低碳微合金E40高强船板钢的研制
发布时间:2014-12-11 06:06
作者:互联网
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船用
结构钢是造船工业不可缺少的
原材料,随着
船用钢材向着轻量化发展,对
钢板的质量和
强度级别的要求不断提高,因此研发高强级别
船板钢对于
企业扩大市场份额、提高市场
竞争力、增加效益都具有十分重要的意义。1 设备及参数 在船板钢的
生产中,有以下几个方面的变化:强度级别,由低强度级别向高强度级别发展;成分设计上,由高
碳路线向
低碳路线发展;
合金加入方面:由单合
金元素向多合金元素、复合
合金化和微合金化发展。为了满足上述变化,冶炼
工艺也有了长足的进步。炼钢方面,目前普遍采用
转炉冶炼;精炼方面,从LF炉精炼发展为LF和RH真空处理双联工艺。 在开发高强船板中采用的设备和主要参数如下:① 公称容量80t顶底复吹转炉,底吹效果良好,出钢量
控制在100t;② 100t的LF钢包精炼炉,钢包
底部透气砖两块,升温速度2℃/min ~5℃/min;③ 双工位RH真空处理装置,循环流量为75t/min;④ 单流
板坯连铸机,断面尺寸250mm×2400mm,全自动液面控制
系统,长
水口采用全程氩封保护浇铸。⑤ 4300mm四辊可逆式
中板轧机。2 船板钢化学成分设计 高强船板钢要求良好的低温冲击
韧性、高强度和良好的
焊接性能。为了
保证产品的性能,在国标GB712-2000规定的合理
范围内对其成分进行合理的设计,符合实际生产的条件。低碳、微合金化及控轧控冷是本次试制成分设计的依据。(1) 低碳、低碳当量设计 在成分设计中,为了使钢板具有良好的
焊接性能和较好的低温冲击韧性,必须降低碳含量。因为碳是较强的
固溶强化元素,能显著提高钢板的强度,但降低韧性和塑性,明显恶化钢板的焊接性能。为了保证良好的焊接性能,控制E40的碳当量Ceq≤0.36,其计算公式为: Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+ V)/5 +(Ni+Cu)/15 (1) 公式1中的元素符号均表示该元素的质量分数。 因此,设计E40级船板钢的C:0.050%~0.110%,Mn:0.90%~ 0.16%。(2) 微合金化设计 微合金化是指合金元素总含量小于0.1%的钢。目前钢种成分设计中普遍采用的微合金元素为
铝、
铌、
钒、
钛。这些元素的特点是能与碳氮结合形成
碳化物、
氮化物和碳氮化物。这些化合物在高温下溶解,在低温下析出,其作用表现为:加
热时阻碍原始
奥氏体晶粒长大;在轧制过程中抑制
再结晶及再结晶后的晶粒长大;在低温时能起到析出强化的作用。本次试制的E40级船板微合金设计采用:铝、铌和钛。 铝在钢中除了有脱氧的作用外,还起到细化晶粒的作用,这是由于铝在钢中能与[N]形成细小弥散分布的难
熔化合物[AlN],起到
沉淀强化的作用。一般来说,残余在钢中的微量铝,对焊接性能影响不大,如果铝做为合金元素大量加入,将使钢的焊接性能变差。因此,钢中的铝含量控制在0.02%~0.04%。 铌在钢中形成稳定的化合物[NbCN]、[NbC]或是它们的
固溶体,能延迟奥氏体晶粒的再结晶,当奥氏体向
珠光体转变时,能使
铁素体晶粒细化,起到提高强度和
改善冲击韧性的作用。铌在
低碳钢中降低转变温度促使
贝氏体组织的形成。 钛能产生强烈的沉淀强化作用;加入少量的Ti,在钢中能生成细小弥散的TiN颗粒,起到抑制加热和轧制时的晶粒长大,有助于改善韧性,强度的提高也超过了铌的作用,同时还可提高基体
金属和焊接热影响区的低温韧性。钛的含量一般控制在0.02%以下,过多的钛含量会引起钛的氮化物粗化,对低温韧性不好。(3) 低的硫、磷含量 硫含量主要影响钢的冲击韧性,磷主要影响钢的韧性,此外钢中的
