CN104878322B

CN104878322B - 一种低碳耐候钢的生产工艺

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Publication number: CN104878322B
Application number: CN201510247401.1A
Authority: CN
Inventors: 高宇波; 王日红; 赵阳; 赵新春
Original assignee: Zenith Steel Group Co Ltd
Current assignee: Changzhou Bangyi Iron and Steel Co., Ltd.; Zenith Steel Group Co Ltd
Priority date: 2015-05-14
Filing date: 2015-05-14
Publication date: 2017-01-04
Anticipated expiration: 2035-05-14
Also published as: CN104878322A

Abstract

一种低碳耐候钢的生产工艺，本发明属于钢材制备领域，特别涉及一种控制含铜、锑低碳耐候钢轧材表面质量的方法。本发明通过钢液成分设计、连铸工艺优化及铸坯出拉矫机后的冷却控制，提高了铸坯表面质量，并有效抑制了铸坯冷却过程中低熔点元素Cu、Sb在晶界的富集析出；采用热送工艺并提高出钢节奏，减少加热成本的同时，减少炉内加热时间，控制加热温度，采用高温快烧，缓解了加热过程中Cu、Sb等低熔点元素沿奥氏体晶界的二次富集；通过上述措施大大改善了由于铸坯表面角部裂纹及晶界裂纹导致的轧材表面质量问题，有效降低了轧材滚磨损耗率。

Description

一种低碳耐候钢的生产工艺

技术领域

本发明属于钢材制备领域，特别涉及一种制备含铜、锑低碳耐候钢轧材时表面质量的控制方法。

背景技术

含铜、锑耐候钢广泛用于制造在高含硫烟气中服役的省煤器、空气预热器、热交换器和蒸发器等装置设备，用于抵御含硫烟气结露腐蚀。经过长期检验，含铜、锑耐候钢种被普遍认为是国内理想的“耐硫酸低温腐蚀”用钢材之一，且其对于盐酸(HCl)、氢氟酸(HF)、苛性钠(NaOH)、氯化钠(NaCl)、都有较强的耐腐蚀性能。此外，为了保持良好的焊接性能，碳含量不宜过高。目前该耐候钢种市场需求好，且国内仅有少数几家特钢企业在生产该耐候钢种。

然而，该钢种轧材表面极易产生裂纹。首先，该钢种的碳含量正好处在包晶反应区，在结晶器中，δ-Fe完全转化为γ-Fe，相变体积收缩大，即坯壳线收缩量大，这样结晶器壁与坯壳间空隙也大，因而极易引起热流不均；二是该钢种中的Cu、Sb等元素含量较其它钢种明显要高，在结晶过程中偏析倾向大，使钢的晶界脆化。轧材裂纹或为连铸坯表面原有角部裂纹及晶界裂纹随轧制延伸引起的，抑或为铸坯在加热过程中Cu、Sb等低熔点元素再次沿奥氏体晶界渗透富集，使钢的晶界脆化所致。对该钢种热轧材进行酸洗检查发现，该钢种轧材表面通常存在明显的树皮状裂纹及三角裂纹。

该钢种表面缺陷较为严重且分布普遍的问题不仅对产品质量的稳定性存在较大程度的影响，而且增加了后续轧材的表面精整工作量，通常需要三道滚磨加点磨处理，平均滚磨损耗率高达4％左右，这在降低成材率的同时增加了生产附加成本。因此，有必要采取相应措施改善该钢种热轧材的表面质量，降低其滚磨损耗率。

专利CN201210463981.4和Chen R.Y.报道称，通过加入与铜含量成1:1或更高比例含量的镍，可达到抑制铜脆的效果，然而，大量Ni元素的加入，不仅增加了生产成本，而且也增加了该钢种耐腐蚀性能劣化的倾向；梁文等则尝试在耐候钢种加入一定量的稀土，通过稀土镧、铈、钇对低熔点元素的固定作用降低了Ni的加入量，但是稀土在钢中的应用尚不成熟，一方面稀土价格较贵，另一方面稀土处理不当反而会增加钢中的夹杂，恶化钢的性能，该方法的适用性有限且存有增加钢液夹杂物的风险；Chihiro Nagasaki等则通过加入元素硼起到了抑制含铜钢中的铜在晶界富集的效果，但该控制方法仅停留在实验室阶段，适用性较为有限，难以向工业化生产广泛推广。

