CN102268608B - 大容量高压气瓶钢及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于钢铁生产领域，具体涉及一种大容量高压气瓶钢及其生产方法。本发明所要解决的技术问题是提供一种大容量高压气瓶钢，改善大容量高压气瓶钢的质量及综合力学性能。本发明大容量高压气瓶钢，其重量百分比组分为：C 0.33～0.38％、Si 0.15～0.35％、Mn0.80～0.90％、Cr 1.05～1.2％、Mo 0.20～0.30％、Al 0.02～0.04％、P≤0.010％、S≤0.008％、P+S≤0.015％、Ni≤0.2％、Cu≤0.15％、Sn≤0.015％、As≤0.015％、H≤0.0002％、N≤0.007％、T[0]≤0.0020％，余量为铁。本发明钢种只需通过简单的调质热处理后，就能获得很好的、稳定的综合机械性能，可用于制造大容量的钢瓶。

Description

大容量高压气瓶钢及其生产方法

技术领域

本发明属于钢铁生产领域，具体涉及一种大容量高压气瓶钢及其生产方法。

背景技术

随着经济的快速发展，无缝气瓶朝着高强度、高韧性、轻型化及大容量方向发展。而且，气瓶的服役条件恶劣，基准工作压力达20Mpa或30MPa以上，工作温度在-50～80℃区间，频繁充装高压气体及移动，需要更高的安全性。

GB24160《钢内胆环向缠绕玻璃纤维复合材料车用压缩天然气气瓶》规定CNG气瓶应采用优质铬钼钢制造，钢的化学成分为：C≤0.37％、Si 0.15％-0.37％、Mn 0.40％-0.90％、Cr0.80％-1.20％、Mo 0.15％-0.35％、P≤0.020％、S≤0.020％、P+S≤0.030％、Cu≤0.20％。该标准是根据CNG汽车的不同使用要求确定的成分，范围较宽，实际生产中既要保证钢的强度，又要保证钢的冲击性能尤其是低温冲击韧性，控制起来较难。

《现代冶金》杂志(2009年4月，第37卷第2期，第17-20页)报道了轧制气瓶用34CrMo4连铸坯生产实践，该文章只介绍了钢坯质量控制，P、S及夹杂控制，未对C、Si、Mn、Cr、Mo的控制进行介绍，调质处理钢的平均抗拉强度1050兆帕，平均伸长率为14.0％，平均常温冲击功为100焦耳。该发明的缺点是轧制后的钢坯需入坑缓冷，且未对钢的低温冲击韧性进行研究。

《国外钢管》杂志(2000年6月，第29卷第3期，第49-50页)报道了高强钢制轻型高压气瓶的使用性能与制作，其钢种为38CrNi3MoVA，其中Cr为1.30％左右、Mn为0.40％左右、Mo为0.40％左右，且还含有0.15％以上的钒，该钢具有较高的高温强度，使用温度一般在从一50℃到+200～C、工作压力高达40MPa。该发明的生产成本远远高于本发明。

CN101818309A公开了一种气瓶钢及其制造方法，气瓶钢的成分为：C 0.32-0.36％、Si 0.20-0.35％、Mn 0.70-0.90％、Cr 0.90-1.10％、Mo 0.40-0.50％、Ti 0.01-0.03％、P≤0.015、S≤0.010、0：0.0020％，其余为Fe。制造方法包括下述步骤：(1)在EBT电炉中冶炼预处理铁水；(2)进LF炉前喂Al线，精炼时造弱电石渣进行还原，根据成份要求微调钢液成份；(3)VD真空脱气将钢包吊入真空罐进行真空脱气，并喂Al线、喂Si-Ca线；(4)浇注成钢锭；(5)将钢锭加热到1200±20℃；(6)轧制成钢坯；(7)将钢坯堆冷到室温；(8)钢坯精整将钢坯修磨，确保钢坯表面无裂纹缺陷。用本发明制的气瓶钢，抗拉强度Rm达1120-1250MPa，并且断后延伸率A达14～18％。该发明钢的C、Si、Mn、P、S含量与本发明相当，但是Mo含量远远高于本发明，且还需加入0.01％-0.03％的Ti，采用电炉冶炼、模铸，还要喂Si-Ca线处理，使工艺复杂，生产成本偏高。

CN1034761公开的是一种高压气瓶钢成分(重量％)为::C 0.27-0.36％，Si 0.20-0.40％，Mn 1.50-1.80％，P≤0.040％，S≤0.040％，V 0.07-0.14％，其余为铁。该发明依靠较高的Mn和钒来进行强化，生产成本高。

现有技术生产的34CrMo4钢，钢的强度高，塑韧性偏低，使用寿命低，难于满足气瓶的发展需要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种大容量高压气瓶钢，提高气瓶钢的强度及低温冲击韧性。

