摘要：介绍了杭州钢铁集团公司试制YF40MnV易切削型非调质钢的情况。采用80 t超高功率电弧炉冶炼，LF精炼处理及700×1／650×3三辊横列式轧机轧制，生产出的YF40MnV，其各项技术质量指标完全符合用户要求。采用高品位的硫铁作增硫剂及喂硫铁线工艺，是改进S含量控制的方向。

关键词：YF40MnV；非调质钢；易切削；超高功率电弧炉

      YF40MnV是一种易切削型的非调质钢牌号，钢中含有适量的S，以改善切削性能，这在冶炼时给化学成分、纯净度的控制带来了一定的难度。杭州钢铁集团公司采用80t超高功率电弧炉冶炼、LF精炼处理、连铸及700×1／650 × 3三辊横列式轧机轧制，成功试制了YF40MnV非调质钢。

1试制方案

  根据用户的特殊质量要求，在GB／T15712—1995非调质钢标准基础上，签订了YF40MnV非调质钢的技术协议，加严和新增了一些技术内容。

1.1生产工艺流程

电炉冶炼→LF精炼→连铸→中轧轧制

I．2工艺装备

    电炉炼钢厂：

    80 t超高功率直流电弧炉一座(实际出钢量为100 t)，从法国克莱西姆公司引进，变压器功率为80 000 kVA，底电极为水冷铜钢复合结构。配有机械手控制的炉门碳氧喷枪，采用EBT偏心炉底出钢；LF钢包精炼1座，变压器功率15 000kVA，三相交流供电；合金钢方坯连铸机一台，从奥钢联引进，4机4流，曲率半径9 m，刚性引锭杆，配备了奥钢联专利技术的Diamond结晶器、C060同位素结晶器液面自动控制装置，拉矫采用连续矫直技术。可浇注150 mm×150 mm、200 mm× 200 mm两种断面的连铸坯。

  中型轧钢厂：

    蓄热式加热炉一座，加热能力130 t／h。轧制机组为700×1／650×3三辊横列式轧机。所轧圆钢直径范围为45～130 mm。

1．3  试制工艺

1．3．1  EAF初炼

    80 t超高功率直流电弧炉装料时配加30％的生铁，采用炉门碳氧喷枪营造泡沫渣，终点ω(C)控制≥0．10％，EBT出钢时严格控制下渣量。

1．3．2 LF精炼

    大包进入LF工位，通氩搅拌，降下电极升温，造渣精炼并精调成分。

    (1)顶渣控制

    冶炼常规钢种时，LF精炼炉需要用石灰+电石造一层高碱度、强还原性的顶渣，具有很强的脱氧和脱硫作用，钢液最终ω(s)可降至0．010 %以下。但在冶炼YF40MnV时，要考虑将S含量控制在一定的范围，顶渣的成分控制和冶金作用需作适当的调整。

    LF造渣工艺要点：

    用石灰+碳化硅代替石灰+电石作为造顶渣的基料；同冶炼常规钢种相比，石灰加入量减少30％～40％。

    (2)增硫

    LF精炼后期，在其它成分调整到位后，用硫精矿(ω(S)=28．9％)进行增硫。

    硫精矿加入量：根据硫精矿的含S量和钢水增硫前的含S量，以不计损耗配S至钢种成分规定的上限0．075％(质量分数)进行计算。

    硫精矿加入后，适当调大钢包底吹氩气流量，使S在钢液中迅速扩散均匀。但要严格控制氩气强搅拌时间，避免LF顶渣与钢液之间的界面反应过于强烈，提高并稳定S的回收率。

    (3)喂线处理

    在LF精炼的最后，进行喂硅钙线处理，以起到脱氧、使夹杂物变性、提高钢水流动性的作用，但同时对钢液也会有脱S的作用，因此硅钙线的喂入量酌减，从常规钢种的每炉300m减至100m。

1．3．3连铸

    连铸坯断面为200 mm×200 rnm；连铸采用全程保护浇注；连铸钢水过热度控制在25～35℃；拉速则根据过热度的高低控制在1．3～1．5 m／min；二冷配水采取弱冷模式。  

 1．3．4轧制   

    考虑到YF40MnV的ω(Mn)／ω(s)一般在20以上，热脆性不太明显，因而轧制工艺不在常规钢种基础上进行大的调整，开轧温度控制在；1 120～1 180℃，终轧温度控制在900℃以上。 

2试制结果   

2．1  试生产过程情况   

    按照试制工艺技术要求，组织了小批量的试i生产，在电炉厂试炼了5炉YF40MnV，并由中型厂轧制成Φ60、75、80、85、90、100 mm共6个规格。

    电炉厂80 t DC EAF的冶炼、连铸及中型厂的轧制生产过程均正常。   

    电炉厂LF精炼过程中，发现钢成品S含量的控制比较困难，很不稳定。一次增S命中率很低，往往需要第2次补加硫精矿才能使S含量进人标准范围。据计算，S的回收率波动较大，高的炉号超过了80％，低的还不到50％。   

