电炉流程生产含B 弹簧钢的工艺实践
肖洪文 黄省余 陈 明
（方大特钢科技股份有限公司，南昌 330012）
摘 要 含B 弹簧钢具有性能适应性强、成本低、冶炼控制难度大的特点。本文分析了方大特钢电炉生产含B 弹
簧钢的原料、初炼、精炼、连铸、缓冷等工艺控制措施及作用，通过优化炉料结构与终点碳控制，复合脱氧保硼工
艺操作和连铸工艺技术的综合运用控制，实现了含B 弹簧钢的连续化大批量生产。
关键词 电炉流程 含B 弹簧钢 工艺控制措施
Technological Practice of B-bearing Spring Steel
Produced by EAF-LF-CC Process
Xiao Hongwen Huang Xingyu Chen Ming
(Fangda Science and Technology of Special Steel Co.,Ltd.，Nanchang ，330012)
Abstract B-bearing spring steel have the characteristics of adaptable capability，low cost and smelting difficult to control.
This article analyzed the process controlling measures of material, smelting, refining, continuous casting and slow cooling in Electric-Furnace plant of principal company. Continuous mass production of B-bearing spring steel has been achieved through the optimizing control furnace charge structure and terminal carbon, complex deoxidation technique for saving boron, application and control of continuous casting technique.
Key words EAF-LF-CC process ，B-bearing spring steel，controlling measures of process
1 引言
合金弹簧钢中加硼，一般是为了提高钢的淬透性，因为硼对淬透性贡献最大，0.001%～0.003%硼的作用分别相当于含0.6%Mn、0.7%Cr、0.15%Mo、1.5%Ni，因此可以节约大量合金元素。而且钢中碳含量减少，硼的淬透性效应越发突出[1,2]。研究还发现：硼能提高钢的抗弹减性，因为当硼原子以间隙形式固溶于奥氏体、铁素体中时，特别容易聚集在位错线附近，阻碍位错运动，抑制变形过程[3]；硼可以提高钢的塑性，认为硼优先渗透进入晶界，可以控制磷的晶界偏析，从而防止晶界脆化[4]。所以，国内外弹簧钢标准中及高性能弹簧钢新品研发、应用上，均出现了不少含B 的合金弹簧钢。如：我国标准中就有55SiMnVB 、60CrMnBA 、28MnSiB ，分属Si-Mn 系弹簧钢和Cr-Mn 系弹簧钢，它们的碳含量差别很大；而我国研发的变截面板簧产品38SiMnVB ，属中碳Si-Mn 系弹簧钢；我公司与国内某著名汽车公司共同开发生产的低成本替代型某钢号弹扁钢，则属中高碳Cr-Mn 系弹簧钢。由此可见，含B 弹簧钢涉及的合金钢种范围较大，其生产工艺控制远比一般弹簧钢的要求苛刻、复杂。下面就我公司电炉厂生产含B 弹簧钢的工艺控制及其措施效果做一简要介绍。 肖洪文（1961-），男，高工，现主要从事炼钢工艺技术管理及新品研发，E-mail ：[email protected]
第八届（2011）中国钢铁年会论文集
2 生产工艺流程及主要设备工艺参数
2.1 生产工艺流程
2.2 主要设备工艺参数