本发明解决上述技术问题的技术方案是提供一种大容量高压气瓶钢，其重量百分比组分为：C 0.33～0.38％、Si 0.15～0.35％、Mn 0.80～0.90％、Cr 1.05～1.2％、Mo 0.20～0.30％、Al 0.02～0.04％、P≤0.010％、S≤0.008％、P+S≤0.015％、Ni≤0.2％、Cu≤0.15％、Sn≤0.015％、As≤0.015％、H≤0.0002％、N≤0.007％、T[0]≤0.0020％，余量为铁。

进一步的，上述大容量高压气瓶钢的重量百分比组分为：C 0.33～0.37％、Si 0.20～0.30％、Mn 0.8～0.9％、Cr 1.05～1.20％、Mo 0.20～0.25％、Al 0.02～0.04％、P≤0.010％、S≤0.005％、P+S≤0.015％、Ni≤0.2％、Cu≤0.15％、Sn≤0.015％、As≤0.015％、H≤0.00015％、N≤0.007％、T[0]≤0.0015％，余量为铁。

本发明还提供了一种制备大容量高压气瓶钢的方法，其包括以下步骤：

a、转炉吹炼；转炉吹炼时控制吹炼终点的C重量含量0.05～0.20％、P重量含量控制在P≤0.010％，S重量含量控制在S≤0.010％；然后在出钢时进行增碳和合金化，使得在该步骤得到的钢水中，以钢水总重量计：C 0.22-0.30％、Si 0.2-0.3％、Mn 0.75-0.85％、Cr 1.05-1.15％、Mo 0.20-0.25％；

b、钢包精炼；在钢包精炼中加入金属铝和精炼渣，控制钢包渣碱度在2.5-4.0之间，使钢水中的S重量含量在0.005％以下

c、真空精炼；使在该步骤获得的钢水中，以钢水总重量计：C 0.33～0.38％、Si 0.15～0.35％、Mn 0.80～0.90％、Cr 1.05～1.2％、Mo 0.20～0.30％、Al 0.02～0.04％；

d、连铸；控制铸坯拉速在0.45-0.65m/min；

e、钢坯轧制；加热温度1220～1300℃，均热温度1200～1280℃，总加热时间≤4.5h。

其中，上述方法真空精炼步骤获得的钢水以钢水总重量计，含C 0.33～0.37％、Si 0.20～0.30％、Mn 0.80～0.9％、Cr 1.05～1.20％、Mo 0.20～0.25％、Al 0.02～0.04％。

其中，上述方法中所述的精炼渣为石灰加萤石，石灰与萤石的重量配比为5∶1。

其中，上述方法的转炉吹炼步骤中，出完钢后采用0.4～0.9MPa的压力对钢包进行吹氩，吹氩时间为8-20min。

其中，上述方法制备得到的气瓶刚的重量百分比组分为：C 0.33～0.38％、Si 0.15～0.35％、Mn 0.80～0.90％、Cr 1.05～1.2％、Mo 0.20～0.30％、Al 0.02～0.04％、P≤0.010％、S≤0.008％、P+S≤0.015％、Ni≤0.2％、Cu≤0.15％、Sn≤0.015％、As≤0.015％、H≤0.0002％、N≤0.007％、T[0]≤0.0020％，余量为铁。进一步的，上述方法制备得到的气瓶刚的重量百分比组分为：C 0.33～0.37％、Si 0.20～0.30％、Mn 0.8～0.9％、Cr 1.05～1.20％、Mo 0.20～0.25％、Al 0.02～0.04％、P≤0.010％、S≤0.005％、P+S≤0.015％、Ni≤0.2％、Cu≤0.15％、Sn≤0.015％、As≤0.015％、H≤0.00015％、N≤0.007％、T[0]≤0.0015％，余量为铁。照夹杂物评级标准GB/T10561评价，上述瓶钢中的A类夹杂物为≤1.5级、B类夹杂物为≤1.5级、C类夹杂物为≤1.5级、D类夹杂物为≤1.5级。

要提高CNG钢瓶强度和低温冲击韧性，一方面要保证钢中C、Si、Mn、Cr、Mo有一定的含量，另一方面降低P、S含量，提高钢的洁净度。本发明将钢中C、Si、Mn、Cr、Mo的含量控制在适当的范围，钢材具有很高的淬透性和强度，同时严格控制钢中P、S、T[0]及非金属夹杂物的含量，提高钢的质量及塑韧性，使钢材的抗疲劳破坏能力、抗H₂S腐蚀能力及低温冲击性能等得到显著改善，生产的气瓶钢综合力学性能优良，气瓶的安全性更高。

