分享：免退火XM06BA微合金冷鐓鋼研發

為響應國家“十三五”節能減排工作的號召，落實節約資源和保護環境基本國策，以提高能源利用效率和改善生態環境質量為目標，以推進供給側結構性改革和實施創新驅動發展戰略為動力，福建三鋼（集團）有限責任公司自主研發免退火XM06BA微合金冷鐓鋼熱軋盤條。產品重點推廣方向是以免退火或輕退火的生產方式替代強度級別為4.8級及以下需退火處理的家電、家具螺釘、螺桿、空心鉚釘或異型件產品，以及滿足部分大變形量冷鐓產品的開發需求，該鋼種應當具有比ML08Al盤條更好的塑性和抗加工硬化性能，因此探索合適工藝，以生產出塑性好、變形抗力小的優質線材。

1.   生產工藝流程

生產的XM06BA熱軋盤條采用氧氣頂底復吹轉爐、爐外精煉、連鑄、盤條控軋控冷軋制等先進生產技術，目前產品規格為?6.5 mm。

三鋼XM06BA盤條工藝控制流程：高爐鐵水→鐵水預處理→100 t氧氣頂底復吹轉爐→LF精煉爐→小方坯連鑄（160 mm×160 mm×12000 mm）→步進式加熱爐加熱→直徑6.5～20 mm高速線材軋制→斯太爾摩風冷線→成品檢驗、打包、入庫。

2.   化學成分設計

2.1   成分設計構思

XM06BA為微合金低碳冷鐓鋼，滿足以免退火或輕退火的生產方式替代強度級別為4.8級及以下需退火處理的產品，可提高抗加工硬化性能。適當添加微合金元素Ti，能使鋼的內部組織致密，具有細晶強化和析出強化的作用，Ti不僅可與N、C結合形成的氮化物、碳化物、碳氮化物，阻止奧氏體晶粒的長大，細化晶粒，改善材料的焊接性能，而且可使鋼中的硫化物變性，改善材料的冷成形性能[1]。但隨著Ti含量的增加TiN會逐漸形成大塊難溶的顆粒，而降低C和Mn含量，會顯著降低盤條的強度和硬度[2]，其中碳元素為決定機械性能的主要元素。

2.2   成分設計方案

兩種方案的成分設計，見表1，第二批次與第一批次相比，主要是降低了C含量。試樣為三鋼160 mm×160 mm×12000 mm連鑄坯，生產?6.5 mm盤條。

3.   煉鋼連鑄

采用“120 t轉爐—120 t LF精煉—R107機7流方坯連鑄機”的生產工藝路線，生產的難點在于轉爐控碳，采用不留渣、底吹強攪，同時對應大氧氣流量冶煉來實現低碳出鋼。對于轉爐脫氧控制，選擇在出鋼階段采用“鋁錳+鋁粒”進行脫氧；氬站階段采用“鋁粒+鋁線”進行脫氧[3]。出鋼時控制流鋼時間，并進行擋渣控制，以避免下渣；出鋼過程中，采用全程底吹氬，提高脫碳及脫磷效果，保證鋼液成分和溫度的均勻。在LF爐操作時，先進行翻渣作業，再進行加熱，而在加熱過程中分批加入渣料造渣。停止加熱后根據目標調整成分，此時應注意合金加入順序，首先加Al，進行脫氧與定氮，將進站鋼水的酸溶鋁（Als）質量分數配加至0.04%～0.05%，確保出站Als質量分數為0.035%～0.050%，再加Ti元素。

連鑄過程，大包開澆后，中間包及長水口嚴格進行吹氬保護，因為大包下水口和長水口的接口處[4]，最容易造成增N。此外，開澆的頭爐需加足夠的覆蓋劑，確保中包鋼水不裸露。連鑄工藝主要技術參數見表2，配備電磁攪拌，以減少成分偏析，提高鋼的組織性能均勻性。

4.   軋制生產工藝控制方案

全線采用28架高速無扭軋制，軋制中保證盤條尺寸、外形、重量及允許偏差應符合GB/T14981—2009的規定，其中盤條直徑允許偏差和不圓度按B級精度執行。軋制XM06BA低碳合金鋼盤條采用控溫軋制，主要目的是細化晶粒，控制原始奧氏體晶粒尺寸。加熱爐出鋼溫度控制在980～1030 °C，要求連鑄坯通條的溫度控制均勻，頭、中、尾溫差控制在50 °C以內,避免長度方向上的溫度波動，爐內為微還原氣氛[5]。本次實驗采用2種不同軋制方案，具體情況如下表3。