同样值得注意的是，当前的专利及研究大都仅针对炼钢或轧制过程中的单一生产环节进行控制，而未有从成分设计开始到炼钢铸坯、铸坯转运、及轧制成材的全流程过程控制，且鲜有涉及较高含量的锑对表面质量的影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：含铜、锑耐候钢种轧材表面容易出现裂纹，增加了后续轧材的表面精整工作量，降低成材率的同时增加了生产附加成本。

为解决这一技术问题，本发明采用的技术方案是：提供一种含铜、锑低碳耐候钢，钢材料各成分按质量分数计算为：C：0.07～0.012％，Si：0.30～0.50％，Mn：0.45～0.75％，P：≤0.025％，S：≤0.015％，Cr：0.80～1.00％，Cu：0.35～0.50％，Sb：0.08～0.15％，Ni：0.10～0.15％，Ti：0.015～0.020％，其余为Fe。

本发明还提供了一种上述含铜、锑低碳耐候钢的制备方法，采用“EAF-CONVERTER电转炉冶炼+LF炉精炼+VD真空处理+CCM连铸工艺+热送+热轧”的工艺路线生产含铜、锑耐候钢，

其中，EAF-CONVERTER电转炉冶炼过程中，需要综合考虑耐候钢使用性能相关的耐大气腐蚀性、强度和韧性、以及焊接性能，对具体冶炼成份进行如下控制：

废钢及铁水要求Sn、As等低熔点元素含量＜0.010％，降低其对热脆性能的影响；

C含量为0.07～0.09％，保证良好焊接性能的同时降低热变性抗力，降低轧制过程中裂纹的形成；

Cu是提高钢耐腐蚀性能最主要、最普遍使用的合金元素，Cu一般控制在0.35％以上，但是Cu元素容易在晶界产生富集，因此其含量不宜超过0.45％，进一步提高Cu的含量不仅对耐候性贡献不大，反而极易引起铜脆，实际冶炼时Cu含量按0.35～0.40％进行控制；

Sb元素的加入在提高钢的硬度和耐蚀性的同时也增加了钢的脆性，Sb含量按0.08～0.10％进行控制；

Ni能与钢液中的Cu、Sb等低熔点元素形成合金而有效抑制其在晶界的富集析出，通常Ni含量在0.10％以上才能起到缓解铜脆的作用，不过Ni元素是贵重金属，因此其目标含量控制范围为0.10～0.15％，以抑制钢的热脆性并兼顾冶炼成本的经济性；