本发明的大容量高压气瓶的抗拉强度可以达到1100-1220兆帕，伸长率A可以达到15-20％，-50℃横向冲击性能可以达到70-90焦耳/平方厘米。按照夹杂物评级标准GB/T10561评价出该气瓶钢中的A类夹杂物为≤1.0级、B类夹杂物为≤1.0级、C类夹杂物为≤1.0级、D类夹杂物为≤1.0级。

本发明大容量高压气瓶只需通过简单的1次调质热处理后，就能获得高强度、高韧性及优良的综合机械性能，一方面使其制造的高压气瓶瓶壁减薄，另一方面具有工艺简单，节省能源和制造成本低等优点。主要用于制造容量80升以上的大容量高压气瓶，满足军工、特种行业及运行里程长的汽车的使用要求。

具体实施方式

本发明大容量高压气瓶钢的生产方法包括：转炉冶炼-钢包精炼-真空处理-大方坯连铸-钢坯轧制等步骤；所述转炉吹炼步骤中，吹炼终点的C重量含量控制在0.05～0.20％、P重量含量控制在P≤0.010％，S重量含量控制在S≤0.010％，然后在出钢过程中将增碳剂、预脱氧剂、精炼渣(石灰+萤石，石灰与萤石的配比为5∶1)、硅铁合金、锰铁合金、铬铁合金、钼铁合金加入到钢包中，使得在该步骤得到的钢水中，以钢水总重量计：C 0.22～0.30％、Si0.2～0.3％、Mn 0.70～0.80％、Cr 1.0～1.15％、Mo 0.20～0.25％，出完钢后采用0.4～0.9MPa的压力对钢包进行吹氩，吹氩时间为8～20min；所述钢包精炼步骤中，加入一定的金属铝和精炼渣(石灰+萤石，石灰与萤石的配比为5∶1)，控制钢包渣碱度在2.5-4.0之间，使钢水中的S重量含量在0.005％以下；所述真空精炼步骤包括在真空条件下将增碳剂、硅铁合金、锰铁合金、铬铁合金、钼铁合金、金属铝在真空条件下与钢包精炼得到的钢水接触，使在该步骤获得的钢水中，以钢水总重量计：C 0.33～0.37％、Si 0.20～0.30％、Mn 0.80～0.90％、Cr 1.05～1.15％、Mo 0.20～0.25％、Al 0.02～0.04％；所述大方坯连铸步骤中，从钢包-中间包-结晶器的全过程均采用浸入式长水口及氩气进行保护浇铸，中间包及结晶器钢水液面添加保护渣进行浇铸，控制铸坯拉速在0.45-0.65m/min；所述钢坯轧制步骤中，控制加热温度1220～1300℃，均热温度1200～1280℃，总加热时间≤4.5h。

为了控制本发明提供的气瓶钢中杂质Ni、Cu、As和Sn的含量，可以选择Ni含量＜0.2重量％、Cu含量＜0.2重量％、As含量＜0.05重量％、Sn含量＜0.05重量％的铁水或废钢作为原料。并且，采用脱硫后的铁水冶炼气瓶钢，控制入炉铁水的S含量小于等于0.010重量％。

在转炉冶炼步骤中，采用氧气顶吹转炉按照本领域常规的方法进行吹炼。吹炼前期造渣脱磷，控制吹炼终点渣的碱度为4.0-5.0，以铁水总重量为基准，将所述吹炼终点的C含量控制在0.05-0.20重量％，并控制吹炼终点的钢水中P含量≤0.010重量％，S含量≤0.010重量％；然后在出钢过程中，按照本领域常规的方法，将增碳剂、预脱氧剂、精炼渣(石灰+萤石，石灰与萤石的配比为5∶1)、硅铁合金、锰铁合金、铬铁合金和钼铁合金加入到钢包中，使得在该步骤得到的钢水中，以所述钢水总重量为基准，C含量为0.22-0.30重量％、Si含量为0.15-0.3重量％、Mn含量为0.65-0.75重量％、Cr含量为1.0-1.15重量％、Mo含量为0.20-0.25重量％；所述预脱氧剂的加入量可以为本领域的常规加入量，优选为铝铁合金，相对于每吨钢水，预脱氧剂的加入量为2.5-4.0千克，控制钢水氧活度小于0.0030％。也可以采用硅钙钡合金和铝锰铁合金中的一种或几种作为预脱氧剂。所述精炼渣为本领域常见的一种高碱度渣，由石灰+萤石组成，石灰与萤石的配比为5∶1，相对于每吨钢水，精炼渣的加入量为6.5～7.5千克。出完钢后采用0.8MPa的恒定压力对钢包进行吹氩，吹氩时间为8-20min；

