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原材料相关

大宝娱乐lg:B7高强度标准件用钢的研制开发

发布时间:2018-11-30   来源:江阴兴澄钢铁有限公司   作者:李国忠,惠荣,李建红  

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11月,航天科工集团公司党组制定并下发《中国航天科工集团公司党建工作考核评价办法(试行)》,规定党建考评得分与党政主要领导年薪挂钩,将群团工作纳入考核评价内容,“领导支持群团工作”在党建考核评分中占比10%,将明确分管领导、组织建设、经费保障等内容列入考评细则。三是持续完善工作机制,不断总结和推广基层创造的好做法、好经验,并将这些做法和经验固化为工作制度,推动创先争优活动常态化、长效化。

  摘要 通过采用冶炼(包底吹氩)→铸锭→开坯→轧材工艺生产B7高强度标准件用钢(10.9级以上),其性能完全可以满足出口要求。

  关键词 标准件;B7高强度钢;性能;研制开发;效果

  1. 前言

  我公司开发的B7钢主要用于供国内某标准件厂加工制作高强度长螺杆后(10.9级以上),全部出口到美国等国家,用来作为机械设备和大型结构的紧固件,该部件在工作中要受到冲击、拉伸、剪切、扭转及疲劳应力的组合作用。要求钢材有高强度、高韧性及良好的表面质量,同时需保持在冷镦加工过程中优良的冷顶锻性能、加工性能的特点。本文探讨了B7钢研制开发的思路和试制过程。

  2. B7主要技术条件及注意事项

  B7钢是根据用户的使用要求及性能特点,在美国ASTM  A193和GB6478-86标准的基础上,与用户制定了《B7钢试制技术协议》。其主要技术要求见表1、表2。

  为达到成品的各项性能,应严格内控化学成分,并尽量控制Mn/Si≥3.0。机械性能除保证强度、塑性、冲击外,还要求硬度指标。

  除化学成分、机械性能要求外,协议还规定了钢材的冷顶锻、低倍组织、非金属夹杂物、脱碳层、表面质量和检验规则等项内容,在整个试制过程中均以此协议作为检验生产的依据。

  3. 工艺流程

  20t电弧炉冶炼(包底吹氩)→模注→钢锭精整修磨→轧制140mm钢坯→钢坯缓冷→钢坯酸洗修磨→半连轧机组轧制Φ10~40mm钢材→钢材精整修磨→检验→入库。

  4. 试制工艺

  4.1 冶炼工艺要点及措施

  高强度螺栓要求热处理后强度高、韧性好,因此C、Mn、Si、Cr、Mo元素合金化要求有较好的配合,各元素必须按已设计的目标成分来调整控制,以达到最佳强韧性的配合。为保证一定的切削性能,要控制合适的S含量。

  为浇注提供纯净度高,温度、成份均匀的钢水是冶炼工作的重点,关键措施如下:

  ①融化期合理吹氩助熔,确保熔清碳合适,使氧化期高温脱碳量≥0.20%,充分去除钢中有害气体。

  ②加强还原期脱氧工作预脱氧加Ba-Si 1.0kg/t钢,插Al 0.8kg/t钢。同时保证1600℃左右的还原精炼温度。

  ③白渣保持时间≥10min,使脱氧产物有时间充分上浮。

  ④出钢前终脱氧插Al 0.8kg/t钢或钢包喂Al线。保证酸溶铝的含量,细化晶粒。

  ⑤出钢温度1620℃~1650℃。采用钢包包底吹氩精炼技术,切实保证软吹氩时间,使钢液纯净度有保证。

  4.2 轧钢工艺要点及措施

  (1)开坯生产中,因坯料断面大、轧后温度高,为防止钢坯出现白点和表面裂纹,钢坯及时收集进行缓冷。

  (2)B7钢的脱碳倾向尽管没有含Si弹簧钢大,但其深度要求(铁素体+过度层)不大于钢材公称直径的1%,又因需两次加热,这对主要规格为Φ20mm的小规格钢材要求是严格 的,所以钢坯、钢材生产的加热温度、加热时间做了限制,不允许高温停留时间过长。