主要设备工艺参数见表1。
电炉流程生产含B 弹簧钢的工艺实践
表1 主要设备工艺参数 主要设备
EBT 电炉
LF 精炼炉
方坯连铸机
流间距/mm 结晶器长度/mm 参数名称 公称容量/t 出钢量/t 炉壳直径/mm 电极直径/mm 变压器功率/kVA 工艺参数 30 35 4600 450 16000 冶炼周期～70 公称容量/t 处理钢水量/t 电极直径/mm 变压器功率/kVA 40 35 300 5500 处理周期～55 连铸机流数/流 弧形半径/m 断面/mm×mm 4 9 140×140 180×180 1450 850 浇铸周期～35
3 生产工艺控制
3.1 原料工序
（1）改善废钢质量，禁用浇铸废生铁和废钢压块，减少有害杂质、残余元素的带入。
（2）提高优质铁水或生铁的配加量，配加35％的热装铁水或45％的本厂生铁，确保强化冶炼工艺的炉料配碳量达标，为终点留碳创造条件。
（3）采取留钢留渣操作，但必须稳定控制装入量和出钢量，提供达到中间成分的必要条件。
3.2 初炼工序
（1）合理强化用氧造泡沫渣埋弧冶炼，基本熔清后适当降氧流量，均衡吹氧，匀速脱碳，适当高温氧化去气去夹杂。出钢前测温取样，确保终点C ≥0.10%，这样既保证了脱碳量又实现了终点碳达标。
（2）出钢1/3开始随钢流加入精炼渣、石灰，使钢渣混冲尽快形成液渣层并保证一定的顶渣量覆盖钢液。
（3）准确控制增碳剂、合金加入量，稳定出钢量并严格控制出钢下渣，使LF 炉到站取样成分达到中间成分的要求。
（4）优化炉机匹配，合理控制出钢节奏，使钢水等待精炼的时间控制在20min 以内，并在待精炼过程中控制好吹氩搅拌状态。
3.3 精炼工序
（1）按渣系控制要求（CaO ～60%，Al 2O 3 10%～15%，R ≥3，呈低熔点液态渣），调整加入各类渣料，达到精炼渣量和发泡埋弧要求，有效减轻电弧吸气效应，确保白渣时间大于15min 。
（2）精炼过程注意精炼包盖、操作门及电极孔的密封，保持微正压还原气氛，切忌使用大电压、大电流强升温吸气。
（3）脱氧良好，主要成分进入规格后，加钛预处理固氮，然后加硼，将B 控制在成分要求范围。精炼
第八届（2011）中国钢铁年会论文集
结束喂Ca 线进行夹杂物变性处理，使串簇状Al2O3固体夹杂转变为球状铝酸钙系低熔点液态夹杂，配合软吹氩搅拌迅速聚集长大为精炼渣所吸附，从而净化钢水，改善钢水的浇铸性能。
（4）严格控制软吹氩搅拌状态，不得出现“死吹”或吹破渣面的现象，确保软吹氩时间不小于12min ，以促进钢中夹杂物的有效上浮排出。
3.4 连铸工序
（1）采用氩封中间包技术，对每一个中包的开浇初始状态进行有效氩封，中间包、结晶器内钢水不得裸露，按规定加渣、捞渣，黑面操作。
（2）严格控制中间包钢水液位和流场的相对稳定，满足钢水在中间包中的滞留时间要求。
（3）优化中间包挡墙设计，合理控制注温（20～35℃）并与拉速（1.6～1.9m/min）相匹配，结合结晶器电磁搅拌工艺参数的优化和液面自动控制技术的应用，进一步细化并扩大了等轴晶比率，减少了中心疏松和成分偏析，并使皮下气泡、表皮夹杂、裂纹类缺陷大为减少，连铸坯一次合格率达到99％以上。
（4）对拉速的调整给予规范，规定每分钟拉速的调整变化不得超过0.15m ，从而保证结晶器内钢水弯月面的稳定，也使二冷水能及时跟上，实现铸坯内在组织致密、均匀、稳定。
3.5 缓冷工序
严格热坯收集入坑缓冷制度，确保缓冷时间≥24h ，有效实施氢扩散并消除铸坯的内应力。
4 生产工艺控制效果及分析
效果及分析如下：
（1）含B 弹簧钢生产效果见图1、表2～表5。
图1 50CrVA与含B 弹簧钢产量对比
表2 某牌号含B 弹簧钢化学成分控制情况 元素
实际范围
内控成分 0.73~0.94 0.70~1.00 Ni ≤0.030 ≤0.025 0.0010~0.0040 ≤0.25 ≤0.30
表3 某牌号含B 弹簧钢轧制弹扁的力学性能指标检验结果
力学性能 R el(MPa) R m(MPa) A (%) Z (%) 弹扁硬度
