CN103555881A - 一种气瓶用钢锭的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于钢锭的制造技术领域，提出一种气瓶用钢锭的制造方法。提出的一种气瓶用钢锭的制造方法包括有原料配比、转炉冶炼、加入合金、LF钢包精炼、真空脱气处理、浇铸及电渣重熔；其中所述的原料C量为≥4wt%、P≤0.015wt%、温度为≥1200℃的高炉铁水；在转炉熔炼阶段通过脱P预处理，降低P的含量；所述的LF钢包精炼采用无铝脱氧工艺；所述的一次精炼浇铸得到的钢锭经电渣重熔二次精炼后降低钢中的S和夹杂物。本发明通过两次精炼控制钢锭中有害元素和夹杂物的数量达到控制钢锭成份和组织的目的，最终得到了优异强韧性的气瓶用钢锭，从而提高了气瓶用钢锭的工作压力和安全性。
Description
技术领域
本发明属于钢锭的制造技术领域，具体涉及一种气瓶用钢锭的制造方法。
背景技术
国内气瓶生产起步于上世纪60年代，开始用35钢和45钢；70年代普遍采用DZ40钢；到80年代初，已大量生产锰钢气瓶用钢管，代表钢号有40Mn2，42Mn2，40Mn2V等，少量用30CrMoA，35CrMoA，30CrMnSiA等钢管制造气瓶。80年代中期至90年代中期，随着国家气瓶标准的建立、修改和气瓶使用范围的扩大，为改善低温冲击韧性，并尽快与国际标准接轨，对锰钢气瓶中C含量进行两次下调，最后已从≤0.44%降至≤0.40%，提高了Mn/C比，使用较多的代表钢号为34Mn2V，37Mn；并且市场普遍开始需要容重比大，工作压力高、安全耐用，无应力腐蚀或氢脆的轻型气瓶，故以Cr-Mo钢为代表的Cr-Mn-Si，Cr-Ni-Mo-V钢等气瓶也很快发展起来，采用较多的是30CrMoA，35CrMoA钢，它比锰钢气瓶的屈服强度提高了60%，节约了充填空间30%，重量减少了25%以上，并且这些钢中也被大量地应用于20MPa、25MPa压缩天然气用气瓶的制造中。为了进一步提高气瓶的容重比，现在正在研制25MPa以上压缩天然气用气瓶。随着使用压力的提高，原有的气瓶钢由于强度不足而无法使用，而强度的提高意味着韧性和塑性的降低，同时降低气瓶的安全性，因此得到强韧性优异的气瓶用钢显得至关重要。国内关于25MPa以上气瓶用钢的冶炼和研究尚处于起步阶段，主要问题是气瓶用钢成份的控制及钢锭中夹杂物含量及形态控制的稳定性较差，导致材料的强韧性分散较大。
发明内容
本发明的目的是提出一种气瓶用钢锭的制造方法，该制造方法通过控制钢锭中夹杂物的数量达到控制钢锭成份的目的，最终得到优异强韧性的气瓶用钢锭，从而提高气瓶用钢锭的工作压力和安全性。
本发明为完成上述目的采用如下技术方案：
一种气瓶用钢锭的制造方法，所述制造方法的具体步骤如下：
（1）、原料：含C量为≥4wt%、温度为≥1200℃ 的高炉铁水；当高炉铁水中P含量＞0.015wt%时，应在高炉铁水中加入碱度R≥2.5的渣料进行预脱P处理，直到高炉铁水中P含量≤0.015wt％；
（2）、转炉熔炼：将步骤（1）中得到的含C量为≥4wt%、P含量≤0.015wt％、温度为≥1200℃ 的高炉铁水加入转炉中，然后吹入氧气进行熔炼制得钢水，氧气与C、Si、Mn进行化学反应，放出热量，提高钢水温度，降低钢水中的C、Si、Mn含量，同时氧气与钢水中的其它化学元素产生化学反应，使S≤0.04wt％、P≤0.015wt％，当钢水中C的含量在0.2~0.4wt%时，停止熔炼；
（3）、加入合金：将步骤（2）得到的钢水倒入钢包中；在钢水倒入过程中，向钢包中加入Ni含量≥75wt%镍铁合金、Si含量≥75wt%硅铁合金、Mn含量≥80wt%的锰铁合金、V含量≥80wt%的钒铁合金、Mo含量≥85wt%的钼铁合金、C含量≥99wt%的碳粉； 80~120重量份钢水，加入3~5重量份Ni含量≥75wt%镍铁合金、0.8~1.2重量份Si含量≥75wt%硅铁合金、1.2~1.8重量份Mn含量≥80wt%的锰铁合金、0.8~1.5重量份V含量≥80wt%的钒铁合金、1~1.6重量份Mo含量≥85wt%的钼铁合金、0.5~0.8重量份C含量≥99wt%的碳粉；其中所述的镍铁合金、硅铁合金、锰铁合金、钒铁合金、钼铁合金均为粉状；
