CN105624552B - 一种V、Ti、Cr、Ni、Cu微合金高强钢及其冶炼方法 - Google Patents

一种V、Ti、Cr、Ni、Cu微合金高强钢及其冶炼方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于高强钢冶炼技术领域,具体涉及一种V、Ti、Cr、Ni、Cu微合金高强钢及其冶炼方法。该高强钢的化学成分按重量百分比计为:C 0.25~0.30%、Si 0.15~0.20%、Mn 0.25~0.30%、P 0~0.035%、S 0~0.035%、V 0.005~0.01%、Ti 0.005~0.01%、Cr 0~0.02%、Ni 0~0.03%、Cu 0~0.05%,其余为Fe和不可避免的杂质。该高强钢的冶炼方法中采用的脱氧合金化工艺,减少了金属脱氧材料的用量,降低了炼钢成本,并且生产出的微合金高强钢的力学性能完全满足GB/T 700‑2006标准中对普碳钢的要求。

Description

一种V、Ti、Cr、Ni、Cu微合金高强钢及其冶炼方法
技术领域
本发明属于高强钢冶炼技术领域,具体涉及一种V、Ti、Cr、Ni、Cu微合金高强钢及其冶炼方法。
背景技术
低合金高强度结构钢是指在普通碳素钢中加入少量或微量合金元素,通过制定合适的控轧控冷工艺,从而得到比普通碳素钢性能更为优良的高强度、高韧性和冷成型能力的热轧钢板。由于钢中加入的合金元素总量不多,这类合金钢属于低合金钢,通常在热轧状态下使用,其中以屈服强度235MPa级、345MPa级的低合金高强度结构钢(牌号Q235、Q345)的市场需求量最大。然而,市面上常见的Q235、Q345高强钢的屈服强度主要由Si、Mn元素贡献,想要降低高强钢的冶炼成本,就只能减少Si、Mn的用量,但Si、Mn的用量减少会导致钢的强度降低。因此,需要提供一种高强钢的冶炼方法,在降低生产成本的同时,又能保持高强钢良好的力学性能。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种V、Ti、Cr、Ni、Cu微合金高强钢,该高强钢的化学成分按重量百分比计为:C 0.25~0.30%、Si 0.15~0.20%、Mn 0.25~0.30%、P 0~0.035%、S 0~0.035%、V 0.005~0.01%、Ti 0.005~0.01%、Cr 0~0.02%、Ni 0~0.03%、Cu 0~0.05%,其余为Fe和不可避免的杂质。
优选的,上述V、Ti、Cr、Ni、Cu微合金高强钢,该高强钢的化学成分按重量百分比计为:C 0.26~0.29%、Si 0.16~0.19%、Mn 0.26~0.29%、P 0~0.025%、S 0~0.020%、V0.006~0.009%、Ti 0.006~0.009%、Cr 0~0.015%、Ni 0~0.025%、Cu 0~0.045%,其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供上述V、Ti、Cr、Ni、Cu微合金高强钢的冶炼方法,所述冶炼方法的工艺流程为转炉炼钢-小平台炉外处理-精炼-连铸,所述转炉炼钢阶段,采用的钢水脱氧合金化工艺为:当转炉冶炼终点钢水碳含量≤0.03%时,加入0.20~0.30kg/t钢碳粉进行预脱氧,当钢水铺满钢包罐底部时加入增碳剂,待出钢重量占总重量的1/3~1/2时,再依次加入增碳剂、硅锰合金和脱氧铝锭;所述增碳剂的累计用量为3.2~3.5kg/t钢;当转炉冶炼终点钢水碳含量>0.03%时,依次向钢水中加入增碳剂、硅锰合金和脱氧铝锭;所述增碳剂的用量为3.0~3.3kg/t钢。
其中,上述V、Ti、Cr、Ni、Cu微合金高强钢的冶炼方法中,所述钢水的化学成分按重量百分比计,含有V 0.006~0.009%、Ti 0.006~0.009%、Cr 0~0.015%、Ni 0~0.025%和Cu 0~0.045%。