实际范围～～～～～280HB
要求范围 ≥1150 ≥1300 ≥10 ≥35 ≤321HB
表4 含B 弹簧钢的组织检测数据
电炉流程生产含B 弹簧钢的工艺实践
中心疏松 一般疏松 中部带状 晶粒度
7～7.5级
≥6级 实际范围～1.0级～1.0级～1.0级 要求范围 ≤2.5级 ≤2.5级 ≤1.5级
表5 含B 弹簧钢的非金属夹杂物抽查结果
细系 A 类 粗系 细系 B 类 粗系 细系 C 类 粗系 细系 D 类 粗系 实际值～～～～～～～～1.0 要求值 ≤2.5 ≤2.0 ≤2.0 ≤2.0 ≤2.0 ≤1.5 ≤2.0 ≤1.5
（2）由表2～表5可知，某牌号含B 弹簧钢轧制弹扁的化学成分、力学性能及高低倍组织检验结果均符合内控要求。从图1的对比数据可看出，仅这两年生产的某牌号含B 弹簧钢就达到了8.72万吨，实现了含B 弹簧钢的规模化稳定生产。
5 结语
通过优化炉料结构，初炼脱碳工艺及终点碳控制，复合脱氧保硼操作和中间包冶金等生产工艺控制措施，实现了含B 弹簧钢的连续化大批量生产。不但满足了用户的需求，而且品种效益显著。
参 考 文 献
[1] Lewellyn D T ，et al. Metallurgy of boron-treated low-alloy steels [J]. Metals Tech，1974，(1):517.
[2] 项程云. 合金结构钢[M].北京：冶金工业出版社，1999.
[3] 祖荣祥. 低含碳量弹簧钢的研究 [J]. 弹簧工程，1988，（2）：42.
[4] 徐德祥，尹锺大. 弹簧钢高强度化及合金元素的作用 [J]. 金属热处理，2003，28（12）：34.
电炉流程生产含B 弹簧钢的工艺实践
肖洪文 黄省余 陈 明
（方大特钢科技股份有限公司，南昌 330012）
摘 要 含B 弹簧钢具有性能适应性强、成本低、冶炼控制难度大的特点。本文分析了方大特钢电炉生产含B 弹
簧钢的原料、初炼、精炼、连铸、缓冷等工艺控制措施及作用，通过优化炉料结构与终点碳控制，复合脱氧保硼工
艺操作和连铸工艺技术的综合运用控制，实现了含B 弹簧钢的连续化大批量生产。
关键词 电炉流程 含B 弹簧钢 工艺控制措施
Technological Practice of B-bearing Spring Steel
Produced by EAF-LF-CC Process
Xiao Hongwen Huang Xingyu Chen Ming
(Fangda Science and Technology of Special Steel Co.,Ltd.，Nanchang ，330012)
Abstract B-bearing spring steel have the characteristics of adaptable capability，low cost and smelting difficult to control.
This article analyzed the process controlling measures of material, smelting, refining, continuous casting and slow cooling in Electric-Furnace plant of principal company. Continuous mass production of B-bearing spring steel has been achieved through the optimizing control furnace charge structure and terminal carbon, complex deoxidation technique for saving boron, application and control of continuous casting technique.
