢低倍检验结果见表2。

7.2 力学性能检验

SAE1008钢开发生产以来，随机对盘条头尾进行力学性能检验，检验结果见表3。

表2 低倍检验结果

表348 mm盘条力学性能

由表2、表3数据可以看出，我厂生产SAE1008盘条钢抗拉、延伸、冷弯等性能均达到了天铁企业控制标准，且屈服强度、断面收缩率也均达到了美国行业控制标准。

8 结论

通过对转炉工序和连铸工序的工艺参数进行探索、优化，成功开发生产冷镦用钢SAE1008，说明通过合理调整工艺，完全可以不过LF炉精炼工序生产冷镦用钢。同时也使我们认识到生产SAE1008钢的关键在于脱氧和夹杂物排除的控制，也是保证生产顺行和产品质量的关键环节，SAE1008钢的开发生产为以后生产低碳低硅钢积累了经验。

[1]王雅贞，李承祚.转炉炼钢问答[M].北京：冶金工业出版社，2004.

[2]蔡开科，程士富.连续铸钢原理与工艺[M].北京：冶金工业出版社，1994.

Development and Process Optimization of SAE1008 Cold Heading Steel at Tiantie

Zhao Zhihua

The production of SAE1008 cold heading steel requires high cleanliness and good cold formability,its yield ratio should be between 0.5 and 0.65,and reduction of cross section over 50%.The Steel-making Plant of Tiantie defined the critical process and relevant parameters through tracking and analysis on the production process and product quality of cold heading steel.After parameter optimization and improvement in melting and casting,the quality of wire rod made by cold heading steel was improved substantially and met the demand by the customer.

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（收稿 2011－03－07责编崔建华）

赵志华，1998年毕业于河北理工学院钢铁冶金专业，工程师，现在天津天铁冶金集团炼钢厂钢种研发部从事研发工作。