所述钢包精炼是在具备电加热功能的LF炉中进行，钢水进站后先加热化渣，然后根据钢水S含量加入一定的金属铝和精炼渣(石灰+萤石，石灰与萤石的配比为5∶1)，所述精炼渣的用量为相对于每吨钢水4.0-7.0千克，铝丸的用量为相对于每吨钢水0.3-0.6千克，控制钢包渣的碱度为2.5-4.0，LF钢包精炼的温度为1615-1650℃，精炼的时间为15-35分钟，使精炼后钢水中的S含量在0.005重量％以下；

所述真空精炼为真空循环脱气法(RH)，包括在真空条件下将增碳剂、硅铁合金、锰铁合金、铬铁合金、钼铁合金以及金属铝在真空条件下与钢包精炼得到的钢水接触，使在该步骤获得的钢水中，C含量为0.33-0.37重量％、Si含量为0.20-0.30重量％、Mn含量为0.8-0.9重量％、Cr含量为1.05-1.15重量％、Mo含量为0.20-0.25重量％、Al含量为0.02-0.04重量％。所述真空精炼的条件包括真空度在500帕以下，真空精炼后的温度为1555-1575℃，真空精炼时间为10-18分钟。

所述大方坯连铸步骤中，从钢包-中间包-结晶器的全过程均采用浸入式长水口及氩气进行保护浇铸，中间包及结晶器钢水液面添加保护渣进行浇铸，防止钢液裸露产生二次氧化；控制浇注时钢水过热度为20-40℃，钢水温度为1520-1540℃；控制铸坯拉速在0.45-0.65m/min，稳定拉速，防止结晶器液面的波动。

在所述钢坯轧制的步骤中，控制加热温度1220-1300℃，均热温度1200-1280℃，总加热时间≤4.5h。钢坯轧制后，采用常规的方法冷却即可，如采用堆垛空冷方式冷却。

本发明方法制备的大容量高压气瓶钢的重量百分比组分为：C 0.33～0.38％、Si 0.15～0.35％、Mn 0.80～0.90％、Cr 1.05～1.2％、Mo 0.20～0.30％、Al 0.02～0.04％、P≤0.010％、S≤0.008％、P+S≤0.015％、Ni≤0.2％、Cu≤0.15％、Sn≤0.015％、As≤0.015％、H≤0.0002％、N≤0.007％、T[0]≤0.0020％，余量为铁。进一步的，其重量百分比组分为：C 0.33～0.37％、Si 0.20～0.30％、Mn 0.8～0.9％、Cr 1.05～1.20％、Mo 0.20～0.25％、Al 0.02～0.04％、P≤0.010％、S≤0.005％、P+S≤0.015％、Ni≤0.2％、Cu≤0.15％、Sn≤0.015％、As≤0.015％、H≤0.00015％、N≤0.007％、T[O]≤0.0015％，余量为铁。照夹杂物评级标准GB/T10561评价，上述大容量高压气瓶钢中的A类夹杂物为≤1.5级、B类夹杂物为≤1.5级、C类夹杂物为≤1.5级、D类夹杂物为≤1.5级。

下面结合实施例对本发明进行详细说明。各实施例控制的具体数值如表1所示。

实施例1大容量高压气瓶钢的制备

将脱硫后的铁水倒入氧气顶吹转炉进行吹炼，以钢水总重量为基准，当钢水中C含量为0.07重量％、P含量为0.007重量％、S含量为0.009重量％时立即出钢到钢包中。出钢时，相对于每吨钢水，先加无烟煤2.2千克(C含量为≥93重量％)进行增碳，出钢1/3后，相对于每吨钢水，先在钢包中加入预脱氧剂铝铁合金(Al含量为40重量％，安阳市恒旺冶金耐材有限公司)3.5千克，然后相对于每吨钢水，加入精炼渣7.0千克、Fe-Si(Si含量为74重量％，安阳市恒旺冶金耐材有限公司)2.9千克、金属锰(Mn含量为≥99.5重量％，攀枝花攀宏冶金制品有限公司)6.3千克、Fe-Cr(Cr含量为63％，攀枝花攀宏冶金制品有限公司)17.3千克、Fe-Mo(Mo含量为60重量％，攀枝花攀宏冶金制品有限公司)3.4千克，进行Si、Mn、Cr、Mo元素的合金化，使所得钢水中，以钢水的总重量为基准，C含量为0.24重量％、Si含量为0.23重量％、Mn含量为0.64重量％、Cr含量为1.06重量％、Mo含量为0.22重量％。

