百度文库-让每个人平等地提升自我！ ML08A1钢种冶炼工艺路线确定专业：冶金技术（通用方向）班级：2010级冶金技术2班姓名：学号：一、钢种用途及性能分析ML08Al属低碳冷镦钢，是生产4.8级以下标准件及各类复杂外形非 标零件的主要钢种，产品具有成分稳定、有害元素低、钢质纯净度高、 尺寸精度高、表面缺陷少、冷镦开裂率低，冷镦钢成型用钢，冷镦是在 室温下采用一次或多次冲击加载，广泛用于生产螺钉，销订，螺母等标准 件•冷镦工艺可节省原料,降成本，而且通过冷作硬化提高工作的抗拉强 度，改善性能，冷镦用钢必须其有良好的冷顶锻性能，钢中S和P等杂质含 量减少，对刚才的表面质量要求严格，经常采用优质碳钢，若钢的含碳钢大 于0.25%，应进行球化退火热处理,以改善钢的冷镦性能・冷镦性能是 冷镦钢的重要性能之一冷镦钢应具备的主要性能是，具有良 好的冷成形性；对于冷镦钢变形要具有尽可能小的阻力和可能 高的变形能力为此，一般要求冷镦钢的屈强比为0・5~0・65, 断面收缩率大于50%此外，为避免在冷镦时表面开裂，要求 钢材表面质量良好，同时钢材的表面脱碳要尽可能小，采用冷 镦工艺制造紧固件，不但效率高、质量好，而且用料省、成本 低。
但是冷镦工艺对原材料的质量要求较高可用于交通、机 械和运输等行业应用，适用于生产各种4.8级以下的标准和非标件等优点，通常使用时不需要热处理.如制造铆钉、垫圈等一）、力学性能要求1. 屈服强度OS及变形抗力尺可能的小，这样可使单位变形力相 应减小，以延长模具寿命2. 钢材的冷变形性能要好，即材料应有较好的塑性，较低的硬度, 能在较大的变形程度下不致引起产品开裂3. 钢材的加工硬化敏感性可能的低，这样不致使冷镦变形过程中 的变形力太大二）、化学成份要求1. 碳（C）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，而塑性越低实践证明，含碳量每提高）.1%，其屈服强 度os约提高27.4Mpa；抗拉强度ob提高58.8~78.4Mpa；而伸长率8 则降低4.3%，断面收缩率屮降低7.3%由此可见，钢中含碳量对于钢 材的冷塑性变形性能的影响是很大的在生产实际中，冷镦，冷挤用钢 的含碳量大于0.25%时，要求钢材在拉拔前要进行球化退火对于变形 程度为65%~80%的冷镦件，不经过中间退火而进行三次镦锻变形时， 其含碳量不应超过0.4%2. 锰（Mn）锰在钢的冶炼中与氧化铁作用（Mn+FeO—MnO+Fe）, 主要是为钢脱氧而加入。
锰在钢中硫化铁作用（Mn+FeS—MnS+Fe）, 能减少硫对钢的有害作用所形成的硫化锰，可改善钢的切削性能锰使钢的抗拉强度ob和屈服强度os有所提高，塑性有所降低，对于钢的 冷塑性变形是不利的但是锰对变形力的影响仅为碳的1/4左右所以, 除特殊要求外，碳钢的含锰量，不宜超过0.9%3.硅（Si）硅是钢在冶炼时脱氧剂的残余物当钢中含硅量增加 0.1%时，抗拉强度ob提高13.7Mpa经验表明，含硅量超过0.17%且 含碳量较高时，对钢材的塑性降低有很大的影响在钢中适当增加硅的 含量，对钢材的综合力学性能，特别是弹性极限有利，还可增加钢的耐 蚀性但是钢中含硅量超过0.15%时，使钢急剧形成非金属夹杂物高 硅钢即使退火，也不会软化，降低钢的冷塑性变形性能因此，除了产 品有高强度性能要求外，冷镦钢总是尽量要求减少硅的含量4. 硫（S）硫是有害杂质钢中的硫在冷镦时会使金属的结晶颗 粒彼此分离引起裂纹，硫的存在还促使钢产生热脆和生锈，因此，含硫 量应小于0.055%优质钢应小于0.04%，由于硫、磷和锰的化合物能改 善切削性能、冷镦螺母用钢的含硫量可放宽到0.08~0.12%,以有利于攻 螺纹但一般没有专为螺母顺利攻螺纹而冶炼的高硫钢材供应。
