45钢断面收缩率与白点的关系

45钢断面收缩率与白点的关系逯登尧（山东寿光巨能特钢有限公司，山东寿光262711）摘要：通过对45钢两种试样状态及冶炼、轧制工艺的分析，找出了白点是导致45钢断面收缩率不合的根本原因，钢中氢含量高是内因，轧后冷速过快是外因。从源头上减少钢中氢含量及轧后缓冷的措施，可解决由白点引起的塑性偏低问题。关键词：45钢；断面收缩率；白点；氢脆；缓冷中图分类号：TG113.25文献标识码：A文章编号：1004-4620（2008）03-0052-02RelationofBetweenAreaReductionof45SteelandFlakesLUDeng-yao（ShandongShouguangJunengSpecialSteelCo.,Ltd.,Shouguang262711,China）Abstract:Byanalyzingthestatesoftwosamplesandsmeltingandrollingprocess,itwasfoundoutthattheessentialreasonresultinginareareductiondisqualificationofSteel45wasflake.Thehighhydrogencontentinthesteelwasinternalreasonandthefastcoolingspeedafterrollingwasexternalfactor.Reducinghydrogencarriedfromslaggingmaterialandprocessandadoptingslowcoolingafterrollingcanresolvethequestionofthelowplasticitycausedbyflakes.Keywords:45steel;areareduction；flake;hydrogenbrittleness;retardedcooling1前言山东寿光巨能特钢有限公司Φ550×1/Φ430×4+Φ320×6小型轧钢生产线自2004年投产以来，主要生产45、20等碳素结构钢，生产规格为φ16～φ60mm。在生产检验过程中，发现45钢部分炉号的塑性值偏低，主要是断面收缩率达不到标准要求。2005年3月初，45钢断面收缩率复验率达到28.5%，严重影响了该生产线的组织和协调。为此组织了对该问题的技术攻关，查找原因、采取措施，确保轧钢生产线稳定、顺行，使出厂钢材完全达标。2检测与分析钢材产生断面收缩率不合的原因很多，如化学成分不合、钢中非金属夹杂物含量高、内部疏松严重、内裂等均会引起钢材的塑性降低。共检验2005年3月6日至4月10日生产的45钢228炉，规格为φ30～φ60mm，因断面收缩率不合导致复验的共65炉，复验率达到28.5%，复验后全部合格（统计结果见表1）。为了查找原因，对这65炉断面收缩率不合的炉号进行了一系列统计分析。表1钢材的力学性能统计结果项目σs/MPaσb/MPaψ/%δ5/%初验355～420388.1610～685646.019～4230.516～2520.2复验355～445389.6615～690647.641～5444.819～3024.0GB/T699≥355≥600≥40≥162.1化学成分通过对化学成分的统计分析，未见有成分异常现象，全部符合标准要求（见表2）。表2钢的熔炼化学成分统计结果%项目CSiMnPSCrNiCuGB/T6990.42～0.500.17～0.370.50～0.80≤0.035≤0.035≤0.25≤0.30≤0.25实测0.43～0.490.460.20～0.280.230.54～0.610.570.007～0.0260.0130.004～0.0220.0090.03～0.090.050.02～0.040.030.05～0.100.072.2低倍组织通过对缓冷前钢材低倍组织检验结果的统计分析，除个别炉号存在内部裂纹外（见表3），其他无异常现象，全部符合标准要求（见表4）。