然后，对钢包内的钢水进行吹氩精炼，吹氩精炼的时间为16分钟，氩气吹入压力为0.8MPa；当钢水送到LF炉(带电加热的130吨钢包精炼炉)后，先加热化渣，然后相对于每吨钢水，加入精炼渣4.5千克和铝丸0.35千克，加热钢水到1641℃，LF精炼共进行15分钟，然后将LF精炼后的钢水立即送到RH真空装置(带成分微调和真空循环脱气的钢包精炼炉)进行真空处理，真空精炼的开始温度为1612℃，钢水真空处理5分钟，当真空度控制在300帕以下后，加入铝丸、碳粉、Fe-Si、Fe-Mn、Fe-Cr、Fe-Mo等合金对钢水成分进行微调，使所得钢水中，以钢水的总重量为基准，C含量为0.33重量％、Si含量为0.23重量％、Mn含量为0.80重量％、Cr含量为1.07重量％、Mo含量为0.24重量％、Al含量为0.035重量％、P含量为0.008重量％、S含量为0.005％，H含量为0.00013重量％、Ni含量为0.05重量％、Cu含量为0.04重量％、As含量为0.005重量％、Sn含量为0.008重量％、N含量为0.0058重量％。RH真空精炼共进行14分钟，RH真空精炼结束后的温度为1571℃。

将真空精炼后的钢水进行浇铸得到钢坯，浇铸在氩气氛围中进行，钢水平均浇铸温度为1535℃。

采用推钢式加热炉加热钢坯到1298℃，然后在1275℃温度下保温2小时，总加热时间为3.6小时。然后开始轧制气瓶用方坯或圆钢坯，轧后采用堆垛空冷方式进行冷却。

各成分的检测方法分别为碳素钢和中低合金钢火花源原子发射光谱分析方法，国家标准为GB/T4336。氧、氮含量的检测方法为脉冲加热惰气熔融-红外线吸收法，国家标准为GB/T11261。检测结果如表2所示。

实施例2大容量高压气瓶钢的制备

将脱硫后的铁水倒入氧气顶吹转炉进行吹炼，以钢水总重量为基准，当钢水中C含量为0.12重量％、P含量为0.008重量％、S含量为0.009重量％时立即出钢到钢包中。出钢时，相对于每吨钢水，先加无烟煤1.92千克(C含量为≥85重量％)进行增碳，出钢1/3后，相对于每吨钢水，先在钢包中加入预脱氧剂铝铁合金(Al含量为40重量％，安阳市恒旺冶金耐材有限公司)3.1千克，然后相对于每吨钢水，加入精炼渣6.5千克、Fe-Si(Si含量为74重量％，安阳市恒旺冶金耐材有限公司)3.2千克、金属锰(Mn含量为≥99.5％，攀枝花攀宏冶金制品有限公司)6.4千克、Fe-Cr(Cr含量为63％，攀枝花攀宏冶金制品有限公司)17.4千克、Fe-Mo(Mo含量为60重量％，攀枝花攀宏冶金制品有限公司)3.5千克，进行Si、Mn、Cr、Mo元素的合金化，使所得钢水中，以钢水的总重量为基准，C含量为0.27重量％、Si含量为0.23重量％、Mn含量为0.68重量％、Cr含量为1.15重量％、Mo含量为0.23重量％。

然后，对钢包内的钢水进行吹氩精炼，吹氩精炼的时间为17分钟，氩气吹入压力为0.8MPa；当钢水送到LF炉(带电加热的130吨钢包精炼炉)后，先加热化渣，然后相对于每吨钢水，加入精炼渣4.8千克和铝丸0.42千克，加热钢水到1630℃，LF精炼共进行18分钟，然后将LF精炼后的钢水立即送到RH真空装置(带成分微调和真空循环脱气的钢包精炼炉)进行真空处理，真空精炼的开始温度为1610℃，钢水真空处理5分钟，当真空度控制在300帕以下后，加入铝丸、碳粉、Fe-Si、Fe-Mn、Fe-Cr、Fe-Mo等合金对钢水成分进行微调，使所得钢水中，以钢水的总重量为基准，C含量为0.34重量％、Si含量为0.24重量％、Mn含量为0.84重量％、Cr含量为1.15重量％、Mo含量为0.23重量％、Al含量为0.038重量％、P含量为0.009重量％、S含量为0.004％，H含量为0.00012重量％、Ni含量为0.05重量％、Cu含量为0.04重量％、As含量为0.005重量％、Sn含量为0.007重量％、N含量为0.0057重量％。RH真空精炼共进行15分钟，RH真空精炼结束后的温度为1568℃。

将真空精炼后的钢水进行浇铸得到钢坯，浇铸在氩气氛围中进行，钢水平均浇铸温度为1528℃。

采用推钢式加热炉加热钢坯到1285℃，然后在1265℃温度下保温1.5小时，总加热时间为3.8小时。然后开始轧制气瓶用方坯或圆钢坯，轧后采用堆垛空冷方式进行冷却。