Si、Mn、Cr分别控制在0.35～0.45％、0.50～0.60％、0.85～0.95％范围内以实现良好的强韧性能及对耐蚀性的增补作用；

同时加入钛铁使得成品Ti含量为0.015～0.020％，进一步弥补碳低导致的强度不足；

P、S则分别控制在≤0.025％和≤0.015％范围内；

在上述成分控制的基础上，EAF-CONVERTER电转炉冶炼、LF炉精炼、VD真空处理采用现有技术中的工艺进行即可。

连铸工艺优化及控制：连铸坯断面尺寸为220mm×260mm，连铸过热度稳定在15～25℃之间，这为后续采用较高拉速奠定工艺基础的同时，也有利于降低Cu、Sb等低熔点元素在浇铸过程中的偏析富集；严格控制一冷水流量：100-105m³/h，一冷水进水温度：30±3℃，一冷水温差：7-9℃，以保证铸坯在结晶器内的弱冷及传热均匀性，同时使用包晶钢专用保护渣，加强铸坯与结晶壁间的润滑，防止铸坯表面出现凹陷及裂纹；连铸拉速为0.95±0.5m/min，可根据钢液温度及生产节奏进行适当调节，比水量设定为0.25L/kg，确保在进拉矫机前铸坯表面及角部温度在950～980℃范围内，从而降低矫直裂纹的出现几率；取消拉矫机后出坯辊道上的铸坯保温罩，提高出坯过程中铸坯的冷却速率，降低这个过程中低熔点元素，特别是Sb的析出速率，从而减轻其在铸坯表层的富集，同时通过调节出坯辊道转速，避免铸坯在出坯过程中过度冷却，确保铸坯装车温度控制在600～650℃范围内。

热送控制：通过采用带有保温层的热送车专用保温罩，将热送过程中的温降控制在50℃以内，同时根据生产规格及不同生产线的产能优化排产计划，以提高炼钢与轧钢生产节奏的匹配性，减少铸坯在加热炉外的等待时间，实现铸坯入炉温度550～600℃。

热轧工艺控制：加热炉内最高加热温度提高至1250℃，避免铸坯在1100～1200℃的液态Cu相最强浸润性及渗透性温度范围内长时间停留，当加热温度在1100～1200℃时，铜的浸润性最强，因此，在该温度下富集形成的液态铜相沿奥氏体晶界的渗透最容易，也就越容易产生铜脆；随加热温度继续升高，导致铜的润湿性的减弱及扩散能力的增强，铜的富集及沿晶界的渗透反而减弱，加热至1250℃时，液态铜相基本消失，铜脆效应减弱，

同时该钢种前后生产钢种尽量安排热送钢种，提高出钢节奏至80～100秒，并将铸坯在加热炉内的加热时间压缩至105～125分钟，加热炉内采用空燃比0.5～0.6，控制弱还原性或中性气氛，进一步缓解加热过程中Cu、Sb等低熔点元素沿奥氏体晶界的二次富集；铸坯开轧温度控制在1080～1130℃范围内。

本发明的有益效果在于：本发明发挥Ni对铜脆抑制作用的同时，大大降低了Ni的加入量，从而降低了生产成本及Ni对本钢种耐腐蚀性的恶化效应；通过钢液成分设计、连铸工艺优化及铸坯出拉矫机后的冷却控制，提高了铸坯表面质量，并有效抑制了铸坯冷却过程中低熔点元素Cu、Sb在晶界的富集析出；采用热送工艺并提高出钢节奏，减少加热成本的同时，减少炉内加热时间，控制加热温度，采用高温快烧，尽量避开Cu、Sb渗透力最强的温度区域，从而缓解了加热过程中Cu、Sb等低熔点元素沿奥氏体晶界的二次富集；通过上述措施大大改善了由于铸坯表面角部裂纹及晶界裂纹导致的轧材表面质量问题，有效降低了轧材滚磨损耗率。

本发明覆盖了生产耐候钢时炼钢及轧钢过程中的所有关键环节，在增强各控制流程兼容性的同时，使得本专利对于实际生产过程中表面质量的控制更具缜密性，且对于其它耐候钢种同样具有参考适用性。

具体实施方式

实施例1

采用EAF-CONVERTER电转炉冶炼→LF炉精炼→VD真空处理→CCM连铸→热送→热轧的工艺路线生产含铜、锑低碳耐候钢。

冶炼成品成份控制：C：0.07％，Si：0.39％，Mn：0.52％，Cr：0.95％，Cu：0.37％，Sb：0.09％，Ni：0.12％，Ti：0.017％，P：0.020％，S：0.003％，其余为Fe。

连铸过热度22℃，一冷水流量102m³/h，进水温度31℃，一冷水温差7.6℃，二冷比水量0.25L/kg，拉速为0.95m/min，使用包晶钢专用保护渣，铸坯进拉矫机温度952～978℃，取消拉矫机后出坯辊道上的铸坯保温罩，提高出坯过程中铸坯的冷却速率，同时通过调节出坯辊道转速，避免铸坯在出坯过程中过度冷却而使得铸坯温度过低，铸坯装车温度624～637℃。