（4）、LF钢包精炼：采用无铝脱氧工艺对钢水进行一次精炼，即在步骤（3）加入合金后的钢包中加入0.8~1.2重量份的渣料，并从钢包底部向钢水中吹入流量为10~15Nm3/h的氩气，同时将钢水温度升高到1600~1640℃，其中所述渣料包括有以下成份：35%~40%CaO、35%~45%SiO2及其它不可避免的成分；由于所加入的渣料中没有AL2O3或者说含有少量（＜10wt%）的AL2O3，因此可以降低AL2O3型夹杂物的数量；将钢水加热到1600~1640℃的目的是加快夹杂物的上浮速度；向钢水中吹入一定量的氩气的目的是使钢水中的夹杂物碰撞长大更均匀的上浮；加入渣料后，使上浮的夹杂物固定住，防止夹杂物回流到钢水中；该步骤有效地降低氧化物类及硅酸盐类夹杂的数量，从而提高钢材的纯净度；
（5）、真空脱气处理：当真空度＜0.15 KMPa时，利用真空装置脱去钢水中的气体，降低钢水中的氧气含量，进一步去除钢水中残留的夹杂物，同时利用钢水的自然降温，使钢水温度降低到1540~1560℃，为钢水的凝固做准备；
（6）、浇铸：对步骤（5）得到的钢水在模具中进行浇铸，得到钢锭；
（7）、电渣重熔：对步骤（6）得到的钢锭进行电渣重熔，进一步降低合金的S含量及AL2O3、CaO、SiO2等夹杂物含量，使钢锭中的S＜0.010%；其中电渣重熔所用的渣料成分为：30wt%CaO+70wt%CaF2；通过电渣重熔有效提升控制引起气瓶钢疲劳裂纹及应力腐蚀开裂的冶金缺陷的稳定性，有效提高材料的断裂韧性，进而提高气瓶钢的断裂性能、抗疲劳性能和抗应力腐蚀开裂性能。
在浇铸过程中，浇铸速度为3~5 t/min，凝固时间为180-240 min，通过Ar排出模具中的空气，其中Ar的流量为10~20 Nm3/h。
本发明提出的一种气瓶用钢锭的制造方法，采用上述技术方案具有如下有益效果：
（1）原料主要采用含P量比较低的高炉铁水或当P偏高时，通过预脱P处理，降低了高炉铁水中的P含量，从源头上控制P的含量，有效控制了钢液中的有害元素P；
（2）采用转炉熔炼，合理地控制冶炼和浇注工艺，有效保证了钢液的纯净度。
（3）钢包精炼对钢水进行精炼，有效地降低了钢中的S、P、H、O及N有害钢塑性及韧性的含量，降低了成品钢的成分不均匀偏析；在钢包精炼过程中采用了无铝脱氧工艺，有效地降低了Al2O3类夹杂的数量。
（4）电渣重熔对钢锭进行再次精炼，进一步降低了钢中S等易产生偏析元素和AL2O3、CaO、SiO2等夹杂物，从而进一步提高了钢材的纯净度，并有效提升了控制引起气瓶钢疲劳裂纹及应力腐蚀开裂的冶金缺陷的稳定性，有效提高了材料的断裂韧性，进而提高了气瓶钢的断裂性能、抗疲劳性能和抗应力腐蚀开裂性能。
（5）在钢锭的制造过程中加入的合金元素Mo、V、Ni在凝固过程中形成碳化物弥散分布在基体组织中，减小了基体的晶粒度，在热处理过程中抑制了晶粒长大的趋势，因此得到气瓶用钢的强度和韧性都大大提高。
（6）本发明的制造方法还具有易控制，易实施，元素成份及夹杂物控制容易的特点。
综上所述，该制造方法通过控制原料中P的含量、钢锭中夹杂物的数量以及采用钢包精炼和电渣重熔二次精炼的方法达到控制钢锭成份的目的，最终得到了优异强韧性的气瓶用钢锭，从而提高了气瓶用钢锭的工作压力和安全性，既满足了我国发展新型25MPa以上级钢制无缝气瓶的装备急需，同时该方法也填补了我国25MPa以上级钢制无缝气瓶用钢钢锭的冶炼这一关键技术的空白。
具体实施方式
参考下面的实施例，可以更详细地解释本发明；但是本发明并不局限于这些实施例。
一种气瓶用钢锭的制造方法，所述制造方法的具体步骤如下：
（1）、原料：含C量为≥4wt%、温度为≥1200℃ 的高炉铁水；当高炉铁水中P含量＞0.015wt%时，应在高炉铁水中加入碱度R≥2.5的渣料进行预脱P处理，直到高炉铁水中P含量≤0.015wt％；
（2）、转炉熔炼：将步骤（1）中得到的含C量为≥4wt%、P含量≤0.015wt％、温度为≥1200℃ 的高炉铁水加入转炉中，然后吹入氧气进行熔炼制得钢水，氧气与C、Si、Mn等进行化学反应，放出热量，提高钢水温度，降低钢水中的C、Si、Mn含量，同时氧气与钢水中的其它化学元素产生化学反应，使S≤0.04wt％、P≤0.015wt％，当钢水中C的含量在0.2~0.4wt%时，停止熔炼；