各成分的检测方法分别为碳素钢和中低合金钢火花源原子发射光谱分析方法，国家标准为GB/T4336。氧、氮含量的检测方法为脉冲加热惰气熔融-红外线吸收法，国家标准为GB/T11261。检测结果如表2所示。

实施例3大容量高压气瓶钢的制备

将脱硫后的铁水倒入氧气顶吹转炉进行吹炼，以钢水总重量为基准，当钢水中C含量为0.18重量％、P含量为0.007重量％、S含量为0.008重量％时立即出钢到钢包中。出钢时，相对于每吨钢水，先加无烟煤1.32千克(C含量为≥93重量％)进行增碳，出钢1/3后，相对于每吨钢水，先在钢包中加入预脱氧剂铝铁合金(Al含量为40重量％，安阳市恒旺冶金耐材有限公司)3.6千克，然后相对于每吨钢水，加入精炼渣6.5千克、Fe-Si(Si含量为74重量％，安阳市恒旺冶金耐材有限公司)2.6千克、金属锰(Mn含量为63％，攀枝花攀宏冶金制品有限公司)6.2千克、Fe-Cr(Cr含量为63％，攀枝花攀宏冶金制品有限公司)17.2千克、Fe-Mo(Mo含量为60重量％，攀枝花攀宏冶金制品有限公司)3.7千克，进行Si、Mn、Cr、Mo元素的合金化，使所得钢水中，以钢水的总重量为基准，C含量为0.29重量％、Si含量为0.19重量％、Mn含量为0.66重量％、Cr含量为1.10重量％、Mo含量为0.25重量％。

然后，对钢包内的钢水进行吹氩精炼，吹氩精炼的时间为18分钟，氩气吹入压力为0.8MPa；当钢水送到LF炉(带电加热的130吨钢包精炼炉)后，先加热化渣，然后相对于每吨钢水，加入精炼渣4.6千克和铝丸0.5千克，加热钢水到1635℃，LF精炼共进行25分钟，然后将LF精炼后的钢水立即送到RH真空装置(带成分微调和真空循环脱气的钢包精炼炉)进行真空处理，真空精炼的开始温度为1623℃，钢水真空处理5分钟，当真空度控制在300帕以下后，加入铝丸、碳粉、Fe-Si、Fe-Mn、Fe-Cr、Fe-Mo等合金对钢水成分进行微调，使所得钢水中，以钢水的总重量为基准，C含量为0.35重量％、Si含量为0.26重量％、Mn含量为0.81重量％、Cr含量为1.10重量％、Mo含量为0.25重量％、Al含量为0.041重量％、P含量为0.008重量％、S含量为0.004％，H含量为0.00014重量％、Ni含量为0.05重量％、Cu含量为0.04重量％、As含量为0.005重量％、Sn含量为0.008重量％、N含量为0.0055重量％。RH真空精炼共进行17分钟，RH真空精炼结束后的温度为1560℃。

将真空精炼后的钢水进行浇铸得到钢坯，浇铸在氩气氛围中进行，钢水平均浇铸温度为1521℃。

采用推钢式加热炉加热钢坯到1290℃，然后在1270℃温度下保温1.5小时，总加热时间为3.8小时。然后开始轧制气瓶用方坯或圆钢坯，轧后采用堆垛空冷方式进行冷却。

各成分的检测方法分别为碳素钢和中低合金钢火花源原子发射光谱分析方法，国家标准为GB/T4336。氧、氮含量的检测方法为脉冲加热惰气熔融-红外线吸收法，国家标准为GB/T11261。检测结果如表2所示。

实施例4大容量高压气瓶钢的制备

将脱硫后的铁水倒入氧气顶吹转炉进行吹炼，以钢水总重量为基准，当钢水中C含量为0.09重量％、P含量为0.006重量％、S含量为0.008重量％时立即出钢到钢包中。出钢时，相对于每吨钢水，先加无烟煤1.60千克(C含量为≥93重量％)进行增碳，出钢1/3后，相对于每吨钢水，先在钢包中加入预脱氧剂铝铁合金(Al含量为40重量％，安阳市恒旺冶金耐材有限公司)3.5千克，然后相对于每吨钢水，加入精炼渣7.4千克、Fe-Si(Si含量为74重量％，安阳市恒旺冶金耐材有限公司)3.2千克、金属锰(Mn含量为≥99.5％，攀枝花攀宏冶金制品有限公司)6.4千克、Fe-Cr(Cr含量为63％，攀枝花攀宏冶金制品有限公司)17.2千克、Fe-Mo(Mo含量为60重量％，攀枝花攀宏冶金制品有限公司)3.3千克，进行Si、Mn、Cr、Mo元素的合金化，使所得钢水中，以钢水的总重量为基准，C含量为0.23重量％、Si含量为0.17重量％、Mn含量为0.72重量％、Cr含量为1.05重量％、Mo含量为0.22重量％。