该批次生产规格为Φ80mm，采用带保温层结构保温罩的专用热送车将热坯送至六轧三线生产，铸坯入炉温度569～589℃，在加热炉内的最高加热温度(即目标温度)为1248℃，加热炉升温速率为15℃/min，总加热时间115分钟，加热炉内空燃比为0.52，铸坯开轧温度1105～1123℃，终轧温度952～958℃，平均出钢节奏为84秒。

通过上述实施方法，所得含铜、锑低碳耐候钢热轧材通过一道滚磨加点磨即可将表面裂纹清除尽，滚磨损耗率为1.96％。

实施例2：

冶炼成品成份控制：C：0.07％，Si：0.41％，Mn：0.51％，Cr：0.93％，Cu：0.36％，Sb：0.08％，Ni：0.13％，Ti：0.015％，P：0.018％，S：0.002％，其余为Fe。

连铸过热度24℃，一冷水流量100m³/h，进水温度29℃，一冷水温差8.1℃，二冷比水量0.25L/kg，拉速为0.98m/min，使用包晶钢专用保护渣，铸坯进拉矫机温度961～982℃，取消拉矫机后出坯辊道上的铸坯保温罩，提高出坯过程中铸坯的冷却速率，同时通过调节出坯辊道转速，避免铸坯在出坯过程中过度冷却而使得铸坯温度过低，铸坯装车温度628～643℃。

该批次生产规格为Φ50mm，采用带保温层结构保温罩的专用热送车将热坯送至六轧二线生产，铸坯入炉温度573～596℃，在加热炉内的最高加热温度(即目标温度)为1252℃，加热炉升温速率为15℃/min，总加热时间109分钟，加热炉内空燃比为0.53，铸坯开轧温度1112～1127℃，终轧温度948～957℃，平均出钢节奏为92秒。

通过上述实施方法，所得含铜、锑低碳耐候钢热轧材通过一道滚磨即可将表面裂纹清除尽，滚磨损耗率为1.85％。

实施例3：

冶炼成品成份控制：C：0.08％，Si：0.40％，Mn：0.54％，Cr：0.92％，Cu：0.39％，Sb：0.09％，Ni：0.14％，Ti：0.017％，P：0.021％，S：0.002％，其余为Fe。

连铸过热度20℃，一冷水流量105m³/h，进水温度32℃，一冷水温差7.7℃，二冷比水量0.25L/kg，拉速为0.92m/min，使用包晶钢专用保护渣，铸坯进拉矫机温度951～971℃，取消拉矫机后出坯辊道上的铸坯保温罩，提高出坯过程中铸坯的冷却速率，同时通过调节出坯辊道转速，避免铸坯在出坯过程中过度冷却而使得铸坯温度过低，铸坯装车温度611～632℃。

该批次生产规格为Φ65mm，采用带保温层结构保温罩的专用热送车将热坯送至六轧三线生产，铸坯入炉温度558～576℃，在加热炉内的最高加热温度(即目标温度)为1250℃，加热炉升温速率为15℃/min，总加热时间112分钟，加热炉内空燃比为0.50，铸坯开轧温度1098～1112℃，终轧温度951～959℃，平均出钢节奏为89秒。

通过上述实施方法，所得含铜、锑低碳耐候钢热轧材通过一道滚磨即可将表面裂纹清除尽，滚磨损耗率为1.76％。

本实施例所得的含铜、锑低碳耐候钢的力学性能、耐硫酸腐蚀性能以及反映焊接性能的碳当量如表1所示：

表1 实施例3生产钢种的力学性能、耐腐蚀性能及碳当量

*耐腐蚀性的测定条件为：在70℃的浓度为50％H₂SO₄溶液中浸泡24h

由表1可知，本实施例条件下制得的含铜、锑低碳耐候钢的力学性能、耐腐蚀性能完全满足相关国家标准的要求。同时，根据国际焊接学会IIW推荐的碳当量计算公式Ce＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15计算得出碳当量Ce＝0.285<0.4，这表明钢材的焊接性能良好，不需要进行预热及焊后热处理。

