過共析鋼

　　工具用鋼的含碳量往往超過0.77%，這種鋼組織中滲碳體的比例超過12%，所以除與鐵素體形成珠光體外，還有多余的滲碳體，于是這類鋼的組織是珠光體+滲碳體。這類鋼統(tǒng)稱為過共析鋼。

　　鋼材簡介

　　含碳量高于0.77%的碳素鋼。顯微組織有珠光體和先析滲碳體。該滲碳體沿原奧氏體晶界成網(wǎng)狀分布。過共析鋼因含有較多的碳、熱處理后可得到很高的強(qiáng)度和硬度。通常采用不完全淬火，保留一部分未溶解的滲碳體，淬火后這些滲碳體以粒狀分布在馬氏體基體內(nèi)，能提高鋼的耐磨性。這種鋼多用作工具鋼使用。

　　過共析鋼的淬火加熱溫度不能低于AC1，因為此時鋼材尚未奧氏體化。若加熱到略高于AC1溫度時，珠光體不完全轉(zhuǎn)變成奧氏體，并又少量的滲碳體溶入奧氏體。此時奧氏體晶粒細(xì)小，且其碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)已稍高于共析成分。如果繼續(xù)升高溫度，則二次滲碳體不斷溶入奧氏體，致使奧氏體晶粒不斷長大，其碳濃度不斷升高，會導(dǎo)致淬火變形傾向增大、淬火組織顯微裂紋增多及脆性增大。同時由于奧氏體含碳量過高，使淬火后殘余奧氏體數(shù)量增多，降低工件的硬度和耐磨性。因此過共析鋼的淬火加熱溫度高于AC1太多是不合適的，加熱到完全奧氏體化的ACm或以上溫度就更不合適。

　　質(zhì)量影響因素

　　過共析鋼冶煉

　　過共析鋼難于連鑄，由于碳含量高，鋼中碳和雜質(zhì)P，S的偏析比較嚴(yán)重，鑄坯的凝固收縮率高，因而造成很大的中心縮孔。此外，鋼中的Al很容易與氧反應(yīng)生成 沉積在水口壁堵塞水口，在澆鑄時堵塞水口現(xiàn)象比較嚴(yán)重。國內(nèi)外鋼廠冶煉過共析鋼主要通過控制非金屬夾雜物形態(tài)、降低P和S的含量，提高鋼的純凈度，得到高質(zhì)量的終點(diǎn)鋼水。精煉過程中應(yīng)控制精煉時間，采取控白渣及吹A(chǔ)r攪拌等操作防止鋼水二次氧化。

　　1、中心偏析：

　　中心偏析是連鑄小方坯代表性的缺陷，解決的辦法是采用大尺寸矩形方坯軋制，因為大尺寸鑄 坯在軋制時能增加壓縮比，消除上述缺陷，所以一般不宜用小于120mm×120mm_的連鑄方坯，特別是軋制碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.75%的線材。

　　為實(shí)現(xiàn)過共析鋼的連鑄，在連鑄過程中應(yīng)深入研究鋼水過熱度和電磁攪拌強(qiáng)度等工藝參數(shù)的合理配合，以減輕或基本上消除中心偏析，采用全保護(hù)澆注、鋼水控溫、加雙層覆蓋劑、穩(wěn)定拉速、二次冷卻水制度、中間包涂料控制等措施，以獲得高質(zhì)量的過共析鋼鋼坯。

　　2、夾雜物：

　　隨著鋼絲繩、預(yù)應(yīng)力鋼絲鋼絞線的高應(yīng)力化和使用條件的苛刻，非金屬夾雜物成為拉拔脆斷和失效的主要原因，因此過共析鋼對鋼液潔凈度的要求與日俱增。