Key words EAF-LF-CC process ，B-bearing spring steel，controlling measures of process
1 引言
合金弹簧钢中加硼，一般是为了提高钢的淬透性，因为硼对淬透性贡献最大，0.001%～0.003%硼的作用分别相当于含0.6%Mn、0.7%Cr、0.15%Mo、1.5%Ni，因此可以节约大量合金元素。而且钢中碳含量减少，硼的淬透性效应越发突出[1,2]。研究还发现：硼能提高钢的抗弹减性，因为当硼原子以间隙形式固溶于奥氏体、铁素体中时，特别容易聚集在位错线附近，阻碍位错运动，抑制变形过程[3]；硼可以提高钢的塑性，认为硼优先渗透进入晶界，可以控制磷的晶界偏析，从而防止晶界脆化[4]。所以，国内外弹簧钢标准中及高性能弹簧钢新品研发、应用上，均出现了不少含B 的合金弹簧钢。如：我国标准中就有55SiMnVB 、60CrMnBA 、28MnSiB ，分属Si-Mn 系弹簧钢和Cr-Mn 系弹簧钢，它们的碳含量差别很大；而我国研发的变截面板簧产品38SiMnVB ，属中碳Si-Mn 系弹簧钢；我公司与国内某著名汽车公司共同开发生产的低成本替代型某钢号弹扁钢，则属中高碳Cr-Mn 系弹簧钢。由此可见，含B 弹簧钢涉及的合金钢种范围较大，其生产工艺控制远比一般弹簧钢的要求苛刻、复杂。下面就我公司电炉厂生产含B 弹簧钢的工艺控制及其措施效果做一简要介绍。 肖洪文（1961-），男，高工，现主要从事炼钢工艺技术管理及新品研发，E-mail ：[email protected]
第八届（2011）中国钢铁年会论文集
2 生产工艺流程及主要设备工艺参数
2.1 生产工艺流程
2.2 主要设备工艺参数
主要设备工艺参数见表1。
电炉流程生产含B 弹簧钢的工艺实践
表1 主要设备工艺参数 主要设备
EBT 电炉
LF 精炼炉
方坯连铸机
流间距/mm 结晶器长度/mm 参数名称 公称容量/t 出钢量/t 炉壳直径/mm 电极直径/mm 变压器功率/kVA 工艺参数 30 35 4600 450 16000 冶炼周期～70 公称容量/t 处理钢水量/t 电极直径/mm 变压器功率/kVA 40 35 300 5500 处理周期～55 连铸机流数/流 弧形半径/m 断面/mm×mm 4 9 140×140 180×180 1450 850 浇铸周期～35
3 生产工艺控制
3.1 原料工序
（1）改善废钢质量，禁用浇铸废生铁和废钢压块，减少有害杂质、残余元素的带入。
（2）提高优质铁水或生铁的配加量，配加35％的热装铁水或45％的本厂生铁，确保强化冶炼工艺的炉料配碳量达标，为终点留碳创造条件。
（3）采取留钢留渣操作，但必须稳定控制装入量和出钢量，提供达到中间成分的必要条件。
3.2 初炼工序
（1）合理强化用氧造泡沫渣埋弧冶炼，基本熔清后适当降氧流量，均衡吹氧，匀速脱碳，适当高温氧化去气去夹杂。出钢前测温取样，确保终点C ≥0.10%，这样既保证了脱碳量又实现了终点碳达标。
（2）出钢1/3开始随钢流加入精炼渣、石灰，使钢渣混冲尽快形成液渣层并保证一定的顶渣量覆盖钢液。
（3）准确控制增碳剂、合金加入量，稳定出钢量并严格控制出钢下渣，使LF 炉到站取样成分达到中间成分的要求。
（4）优化炉机匹配，合理控制出钢节奏，使钢水等待精炼的时间控制在20min 以内，并在待精炼过程中控制好吹氩搅拌状态。
3.3 精炼工序
（1）按渣系控制要求（CaO ～60%，Al 2O 3 10%～15%，R ≥3，呈低熔点液态渣），调整加入各类渣料，达到精炼渣量和发泡埋弧要求，有效减轻电弧吸气效应，确保白渣时间大于15min 。
（2）精炼过程注意精炼包盖、操作门及电极孔的密封，保持微正压还原气氛，切忌使用大电压、大电流强升温吸气。