    在第3炉的LF精炼过程中，因一次增S未命中，二次增S时硫精矿的补加量稍大了些，结果钢的ω(S)达到0．088％，超出标准上限，只好重新进行处理，大量喂入硅钙线并调大钢包底吹氩气流量进行强搅拌，将S含量降至标准范围内。由于处理时间过长，导致连铸中断。

2．2 YF40MnV试验钢的质量状况

    (1)化学成分

    如表1所示，全部达到了标准和用户协议的要求，炉与炉之间主要元素含量的差异很小，C、Mn、Si、V的波动范围(质量分数)分别只有0．02 %、0．02％、0．04％、0．01％。但ω(S)量的控制不如C、Mr、Si精准，波动范围相对较大，为0．025%。

    (2)铸坯质量

    仔细检查5炉YF40MnV试验钢连铸坯外观，端正平直，无脱方、鼓肚、凹陷、弯曲等现象，铸坯表面无结疤、翻皮等缺陷。

    每炉钢坯割取一个低倍试样，进行低倍检验，发现铸坯组织致密，无皮下气泡、夹杂、裂纹、缩孔等缺陷。如图1所示。

    (3)钢材表面质量

    对6个规格的YF40MnV圆钢进行逐支检验，发现表面质量较好，未发现有折迭、夹杂、裂纹、翘皮等缺陷。

  (4)热顶锻

  在GB／T15712—1995标准中YF40MnV是易切削型的非调质钢，对热顶锻性能不作要求。但由于用户的加工工艺是先热锻后切削，必须保证热顶锻性能，因此对YF40MnV试验钢进行了热顶锻试验。

  6个规格的YF40MnV圆钢热顶锻试验全部合格，试样在锻后均为完好，无任何缺陷，说明圆钢的表面质量和内在质量是比较好的。

  (5)圆钢低倍组织

  对每个轧制批号的YF40MnV圆钢进行低倍组织检验，钢材横截面酸浸低倍组织试片上未发现缩孔、气泡、裂纹、夹杂、翻皮和白点等缺陷，低倍组织级别完全符合标准和用户协议的要求。判定结果见表2：

 (6)钢材的夹杂物级别、全氧含量及晶粒度抽样检测夹杂物级别，结果如表3所示。

    从表3可看出，钢的氧化物、硅酸盐、球状等三类夹杂控制较好，级别较低，硫化物夹杂级别较高，为2．5～4．0级，但均属合格范围。

    检测YF40MnV试验钢的全氧质量分数为(13～26)×10^-6，说明钢的纯净度还是比较好的。

    用户要求YF40MnV的实际晶粒度不粗于5级，经检测，YF40MnV试验钢的实际晶粒度为6～7级，达到了协议要求，如图2所示。

2．3  用户试用情况

    6批YF40MnV圆钢全部发售出厂，用户是国内一家生产汽车轴叉类部件的大型机械制造企业使用。试用结果如表4所示。

  切削加工性能，据反映要优于调质状态的45钢。

    该企业对杭钢YF40MnV圆钢的质量和加工性能表示满意。

3分析和讨论

    从产品最终的质量状况和用户使用情况看，YF40MnV非调质钢的试制应该是成功的，但在冶炼工艺上尚需改进，尤其是增硫环节，存在以下问题：

    (1)所用的增硫剂硫精矿，ω(S)仅为28．9％，太低，导致加入量过大，每吨钢须加3～4 kg，不仅加大了钢液温降，且在增S的同时也将大量杂质带进钢液，污染了钢质。

    (2)S的回收率波动大，一次增S命中率低，直接影响冶炼生产。这主要是硫精矿的比重小于钢水，加入到钢包中时首先要同LF顶渣接触和反应，LF顶渣虽已调整，仍有较高的碱度(实测R为2．0～2．5)，仍有一定的脱S能力，且脱S效果难以估计，导致钢成品S波动较大，难以控制。

    计划对增硫工艺作如下改进：

    (1)80 t DC EAF装料时配加一部分高硫生铁，减轻LF工序的增S负担。   

    (2)改用高品位的硫铁(ω(S)≥50 %)作增；硫剂，减少加入量。   

    (3)一次增硫未能命中标准范围的，采用喂硫铁线的方法进行微调，通过包芯线载体穿越渣层进入到钢液中，避开LF顶渣的脱S作用，提高S 的回收率。   

    预计在增硫工艺改进之后，冶炼YF40MnV 时S的控制会趋于精准。   

4  结  语

    (1)采用80 t超高功率直流电弧炉冶炼，LF精炼，连铸及700×1／650×3机组轧制，生产的YF40MnV非调质钢，其化学成分、表面质量、热顶锻性能、夹杂物和晶粒度等技术质量指标可完全达到标准要求，满足用户的需要。   

    (2)冶炼YF40MnV非调质钢时S含量较难控制，采用高品位的硫铁作增硫剂及喂硫铁线工艺，是改进S含量控制的方向。