然后，对钢包内的钢水进行吹氩精炼，吹氩精炼的时间为17分钟，氩气吹入压力为0.8MPa；当钢水送到LF炉(带电加热的130吨钢包精炼炉)后，先加热化渣，然后相对于每吨钢水，加入精炼渣7.0千克和铝丸0.45千克，加热钢水到1625℃，LF精炼共进行21分钟，然后将LF精炼后的钢水立即送到RH真空装置(带成分微调和真空循环脱气的钢包精炼炉)进行真空处理，真空精炼的开始温度为1610℃，钢水真空处理5分钟，当真空度控制在300帕以下后，加入铝丸、碳粉、Fe-Si、Fe-Mn、Fe-Cr、Fe-Mo等合金对钢水成分进行微调，使所得钢水中，以钢水的总重量为基准，C含量为0.36重量％、Si含量为0.25重量％、Mn含量为0.88重量％、Cr含量为1.05重量％、Mo含量为0.22重量％、Al含量为0.035重量％、P含量为0.007重量％、S含量为0.003％，H含量为0.00011重量％、Ni含量为0.05重量％、Cu含量为0.04重量％、As含量为0.005重量％、Sn含量为0.007重量％、N含量为0.0065重量％。RH真空精炼共进行15分钟，RH真空精炼结束后的温度为1555℃。

将真空精炼后的钢水进行浇铸得到钢坯，浇铸在氩气氛围中进行，钢水平均浇铸温度为1523℃。

采用推钢式加热炉加热钢坯到1285℃，然后在1260℃温度下保温2.0小时，总加热时间为4.1小时。然后开始轧制气瓶用方坯或圆钢坯，轧后采用堆垛空冷方式进行冷却。

各成分的检测方法分别为碳素钢和中低合金钢火花源原子发射光谱分析方法，国家标准为GB/T4336。氧、氮含量的检测方法为脉冲加热惰气熔融-红外线吸收法，国家标准为GB/T11261。检测结果如表2所示。

对比例

将脱硫后的铁水倒入氧气顶吹转炉进行吹炼，以钢水总重量为基准，当钢水中C含量为0.05重量％、P含量为0.012重量％、S含量为0.010重量％时立即出钢到钢包中。出钢时，相对于每吨钢水，先加无烟煤2.3千克(C含量为≥93重量％)进行增碳，出钢1/3后，相对于每吨钢水，先在钢包中加入预脱氧剂铝铁合金(Al含量为40重量％，安阳市恒旺冶金耐材有限公司)3.0千克，然后相对于每吨钢水，加入Fe-Si(Si含量为74重量％，安阳市恒旺冶金耐材有限公司)3.0千克、金属锰(Mn含量为≥99.5％，攀枝花攀宏冶金制品有限公司)6.5千克、Fe-Cr(Cr含量为63％，攀枝花攀宏冶金制品有限公司)17.0千克、Fe-Mo(Mo含量为60重量％，攀枝花攀宏冶金制品有限公司)3.0千克，进行Si、Mn、Cr、Mo元素的合金化，使所得钢水中，以钢水的总重量为基准，C含量为0.27重量％、Si含量为0.18重量％、Mn含量为0.70重量％、Cr含量为1.0重量％、Mo含量为0.18重量％。

然后，对钢包内的钢水进行吹氩精炼，吹氩精炼的时间为10分钟，氩气吹入压力为0.8MPa；当钢水送到LF炉(带电加热的130吨钢包精炼炉)后，先加热化渣，然后相对于每吨钢水，加入精炼渣2.5千克和铝丸0.20千克，加热钢水到1645℃，LF精炼共进行18分钟，然后将LF精炼后的钢水立即送到RH真空装置(带成分微调和真空循环脱气的钢包精炼炉)进行真空处理，真空精炼的开始温度为1630℃，钢水真空处理5分钟，当真空度控制在300帕以下后，加入铝丸、碳粉、Fe-Si、Fe-Mn、Fe-Cr、Fe-Mo等合金对钢水成分进行微调，使所得钢水中，以钢水的总重量为基准，C含量为0.35重量％、Si含量为0.24重量％、Mn含量为0.68重量％、Cr含量为1.01重量％、Mo含量为0.18重量％、Al含量为0.025重量％、P含量为0.013重量％、S含量为0.009％，H含量为0.00015重量％、Ni含量为0.05重量％、Cu含量为0.04重量％、As含量为0.005重量％、Sn含量为0.008重量％、N含量为0.0070重量％。RH真空精炼共进行16分钟，RH真空精炼结束后的温度为1575℃。