（3）、加入合金：将步骤（2）得到的钢水倒入钢包中；在钢水倒入过程中，当倒入80~120份钢水时，向钢包中加入3~5份Ni含量≥75wt%镍铁合金、0.8~1.2份Si含量≥75wt%硅铁合金、1.2~1.8份Mn含量≥80wt%的锰铁合金、0.8~1.5份V含量≥80wt%的钒铁合金、1~1.6份Mo含量≥85%的钼铁合金、0.5~0.8份C含量≥99wt%的碳粉；其中所述的镍铁合金、硅铁合金、锰铁合金、钒铁合金、钼铁合金均为粉状；
（4）、LF钢包精炼：采用无铝脱氧工艺对钢水进行第一次精炼，即在钢包中加入0.8~1.2份的渣料，并从钢包底部向钢水中吹入流量为10~15Nm3/h的氩气，同时将钢水温度升高到1600~1640 ℃，其中所述渣料包括有以下成份：35%~40wt%CaO、35%~45%wtSiO2及其它不可避免的成分；由于所加入的渣料中没有AL2O3或者说含有少量的AL2O3（≤10%），因此可以降低AL2O3型夹杂物的数量；将钢水加热到1600~1640℃的目的是加快夹杂物的上浮速度；向钢水中吹入一定量的氩气的目的是使钢水中的夹杂物碰撞长大更均匀的上浮；加入渣料后，使上浮的夹杂物固定住，防止夹杂物回流到钢水中；该步骤有效地降低氧化物类及硅酸盐类夹杂的数量，从而提高钢材的纯净度；
（5）、真空脱气处理：当真空度＜0.15 KMPa时，利用真空装置脱去钢水中的气体，降低钢水中的氧气含量，进一步去除钢水中残留的夹杂物，同时利用钢水的自然降温，使钢水温度降低到1540~1560℃，为钢水的凝固做准备；
（6）、浇铸：对步骤（5）得到的钢水在模具中进行浇铸，得到钢锭，在浇铸过程中，浇铸速度为3~5 t/min，凝固时间为180-240 min，通过Ar排出模具中的空气，其中Ar的流量为10~20 Nm3/h。
（7）、电渣重熔：对步骤（6）得到的钢锭进行电渣重熔，进一步降低合金的S含量，使钢锭中的S＜0.010%；其中电渣重熔所用的渣料成分为：30wt%CaO+70w%tCaF2；通过电渣重熔有效提升控制引起气瓶钢疲劳裂纹及应力腐蚀开裂的冶金缺陷的稳定性，有效提高材料的断裂韧性，进而提高气瓶钢的断裂性能、抗疲劳性能和抗应力腐蚀开裂性能。
实施例1-3中，各原料的加入量见表1，各步骤的详细工艺参数参见表2
表1（原料的加入量，质量份数）
| 实施例 | 高炉铁水 | 硅铁合金 | 钼铁合金 | 钒铁合金 | 锰铁合金 | 镍铁合金 | 碳粉 |
| 1 | 85 | 0.9 | 1.4 | 1.0 | 1.7 | 4.5 | 0.6 |
| 2 | 100 | 1.2 | 1.5 | 1.2 | 1.2 | 4.1 | 0.5 |
| 3 | 110 | 0.9 | 1.3 | 0.9 | 1.5 | 3.8 | 0.5 |
表2
表3列出了本实施例1-3中钢锭中各元素含量。
表3（wt%）
| 实施例 | C | Cr | Ni | Si | Mn | S | P | V | Cu | Mo |
| 1 | 0.398 | 1.28 | 2.48 | 0.252 | 0.415 | ＜0.005 | 0.0087 | 0.227 | 0.07 | 0.358 |
| 2 | 0.366 | 1.25 | 2.20 | 0.311 | 0.310 | ＜0.005 | 0.0063 | 0.235 | 0.1 | 0.397 |
| 3 | 0.340 | 1.26 | 2.07 | 0.251 | 0.397 | ＜0.005 | ＜0.005 | 0.225 | 0.066 | 0.353 |
表4列出了本案实施例1-3钢锭经调质处理后的力学性能及夹杂物等级。
表4
Claims (2)
1.一种气瓶用钢锭的制造方法，其特征在于：所述制造方法的具体步骤如下：
（1）、原料：含C量为≥4wt%、温度为≥1200℃ 的高炉铁水；当高炉铁水中P含量＞0.015wt%时，应在高炉铁水中加入碱度R≥2.5的渣料进行预脱P处理，直到高炉铁水中P含量≤0.015wt％；
（2）、转炉熔炼：将步骤（1）中得到的含C量为≥4wt%、P含量≤0.015wt％、温度为≥1200℃ 的高炉铁水加入转炉中，然后吹入氧气进行熔炼制得钢水，氧气与C、Si、Mn等进行化学反应，放出热量，提高钢水温度，降低钢水中的C、Si、Mn含量，同时氧气与钢水中的其它化学元素产生化学反应，使S≤0.04wt％、P≤0.015wt％，当钢水中C的含量在0.2~0.4wt%时，停止熔炼；