其中,上述V、Ti、Cr、Ni、Cu微合金高强钢的冶炼方法中,所述硅锰合金的用量为4.7~4.9kg/t钢,其成分按重量百分比计为Mn 60.0~67.0%、Si 14.0~17.0%、C 0~2.5%、P 0~0.2%、S 0~0.2%,其余为Fe和不可避免的杂质。
其中,上述V、Ti、Cr、Ni、Cu微合金高强钢的冶炼方法中,所述脱氧铝锭的用量为0.6~0.8kg/t钢,其成分按重量百分比计为:Al≥98%,其余为C。
其中,上述V、Ti、Cr、Ni、Cu微合金高强钢的冶炼方法中,所述小平台炉外处理过程中,全程吹氩气,控制钢水的氧活度≤30ppm,酸溶铝Als含量0.010~0.030%,再加入5.5~6.5kg/t钢水的精炼渣。
其中,上述V、Ti、Cr、Ni、Cu微合金高强钢的冶炼方法中,所述精炼过程中,LF炉钢包精炼时的加热时间为5~10min。
其中,上述V、Ti、Cr、Ni、Cu微合金高强钢的冶炼方法中,所述精炼渣的主要成分按重量百分比计为CaO 75~85%、A12O3 15~25%和CaC2 0~5%。
其中,上述V、Ti、Cr、Ni、Cu微合金高强钢的冶炼方法中,小平台炉外处理过程中,吹氩流量控制以钢水表面裸露面积的直径不大于200mm,吹氩时间5~10min。
本发明的有益效果为:本发明方法中采用低成本的钢水脱氧合金化工艺,使用碳粉先进行预脱氧,减少了金属脱氧材料的使用量,也避免了金属脱氧产物对钢水的污染;钢水中的V、Ti、Cr、Ni、Cu微合金能够减少冶炼过程中Mn、Si的加入量,从而达到降低冶炼成本的目的。由该方法得到的微合金高强钢的力学性能完全满足国标GB/T 700-2006标准中对普碳钢的要求。
具体实施方式
本发明提供了一种V、Ti、Cr、Ni、Cu微合金高强钢,该高强钢的化学成分按重量百分比计为:C 0.25~0.30%、Si 0.15~0.20%、Mn 0.25~0.30%、P 0~0.035%、S 0~0.035%、V 0.005~0.01%、Ti 0.005~0.01%、Cr 0~0.02%、Ni 0~0.03%、Cu 0~0.05%,其余为Fe和不可避免的杂质。
优选的,上述V、Ti、Cr、Ni、Cu微合金高强钢,该高强钢的化学成分按重量百分比计为:C 0.26~0.29%、Si 0.16~0.19%、Mn 0.26~0.29%、P 0~0.025%、S 0~0.020%、V0.006~0.009%、Ti 0.006~0.009%、Cr 0~0.015%、Ni 0~0.025%、Cu 0~0.045%,其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明还提供了上述V、Ti、Cr、Ni、Cu微合金高强钢的冶炼方法,所述冶炼方法的工艺流程为转炉炼钢-小平台炉外处理-精炼-连铸,所述转炉炼钢阶段,采用的钢水脱氧合金化工艺为:当转炉冶炼终点钢水碳含量≤0.03%时,加入0.20~0.30kg/t钢碳粉进行预脱氧;当钢水铺满钢包罐底部时加入增碳剂,待出钢重量占总重量的1/3~1/2时,再依次加入增碳剂、硅锰合金和脱氧铝锭;所述增碳剂的累计用量为3.2~3.5kg/t钢;第一次加入增碳剂,主要是发挥增碳剂的碳脱氧作用,第二次加入是为了增碳,保证钢的碳含量在合适的范围内。
当转炉冶炼终点钢水碳含量>0.03%时,依次向钢水中加入增碳剂、硅锰合金和脱氧铝锭;所述增碳剂的用量为3.0~3.3kg/t钢。
其中,上述V、Ti、Cr、Ni、Cu微合金高强钢的冶炼方法中,所述增碳剂为本领域常用增碳剂,如石墨粉、焦炭等,优选为石墨粉。
其中,上述V、Ti、Cr、Ni、Cu微合金高强钢的冶炼方法中,本发明采用碳粉这种非金属脱氧材料进行脱氧,能够显著降低金属脱氧材料的用量,碳粉的脱氧效率和纯铝的脱氧效率可以按1︰1换算,通过推广使用转炉碳脱氧工艺,相对于原来生产普碳钢冶炼工艺,既减少了金属脱氧材料的用量,又减少了金属脱氧产物对钢水的污染。
