抚顺特殊钢公司汽车用合金钢的现状与发展
杜彩霞 刘振天 李长民
摘要：介绍了抚顺特殊钢公司50t超高功率电弧炉，200mm*200mm,280mm*320mm Danieil连铸机，Pomini合金钢连轧机，WF5-40扁钢连轧机生产汽车用齿轮钢、非调质钢、弹簧钢的品种和质量。
关键词：抚顺特殊钢公司 齿轮钢 非调质钢 弹簧钢
抚顺特殊钢（集团）有限责任公司是目前国内汽车齿轮钢的重要生产基地。随着我国汽车工业的发展对汽车用钢提出更高要求：如对钢材的纯洁度、钢材的性能特别是淬透性波动范围要小以及钢材的表面质量和钢材的尺寸公差要求要严[1，2]。针对这些要求，抚钢从上世纪80年代开始逐渐进行品种结构调整及技术改造。多年来，抚钢通过设备引进、技术攻关和横向联合，在汽车用钢的冶炼、加工工艺技术水平等方面均有很大的进步，现已贯通了以汽车用齿轮钢、轴承钢为主导产品的四位一体短流程生产线，即UHP（EBT）50t超高功率电弧炉+LF/VD炉外精炼/真空脱气处理+CC连铸+CR连轧短流程生产线；同时还拥有亚洲第一条以工模具钢、弹簧钢为主导产品的高精度主扁钢生产线。
1、抚钢汽车用钢的生产设备
1.1炼钢设备
50t超高功率电弧炉（UHP-EAF-EBT）是从德国Krupp公司引进炉壁、炉盖采用管式水冷，长弧泡沫渣、流渣操作，偏心炉底出钢，具有生产效率高，钢水纯净的特点。
60t钢包精炼炉（LF），钢包耐火材料为MgO-C,单孔中心位置吹Ar，钢包车上有电子称，在出钢过程中可以随时观察钢水重量。LF还具备成分微调、脱除气体、去除夹杂及调整钢水温度等功能，可以保证按最佳成分规格来控制成品化学成分。
真空脱气装置（VD），真空处理的主要目的是脱除钢中的氢、氧，去除夹杂物及微调成分。
1.2连铸设备
抚钢从意大利Danieli公司引进的大方坯连铸机，其主要技术参数见表1。投产后不仅可提高钢材的综合成材率和降低能耗，而且消除了成品材的成分偏析，使得钢材的各项性能指标更加均匀、稳定，生产出的汽车用钢的锻造性能、车削性能等都有很大的提高。
表1 抚钢连铸机主要技术参数
| 名称 | 技术参数 |
| 连铸机半径/m | 12 |
| 流数 | 4 |
| 断面/mm | 200方/240方/280*320 |
| 结晶器型式 | 弧式 |
| 结晶器搅拌 | 内置式 |
| 结晶器液面控 | |
| 制传感器 | 放射性（Co60） |
| 矫直点 | 3点 |
| 二次冷却 | 3个独立回路 |
| 切割定尺 | 火焰切割 |
| 连铸坯冷却 | 红送坑冷 |
1.3加工设备
1.3.1连轧生产线
抚钢从意大利Pomini公司引进了整套合金钢全连轧生产线，它与引进的合金钢连铸相匹配。设备能力适应年产20万t合金钢材的要求，产品尺寸精度均可达到DIN标准公差的1/2-1/3。
该连轧生产线轧制的棒材尺寸为12-75mm，并可以对控轧控冷工艺参数（如加热温度、变形程度、变形速率、冷却速度等）进行精确的控制，保证得到所要求的成材组织，进而获得综合力学性能及表面质量良好，尺寸精度高的优质汽车用钢。
1.3.2高精度方扁钢生产线
抚钢从奥地利GFM公司引进一套全数字控制WF5-40高精度方扁钢连轧机组，这条生产线具有高精度高质量，生产快速灵活的特点。其主要设备包括1架国产650三辊粗轧机和引进的5机架平立交替布置的WF5-40可逆式扁钢连轧机组，轧机主要性能参数见表2。
表2 WF5-40扁钢连轧机主要技术性能参数
| 参数 | WF5-40扁钢连轧机组 | |
| 水平轧机 | 立式轧机 | |
| 轧辊直径/mm | 375-415 | 375-415 |
| 辊身长/mm | 385 | 385 |
| 辊缝调整范围/mm | 1-140 | 37-323 |
| 最大允许轧制力/kN | 2000 | 1800 |
| 最大允许轧制力矩/kN?m | 180 | 135 |
| 名义轧制功率/kW | 750 | 600 |
| 最大轧制速度/m?s-1 | 4.5 | 4.5 |
| 导卫调整范围/mm | 38-335 | 5-150 |
| 电机形式 | 液压传动 | 液压传动 |
与传统的轧制中小型扁钢的横列式轧机相比，FW5-40连轧机组具有如下优点[3]：
（1）产品尺寸精度高，其厚度公差可达1/2DIN标准，表面质量和侧边精度高。
（2）可生产高精度7角扁钢，角部圆角半径R≤0.5mm。
（3）灵活性大，可按用户要求供应相应范围内的宽度和厚度的扁钢，这种轧机适应了高合金钢尺寸精度高的、品种多、批量小的要求。
（4）在更换产品尺寸时，不需要更换轧辊和导卫以及其它机械设备，只需调出一个新的轧制程序即可，轧制程度确定后，轧制过程便完全自动进行。
2、现有汽车用钢品种
2.1齿轮钢
2.2.1老产品的质量攻关
20CrMnTiH是我国汽车齿轮钢所使用的主要材料，过去在使用中存在齿轮热处理变形大等一系列问题。为提高20CrMnTiH的质量水平，抚钢在成分控制和冶金工艺等方面做了大量的技术工作。使20CrMnTi钢的质量水平得到稳定提高。