将真空精炼后的钢水进行浇铸得到钢坯，浇铸在氩气氛围中进行，钢水平均浇铸温度为1540℃。

采用推钢式加热炉加热钢坯到1300℃，然后在1285℃温度下保温2.0小时，总加热时间为4.0小时。然后开始轧制气瓶用方坯或圆钢坯，轧后采用堆垛空冷方式进行冷却。

各成分的检测方法分别为碳素钢和中低合金钢火花源原子发射光谱分析方法，国家标准为GB/T4336。氧、氮含量的检测方法为脉冲加热惰气熔融-红外线吸收法，国家标准为GB/T11261，按照夹杂物评级标准GB/T10561评价出气瓶钢的A、B、C、D类夹杂级别，检测结果如表2所示。

机械性能测试

将实施例1-4和对比例制备的气瓶钢按标准取样，并按常规的调质工艺进行热处理后，进行机械性能测试，其中，拉伸性能按照GB/T228金属材料室温拉伸试验方法进行，分别检测屈服强度ReL，抗拉强度Rm，伸长率A。按照GB/T229金属夏比缺口冲击试验方法检测冲击值。检测的结果列在表3中。

表1各实施例参数表

注：表1中的百分比均为重量百分比，钢水浇铸温度及钢坯加热、轧制温度为平均温度。

表2各实施例夹杂级别

序号	T[O]/％	A类夹杂/级	B类夹杂/级	C类夹杂/级	D类夹杂/级	晶粒度/级
							实施例1	0.0013	1.0	0.5	0.5	0.5	8.0
对比例	0.0017	1.5	1.0	0.5	0.5	8.0
							实施例2	0.0010	1.0	0.5	0.5	0.5	8.0
实施例3	0.0009	1.0	0.5	0.5	0.5	8.5
							实施例4	0.0008	0.5	0.5	0.5	0.5	8.0

表3各实施例机械性能测试

序号	ReL/MPa	Rm/MPa	A/％	-50℃横向冲击akv/J/cm2
					实施例1	990	1110	18.0	86
对比例	1060	1130	14.0	40
					实施例2	1120	1220	15.0	72
实施例3	980	1120	16.0	83
					实施例4	1050	1140	16.0	77

从表2、表3可以看出：实施例1-4的气瓶钢与对比例的气瓶钢相比，B类、C类、D类夹杂物的含量级别相同，T[O]含量及A夹杂物的含量级别比对比例(现有技术)的气瓶钢低；钢的屈服强度、抗拉强度、伸长率A与对比例(现有技术)的气瓶钢相当但是低温冲击韧性显著提高，例如，实施例1提供的气瓶钢的屈服强度ReL为990兆帕、抗拉强度Rm为1110兆帕，伸长率A为18.0％，-50℃横向冲击值为86焦耳/平方厘米；而对比例1提供的气瓶钢的屈服强度ReL为1060兆帕、抗拉强度Rm为1130兆帕，伸长率A为14.0％、-50℃横向冲击值仅为40焦耳/平方厘米。由此可知，本发明通过将钢中C、Si、Mn、Cr、Mo的含量控制在适当的范围，降低P、S含量，控制A、B、C、D类非金属夹杂物的含量级别，使制备的气瓶钢具有高强度、高韧性。

Claims (1)

1.制备大容量高压气瓶钢的方法，其特征在于包括以下步骤：

a、转炉吹炼；转炉吹炼时控制吹炼终点的C重量含量0.05～0.20%，P重量含量控制在P≤0.010%，S重量含量控制在S≤0.010%；然后在出钢时进行增碳和合金化，使得在该步骤得到的钢水中，以钢水总重量计：C 0.22-0.30%、Si 0.2-0.3%、Mn 0.70-0.80%、Cr 1.0-1.15%、Mo 0.20-0.25%；出完钢后采用0.4～0.9MPa的压力对钢包进行吹氩，吹氩时间为8-20min ；

b、钢包精炼；在钢包精炼中加入金属铝和精炼渣，控制钢包渣碱度在2.5-4.0之间，使钢水中的S重量含量在0.005 %以下；所述精炼渣为石灰加萤石，石灰与萤石的配比为5∶1；

c、真空精炼；使在该步骤获得的钢水中，以钢水总重量计：C 0.33～0.37%、Si 0.20～0.30%、Mn 0.80～0.9%、Cr 1.05～1.20 %、Mo 0.20～0.25%、Al 0.02～0.04%；

d、连铸；控制铸坯拉速在0.45-0.65m/min；

e、钢坯轧制；加热温度1220～1300℃，均热温度1200～1280℃，总加热时间≤4.5h。