5. 磷（P）磷的固容强化及加工硬化作用极强，在钢中偏析严重， 增加了钢的冷脆性，使钢容易受酸的侵蚀，钢中的磷还会恶化冷塑性变 形能力，在拉拔时会使线材断裂，冷镦时使产品开裂，钢中的磷含量应 控制在0.045%以下6. 其它合金元素碳钢中其它合金元素，如铬（Cr），钼（Mo）， 镍（Ni），等，都作为杂质存在，对钢的影响远不及碳那样大，含量也极其微小用途用冷镦加工方法制造紧固件、连接件（如螺栓、螺母、螺钉、铆钉等） 用的钢称为冷镦钢，俗称铆螺钢通常使用的有调质型合金钢、低温回火型合金结构钢、低碳低合金 高强度钢、铁素体-马氏体双相钢等冷镦是在常温下利用金属塑性成形的采用冷镦工艺制造紧固件， 不但效率高、质量好，而且用料省、成本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冷镦钢应具备的主要性能是， 具有良好的冷成形性；对于冷镦钢变形要具有尽可能小的阻力和可能高 的变形能力为此，一般要求冷镦钢的屈强比为0.5~0.65，断面收缩率 大于50%此外，为避免在冷镦时表面开裂，要求钢材表面质量良好， 同时钢材的表面脱碳要尽可能小标准规定钢材应进行冷顶试验要求试样冷顶锻后冷顶锻前高度之 比为高级；1/4；较高及；1/3；普通级；1/2。
一般标准规定为1/2冷镦钢因冷成型性能良好，在机械加工行业用冷拔代替热轧材冷切 削机加工，这种工艺的优点是在节约大量工时的同时，金属消耗可以降 低10%~30%,而且产品尺寸精度高，表面光洁度好，生产率高，是近 年来兴起的较先进的机加工工艺冷镦钢盘条般为低、中碳优质碳素结构钢和优质合金结构钢,用来冷镦成型制造各种机械标准件和紧固件因冷镦工艺要求该钢具有高的洁净度，控制钢中的Si、Al的含量，采用控制轧制和控制冷却工艺， 避免出现马氏体、贝氏体和魏氏体组织，使钢材具有细晶和碳化物球化组织，以提高钢材的塑性和冷顶锻性能介绍了国内外冷镦钢的开发和 生产情况，化学成分对冷镦性能的影响，冷镦钢的生产工艺特长冷镦钢盘条的钢种一般为低、中碳优质碳素结构钢和合金结构钢冷镦钢产品主要用于汽车、造船、设备制造、电子、家电、自行车、工具、轻钢结构、建筑等行业冷镦钢因冷成型性能良好，在机械加工行业用冷拔代替热轧材冷切 削机加工，这种工艺的优点是在节约大量工时的同时，金属消耗可以降 低10%~30%,而且产品尺寸精度高，表面光洁度好，生产率高，是近 年来兴起的较先进的机加工工艺二、成分控制（一）铁水条件C%Si%MnPST/°C4.20.20W0.W0.W0.$12〜0.80315450C（二）牌号及要求号分成CSiMnPS.sAlAlt(0.0.WW0.0.0%)05〜0.130〜0.0150.025018,、/2〜0.060.100.600.048目0.0.0.0.0标05〜0.835〜0.0200.015018,、/2〜0.050.080.500.04三、冶炼工艺路线ML08A1冷镦钢的生产工艺流程为：150吨转炉冶炼一钢包炉精炼、 钢包吹氩Ar并用MnAl、FeMn、SiCaBa合金和喂CaFe线、CAAl线进行 脱氧和合金化一135mmX135mm小方坯连铸一高速线材轧制一成品盘条。
M108A1 冷镦钢成分（质量成分％）： C0.05〜0.100,SiW0.10,Mn0.30〜 0.60,PW0.015,SW0.025,Al$0.020,Al.s$0.018.实验共选取8炉次 有代表性的连铸坯式样，对连铸坯的凝固组织、铸坯的气孔和非金属夹 杂物进行检验分析取样炉次的工艺参数见表1.