硫化物夹杂对钢的性能产生影响。根据
洁净钢生产的要求,要求降低钢中的磷、硫含量,使其控制在0.020%以内,提高钢水的洁净度。3 冶炼工艺(1) 冶炼工艺路线 冶炼工艺路线:
铁水脱硫预处理-100t氧气顶底复吹转炉-LF炉精炼-RH真空处理-板坯连铸-检验。(2) 冶炼工艺 为保证转炉入炉
铁水的S含量,采用铁水喷吹颗粒
镁脱硫预处理。处理前要求铁水S≤0.050%,Si≤0.60%,根据脱硫前铁水的S含量设定喷镁量,脱硫后要求采用扒渣操作,扒渣要求干净,保证处理效果,脱硫后要求S≤0.01%。 采用活性
石灰快速及时
造渣,吹炼时严禁
炉渣返干,以保证炉渣良好的性能;为了保证低的炉渣氧化性,枪位高度要适当,一般炉渣中的FeO控制在20%以内;冶炼采用高拉碳一次补吹操作,终点控制C≤0.07%,P≤0.012%,S≤0.010%;终渣
碱度按3.0~4.0控制;出钢温度控制在1660℃~1710℃;出钢挡渣采用AMEPA下渣检测与挡渣锥相结合,做好挡渣操作,下渣厚度控制在50mm以下,减少回P,出钢用Al铁进行脱氧。 LF炉精炼进行进一步脱硫、脱氧、去夹杂、
调整钢液的成分和温度。LF炉的升温速率为2℃/min~5℃/min,可以实现温度的准确控制,控制精度范围在±5℃;精炼过程中根据钢液成分,对成分进行适时调整;精炼采用高碱度
精炼渣,具有较强的脱硫和
吸附夹杂的
能力。精炼渣的用量为10 kg/t~15kg/t,精炼过程保证
白渣的精炼时间>10min。精炼结束要求炉渣碱度R>4.0,低的氧化性(FeO+MnO)<1.5%,以保证脱硫、脱氧效果。为了满足钢中成分低C的要求,严格控制LF精炼过程中的C增量<0.02%。通过严格的控制,LF炉的脱硫率可以达到70%;钢中的[O]控制在10ppm以内。 RH真空处理的钢水循环量为75t/min;钢水真空处理时间>15min,对钢水进行脱[H]、[N]处理。真空处理结束时,钢水中的[H]含量小于2.0ppm;真空处理过程,对钢水的成分进行微调,满足成分控制范围。真空处理结束,向钢包中喂SiCa线,对
夹杂物进行变性处理,喂入量为3m/t;喂线后钢包软吹时间保证大于10min,保证夹杂物的充分上浮、去除。 采用单流弧形板坯连铸机,铸坯的断面尺寸250mm×2400mm,长水口采用氩封保护浇铸;中包覆盖剂为低碳高碱度保护渣,中包到结晶器采用浸入式水口;中包温度控制在1540℃~1550℃;拉速稳定控制在0.9m/min;采用全自动液面控制系统,液面波动控制在±3mm。4 轧制工艺(1) 轧制工艺
流程 轧制工艺流程:加热-除鳞-轧制-快速
冷却-
矫直-冷床冷却-
定尺剪取样-钢板检查-二级
探伤-入库。(2) 轧制工艺 由于E40高强船板的性能要求较高,所以,在制定轧制工艺时,采用了TMCP工艺、高温奥氏体再结晶轧制工艺、奥氏体非再结晶轧制工艺和水冷工艺,来达到细化奥氏体晶粒的目的。具体的轧制工艺规程如下:① 加热制度:加热时间3 h~5h,加热温度1200℃~1300℃。② 四辊轧机开轧温度:1100 ℃~1200℃;终轧温度:780℃~880℃。③ 冷却:终冷温度620℃~ 720℃,冷却速率:10℃/s~20℃/s。5 结论(1)采用“铁水脱硫预处理-100t氧气顶底复吹转炉-LF炉精炼-RH真空处理-板坯连铸”工艺可以生产高质量的船板钢。(2)以目前的炼钢、轧钢设备和工艺技术
水平,具备了生产合格E40高强船板钢的要求,试制的产品完全符合国标GB712-2000
标准要求。(3)生产实践证明:E40高强船板钢的成分设计、炼钢和轧钢工艺路线的制定都是科学合理的。(4)船板钢的低碳微合金化路线和TMCP相结合,能满足各项性能
指标的要求。(5)稳定生产是实现E40级高强船板批量生产和提高性能的努力方向。(来源:
钢铁产业)
备注:数据仅供参考,不作为投资依据。