　　非金屬夾雜物存在于線材中，對線材后續(xù)加工主要危害：(1)拉拔和捻制變形時，破壞了鋼絲基體的連續(xù)性，造成應(yīng)力集中，一旦受到拉應(yīng)力或切應(yīng)力的作用，沿夾雜物方向就產(chǎn)生破裂，造成鋼絲拉拔捻制時易斷裂，且斷口不規(guī)則;(2)非金屬夾雜物降低鋼絲力學(xué)性能，尤其是降低其橫向力學(xué)性能， 使鋼絲塑性降低，在高變形情況下易斷裂，彎曲、扭轉(zhuǎn)值降低，非金屬夾雜物成為鋼絲疲勞斷裂源，造成鋼絲耐疲勞極限降低;(3)在鋼絲熱處理時，由于非金屬夾雜物的膨脹系數(shù)與鋼絲基體有差異，在鋼絲內(nèi)割裂鋼絲基體連續(xù)性，造成鋼絲在熱處理過程中形成微裂紋，在繼續(xù)拉拔、捻制時微裂紋擴(kuò)展使鋼絲斷裂。

　　3、氣體含量

　　鋼中含氮過高會造成鋼質(zhì)惡化，氮能增加鋼的時效硬化性，使鋼的強(qiáng)度和硬度提高，塑性、抗沖擊性和韌性顯著下降。

　　一般采用如下措施來控制鋼中氮含量：(1)采用高拉碳一次點(diǎn)吹出鋼，少加增碳劑，防止增氮;(2)LF精煉后采用吹A(chǔ)r軟攪拌，鋼包和中間包加入覆蓋劑，避免鋼水裸露防止增氮;(3) 鋼包使用吹A(chǔ)r密封的長水口保護(hù)澆鑄，中間包浸入式水口采用密封圈。

　　鋼中的氧也會對鋼的力學(xué)性能產(chǎn)生不良影響，影響程度與氧的含量以及含氧的夾雜物類型、分布、多少有關(guān)。

　　鋼中的氫危害極大，隨 著鋼中含氫量的增加，塑性和韌性顯著下降，尤其對于過共析鋼這樣的高碳鋼，在加工冷卻過程中，這種現(xiàn)象更為嚴(yán)重。

　　過共析鋼軋制

　　過共析鋼軋制分為高溫軋制、常規(guī)軋制和熱機(jī)械變形軋制(即控制軋制)。過共析鋼的軋制大都采用控制軋制，軋制時使用氣氛和壓力可調(diào)的步進(jìn)式加熱爐，嚴(yán)格控制加熱溫度和均熱時間，以減少加熱對總脫碳厚度的影響;采用先進(jìn)的高速無扭軋機(jī)進(jìn)行軋制，盡可能設(shè)計孔型輥縫最小，并讓自由表面最小;采用軋輥孔型設(shè)計，軋輥研磨的計算機(jī)輔助設(shè)計和制造技術(shù)，以及閉環(huán)張力控制保證軋件的尺寸公差和斷面形狀;采用在線修整和檢測技術(shù)，以保證表面質(zhì)量，避免出現(xiàn)表面缺陷。

　　軋制工藝

　　在實(shí)際生產(chǎn)時主要是通過對軋制溫度的控制即控溫軋制來實(shí)現(xiàn)的。控溫軋制的主要目的是細(xì)化晶粒。通過低溫開軋，可以控制原始奧氏體晶粒的尺寸;通過降低終軋溫度，可以阻止形成奧氏體晶粒長大;通過對精軋后線材的急劇水冷，達(dá)到所設(shè)定的吐絲溫度，不僅可以將形變奧氏體迅速轉(zhuǎn)變成過冷奧氏體，為組織轉(zhuǎn)變作好充分準(zhǔn)備，同時也控制了過冷奧氏體晶粒尺寸。但由于軋機(jī)設(shè)備負(fù)荷的限制，開軋溫度不能太低，否則設(shè)備易發(fā)生故障。

　　加熱溫度和軋制溫度不均勻或波動較大時，坯料奧氏體化不均，碳化物不能充分溶解，鑄坯中的偏析等缺陷不能得到有效改善，造成線材通條性能差及最終組織異常。

　　雜質(zhì)元素控制

　　鈦含量控制措施

　　過共析鋼中Ti的來源主要有：

　　(1)合金料帶入。(2)爐渣中 被還原到鋼液中，因此控制鋼中Ti含量可以在以下方面入手：低鈦含量的合金及其它原輔料，嚴(yán)格擋渣，防止轉(zhuǎn)爐渣進(jìn)入鋼包。

