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，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。此時奧氏體晶粒細小，且其碳的質量分數已稍高于共析成分。如果繼續升高溫度，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P，S的偏析比較嚴重，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很容易與氧反應生成 沉積在水口壁堵塞水口，在澆鑄時堵塞水口現象比較嚴重。國內外鋼廠冶煉過共析鋼主要通過控制非金屬夾雜物形態、降低P和S的含量，提高鋼的純凈度，得到高質量的終點鋼水。精煉過程中應控制精煉時間，采取控白渣及吹Ar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，特別是軋制碳質量分數大于0.75%的線材。

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

　　2、夾雜物：

　　隨著鋼絲繩、預應力鋼絲鋼絞線的高應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性，造成應力集中，一旦受到拉應力或切應力的作用，沿夾雜物方向就產生破裂，造成鋼絲拉拔捻制時易斷裂，且斷口不規則;(2)非金屬夾雜物降低鋼絲力學性能，尤其是降低其橫向力學性能， 使鋼絲塑性降低，在高變形情況下易斷裂，彎曲、扭轉值降低，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與鋼絲基體有差異，在鋼絲內割裂鋼絲基體連續性，造成鋼絲在熱處理過程中形成微裂紋，在繼續拉拔、捻制時微裂紋擴展使鋼絲斷裂。

　　3、氣體含量

　　鋼中含氮過高會造成鋼質惡化，氮能增加鋼的時效硬化性，使鋼的強度和硬度提高，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)采用高拉碳一次點吹出鋼，少加增碳劑，防止增氮;(2)LF精煉后采用吹Ar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Ar密封的長水口保護澆鑄，中間包浸入式水口采用密封圈。

　　鋼中的氧也會對鋼的力學性能產生不良影響，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。

　　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，這種現象更為嚴重。

　　過共析鋼軋制

　　過共析鋼軋制分為高溫軋制、常規軋制和熱機械變形軋制(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的步進式加熱爐，嚴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;采用先進的高速無扭軋機進行軋制，盡可能設計孔型輥縫最小，并讓自由表面最小;采用軋輥孔型設計，軋輥研磨的計算機輔助設計和制造技術，以及閉環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，以保證表面質量，避免出現表面缺陷。

　　軋制工藝

　　在實際生產時主要是通過對軋制溫度的控制即控溫軋制來實現的。控溫軋制的主要目的是細化晶粒。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，達到所設定的吐絲溫度，不僅可以將形變奧氏體迅速轉變成過冷奧氏體，為組織轉變作好充分準備，同時也控制了過冷奧氏體晶粒尺寸。但由于軋機設備負荷的限制，開軋溫度不能太低，否則設備易發生故障。

　　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，嚴格擋渣，防止轉爐渣進入鋼包。

　　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，應控制其鈦含量，用低鈦合金。

　　二、優化工藝，減少轉爐出鋼過程下渣量：

　　采用電爐冶煉對控制出鋼過程下渣量具有較大的優勢，電爐生產一般均配備有偏心底出鋼等設備，因此電爐對氧化渣的控制較為簡便。轉爐雖然也有擋渣設備，但各廠的應用情況均不理想，總會有部分氧化渣進入鋼包，這也使出鋼過程成為控制鈦含量的關鍵。

　　實現高爐擋渣有如下措施：

　　(1)轉爐出鋼前加石灰使爐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：擋渣球在轉爐內是以隨波逐流的方式運動到出鋼口，當出鋼前加入石灰使爐渣稠化后，擋渣球有時達不到出鋼口，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，可靈活調節比重，能自動而準確地達到預定位置，具有抑制渦流和擋渣的雙重功能，擋渣率達到96%以上。

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

　　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一步增氮，而本身的增碳劑增氮就進入鋼水中。因此必須采用氮含量小于等于500mg/L的低氮增碳劑。

　　二、轉爐采用高碳出鋼工藝：

　　轉爐采用高拉碳出鋼工藝，提高轉爐出鋼碳含量，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，減少電弧區發生氮氣分解反應。

　　(3)在生產節奏允許的前提下，適當延長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。