1前言

??????隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)步伐的加快，用于開采煤炭、金屬、巖石等礦山的釬具鋼需求量也在逐年增加。55SiMnMo鋼為硅錳鉬系合金釬具鋼，是我國結(jié)合國內(nèi)資源與生產(chǎn)條件，研究開發(fā)的適合我國國情的鋼種，為國標(biāo)GB/T1301-94《鑿巖釬桿用中空鋼》中的標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)，廣泛應(yīng)用于釬具制造行業(yè)。55SiMnMo鋼為空冷貝氏體鋼，具有高的彈性極限、屈服強(qiáng)度、屈強(qiáng)比，以及合理的韌性、塑性的配合，在釬具行業(yè)中得到廣范應(yīng)用，是我國制作釬桿的主要鋼種，也是用量最大的鋼種。該鋼種的鋼材目前多采用鋼錠生產(chǎn)，石鋼公司根據(jù)用戶要求進(jìn)行了采用連鑄工藝生產(chǎn)的工藝實(shí)踐。

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2技術(shù)要求

2.1釬具釬桿的主要生產(chǎn)工藝：

（1）熱穿熱拔工藝：下料—加熱—穿孔—熱拔—成品—調(diào)質(zhì)

（2）熱穿熱軋工藝：下料—加熱—穿孔—熱軋—成品—調(diào)質(zhì)

（3）其他工藝：中空管鑄錠，機(jī)械鉆孔帶芯熱軋生產(chǎn)工藝，離心澆鑄帶芯熱軋，離心澆鑄熱擠壓等工藝

??????上述工藝中以熱軋熱拔工藝為主，原料采用熱軋圓鋼。

2.2?釬具用熱軋圓鋼的生產(chǎn)工藝：

（1）電爐冶煉-鑄錠-軋制

（2）電爐（或轉(zhuǎn)爐）冶煉-精煉-連鑄-軋制

?????目前北方地區(qū)的鋼廠生產(chǎn)此鋼種以模鑄材為主，連鑄材主要用于要求較低的煤礦開采。

2.3?主要技術(shù)要求：

??????在鑿巖鉆進(jìn)中，釬具承受高峰值、高頻率的沖擊載荷的作用，導(dǎo)致迅速的疲勞破壞。此外，釬具還將受到扭轉(zhuǎn)、彎曲、拉伸、壓縮等多種復(fù)合應(yīng)力的作用，并在高速回轉(zhuǎn)、碰撞的環(huán)境下經(jīng)受巖石、巖粉和礦水等工作介質(zhì)的磨蝕和腐蝕作用^[1]。實(shí)踐表明，鑿巖釬具是工作條件最為惡劣且使用壽命最短的金屬材料之一，因此對(duì)鋼材的內(nèi)在質(zhì)量和表面質(zhì)量要求較高。對(duì)于55SiMnMo，除對(duì)鋼的化學(xué)成分、非金屬夾雜物、表面質(zhì)量等有較高要求外，在替代模鑄材方面，對(duì)連鑄坯、鋼材的中心疏松、中心偏析等也有較高要求。55SiMnMo鋼技術(shù)難點(diǎn)如下：

（1）合理設(shè)計(jì)化學(xué)成分：滿足標(biāo)準(zhǔn)和用戶的要求且保持其穩(wěn)定性。

（3）良好的內(nèi)部質(zhì)量和表面質(zhì)量：通過鋼水鈣處理、軟吹氬等措施有效控制夾雜物，采用大斷面連鑄坯、增大壓縮比以確保良好的內(nèi)部質(zhì)量，采用連軋機(jī)組軋制以確保良好的表面質(zhì)量。

（2）抑制白點(diǎn)的產(chǎn)生：通過真空處理以降低鋼中的氫，鑄坯與鋼材的緩冷以緩慢釋放殘余的氫，有效抑制白點(diǎn)的產(chǎn)生。

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3?生產(chǎn)工藝實(shí)踐

3.1?合理設(shè)計(jì)工藝路線

??????針對(duì)55SiMnMo鋼上述技術(shù)要求，確定工藝路線如下：

轉(zhuǎn)爐(或電爐)冶煉—LF—VD—CC（280×320 mm²或300×360 mm²斷面）—連軋工藝軋制—精整—入庫。

3.2?確定合適的化學(xué)成分

???? 55SiMnMo鋼屬于貝氏體釬具鋼，特點(diǎn)是強(qiáng)度和韌性配合較好，具有較高的抗疲勞強(qiáng)度，良好的韌性，較強(qiáng)的消振性能和較低的缺口敏感度。錳含量提高將導(dǎo)致淬透性的提高及貝氏體開始形成溫度的降低，硅含量的提高可以更有利于形成奧氏體與鐵素體組成的上貝氏體組織，阻礙碳化物在鐵素體周圍的沉淀，而且高硅低錳鋼的冷卻速度敏感性也有所降低，因此在55SiMnMo鋼的冶煉中，應(yīng)該將硅含量控制在上限，錳含量控制在下限，針對(duì)用戶的工藝及產(chǎn)品的要求，需要合理設(shè)計(jì)成分，以滿足用戶要求。根據(jù)上述分析，確定合適的目標(biāo)值，按目標(biāo)值控制，減小不同爐次之間的成分波動(dòng)。

