1前言

      随着我国基础设施建设步伐的加快，用于开采煤炭、金属、岩石等矿山的钎具钢需求量也在逐年增加。55SiMnMo钢为硅锰钼系合金钎具钢，是我国结合国内资源与生产条件，研究开发的适合我国国情的钢种，为国标GB/T1301-94《凿岩钎杆用中空钢》中的标准牌号，广泛应用于钎具制造行业。55SiMnMo钢为空冷贝氏体钢，具有高的弹性极限、屈服强度、屈强比，以及合理的韧性、塑性的配合，在钎具行业中得到广范应用，是我国制作钎杆的主要钢种，也是用量最大的钢种。该钢种的钢材目前多采用钢锭生产，石钢公司根据用户要求进行了采用连铸工艺生产的工艺实践。

2技术要求

2.1钎具钎杆的主要生产工艺：

（1）热穿热拔工艺：下料—加热—穿孔—热拔—成品—调质

（2）热穿热轧工艺：下料—加热—穿孔—热轧—成品—调质

（3）其他工艺：中空管铸锭，机械钻孔带芯热轧生产工艺，离心浇铸带芯热轧，离心浇铸热挤压等工艺

      上述工艺中以热轧热拔工艺为主，原料采用热轧圆钢。

2.2 钎具用热轧圆钢的生产工艺：

（1）电炉冶炼-铸锭-轧制

（2）电炉（或转炉）冶炼-精炼-连铸-轧制

     目前北方地区的钢厂生产此钢种以模铸材为主，连铸材主要用于要求较低的煤矿开采。

2.3 主要技术要求：

      在凿岩钻进中，钎具承受高峰值、高频率的冲击载荷的作用，导致迅速的疲劳破坏。此外，钎具还将受到扭转、弯曲、拉伸、压缩等多种复合应力的作用，并在高速回转、碰撞的环境下经受岩石、岩粉和矿水等工作介质的磨蚀和腐蚀作用^[1]。实践表明，凿岩钎具是工作条件最为恶劣且使用寿命最短的金属材料之一，因此对钢材的内在质量和表面质量要求较高。对于55SiMnMo，除对钢的化学成分、非金属夹杂物、表面质量等有较高要求外，在替代模铸材方面，对连铸坯、钢材的中心疏松、中心偏析等也有较高要求。55SiMnMo钢技术难点如下：

（1）合理设计化学成分：满足标准和用户的要求且保持其稳定性。

（3）良好的内部质量和表面质量：通过钢水钙处理、软吹氩等措施有效控制夹杂物，采用大断面连铸坯、增大压缩比以确保良好的内部质量，采用连轧机组轧制以确保良好的表面质量。

（2）抑制白点的产生：通过真空处理以降低钢中的氢，铸坯与钢材的缓冷以缓慢释放残余的氢，有效抑制白点的产生。

3 生产工艺实践

3.1 合理设计工艺路线

      针对55SiMnMo钢上述技术要求，确定工艺路线如下：

转炉(或电炉)冶炼—LF—VD—CC（280×320 mm²或300×360 mm²断面）—连轧工艺轧制—精整—入库。

3.2 确定合适的化学成分

     55SiMnMo钢属于贝氏体钎具钢，特点是强度和韧性配合较好，具有较高的抗疲劳强度，良好的韧性，较强的消振性能和较低的缺口敏感度。锰含量提高将导致淬透性的提高及贝氏体开始形成温度的降低，硅含量的提高可以更有利于形成奥氏体与铁素体组成的上贝氏体组织，阻碍碳化物在铁素体周围的沉淀，而且高硅低锰钢的冷却速度敏感性也有所降低，因此在55SiMnMo钢的冶炼中，应该将硅含量控制在上限，锰含量控制在下限，针对用户的工艺及产品的要求，需要合理设计成分，以满足用户要求。根据上述分析，确定合适的目标值，按目标值控制，减小不同炉次之间的成分波动。