2.1.2新产品的试制开发
抚钢参与了“轿车用齿轮钢国产化研究和发展”国家课题，并与各轿车生产厂进行合作，先后试制、生产开发了下列优质汽车用齿轮钢（见表3）。其研制工作主要有以下两方面：
| 钢种 | [O]/10-6 | 淬透性（HRC） | ||||||
| J4.8 | J6 | J7.9 | J9 | J10 | J12.7 | J15 | ||
| 16MnCr5 | ≤20 | 29-35 | ||||||
| 20MnCr5 | ≤20 | 35-42 | ||||||
| 25MnCr5 | ≤20 | 24-30 | ||||||
| 28MnCr5 | ≤20 | 26-42 | ||||||
| SCM420H | ≤20 | 28-35 | ||||||
| SCM8220H1 | ≤20 | 35-41 | ||||||
| SCM8220H2 | ≤20 | 31-37 | ||||||
| SAE8620H | 32-42 | 27-35 | ||||||
| SAE8620RH | 35-41 | 26-34 | 21-28 | |||||
| SAE8627RH | 41-47 | 35-43 | 29-36 | |||||
| 19CN5 | ≤20 | 28-34 | ||||||
| 14CN5 | ≤20 | 33-43 | ||||||
| SCR420H | ≤20 | 29-36 | 23-31 | |||||
（1）内部质量控制
钢材的淬透性对齿轮的强度和热处理变形起着决定性的作用，而且对材料的切削性能有一定的影响，所以希望齿轮钢的淬透性带越窄越好，新型齿轮钢均要求淬透性带宽为6-8HRC，化学成分的控制是保证获得窄淬透性带的关键。低的氧含量、高纯洁度，可以使齿轮的寿命成倍提高，因而要求钢材中的[O]≤20*10-6。抚钢采用国际上通用的UHP+LF+VD真空脱气精炼工艺所生产的齿轮钢，具有成分控制稳定，氧含量低（平均为14.8*10-6)，纯洁度高及淬透性带窄（带宽≤6HRC）。
（2）表面质量及钢材尺寸公差的控制
随着国内汽车生产厂家精密锻造生产线的引进及锻造加热方式由传统的煤气加热转变为感应加热。对齿轮钢的表面质量、尺寸公差及钢材的弯曲度都提出越来越高的要求，抚钢采用较为先进的24架连轧机生产线，可以生产出尺寸精度高、无表面缺陷、钢材超级度高，总弯曲度不大于棒材长度的0.25%，长度在4-14m范围内任意定尺的优质齿轮钢。
上述新型汽车齿轮钢主要销往长春一汽集团、上海大众公司、南京依维柯等汽车制造厂，分别用于小红旗轿车、奥迪轿车、捷达轿车及重载卡车等。这些新型齿轮钢在满足国内不同用户需求的同时，还逐步替代进口。Mn-Cr系列齿轮钢除用于一汽红旗轿车变速箱外，8620RH、8627RH窄淬透性齿轮钢通过了美国伊顿公司的认证按该公司企业标准生产，供陕西法士物齿轮有限公司和上海汽车齿轮总厂制成齿轮，出口美国，开拓了国际市场。
2.2弹簧钢
抚钢弹簧钢的生产主要按照GB1222-84标准进行，还按企业内部技术协议生产部分弹簧钢。
2.3非调质钢
抚钢具有悠久的生产汽车用非调质钢的历史。目前除能够按GB/T15712-1995非调质机械结构钢标准进行生产外，还对表4汽车用非调质钢进行了细致的研究工作。
表4 抚钢生产的汽车用非调质钢的力学性能指标
| 钢号 | σb/MPa | σs/MPa | δ5/% | Ψ/% | Ak/J | 用户 |
| 40MnV | 760-840 | 520-690 | 15 | 40 | 40 | 一汽 |
| 35MnVS | 720-920 | 440 | 15 | 39 | 39 | 一汽 |
| 38MnVS | 700-850 | 450 | 17 | 49 | 49 | 一汽 |
| 50MnVS | 780-900 | 450 | 15 | 35 | 35 | 一汽 |
| 42MnVS | 760-840 | 520-690 | 15 | 50 | 50 | 一汽 |
| 16Mn2VB | 680 | 900 | 12 | 45 | 63 | 一汽 |
| 49MnVS3 | 780-900 | 450 | 8 | 20 | 39 | 上汽 |
| 40MnVG | 785 | 490 | 13 | 40 | 39.2 | 二汽 |
由于汽车用非调质钢具有节约能源，简化生产工序这一特点，世界上主要的产钢国家几乎都研究并生产了这类汽车用非调质钢。其发展先后经历了铁素体-珠光体-贝氏体型、马氏体型等三个阶段，并仍在不断地完善和发展。
参考文献：
1 马廷温 洁净钢发展现状及今后发展 特殊钢，1994，15（2）：1
2 姚贵升 中国汽车用钢及其国产化问题 钢铁研究学院，1998，10（增刊）：15
3 成耀君 高精度模具扁钢生产线工艺及孔型设计 中国钢铁年会论文集（下卷），2001.26