其中,上述V、Ti、Cr、Ni、Cu微合金高强钢的冶炼方法中,所述钢水的化学成分按重量百分比计,含有V 0.006~0.009%、Ti 0.006~0.009%、Cr 0~0.015%、Ni 0~0.025%和Cu 0~0.045%,本发明钢水中微量的V、Ti、Cr、Ni、Cu能通过固溶强化、沉淀强化等作用,可弥补由Si、Mn含量降低带来的强度的影响,通过V、Ti、Cr、Ni、Cu微合金化的强化方式可以使普通碳素钢在降低成本的同时,获得非常好的力学性能。
其中,为了保持钢的强度,需要加入适量的硅锰合金,所述硅锰合金的用量为4.7~4.9kg/t钢,其成分按重量百分比计为Mn 60.0~67.0%、Si 14.0~17.0%、C 0~2.5%、P 0~0.2%、S 0~0.2%,其余为Fe和不可避免的杂质。
其中,上述V、Ti、Cr、Ni、Cu微合金高强钢的冶炼方法中,所述脱氧铝锭的用量为0.6~0.8kg/t钢,其成分按重量百分比计为:Al≥98%,其余为C。
其中,上述V、Ti、Cr、Ni、Cu微合金高强钢的冶炼方法中,所述小平台炉外处理过程中,全程吹氩气,控制钢水的氧活度≤30ppm,酸溶铝Als含量0.010~0.030%,再加入5.5~6.5kg/t钢水的精炼渣。
其中,上述V、Ti、Cr、Ni、Cu微合金高强钢的冶炼方法中,所述精炼过程中,LF炉钢包精炼时的加热时间为5~10min。
其中,上述V、Ti、Cr、Ni、Cu微合金高强钢的冶炼方法中,所述精炼渣的主要成分按重量百分比计为CaO 75~85%、A12O3 15~25%和CaC2 0~5%。
其中,上述V、Ti、Cr、Ni、Cu微合金高强钢的冶炼方法中,小平台炉外处理过程中,吹氩流量控制以钢水表面裸露面积的直径不大于200mm,吹氩时间5~10min。
连铸即是连续铸造,是炼钢时钢水不断地通过水冷结晶器,凝成硬壳后从结晶器下方出口连续拉出,经喷水冷却,全部凝固后切成坯料的铸造工艺过程。本发明的冶炼方法中,连铸采用常规连铸方法进行。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述,并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
下述实施例中所用硅锰合金的成分按重量百分比计为Mn 63.0%、Si 15.0%、C2.5%、P 0.2%、S 0.2%,其余为Fe和不可避免的杂质;所用脱氧铝锭的成分按重量百分比计为Al 98%,其余为C,所用增碳剂为石墨粉。
实施例1
120t转炉炼钢,出钢量133t。冶炼钢水终点碳含量为0.03%,出钢过程在钢水铺满钢包罐底部即先加入0.25kg/t钢碳粉进行预脱氧,要待钢包内碳-氧反应趋于平静后(约出钢1/3~1/2),再按照顺序加入增碳剂、硅锰合金、脱氧铝锭,其中增碳剂累计加入3.35kg/t钢,SiMn合金加入4.8kg/t钢,脱氧铝锭加入量0.7kg/t钢。小平台出站氧活度20ppm,钢水的Als含量为0.020%,小平台炉外处理过程中,加入6kg/t钢水的精炼渣,全程吹氩气,吹氩时间7.5min,LF炉钢包精炼时的加热时间为7.5min。经连铸工序,最终成材后钢成分:C:0.275%、Si:0.175%、Mn:0.275%、P:0.020%、S:0.014%、V:0.0075%,Ti:0.0075%,Cr:0.012%,Ni:0.022%,Cu:0.040%,其余为Fe和不可避免的杂质。
最终性能:屈服强度:350MPa,抗拉强度:433MPa,断后伸长率:45%。所生产V、Ti、Cr、Ni、Cu微合金高强钢完全满足国标及用户使用要求。
实施例2
120t转炉炼钢,出钢量134t。冶炼钢水终点碳含量为0.07%,出钢过程按照顺序加入增碳剂、硅锰合金、脱氧铝锭,其中增碳剂加入3.1kg/t钢,硅锰合金加入4.7kg/t钢,脱氧铝锭加入量0.6kg/t钢。小平台出站氧活度25ppm,钢水的Als含量为0.011%,小平台炉外处理过程中,加入5.6kg/t钢水的精炼渣,全程吹氩气,吹氩时间5.5min,LF炉钢包精炼时的加热时间为5.5min。经连铸工序,最终成材后钢成分:C:0.25%、Si:0.15%、Mn:0.25%、P:0.030%、S:0.030%、V:0.0055%,Ti:0.0055%,Cr:0.01%,Ni:0.0153%,Cu:0.045%,其余为Fe和不可避免的杂质。
