攀长特Φ660mm结晶器的...Cr13塑料模具扁钢的应用_唐佳丽.pdf

DOI:10.16683/J.CNKI.ISSN1674-0971.2022.4055前言610mm宽轧制扁钢是攀长钢模具钢具有竞争优势的主导性产品，现在精炼工艺采用3.2t扁锭（大头端705480，小头端640380mm）经过初轧开坯后，由扁平材厂轧制成材的工艺，质量稳定成熟，成本低。但是，当轧制80mm以上规格的扁钢时，总变形量小，不能焊合钢锭的缩孔、疏松，导致厚扁钢成品探伤合格率较低、质量外事异议增加。所以为确保产品质量，我公司生产80mm以上厚扁钢采用锻造开坯+轧制成材或者电渣重熔+轧制成材工艺路径。由于我公司没有合适的电渣锭型，只能冶炼2.5-2.8t的550mm锭型，该锭型小头端直径530mm，生产80mm以上厚扁钢需经锻造开坯后，由扁平材厂轧制成材，增加成本及生产周期。而7t的730mm锭型过大，超过初轧机能力。所以，建议增设宽度660mm的电渣扁锭结晶器，或直径660mm 的电渣圆锭结晶器，用于825mm初轧机开坯成630mm宽的扁坯，然后由扁平材厂轧制成610mm宽轧制扁钢成品。对于电渣宽扁钢和80-200mm厚扁钢的开发都是成本更低、质量更优的工艺。1660mm结晶器的设计1.1 宽度660mm的电渣扁锭结晶器使用 3.2t 扁锭（实重 3.24t）轧制 200500mm电极棒，按82%成坯率得坯料重2657kg，电极长度3406mm；按95%收得率得电渣锭重量2524kg，电渣锭中径尺寸350660mm时，面积填充比约0.43，电渣锭长度约1400mm。这种设计锭长、锭重合适，断面小轧制容易。但扁结晶器需要使用轧制电极，成本较高；断面小也导致成品尺寸限制在120mm以下厚度（按3倍变形）；并且结晶器制作和维护麻烦一些。攀长特660mm结晶器的设计与40Cr13塑料模具扁钢的应用唐佳丽谢珍勇陈炜（攀钢集团江油长城特殊钢有限公司，四川 江油621701）摘 要：本文阐述攀长特轧制扁钢生产线存在问题，介绍增设的660mm新结晶器的优势，及使用新结晶器实施情况。关键词：轧制扁钢；660mm结晶器；耐腐蚀性中图分类号：TG142.71文献标识码：B文章编号：1674-0971（2022）-004-04Design of 660mm mold and application of 40Cr13 plasticmold flat steelTang Jiali,Xie Zhenyong,Chen Wei（Jiangyou Changcheng Special Steel Co.,Ltd.,Pangang Group,Jiangyou,621701，Sichuan，China）Abstract:This paper describes the existing problems of rolled flat steel production line of Changcheng SpecialSteel Co.,Ltd.,and introduces the advantages of 660mm new mold and the use of the new mold.Keywords:rolled flat steel,660mm mold,corrosion resistance收件日期：2022-07-17作者简介：唐佳丽，(1988年-)，女，工程师，2011年毕业于昆明理工大学，材料科学与工程专业，现就职于攀钢集团江油长城特殊钢有限公司，主要从事模具钢产品研发特钢技术Special Steel Technology第28卷 总第113期2022年第4期Vol.28（113）2022.No.41.2 直径660mm的电渣圆锭结晶器根据初轧要求电渣锭长度 13002100mm，锭重5.0t，规格680mm。轧制 610mm 宽扁钢，电渣锭上口补缩端直径需要保证630mm，所以下口设计为680mm，结晶器锭型为660mm。