（3）脱氧良好，主要成分进入规格后，加钛预处理固氮，然后加硼，将B 控制在成分要求范围。精炼
第八届（2011）中国钢铁年会论文集
结束喂Ca 线进行夹杂物变性处理，使串簇状Al2O3固体夹杂转变为球状铝酸钙系低熔点液态夹杂，配合软吹氩搅拌迅速聚集长大为精炼渣所吸附，从而净化钢水，改善钢水的浇铸性能。
（4）严格控制软吹氩搅拌状态，不得出现“死吹”或吹破渣面的现象，确保软吹氩时间不小于12min ，以促进钢中夹杂物的有效上浮排出。
3.4 连铸工序
（1）采用氩封中间包技术，对每一个中包的开浇初始状态进行有效氩封，中间包、结晶器内钢水不得裸露，按规定加渣、捞渣，黑面操作。
（2）严格控制中间包钢水液位和流场的相对稳定，满足钢水在中间包中的滞留时间要求。
（3）优化中间包挡墙设计，合理控制注温（20～35℃）并与拉速（1.6～1.9m/min）相匹配，结合结晶器电磁搅拌工艺参数的优化和液面自动控制技术的应用，进一步细化并扩大了等轴晶比率，减少了中心疏松和成分偏析，并使皮下气泡、表皮夹杂、裂纹类缺陷大为减少，连铸坯一次合格率达到99％以上。
（4）对拉速的调整给予规范，规定每分钟拉速的调整变化不得超过0.15m ，从而保证结晶器内钢水弯月面的稳定，也使二冷水能及时跟上，实现铸坯内在组织致密、均匀、稳定。
3.5 缓冷工序
严格热坯收集入坑缓冷制度，确保缓冷时间≥24h ，有效实施氢扩散并消除铸坯的内应力。
4 生产工艺控制效果及分析
效果及分析如下：
（1）含B 弹簧钢生产效果见图1、表2～表5。
图1 50CrVA与含B 弹簧钢产量对比
表2 某牌号含B 弹簧钢化学成分控制情况 元素
实际范围
内控成分 0.73~0.94 0.70~1.00 Ni ≤0.030 ≤0.025 0.0010~0.0040 ≤0.25 ≤0.30
表3 某牌号含B 弹簧钢轧制弹扁的力学性能指标检验结果
力学性能 R el(MPa) R m(MPa) A (%) Z (%) 弹扁硬度
实际范围～～～～～280HB
要求范围 ≥1150 ≥1300 ≥10 ≥35 ≤321HB
表4 含B 弹簧钢的组织检测数据
电炉流程生产含B 弹簧钢的工艺实践
中心疏松 一般疏松 中部带状 晶粒度
7～7.5级
≥6级 实际范围～1.0级～1.0级～1.0级 要求范围 ≤2.5级 ≤2.5级 ≤1.5级
表5 含B 弹簧钢的非金属夹杂物抽查结果
细系 A 类 粗系 细系 B 类 粗系 细系 C 类 粗系 细系 D 类 粗系 实际值～～～～～～～～1.0 要求值 ≤2.5 ≤2.0 ≤2.0 ≤2.0 ≤2.0 ≤1.5 ≤2.0 ≤1.5
（2）由表2～表5可知，某牌号含B 弹簧钢轧制弹扁的化学成分、力学性能及高低倍组织检验结果均符合内控要求。从图1的对比数据可看出，仅这两年生产的某牌号含B 弹簧钢就达到了8.72万吨，实现了含B 弹簧钢的规模化稳定生产。
5 结语
通过优化炉料结构，初炼脱碳工艺及终点碳控制，复合脱氧保硼操作和中间包冶金等生产工艺控制措施，实现了含B 弹簧钢的连续化大批量生产。不但满足了用户的需求，而且品种效益显著。
参 考 文 献
[1] Lewellyn D T ，et al. Metallurgy of boron-treated low-alloy steels [J]. Metals Tech，1974，(1):517.
[2] 项程云. 合金结构钢[M].北京：冶金工业出版社，1999.
[3] 祖荣祥. 低含碳量弹簧钢的研究 [J]. 弹簧工程，1988，（2）：42.
[4] 徐德祥，尹锺大. 弹簧钢高强度化及合金元素的作用 [J]. 金属热处理，2003，28（12）：34.