55SiMnMo鋼化學(xué)成分要求見表1：

表1? 55SiMnMo鋼化學(xué)成分要求（%）

3.3?確保良好的內(nèi)部質(zhì)量和表面質(zhì)量

3.3.1?夾雜物的控制

(1)?轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)控制

??????轉(zhuǎn)爐要控制好終點(diǎn)成份，盡量提高終點(diǎn)C含量，降低鋼中原始氧含量，提高到LF爐成份的穩(wěn)定率。要求控制終點(diǎn)C≥0.10％，做好出鋼擋渣工作，減少下渣量。

(2)?脫氧產(chǎn)物的排除

??????轉(zhuǎn)爐出鋼時(shí)向鋼包內(nèi)加入渣料，促進(jìn)LF爐快速化渣、變?cè)瑫r(shí)要求LF爐白渣時(shí)間，加強(qiáng)擴(kuò)散脫氧，采用全程吹氬攪拌，促進(jìn)脫氧產(chǎn)物上浮進(jìn)入渣中。

(3)?夾雜物變性處理

????? VD爐破空后喂CaSi線進(jìn)行夾雜物變性處理，生成的脫氧產(chǎn)物CaO與鋼中的Al2O3?形成易于上浮的液態(tài)鈣鋁酸鹽化合物,?從而使鋼中夾雜物的數(shù)量明顯減少。

(4)?軟吹氬控制

??????在鈣處理后保持一定的軟吹氬時(shí)間（保證鋼水不裸露），可促進(jìn)鋼中的小顆粒夾雜物碰撞長大并上浮進(jìn)入渣中，降低鋼中的夾雜物數(shù)量。

(5)?連鑄保護(hù)澆注

??????在連鑄澆注過程中，大包—中間包采用長水口，中間包—結(jié)晶器采用整體式浸入式水口保護(hù)，并采用氬氣密封保護(hù)澆注，以防止鋼水二次氧化；控制合適的中間包鋼水液面高度，并在中間包內(nèi)設(shè)置擋渣墻，改善鋼水流動(dòng)軌跡，以防止氣體、覆蓋劑、頂渣卷入鋼水；嚴(yán)格控制結(jié)晶器液面波動(dòng)幅度，防止將保護(hù)渣卷入連鑄坯。

??????通過以上措施，鋼材非金屬夾雜物得到有效控制，鋼材非金屬夾雜物檢驗(yàn)結(jié)果見表2：

表2? 55SiMnMo鋼非金屬夾雜物檢驗(yàn)結(jié)果

3.3.2?連鑄坯、鋼材低倍控制

(1)?連鑄機(jī)采用低過熱度澆注，過熱度控制10～30℃，有利于增加中心等軸晶區(qū)，減少選分結(jié)晶所造成的偏析。

(2)?連鑄拉鋼采用較低的拉速，使液相穴變短，有利于減少凝固搭橋，改善中心偏析和縮孔。

(3)?二次冷卻采用弱冷，防止鑄坯回溫過高，保證二冷冷卻均勻，防止和減少連鑄坯表面凹陷、裂紋。

(4)設(shè)定合適的結(jié)晶器電磁攪拌參數(shù)和二冷末端電磁攪拌參數(shù)，通過電磁攪拌均勻成分和溫度，打斷樹枝晶及消除搭橋，增加中心等軸晶區(qū)，改善中心疏松和偏析。

（5）采用280×320mm²或300×360mm²大斷面連鑄坯，使連鑄坯/鋼材壓縮比＞31，增大壓縮比，細(xì)化組織。

??????通過以上措施，獲得了良好的連鑄坯、鋼材低倍質(zhì)量。連鑄坯、鋼材低倍檢驗(yàn)結(jié)果見表3：

表3? 55SiMnMo鋼連鑄坯、鋼材低倍檢驗(yàn)結(jié)果

3.3.3?良好的表面質(zhì)量和尺寸精度

??????為了確保良好的表面質(zhì)量和尺寸精度，軋鋼工序采用步進(jìn)式數(shù)字加熱爐加熱，準(zhǔn)確控制各段加熱溫度，鑄坯出爐后采用高壓水除鱗，清除鑄坯表面的氧化鐵皮；軋槽、導(dǎo)衛(wèi)等工裝加強(qiáng)檢查，防止鋼材出現(xiàn)折疊、劃傷、結(jié)疤等影響疲勞壽命的缺陷。鋼材尺寸控制良好，符合用戶要求，實(shí)際尺寸控制在國標(biāo)1組以內(nèi)。

3.4?有效抑制白點(diǎn)的產(chǎn)生

????? 55SiMnMo鋼合金含量較高，為防止氫致白點(diǎn)的產(chǎn)生，選用較大坯型規(guī)格的同時(shí)，要求VD真空處理時(shí)保真空時(shí)間≥12分鐘，從而使鋼水充分脫氫，降低氫含量，有效避免了氫致白點(diǎn)的產(chǎn)生。

4?結(jié)語

石鋼公司開發(fā)的采用連鑄工藝生產(chǎn)的55SiMnMo釬具鋼，通過合理設(shè)計(jì)工藝路線，提高壓縮比，細(xì)化組織，使鋼材具有良好的表面質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量，生產(chǎn)的釬桿廣泛應(yīng)用于各種礦山的開鑿，用戶反映使用情況良好。

55SiMnMo釬具鋼的研究與開發(fā)，使石鋼公司在特鋼市場上又開拓了一個(gè)新的領(lǐng)域，為進(jìn)一步開發(fā)其它釬具鋼打下了基礎(chǔ)。