最终性能:屈服强度:340MPa,抗拉强度:423MPa,断后伸长率:41%。所生产V、Ti、Cr、Ni、Cu微合金高强钢完全满足国标及用户使用要求。
实施例3
120t转炉炼钢,出钢量131t。冶炼钢水终点碳含量为0.05%,出钢过程按照顺序加入增碳剂、硅锰合金、脱氧铝锭,其中增碳剂加入3.2kg/t钢,硅锰合金加入4.85kg/t钢,脱氧铝锭加入量0.8kg/t钢。小平台出站氧活度20ppm,钢水的Als含量为0.025%,小平台炉外处理过程中,加入6.35kg/t钢水的精炼渣,全程吹氩气,吹氩时间9.5min,LF炉钢包精炼时的加热时间为9.5min。经连铸工序,最终成材后钢成分:C:0.29%、Si:0.19%、Mn:0.29%、P:0.015%、S:0.015%、V:0.009%,Ti:0.009%,Cr:0.019%,Ni:0.028%,Cu:0.035%,其余为Fe和不可避免的杂质。
最终性能:屈服强度:356MPa,抗拉强度:453MPa,断后伸长率:43%。所生产V、Ti、Cr、Ni、Cu微合金高强钢完全满足国标及用户使用要求。

Claims (7)

1.V、Ti、Cr、Ni、Cu微合金高强钢的冶炼方法,所述冶炼方法的工艺流程为转炉炼钢-小平台炉外处理-精炼-连铸,其特征在于,所述转炉炼钢阶段,采用的钢水脱氧合金化工艺为:当转炉冶炼终点钢水碳含量≤0.03%时,加入0.20~0.30kg/t钢碳粉进行预脱氧,当钢水铺满钢包罐底部时加入增碳剂,待出钢重量占总重量的1/3~1/2时,再依次加入增碳剂、硅锰合金和脱氧铝锭;所述增碳剂的累计用量为3.2~3.5kg/t钢;当转炉冶炼终点钢水碳含量>0.03%时,依次向钢水中加入增碳剂、硅锰合金和脱氧铝锭,所述增碳剂的用量为3.0~3.3kg/t钢;
该高强钢的化学成分按重量百分比计为:C 0.26~0.29%、Si 0.16~0.19%、Mn 0.26~0.29%、P 0~0.025%、S 0~0.020%、V 0.006~0.009%、Ti 0.006~0.009%、Cr 0~0.015%、Ni 0~0.025%、Cu 0~0.045%,其余为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述V、Ti、Cr、Ni、Cu微合金高强钢的冶炼方法,其特征在于,所述硅锰合金的用量为4.7~4.9kg/t钢,其成分按重量百分比计为Mn 60.0~67.0%、Si 14.0~17.0%、C 0~2.5%、P 0~0.2%、S 0~0.2%,其余为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述V、Ti、Cr、Ni、Cu微合金高强钢的冶炼方法,其特征在于,所述脱氧铝锭的用量为0.6~0.8 kg/t钢,其成分按重量百分比计为:Al≥98%,其余为C。
4.根据权利要求1所述V、Ti、Cr、Ni、Cu微合金高强钢的冶炼方法,其特征在于,所述小平台炉外处理过程中,全程吹氩气,控制钢水的氧活度≤30ppm,酸溶铝Als含量0.010~0.030%,再加入5.5~6.5kg/t钢水的精炼渣。
5.根据权利要求1所述V、Ti、Cr、Ni、Cu微合金高强钢的冶炼方法,其特征在于,所述精炼过程中,LF炉钢包精炼时的加热时间为5~10min。
6.根据权利要求4所述V、Ti、Cr、Ni、Cu微合金高强钢的冶炼方法,其特征在于,所述精炼渣的主要成分按重量百分比计为CaO 75~85%、A12O3 15~25%和CaC2 0~5%。
7.根据权利要求4所述V、Ti、Cr、Ni、Cu微合金高强钢的冶炼方法,其特征在于,小平台炉外处理过程中,吹氩流量控制以钢水表面裸露面积的直径不大于200mm,吹氩时间5~10min。
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