（3）、加入合金：将步骤（2）得到的钢水倒入钢包中；在钢水倒入过程中，向钢包中加入Ni含量≥75wt%镍铁合金、Si含量≥75wt%硅铁合金、Mn含量≥80wt%的锰铁合金、V含量≥80wt%的钒铁合金、Mo含量≥85wt%的钼铁合金、C含量≥99wt%的碳粉； 80~120重量份钢水，加入3~5重量份Ni含量≥75wt%镍铁合金、0.8~1.2重量份Si含量≥75wt%硅铁合金、1.2~1.8重量份Mn含量≥80wt%的锰铁合金、0.8~1.5重量份V含量≥80wt%的钒铁合金、1~1.6重量份Mo含量≥85wt%的钼铁合金、0.5~0.8重量份C含量≥99wt%的碳粉；其中所述的镍铁合金、硅铁合金、锰铁合金、钒铁合金、钼铁合金均为粉状；
（4）、LF钢包精炼：采用无铝脱氧工艺对钢水进行一次精炼，即在钢包中加入0.8~1.2份的渣料，并从钢包底部向钢水中吹入流量为10~15Nm3/h的氩气，同时将钢水温度升高到1600~1640 ℃，其中所述渣料包括有以下成份：35%~40%CaO、35%~45%SiO2及其它不可避免的成分；由于所加入的渣料中没有AL2O3或者说含有少量（＜10wt%）的AL2O3，因此可以降低AL2O3型夹杂物的数量；
（5）、真空脱气处理：当真空度＜0.15 KMPa时，利用真空装置脱去钢水中的气体，降低钢水中的氧气含量，进一步去除钢水中残留的夹杂物，同时利用钢水的自然降温，使钢水温度降低到1540~1560℃，为钢水的凝固做准备；
（6）、浇铸：对步骤（5）得到的钢水在模具中进行浇铸，得到钢锭；
（7）、电渣重熔：对步骤（6）得到的钢锭进行电渣重熔，进一步降低合金的S含量及AL2O3、CaO、SiO2等夹杂物含量，使钢锭中的S＜0.010%；其中电渣重熔所用的渣料成分为：30wt%CaO+70wt%CaF2；通过电渣重熔有效提升控制引起气瓶钢疲劳裂纹及应力腐蚀开裂的冶金缺陷的稳定性，有效提高材料的断裂韧性，进而提高气瓶钢的断裂性能、抗疲劳性能和抗应力腐蚀开裂性能。
2.根据权利要求1所述的一种气瓶用钢锭的制造方法，其特征在于：在浇铸过程中，浇铸速度为3~5 t/min，凝固时间为180-240 min，通过Ar排出模具中的空气，其中Ar的流量为10~20 Nm3/h。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Zhang Yongfeng Inventor after: Deng Chunfeng Inventor after: Shao Fei Inventor after: Ren Fangjie Inventor before: Chang Lei Inventor before: Deng Chunfeng Inventor before: Shao Fei Inventor before: Zhang Yongfeng Inventor before: Ren Fangjie |
|
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: CHANG LEI DENG CHUNFENG SHAO FEI ZHANG YONGFENG REN FANGJIE TO: ZHANG YONGFENG DENG CHUNFENG SHAO FEI REN FANGJIE |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 471000, Binhe Road, hi tech Development Zone, Henan, Luoyang, 32 Patentee after: CSSC Shuangrui (Luoyang) special equipment Co.,Ltd. Address before: 471000, Binhe Road, hi tech Development Zone, Henan, Luoyang, 32 Patentee before: LUOYANG SUNRUI SPECIAL EQUIPMENT Co.,Ltd. |