从而结 晶 器 可 选 参 数 范 围：锭 重 3.55.0t，锭 长1300mm-1875mm。兼顾我公司锻造作业区轧辊及模块合同，锭重需控制为4.64.8t，锭长1724mm1800mm。防止电渣锭锻造镦粗过程发生弯曲歪斜，电渣锭高径比按较小值1724/660=2.6设计，故锭重设计为4.6t。电极棒切冒口、滚磨表面加剩余余尾，成材率约为92%，电极棒设计锭重为5吨，电极棒直径按经验公式确定1：d极=KD结式中d极电极直径，mm；D结结晶器平均直径，mm；K直径比（0.60.8）。d极=KD结=（0.60.8）660=396-528mm，结合我公司炼钢实际情况，电极棒模子最终直径设计为510mm。综合以上情况，建议利用现有的3t或7t电渣炉炉座，增设直径660mm的电渣圆结晶器，采用5吨重电极棒重熔660mm电渣锭，锭重约4.6t，下口 直 径 680mm，上 口 直 径 630mm，锭 长1724mm，高径比 2.6。该锭型适合初轧开坯或成材，可轧制厚度80-200mm宽度610mm扁钢成品。同时适用于锻造作业区轧辊及模块。2应用情况攀长钢使用该660结晶器重熔的电渣锭直轧厚扁钢，试验了40Cr13塑料模具钢，电渣锭轧制成成品规格为80-200mm厚扁钢。本文取电渣锭、电炉锻造坯料同时轧制成材，成品规格均为105610mm的40Cr13扁钢进行质量对比分析。2.1性能对比分析2.1.1 化学成分试验钢化学成分如表1所示。根据成分对比，两试样C、Si、Mn、Cr、V、P、Ni、Mo、V元素含量相差不大，但电渣轧制产品的S含量较锻坯轧制产品的低。2.1.2球化退火状态显微组织（如图1所示）两试样均为球化退火组织，电渣锭轧制成品组织较均匀，无连续的网状、链状碳化物。2.1.3非金属夹杂物非金属夹杂物大小分布情况如2所示。从对比试样结果可见，采用电渣工艺的成品，纯净度较高，夹杂数量更少、尺寸更小。2.1.4耐腐蚀性在球化退火后的成品扁钢相同位置各取两个454520mm试样，采用实验室自动抛光机进行铁盘、布盘和皮盘三道工序的抛光，抛光采用相同工艺并同时进行，抛光后采用日本 Mitutoyo-SJ-410表面粗糙度测量仪测量表面粗糙度，结果如表2所示。将抛光的试样按GB/T10125标准进行48小时中性盐雾腐蚀试验，盐雾腐蚀过程和结果如表3所示：特钢技术第28卷第4期表1 化学成分（wt%）Table 1 Chemical composition(wt%)牌号电炉锻坯电渣C0.390.40Si0.280.30Mn0.450.40P0.0240.025S0.00120.0005Cr13.3613.38Ni0.240.18Cu0.080.07Mo0.190.14V0.100.09电渣锭轧制成品组织 500电炉锻坯轧制成品组织 500图1 显微组织Fig.1 Microstructure图2 40Cr13非金属夹杂物大小分布情况Fig.2 Size distribution of non-metallic inclusion in 40Cr13表2 试样硬度及抛光后表面粗糙度（m）Table 2 Sample hardness and surface roughness afterpolishing（m）电渣钢电炉锻坯硬度HB19319110.0130.01320.0140.01530.0130.014平均0.01330.0140 19电渣锭轧制扁钢成品耐蚀性较锻坯轧制扁钢腐蚀点的数量少、腐蚀面积小。2.1.540Cr13塑料模具钢性能对比检验分析讨论40Cr13钢属于马氏体类型不锈钢，适宜制造承受高负荷、高耐磨及在腐蚀介质作用下的塑料模具、透明塑料制品模具。影响马氏体不锈钢耐蚀性能的主要因素包括化学成分及均匀性、气体含量、非金属夹杂、热处理状态、显微组织和表面粗糙度。两试样化学成分、表面粗糙度相近，热处理状态相同，影响耐蚀性的因素主要为化学成分均匀性、非金属夹杂、显微组织。