  (3)为保证产品表面质量符合冷墩钢的冷顶锻要求,本产品采用了两火成材生产工艺,除对钢锭表面精整外,重点对140mm中间坯料进行酸洗修磨,同时轧制过程中注意轧辊和导卫的工作情况,保证各道次轧制质量。

  (4)在主要成分按目标成分控制的同时,为使产品热处理后的强度、韧性较高并保证硬度HRC24~27的要求,经试验后回火温度确定在600℃~650℃时,可兼顾并使其指标较佳。

  5. 试制结果及分析

  5.1 试制结果

  (1)试制的53炉钢化学成份统计汇总见表3。

  (2)试制的炉钢轧制材后机械性能统计汇总见表4。

  (3)试制的53炉钢A、B类夹杂物统计分析见图1,53炉钢的C、D类夹杂物都为0级。

  (4)试制的53炉钢低倍统计分析见图2。

  (5)试制的53炉钢脱碳统计分析见图3。

  (6)对成品钢材采用1/2冷顶锻,除炉锻后有微裂(分析是由于轧制过程产生的缺陷),其余全部合格。

  5.2 试制结果分析:

  从以上结果可以看出用该方法生产的B7高强度标准件用钢,其各项性能完全满足技术协议的要求。

  从B7钢技术要求上可以看出,本钢种最难控制的是机械性能,硬度有上下限要求,实际也即强度有上下限的要求,并且为了保证螺栓的K1c值,还要求有较高的塑韧性。这只有通过细化晶粒的途径来达到。这一点虽然没在技术协议中体现,但却是生产中控制合格率的一个非常关键的因素。在生产中通过用Al来脱氧外,还向钢中加人了微量的细化晶粒的元素(如Ti、V等),使它们通过固溶强化、弥散强化、晶粒细化强度等来满足技术协议中机械性能的要求。通过实践证明该方法是行之有效的。对53炉B7钢的晶粒度进行了测试,其B7钢的实际晶粒度都在8级左右。

  影响高强度螺栓寿命及安全性的另一个重要指标是钢中的非金属夹杂物,尤其是脆性夹杂物(A类与B类)。非金属夹杂物割断了基体的连续性,是疲劳裂纹的裂纹源。为了降低非金属夹杂物,在现有老三段炼钢工艺(熔化、氧化、还原)的基础上,充分利用钢包包底吹氩的优势(吹氩20min以上),利用气泡泵的原理,使夹杂物充分上浮。从表中可以看出B类夹杂物中1.5级的B粗只占5%,B细只占8%,并且C、D类非金属夹杂物为零级,钢水的纯净度已基本达到了脱气钢的水平。这对提高高强度螺栓的疲劳寿命有非常大的意义。硫化物类非金属夹杂物由于对疲劳寿命影响较小,并且一定数量分布均匀的纺锤型硫化物对改善切削性有较大的好处,因此硫化物类非金属夹杂物需控制在一定的级别内。

  由于较好的控制了过热度及浇注速度,并且锭型也较小(255×255锭),压缩比较大,钢材成分偏析小,组织均匀,低倍组织良好。

  由于严格控制了轧钢的加热温度及时间,并采用还原性气氛加热,钢材的脱碳层深度达 到了较高的控制水平,完全满足用户的需求。

  标准件用钢对钢材表面要求严格,需100%进行冷顶锻试验。而影响钢材表面质量的因素较多(如钢中的气体含量、非金属夹杂物含量、钢锭及坯料的表面质量、轧钢过程的控制等),由于在生产过程中已对以上各因素作了控制,因此生产的B7高强度标准件钢的冷顶锻性能较好。

  53炉约900tB7钢发给用户后,经退火、冷拔、热处理、滚丝、磷化等工序,检测螺栓的各项性能完全满足美国ASTM  A193标准中高强度螺栓用钢的要求,产品全部出口。

  6 结论

  (1)采用冶炼(包底吹氩)→铸锭→开坯→轧材工艺生产B7高强度标准件用钢,其性能完全可以满足出口要求。

  (2)为达到强韧性的配合,并满足一定范围内的硬度值,细化晶粒是最有效的方法。

  在冶炼B7钢时,合适的包底吹氩,可以大大降低钢中的非金属夹杂物,使其达到一般脱气钢的水平。

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