軋制方案2提高進精軋機、吐絲機溫度，降低輥道速度，使鐵素體晶粒粗大些，珠光體含量則高些（說明Fe3C的析出較充分，鐵素體中碳的溶解度更接近平衡狀態），降低材料的強度，提高材料塑性[6]。

5.   試驗分析

5.1   盤條金相組織

6.5規格XM06BA盤條金相組如表4和圖1所示。評定采用GB/T13298—2015《金屬顯微組織檢驗方法》、GB/T6394—2017《金屬平均晶粒度測定方法》標準中的對比法、GB/T13299—1991《鋼的顯微組織評定方法》中游離滲碳體級別評定標準A系列。

5.2   力學性能檢驗

根據GB/T 228—2002《金屬材料室溫拉伸試驗方法》檢測的XM06BA合金鋼盤條的力學性能，結果見表5。由表5中數據可以看出:

（1）第一批的坯料，采用不同的軋制方案，“方案1”強度更高；延伸率、斷面收縮率更低，更不利于后續抗加工硬化。

（2）兩批不同成分的坯料，采用相同的軋制方案2，“第二批”材料抗拉強度更低，塑性指標也較高，更利于后續抗加工硬化。

6.   應用試驗

在開發XM06BA產品之前，用戶使用ML08Al退火線生產空心鉚釘，相關力學性能如表6。生產工藝：?6.50 mm規格ML08Al原材料酸洗、磷化→?6.50 mm→?5.56 mm→?5.00 mm→?4.75 mm→退火→酸洗、磷化→?4.30 mm→冷鐓空心鉚釘。

XM06BA產品加工工藝：?6.50 mm規格XM06BA原材料酸洗、磷化→?6.50 mm→?5.56 mm→?5.00 mm→?4.75 mm→?4.30 mm→冷鐓空心鉚釘。

第一批坯料采用方案1、方案2軋制的材料冷鐓空心鉚釘時偏硬，而第二批坯料采用方案2生產的材料，其性能滿足用戶使用要求，生產的空心鉚釘（圖2）翻邊飽滿、無翻邊開裂、拉斷等現象，性能見表7，抗拉強度>350 MPa、剪切強度>240 MPa。

圖  2  空心鉚釘

7.   結束語

（1）XM06BA微合金低碳冷鐓鋼組織為F+游離滲碳體+P。

（2）“第二批”采用“軋制方案2”，生產的XM06BA熱軋盤條，即降低了強硬度又提高其塑性，經同樣的變形后鋼絲硬度、強度更小，即抗加工硬化的性能更好。通過用戶試用能代替原工藝ML08Al退火線，減少一次退火、酸洗、磷化，達到免退火，實現節能減排目的。

（3）通過合理的化學成分設計和控軋控冷工藝成功開發出拉拔性能和冷鐓性能優異的免退火冷鐓鋼XM06BA熱軋盤條，工業試驗表明其在使用時可免去退火工序直接拉拔并冷鐓制作變形量較大的空心鉚釘等緊固件，緊固件各項性能完全符合下游要求。

參考文獻

[1]海超,王忠東. 冷軋深沖鋼板斷帶原因分析. 金屬世界,2020(6):35doi: 10.3969/j.issn.1000-6826.2020.06.010

[2]姜婷,汪開忠,于同仁,等. 免退火冷鐓鋼10B21熱軋盤條的研制. 軋鋼,2020,37(6):53doi: 10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20190220

[3]陳賀. XM06BA鋼的生產工藝實踐. 福建冶金,2021,50(5):30doi: 10.3969/j.issn.1672-7665.2021.05.008

[4]宋萬平,賈旭崗,梁世勇. 100 t BOF—LF—CC流程冶煉10B21鋼的工藝優化. 特殊鋼,2015,36(5):17

[5]大連工學院《金屬學及熱處理》編寫小組. 金屬學及熱處理. 北京: 科學出版社, 1975

[6]蘇光浩, 堯福旺, 王展宏, 等. 提高低碳線材熱軋性能合格率的研究//線材制品國際技術研討會, 北京, 2006

文章來源——金屬世界