对比实施例1

冶炼成品成份控制：C：0.07％，Si：0.40％，Mn：0.52％，Cr：0.95％，Cu：0.37％，Sb：0.08％，Ni：0.12％，Ti：0.017％，P：0.020％，S：0.003％，其余为Fe。

该批次生产规格为Φ80mm，采用带保温层结构保温罩的专用热送车将热坯送至六轧三线生产，铸坯入炉温度569～589℃，在加热炉内的最高加热温度(即目标温度)为1150℃，加热炉升温速率为15℃/min，总加热时间160分钟，加热炉内空燃比为0.52，铸坯开轧温度1055～1113℃，终轧温度952～958℃，平均出钢节奏为102秒。

通过上述实施方法，所得含铜、锑低碳耐候钢热轧材通过一道滚磨加点磨无法将表面裂纹清除尽，通过3道滚磨加点磨才实现表面裂纹除尽，滚磨损耗率为3.89％。

对比实施例1所得的含铜、锑低碳耐候钢的力学性能、耐硫酸腐蚀性能以及反映焊接性能的碳当量如表2所示：

表2

*耐腐蚀性的测定条件为：在70℃的浓度为50％H₂SO₄溶液中浸泡24h 。

Claims

1.一种低碳耐候钢的制备方法，其特征在于：

所述耐候钢各成分按质量分数计算为，C 0.07～0.012％，Si 0.30～0.50％，Mn 0.45～0.75％，P≤0.025％，S≤0.015％，Cr 0.80～1.00％，Cu 0.35～0.50％，Sb 0.08～0.15％，Ni 0.10～0.15％，Ti 0.015～0.020％，其余为Fe；

所述制备方法为，

采用“EAF-CONVERTER电转炉冶炼+LF炉精炼+VD真空处理+CCM连铸工艺+热送+热轧”的工艺路线生产含铜、锑耐候钢，

其中，所述的EAF-CONVERTER电转炉冶炼过程中，按质量分数计算，控制废钢及铁水中C含量为0.07～0.09％、Cu含量为0.35～0.40％、Sb含量为0.08～0.10％、Ni含量为0.10～0.15％、Si含量为0.35～0.45％、Mn含量为0.50～0.60％、Cr含量为0.85～0.95％、P含量≤0.025％、S含量≤0.015％；

所述的CCM连铸工艺中，连铸坯断面尺寸为220mm×260mm，连铸过热度稳定在15～25℃之间，控制一冷水流量为100-105m³/h，一冷水进水温度为30±3℃，一冷水温差为7-9℃，控制在进拉矫机前铸坯表面及角部温度在950～980℃范围内，铸坯装车温度控制在600～650℃范围内；

所述的热轧工艺中，铸坯入炉温度为550～600℃，加热炉的升温速率为10～15℃/min，加热炉内最高加热温度为1250℃，铸坯在加热炉内的加热时间为105～125分钟。

2.如权利要求1所述的低碳耐候钢的制备方法，其特征在于：所述的CCM连铸工艺中，控制连铸拉速为0.95±0.5m/min，比水量为0.25L/kg。

3.如权利要求1所述的低碳耐候钢的制备方法，其特征在于：所述的热送过程中，将温降控制在50℃以内。

4.如权利要求1所述的低碳耐候钢的制备方法，其特征在于：所述的热送过程中，采用带有保温层的热送车专用保温罩。

5.如权利要求1所述的低碳耐候钢的制备方法，其特征在于：所述的热轧过程中，控制出钢节奏为80～100秒。

6.如权利要求1所述的低碳耐候钢的制备方法，其特征在于：所述的热轧过程中，加热炉内空燃比为0.5～0.6。

7.如权利要求1所述的低碳耐候钢的制备方法，其特征在于：所述的热轧过程中，铸坯开轧温度控制在1080～1130℃。