　　一、合金帶來的鈦：

　　要使過共析鋼中的鈦含量較低，選用較純凈的鐵合金是比較有效的途徑之一，對過共析鋼中的硅、錳成分所涉及的鐵合金，應(yīng)控制其鈦含量，用低鈦合金。

　　二、優(yōu)化工藝，減少轉(zhuǎn)爐出鋼過程下渣量：

　　采用電爐冶煉對控制出鋼過程下渣量具有較大的優(yōu)勢，電爐生產(chǎn)一般均配備有偏心底出鋼等設(shè)備，因此電爐對氧化渣的控制較為簡便。轉(zhuǎn)爐雖然也有擋渣設(shè)備，但各廠的應(yīng)用情況均不理想，總會有部分氧化渣進(jìn)入鋼包，這也使出鋼過程成為控制鈦含量的關(guān)鍵。

　　實(shí)現(xiàn)高爐擋渣有如下措施：

　　(1)轉(zhuǎn)爐出鋼前加石灰使?fàn)t渣利化黏度較大的爐渣可以減少出鋼過程中的卷渣，提高擋渣效果。

　　(2)采用擋渣塞擋渣，提高擋渣成功率：擋渣球在轉(zhuǎn)爐內(nèi)是以隨波逐流的方式運(yùn)動到出鋼口，當(dāng)出鋼前加入石灰使?fàn)t渣稠化后，擋渣球有時達(dá)不到出鋼口，不能有效地在鋼水流盡時堵住出鋼口。另外，擋渣球在擋渣時，如完全落到出鋼口上方，在鋼水還未流盡時會過早封堵出鋼口，降低了鋼水收得率，采用該法擋渣不可靠。因此，采用了擋渣塞擋渣，與擋渣球相比，可靈活調(diào)節(jié)比重，能自動而準(zhǔn)確地達(dá)到預(yù)定位置，具有抑制渦流和擋渣的雙重功能，擋渣率達(dá)到96%以上。

　　(3)出鋼快結(jié)束時變流抬爐：因加入石灰后，爐渣黏度較大，加入擋渣塞時使用擋渣機(jī)械將其壓入渣層下，在出鋼將要結(jié)束時，移動鋼包臺車，使鋼流距鋼包壁250mm左右，見鋼流發(fā)生變化時立即抬爐，并同時向出鋼口

　　反方向移動鋼包臺車，此時流淌的爐渣就會澆到鋼包外側(cè)。

　　氮含量控制措施

　　一、出鋼及精煉過程采用低氮增碳劑：

　　增碳劑是高碳鋼增氮的主要來源之一。普通增碳劑的氮含量一般在3000~5000mg/L，特別是大量增碳后需加大氨氣攪拌，致使鋼水裸露在空氣中進(jìn)一步增氮，而本身的增碳劑增氮就進(jìn)入鋼水中。因此必須采用氮含量小于等于500mg/L的低氮增碳劑。

　　二、轉(zhuǎn)爐采用高碳出鋼工藝：

　　轉(zhuǎn)爐采用高拉碳出鋼工藝，提高轉(zhuǎn)爐出鋼碳含量，減少出鋼過程增碳劑加入量。可使出鋼碳含量穩(wěn)定在0.45%以上，大幅減少了增碳劑使用量。

　　三、精煉增氮控制措施：

　　(1)提高入LF爐精煉鋼水成命中率，減少調(diào)整增碳劑和合金的加入量，以縮短大氬氣攪拌時間。

　　(2)LF爐加入電石造泡沫渣，減少電弧區(qū)發(fā)生氮?dú)夥纸夥磻?yīng)。

　　(3)在生產(chǎn)節(jié)奏允許的前提下，適當(dāng)延長VD真空處理時間，有效降低鋼中氮含量。

　　四、連鑄增氮控制措施：

　　(1)鋼水包長水口與鋼包下水口之間采用增加墊圈和氬封方式。

　　(2)確保氬氣系統(tǒng)無堵塞、無泄漏。

　　(3)保證中間包液面完全被中包鋼水覆蓋，防止鋼水吸氮。

　　(4)控制鋼水包長水口的吹氬量，確保中包鋼水液而不暴露。