分享： 免退火XM06BA微合金冷镦钢研发

为响应国家“十三五”节能减排工作的号召，落实节约资源和保护环境基本国策，以提高能源利用效率和改善生态环境质量为目标，以推进供给侧结构性改革和实施创新驱动发展战略为动力，福建三钢（集团）有限责任公司自主研发免退火XM06BA微合金冷镦钢热轧盘条。产品重点推广方向是以免退火或轻退火的生产方式替代强度级别为4.8级及以下需退火处理的家电、家具螺钉、螺杆、空心铆钉或异型件产品，以及满足部分大变形量冷镦产品的开发需求，该钢种应当具有比ML08Al盘条更好的塑性和抗加工硬化性能，因此探索合适工艺，以生产出塑性好、变形抗力小的优质线材。

1.   生产工艺流程

生产的XM06BA热轧盘条采用氧气顶底复吹转炉、炉外精炼、连铸、盘条控轧控冷轧制等先进生产技术，目前产品规格为?6.5 mm。

三钢XM06BA盘条工艺控制流程：高炉铁水→铁水预处理→100 t氧气顶底复吹转炉→LF精炼炉→小方坯连铸（160 mm×160 mm×12000 mm）→步进式加热炉加热→直径6.5～20 mm高速线材轧制→斯太尔摩风冷线→成品检验、打包、入库。

2.   化学成分设计

2.1   成分设计构思

XM06BA为微合金低碳冷镦钢，满足以免退火或轻退火的生产方式替代强度级别为4.8级及以下需退火处理的产品，可提高抗加工硬化性能。适当添加微合金元素Ti，能使钢的内部组织致密，具有细晶强化和析出强化的作用，Ti不仅可与N、C结合形成的氮化物、碳化物、碳氮化物，阻止奥氏体晶粒的长大，细化晶粒，改善材料的焊接性能，而且可使钢中的硫化物变性，改善材料的冷成形性能[1]。但随着Ti含量的增加TiN会逐渐形成大块难溶的颗粒，而降低C和Mn含量，会显著降低盘条的强度和硬度[2]，其中碳元素为决定机械性能的主要元素。

2.2   成分设计方案

两种方案的成分设计，见表1，第二批次与第一批次相比，主要是降低了C含量。试样为三钢160 mm×160 mm×12000 mm连铸坯，生产?6.5 mm盘条。

3.   炼钢连铸

采用“120 t转炉—120 t LF精炼—R107机7流方坯连铸机”的生产工艺路线，生产的难点在于转炉控碳，采用不留渣、底吹强搅，同时对应大氧气流量冶炼来实现低碳出钢。对于转炉脱氧控制，选择在出钢阶段采用“铝锰+铝粒”进行脱氧；氩站阶段采用“铝粒+铝线”进行脱氧[3]。出钢时控制流钢时间，并进行挡渣控制，以避免下渣；出钢过程中，采用全程底吹氩，提高脱碳及脱磷效果，保证钢液成分和温度的均匀。在LF炉操作时，先进行翻渣作业，再进行加热，而在加热过程中分批加入渣料造渣。停止加热后根据目标调整成分，此时应注意合金加入顺序，首先加Al，进行脱氧与定氮，将进站钢水的酸溶铝（Als）质量分数配加至0.04%～0.05%，确保出站Als质量分数为0.035%～0.050%，再加Ti元素。

连铸过程，大包开浇后，中间包及长水口严格进行吹氩保护，因为大包下水口和长水口的接口处[4]，最容易造成增N。此外，开浇的头炉需加足够的覆盖剂，确保中包钢水不裸露。连铸工艺主要技术参数见表2，配备电磁搅拌，以减少成分偏析，提高钢的组织性能均匀性。

4.   轧制生产工艺控制方案

全线采用28架高速无扭轧制，轧制中保证盘条尺寸、外形、重量及允许偏差应符合GB/T14981—2009的规定，其中盘条直径允许偏差和不圆度按B级精度执行。轧制XM06BA低碳合金钢盘条采用控温轧制，主要目的是细化晶粒，控制原始奥氏体晶粒尺寸。加热炉出钢温度控制在980～1030 °C，要求连铸坯通条的温度控制均匀，头、中、尾温差控制在50 °C以内,避免长度方向上的温度波动，炉内为微还原气氛[5]。本次实验采用2种不同轧制方案，具体情况如下表3。

轧制方案2提高进精轧机、吐丝机温度，降低辊道速度，使铁素体晶粒粗大些，珠光体含量则高些（说明Fe3C的析出较充分，铁素体中碳的溶解度更接近平衡状态），降低材料的强度，提高材料塑性[6]。

5.   试验分析

5.1   盘条金相组织

6.5规格XM06BA盘条金相组如表4和图1所示。评定采用GB/T13298—2015《金属显微组织检验方法》、GB/T6394—2017《金属平均晶粒度测定方法》标准中的对比法、GB/T13299—1991《钢的显微组织评定方法》中游离渗碳体级别评定标准A系列。

5.2   力学性能检验

根据GB/T 228—2002《金属材料室温拉伸试验方法》检测的XM06BA合金钢盘条的力学性能，结果见表5。由表5中数据可以看出:

（1）第一批的坯料，采用不同的轧制方案，“方案1”强度更高；延伸率、断面收缩率更低，更不利于后续抗加工硬化。

（2）两批不同成分的坯料，采用相同的轧制方案2，“第二批”材料抗拉强度更低，塑性指标也较高，更利于后续抗加工硬化。

6.   应用试验

在开发XM06BA产品之前，用户使用ML08Al退火线生产空心铆钉，相关力学性能如表6。生产工艺：?6.50 mm规格ML08Al原材料酸洗、磷化→?6.50 mm→?5.56 mm→?5.00 mm→?4.75 mm→退火→酸洗、磷化→?4.30 mm→冷镦空心铆钉。

XM06BA产品加工工艺：?6.50 mm规格XM06BA原材料酸洗、磷化→?6.50 mm→?5.56 mm→?5.00 mm→?4.75 mm→?4.30 mm→冷镦空心铆钉。

第一批坯料采用方案1、方案2轧制的材料冷镦空心铆钉时偏硬，而第二批坯料采用方案2生产的材料，其性能满足用户使用要求，生产的空心铆钉（图2）翻边饱满、无翻边开裂、拉断等现象，性能见表7，抗拉强度>350 MPa、剪切强度>240 MPa。

7.   结束语

（1）XM06BA微合金低碳冷镦钢组织为F+游离渗碳体+P。

（2）“第二批”采用“轧制方案2”，生产的XM06BA热轧盘条，即降低了强硬度又提高其塑性，经同样的变形后钢丝硬度、强度更小，即抗加工硬化的性能更好。通过用户试用能代替原工艺ML08Al退火线，减少一次退火、酸洗、磷化，达到免退火，实现节能减排目的。

（3）通过合理的化学成分设计和控轧控冷工艺成功开发出拉拔性能和冷镦性能优异的免退火冷镦钢XM06BA热轧盘条，工业试验表明其在使用时可免去退火工序直接拉拔并冷镦制作变形量较大的空心铆钉等紧固件，紧固件各项性能完全符合下游要求。

文章来源——金属世界