表3钢材的低倍组织（级）统计结果工艺项目总炉数内裂炉数内裂纹长度/mm内裂炉数占总炉数比例/%最长最短缓冷前初验不合6583.5112.3初验合格163253.5115.3表4钢材的内部裂纹统计结果项目一般疏松中心疏松锭型偏析中心偏析GB/T699≤3.0≤3.0≤3.0检测1.0～3.01.51.0～2.01.01.0～2.01.00.5～1.00.5在检验的228炉45钢中，不管其塑性是否合格，约有14.5%的炉号存在1～3.5mm的内部裂纹，这个比例与28.5%的断面收缩率复验率不是十分吻合，但这并不能排除内部裂纹对塑性不合没有影响。在检查45钢断面收缩率仅为19%的1支试样时，发现拉伸试样纵向试验面上存在“X”型裂纹（见图1a），在横向断口上存在白色的圆坑（见图1b）。a）纵向裂纹形态2×b）横向断口白点形态4×图145钢材白点导致的拉伸断口形态2.3生产工艺1）冶炼：①采用70t超高功率电炉初炼，电炉使用55%～65%废钢，35%～45%铁水。采用炉壁氧枪吹氧脱碳，石灰脱磷，偏心炉底无渣出钢。②精炼采用70tLF，渣料由石灰、预熔渣和萤石组成，采用硅锰合金和钢芯铝预脱氧。LF使用CaC2和SiC扩散脱氧，出钢前5min喂CaSi线进行夹杂物变性处理。精炼过程吹氩操作，连铸前软吹氩处理，充分去除夹杂物、均匀钢水温度。2）连铸：连铸工序钢水过热度20～35℃，拉速1.5～1.8m/min。3）轧制：①采用150mm×150mm×2500～5300mm坯料在蓄热式推钢加热炉内加热，加热炉采用高炉煤气作燃料，计算机温度监测和煤气流量自动控制。连铸坯加热温度1100～1200℃。②轧制采用Ф550×1/Ф430×4+Ф320×6半连轧设备，轧前高压水除磷，开轧温度≥1050℃，终轧温度≥950℃，轧材经分段后采用70000mm×7470mm步进齿条式冷床冷却，钢材剪切为定尺经在线检查后收集、打包、堆垛。钢材于250～450℃之间堆垛。3原因分析根据初验合格率低、复验合格率高的这种特殊情况，对初验和复验试样的状态进行了详细分析。45钢力学性能初验试样从冷床收集的钢材上剪切后空冷至室温并送检，而复验试样从收集并堆垛缓冷后的钢材中截取，堆垛缓冷的钢材其堆垛温度一般在250℃以上，规格在φ40mm以上的堆垛温度更高，一般在350℃以上。显然，轧后冷却速度对钢材塑性的影响很大，这种现象归结到钢的氢脆。钢中氢含量高，钢材轧制后如不采取缓冷措施，就会导致氢裂——白点。为此，对炼钢过程进行了调查，分析了氢的来源。从电炉炼钢的过程看，氢的来源主要有以下两个方面：1）电炉和精炼炉漏水；2）原材料潮湿。包括石灰、氩气、保护渣等控制或贮存不当水分超标。对以上因素逐一排查。电炉和精炼炉漏水的现象确实存在，但不是连续出现；在连铸平台测得的氩气露点温度为-49℃（理论为-51℃），由此断定氩气中的水分不超标；大包覆盖剂和保护渣使用正常；但石灰自厂外采购，虽随进随用，但由于运输、贮存时间过长，加之厂区地处沿海，气候潮湿，故难免其吸潮粉化，粉化的石灰加入钢中，导致其氢含量过高。通过抽检，钢中氢含量约为（5～7）×10-6。这样高的氢含量，如钢材轧后不实施缓冷，极有可能导致白点缺陷，尤其是含碳量在0.45%以上的中高碳钢种对白点更为敏感。因此，45钢断面收缩率不合是由钢中白点引起的，与钢的冶炼、轧后冷却有直接关系，钢中氢含量高是内因，轧后冷速过快是外因。4改进措施试样采取箱冷处理，完全模拟钢材堆垛冷却方式，试样的冷却速度与钢材保持一致。采取以上相应措施后，断面收缩率不合的问题彻底得到解决。连续统计了2005年4月10日至5月5日生产的228炉45钢（规格为φ16～φ50mm），断面收缩率一次检验合格率为100%（见表5）。仅有4炉出现内裂，内裂纹长度1～2mm，钢材内部裂纹的发生率下降到1.8%。说明钢材的内部裂纹由白点引起，试样采取的缓冷工艺是正确的。表5缓冷后钢材的力学性能统计结果σs/MPaσb/MPaψ/%δ5/%355～440391.8600～700650.040～5547.820～3024.5此外，应从源头上减少钢中氢含量，如减少电炉、精炼炉漏水，减少石灰吸潮的环节，最好采用自产石灰，以缩短石灰自产出至使用的间隔时间；同时，钢材轧后应进行250℃以上堆垛缓冷处理，试样随垛缓冷或模拟堆垛缓冷（砂冷或箱冷）。