普通电炉40Cr13材料实际制造过程中当C、Cr偏析达到共晶成分时就会有碳化物产生，碳化物的存在不仅使固溶体中的铬含量降低，并且由于在碳化物颗粒与基体之间会形成许多微电池，加速钢的腐蚀。相比电渣40Cr13电极熔化形成的金属熔池体积很小，冷却速度很大，使得固相和液相中的充分扩散收到抑制，减少成分偏析，电渣锭各部位合金元素均匀分布，使轧制扁钢组织较普通电炉钢均匀，提高材料的耐蚀性能。（下转第48页）肖唐 佳丽 谢珍勇 陈炜：攀长特660mm结晶器的设计与40Cr13塑料模具扁钢的应用第28卷第4期表3 盐雾腐蚀过程和结果Table 3Salt spray corrosion process and results盐雾前2h6h24h48h电炉锻坯1#2#电渣钢1#2#20第28卷第4期（HB）(1-)+（HB）(/(1-)2K（/(1-)）（BH）（22）式中：K为修正系数；为相对宽展系数；变形程度；Wc为轧件失稳的临界相对对角线之差。轧件失稳的临界相对对角线差为Wc：Wc=0.0550.060（23）采用（22）式带入相关工艺参数计算得出开坯机17号孔型的入口导板间隙系数a1a7分别为0.0684、0.0668、0.0615、0.0547、0.0579、0.0631、0.0576。根据a1a7导卫间隙系数设计制作的17孔型入口导板过钢2000吨的情况来看，轧制基本消除了扭转现象且轧制过程稳定顺畅。说明箱形孔型采用（22）式设计入口导板间隙系数a能满足箱形孔型轧制稳态条件。4结 论通过本文设计方案并调试，得出二辊横移式可逆开坯机箱形孔型稳态轧制的条件。（1）立箱孔型采用深孔槽设计，增大孔型侧壁夹持力度。有利于轧制的稳定性；（2）平箱孔型采用浅孔槽设计，增大平箱孔型料型调整的灵活性，实现了扁钢“自由规格”的料型控制；（3）箱形孔型入口导卫间隙系数也是轧制稳态控制的因素之一。参考文献1 张卫刚、白光润.无孔型轧制时轧件稳定性条件研究，湖南冶金:1989.3.罗仕军 荀家平：横移式可逆开坯机箱形孔型设计浅析（上接第20页）此外，钢中的夹杂物对钢材耐蚀性能有很不利的影响，除硫化物夹杂可诱发点蚀外，其它夹杂物如硅酸盐、氧化铝等也均可诱发点蚀，往往会成为腐蚀源。（1）电渣重熔脱硫，脱硫是电渣重熔的重要特征之一，主要反应为：硫从金属向渣中转移，即渣-金属反应：S+（O2-）O+（S2-）；硫被炉气中的氧氧化，即气体-渣反应：（S2-）+23O2 SO2+（O2-）1。（2）电渣重熔去夹杂，40Cr13在电渣过程中自耗电极沿表面逐层熔化，电极熔化末端钢渣接触面积大，夹杂物和渣进行反应，可大量去除夹杂物，另外，金属熔滴滴落过程的渣铣及夹杂物自金属熔池的浮升都具有去夹杂的作用2。所以电渣重熔后钢中S含量较低，夹杂物不但数量减少，而且夹杂物分布均匀、细小，金相评级B类（氧化铝类）和D类（球状氧化物类）降低。2.2探伤合格率电渣熔炼过程自下而上快速沿轴向结晶，增加钢的致密度，基本上消除了普通钢锭常见的缩孔、疏松、夹杂物聚集、偏析等缺陷，提高扁钢成品探伤合格率。3讨论电渣重熔是高成本的工艺，但是锻造开坯同样是高成本的工艺，但两者的效果相对比，电渣重熔不但质量水平明显提高，而且由于探伤合格率提高，使得电渣重熔+轧制成材的工艺路线产品质量优于电炉精炼+锻造开坯+轧制成材，在电渣重熔产能充足的前提下，对于大规格高合金模具钢产品是更加可取的工艺路线。4结论1）660mm 结晶器设计合理成功，采用660mm结晶器冶炼的电渣锭轧制扁钢质量比锻造坯料轧制扁钢更优。2）40Cr13塑料模具钢，660mm电渣锭轧制扁钢与电炉锻造坯料轧制扁钢相比：成分及组织更均匀、纯净度更高、耐腐蚀性更好。参考文献1 李正邦，电渣冶金的理论与实践，2010年。2 姜周华，电渣冶金学，2015年。表4 探伤合格率Table 4 Qualification rate of flaw detection钢种40Cr13塑料模具钢电渣重熔+轧制成材95%电炉+锻造开坯+轧制成材88%48