表1取样炉次工艺参数试验编号12345678吹氩55544667时间大包52468574aO/10-609473848大包11111111T/°C663630663618611670637627平均1221222拉速.90.35.50.95.35.31.43/(m.min-1)平均1111111浇铸温度586554550570572560575/C成C00000000分.07.08.07.05.06.06.06.05(M00000000质n.48.48.48.53.45.43.47.50量S00000000分i.020.023.023.022.023.016.019.022数P00000000).022.020.021.014.012.022.016.013/S00000000%.021.024.0210012.006.011.011.014剔坯10012490率/%4.40.0.3(1) 转炉和精炼铁水条件要求：铁水温度上1250°C、C4.2%、Si0.20%〜0.08%、PW0.15%、MnW0.3%、SW0.4%吹炼过程要求：以脱磷为主要目标，要求全程化渣，炉温平稳上升；终点成分要求:C%$0.04，以便降低钢中初 始氧含量，S、P含量W0.020%;杜绝过吹、后吹或重吹，严格挡渣，控 制转炉下渣量，控制钢包渣厚W 50mm。
降低钢中原始氧含量，控制 (【O】)W80X10-6采用复合脱氧技术，出钢温度控制在1625〜1645Co钢包炉精炼要求造好白渣，炉渣碱度R=3〜4，W (CaO) Z在60%左右，终渣[W(feO)+W(MnO)]W1%,确保炉渣有良好的流动性和还原能 力及精炼效果含Al钢水通过钙处理，可以较好地防止水口堵塞实 践表明含Al钢水钙处理时钢水中的钙铝比大于0.1时，可使钢中高熔点的A12O3与CaO变性生成低熔点低密度的12CaO.7A12O3 (熔点1445C、 密度2.83g/cm3)，从而消除水口结瘤如果钙加入量不足，则容易生成高熔点的铝酸钙CaO.6A12O3、CaO.2Al2O3 (熔点1750C以上)，会导致 水口堵塞，因此钙的加入量要适当，才能达到所需要的效果确保钢水 的钙化处理，并有适量的游离钙存在于钢水中，使A12O3改制为铝酸钙, 以减少夹杂物的危害理论计算表明1873K时，在12CaO.7A12O3状态下, 加钙时应避免生成CaS,钢水中W(S)要低于0.017%，为此加钙前要控制 钢中的T[O]含量和硫含量，钢水还原良好，保证钢中的 W(S)要低于 0.015%。
此外钢中酸溶铝也会直接影响钙处理钙处理的效果钢中酸溶 铝过高或过低，都会引起夹杂物含量增加从而影响钢的质量甚至造成水口结瘤资料表明，钢中酸溶铝含量控制过低会增加钢中氧的含量，使 氧化物夹杂增加，而钢中酸溶铝含量控制过高，又容易导致与渣中的氧 结合，还原渣中的SiO2和MnO等化合物，使钢液中聚集的A12O3增力口因此要合理地控制酸溶铝的含量实验结果表明，钢中酸溶铝的含量控制在0.02%〜0.04%为宜2005年10月在生产ML08AL冷镦钢的初期, 在3个浇次3炉钢由于中间包水口频繁结瘤堵塞，导致连铸机停浇，主 要是由于钙和铝的含量控制不当造成的，表2为中间包水口铝含量与中 间包水口结瘤的关系表3为发生中间包水口堵塞的ML08A1钢的化学 成分由表2和表3可看出只有铝和钙的加入量适当使生产顺利进行表2中间包钢水铝含量与中间包水口结瘤关系W(A1) / %中间包水口结瘤率/%0.02〜0.043.20.05〜0.0512.60.05〜0.0638.2表3发生中间包水口堵塞的M;08Al钢的化学成分（质量分数，%）炉CSiMPSACa号nIt50.0.0.0.0.0.0.001051209030420150210423550.0.0.0.0.0.0.001051806023450130060312250.0.0.0.0.0.0.001051906016430220114946在吹氩站铁钙线进行钙处理的同时应进行吹氩搅拌，吹氩压力控制 在0.6〜l.OMpa,喂铁钙线的速度是喂线工艺的关键参数，喂线过快或过慢 都将影响钙处理结果。