55SiMnMo钢化学成分要求见表1：

表1  55SiMnMo钢化学成分要求（%）

3.3 确保良好的内部质量和表面质量

3.3.1 夹杂物的控制

(1) 转炉终点控制

      转炉要控制好终点成份，尽量提高终点C含量，降低钢中原始氧含量，提高到LF炉成份的稳定率。要求控制终点C≥0.10％，做好出钢挡渣工作，减少下渣量。

(2) 脱氧产物的排除

      转炉出钢时向钢包内加入渣料，促进LF炉快速化渣、变渣，同时要求LF炉白渣时间，加强扩散脱氧，采用全程吹氩搅拌，促进脱氧产物上浮进入渣中。

(3) 夹杂物变性处理

      VD炉破空后喂CaSi线进行夹杂物变性处理，生成的脱氧产物CaO与钢中的Al2O3 形成易于上浮的液态钙铝酸盐化合物, 从而使钢中夹杂物的数量明显减少。

(4) 软吹氩控制

      在钙处理后保持一定的软吹氩时间（保证钢水不裸露），可促进钢中的小颗粒夹杂物碰撞长大并上浮进入渣中，降低钢中的夹杂物数量。

(5) 连铸保护浇注

      在连铸浇注过程中，大包—中间包采用长水口，中间包—结晶器采用整体式浸入式水口保护，并采用氩气密封保护浇注，以防止钢水二次氧化；控制合适的中间包钢水液面高度，并在中间包内设置挡渣墙，改善钢水流动轨迹，以防止气体、覆盖剂、顶渣卷入钢水；严格控制结晶器液面波动幅度，防止将保护渣卷入连铸坯。

      通过以上措施，钢材非金属夹杂物得到有效控制，钢材非金属夹杂物检验结果见表2：

表2  55SiMnMo钢非金属夹杂物检验结果

3.3.2 连铸坯、钢材低倍控制

(1) 连铸机采用低过热度浇注，过热度控制10～30℃，有利于增加中心等轴晶区，减少选分结晶所造成的偏析。

(2) 连铸拉钢采用较低的拉速，使液相穴变短，有利于减少凝固搭桥，改善中心偏析和缩孔。

(3) 二次冷却采用弱冷，防止铸坯回温过高，保证二冷冷却均匀，防止和减少连铸坯表面凹陷、裂纹。

(4)设定合适的结晶器电磁搅拌参数和二冷末端电磁搅拌参数，通过电磁搅拌均匀成分和温度，打断树枝晶及消除搭桥，增加中心等轴晶区，改善中心疏松和偏析。

（5）采用280×320mm²或300×360mm²大断面连铸坯，使连铸坯/钢材压缩比＞31，增大压缩比，细化组织。

      通过以上措施，获得了良好的连铸坯、钢材低倍质量。连铸坯、钢材低倍检验结果见表3：

表3  55SiMnMo钢连铸坯、钢材低倍检验结果

3.3.3 良好的表面质量和尺寸精度

      为了确保良好的表面质量和尺寸精度，轧钢工序采用步进式数字加热炉加热，准确控制各段加热温度，铸坯出炉后采用高压水除鳞，清除铸坯表面的氧化铁皮；轧槽、导卫等工装加强检查，防止钢材出现折叠、划伤、结疤等影响疲劳寿命的缺陷。钢材尺寸控制良好，符合用户要求，实际尺寸控制在国标1组以内。

3.4 有效抑制白点的产生

      55SiMnMo钢合金含量较高，为防止氢致白点的产生，选用较大坯型规格的同时，要求VD真空处理时保真空时间≥12分钟，从而使钢水充分脱氢，降低氢含量，有效避免了氢致白点的产生。

4 结语

石钢公司开发的采用连铸工艺生产的55SiMnMo钎具钢，通过合理设计工艺路线，提高压缩比，细化组织，使钢材具有良好的表面质量和内部质量，生产的钎杆广泛应用于各种矿山的开凿，用户反映使用情况良好。

55SiMnMo钎具钢的研究与开发，使石钢公司在特钢市场上又开拓了一个新的领域，为进一步开发其它钎具钢打下了基础。