经实践检验，最佳的喂入速度为3.0〜5.0m/s.喂线 处理后，将氩气流量调小，保证钢水在包内轻微运动，弱吹时间控制在 3〜5min2）精炼钙处理低碳铝镇静钢从LF精炼终点,直至板坯钢中TO的变化情况， 根据理论分析与数理统计,开发出LF精炼终点与板坯全氧含量的快速预 报方法.LF精炼终点实际测量值与预报值的TO偏差小于5ppm,能及时指 导现场生产,正确控制钢中TO兼论了水口蓄流问题，理论与试验都表明 当[Ca] /[Al]sW0.08时，水口 易蓄流，当[Ca] /[Al]s$0.09时,基本不 蓄流在分析ML08A1冷镦钢对钢中夹杂要求的基础上,设计了 LF精炼终 渣的组成范围，并确定了相应的现场造渣制度.生产实践表明，精炼渣化 渣情况良好,脱硫率较高,能满足生产要求.对连铸方坯洁净度研究表 明，在目前生产工艺条件下，铸坯T[O]20X106，大样电解夹杂总量 10mg/10kg钢.同时对钙处理进行了相关热力学探讨，确定了钢中[Ca]的 控制范围.随着用户对钢材质量的要求越来越高，钢包精炼炉（1』兀IleFunlace简称廿炉）作为提升钢材质量的手段得到了迅速的发展钢包精 炼炉已成为现代化钢铁生产短流程中不可缺少的一道工序。
LF炉除了采 用还原气氛埋弧加热、真空脱气、透气砖吹氢搅拌等二次精炼较成熟的 技术外，还引用了合成渣精炼技术，通过合理地造渣可以达到脱硫、脱氧 甚至脱氮的目的；可以吸收钢中的夹杂物；可以控制夹杂物的形态；可以 形成泡沫渣淹没电弧提高热效率，减少耐火材料侵蚀钢包精炼炉已成 为现代化钢铁生产短流程中不可缺少的一道工序,而加人成份配比合理 的精炼炉炉渣，对LF炉的精炼效果起着重要作用2精炼炉炉渣的功能， 配制廿炉精炼渣的基本功能为 :（l）深脱硫;（2）深脱氧；（3）起泡埋 弧；（4）可去除钢中非金属夹杂物，净化钢液；（5）改变夹杂物的形态；（6） 防止钢液二次氧化和保温作用渣的熔点一般控制在1300—1450°C，渣 1500°C的勃度一般控制在0.25一0.6Pa・s精炼渣的基础渣一般多选Caosi仇从仇系三元相图的低熔点位置的渣系3）连铸严格执行中间包烘烤工艺，保证中间包烘烤时间与烘烤温度；中间 包烘烤结束后，检查中间包工作层耐火材料是否脱落，以防止钢水污染， 确认正常后进行浇钢；中间包加入碱性钢水覆盖剂，防止钢水二次氧化, 同时又能够吸收钢中的非金属夹杂物采用铝碳质侵入式水口保护浇 注，防止钢水二次氧化，减少钢水温度损失；钢包到中间包采用长水口 加氩气密封保护钢水，长水口处钢水不能暴露。
控制中间包液温度 1555〜1575C，同时稳定控制中间包液面高度以稳定拉速，保证连铸坯质量连铸坯的凝固组织对铸坯进行取样分析检测连铸坯的凝固组织，在铸坯横断面的侵蚀 式样观测到铸坯激冷层一般在1.5〜3.5之间，柱状晶一直生长到接近铸坯 中心，中心等轴晶区宽约8〜15mm，见图1并且随铸坯气孔量增多冷却 强度降低，柱状晶粗化与一般铸坯的凝固组织相比较，本钢种铸坯凝 固组织的柱状晶相当发达，几乎达到穿晶状态这主要是由于钢的成分 中合金元素含量低，并且铸坯断面小，冷却速度快，使凝固过程中溶质 元素偏析低，有利于柱状晶生长四、分析及结论夹杂物观测结果及分析(1)ML08A1冷镦钢连铸坯中主要夹杂物有3 种：第1种，二氧化硅和铁锰硅酸盐球状夹杂物；第2种，复杂硅酸盐夹 杂物；第3种，硅酸盐与硫化物复相或双相夹杂物第1种夹杂物主要是 钢水氧化产物第2种夹杂物主要是钢水氧化产物和脱氧产物的融合物 (a)铸坯表层r激冷层凝固组织；(b)横断面1/4处，柱状晶凝固组织；(c) 铸坯中心处，粗大等轴晶凝固组织图I连铸坯试样的凝固组织 Fig. 1Macrostructureofcontinuouslycaststrand 钢铁第42 卷(a)体视显微镜下 的电解夹杂物；(b)硅酸盐相为基体附着硫化物复相夹杂物；(c)硫化物相 为基体附着硅酸盐相复相夹杂物图2连铸坯试样的非金属夹杂物形貌Fig. 2Morphologyofnonmetallicinclusions第3种夹杂物的形成是由于氧含量较高，使S在铁中的溶解度降低，因此在凝固过程的较高温度下就开 始沉淀。
硫化物的析出和钢的脱氧产物液态铁锰硅酸盐的析出同时进 行，就形成硅酸盐与硫化物相复合夹杂物而由于偏晶反应的结果形成 一种球形的硫化物中含有氧化物的溶液，当温度下降时夹杂物中先是硫 化物从硅酸盐中析出，而后是氧化物沉淀，固态下是一种双相夹杂 物…］当钢水氧含量高，硅含量很低时（如5号样炉次W（Si）—0. 006）， 将出现大量的铁锰氧化物固溶体夹杂钢水含氧高还可造成对耐火材料 的侵蚀，产生含zr的复杂硅铝酸盐夹杂2）由7个炉次3种夹杂物平均 在3个粒径范围和总量上的体积率分布中，第1和第2两种夹杂物在3个粒 径范围都有分布，第3种夹杂主要以10m以下的状态存在，且大多＜3m, 它的各尺寸平均体积率之和最高，即夹杂中它的含量最高但大型夹杂 以第1种最多，第2种次之3）在铸坯横断面中心垂直内外弧方向上，由 表层至铸坯中心的各炉夹杂物总含量的体积率分布是随机的但随钢水 氧含量的增高，其各部位夹杂物总量有升高的趋势4）在铸坯横断面中 心内外弧方向，7号炉夹杂物总含量的体积率的分布在内弧侧距坯表面 约30mm处最高，它的体积率为0. 55，见图3距坯表面距离/rim图3夹杂物由内弧至外弧方向上的分布图Fig. 3Distributionofnon-metallicinclusionsfrominner-arctoouter-arc 人量要 适当，才能达到所需的效果。
确保钢水的钙化处理，并有适量的游离钙 存在于钢中，使A1O改质为铝酸钙，以减少夹杂物的危害3）铸坯中 主要夹杂物有3种，即二氧化硅和铁锰硅酸盐球状夹杂物；复杂硅酸盐夹杂物和硅酸盐与硫化物复相或双相夹杂物当钢水氧含量高，硅含量 很低时出现大量的铁锰氧化物固溶体夹杂钢水含氧高还可造成对耐火 材料的侵蚀，产生含zr的复杂硅酸盐夹杂4）第3种夹杂主要以10m以 下的状态存在，它在铸坯中的氧含量高时大量出现但大型夹杂以第1 种最多第2种次之冷镦钢成型用钢，冷镦是在室温下采用一次或多次冲击加载,广泛用 于生产螺钉，销钉，螺母等标准件.冷镦工艺可节省原料,降成本，而且通过 冷作硬化提高工作的抗拉强度，改善性能，冷镦用钢必须其有良好的冷顶 锻性能，钢中S和P等杂质含量减少，对钢材的表面质量要求严格,经常采 用优质碳钢，若钢的含碳钢大于0.25%，应进行球化退火热处理，以改善钢 的冷镦性能.冷镦钢盘条一般为低、中碳优质碳素结构钢和优质合金结构 钢，用来冷镦成型制造各种机械标准件和紧固件因冷镦工艺要求该钢 具有高的洁净度，控制钢中的Si、Al的含量，采用控制轧制和控制冷却 工艺，避免出现马氏体、贝氏体和魏氏体组织，使钢材具有细晶和碳化 物球化组织，以提高钢材的塑性和冷顶锻性能。
介绍了国内外冷镦钢的 开发和生产情况，化学成分对冷镦性能的影响，冷镦钢的生产工艺特长产品具有成分稳定、有害兀素低、钢质纯净度咼、尺寸精度咼、表面缺 陷少等优点，使用时不需要热处理、冷镦开裂率低，可用于交通、机械 和运输等行业应用冷镦钢盘条的钢种一般为低、中碳优质碳素结构钢 和合金结构钢冷镦钢产品主要用于汽车、造船、设备制造、电子、家 电、自行车、工具、轻钢结构、建筑等行业冷镦钢因冷成型性能良好, 在机械加工行业用冷拔代替热轧材冷切削机加工，这种工艺的优点是在 节约大量工时的同时，金属消耗可以降低10%〜30%,而且产品尺寸精度 高，表面光洁度好，生产率高，是近年来兴起的较先进的机加工工艺。