CN106756494B - 一种有效减少含锑耐候圆钢裂纹的生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种有效减少含锑耐候圆钢裂纹的生产工艺。通过适当提高S含量、降低O含量、控制Ti含量减少锑的析出和偏聚；通过提高结晶器电磁搅拌电流，提高非正弦振动频率、降低振幅、降低负滑脱时间降低振痕深度；通过提高铸坯矫直温度，避免FeSb在矫直前析出；并提高了保护渣C固成分、采用小方坯连铸控制压缩比、提高了加热速率和出钢节奏。采用上述工艺生产的含锑耐候圆钢表面质量良好，生产效率高，不需要进行滚磨处理，一次性探伤合格率可达92％以上。

Description

一种有效减少含锑耐候圆钢裂纹的生产工艺
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种有效减少含锑耐候圆钢裂纹的生产工艺。
背景技术
耐候钢，即耐大气腐蚀钢，是介于普碳钢和不锈钢之间的低合金钢系列，耐候钢由普碳钢添加少量铬、镍、铜等耐腐蚀元素而成，其表面易形成致密和附着性很强的保护膜，阻碍锈蚀往里扩散和发展，保护锈层下面的基体，以减缓其腐蚀速度，具有良好的耐大气腐蚀、抗疲劳等性能，主要用于制造集装箱、铁道车辆、石油井架、采油平台及化工石油设备中含硫化氢腐蚀介质的容器等结构件。
节能和环保是当今社会发展的永恒主题，越来越多的电厂、炼油厂都着手使用省煤器、空气预热器、热交换器和余热锅炉等余热回收装置。这类设备在一定程度上给国民生产带来了经济效益，但由于燃油、石油气、煤中的硫在燃烧过程中生成的SO2和SO3在换热冷却时要凝结成硫酸产生严重的硫酸露点腐蚀，严重降低普通耐候钢设备的使用寿命。
由于锑元素的加入对提高钢材的耐硫酸腐蚀能力有较大的帮助，科技工作者将锑加入耐候钢中，但锑元素的加入容易产生晶界偏析，对钢材的表面质量造成不利的影响，目前，含锑耐候钢的相关生产厂家通常对连铸坯进行倒角，对轧材进行多道滚磨后方可交货，生产效率极其低下。
如何有效减少含锑耐候钢裂纹，提高一次性探伤合格率，进而提高其生产效率，这些难题严重困扰着相关含锑耐候圆钢的生产厂家。
发明内容
本发明针对上述技术问题，提供了一种有效减少含锑耐候圆钢裂纹的生产工艺：
该含锑耐候圆钢的化学成分按质量百分数计算为：C 0.06～0.11％，Si 0.25～0.45％，Mn0.30～0.60％，P≤0.025％，S≤0.020％，Cr 0.70～1.10％，Cu 0.30～0.50％，Sb 0.04～0.08％，Ni 0.30～0.35％，其余为Fe和微量元素，
采用的生产工艺路线为：转炉冶炼→LF精炼→小方坯连铸→轧制工序，具体控制措施如下(未详述的操作细节，用现有技术中的常规工艺进行即可)：
(1)转炉冶炼
出钢1/4时随钢液依次加入脱氧剂、合金和渣料，
其中，步骤(1)控制出钢终点[C](“[]”表示元素的质量百分数，下同)为0.03～0.07％、出钢终点[P]≤0.018％，
出钢1/4时，加入的脱氧剂为电石和铝饼各1kg/t；加入的合金为硅锰5.5～6.0kg/t、硅铁2.2～2.8kg/t、铬铁15.3～16.1kg/t、铜4.0kg/t、锑合金0.60～0.65kg/t、镍板3.3kg/t；加入的渣料为石灰800kg/炉(每炉120吨，下同)、合成渣200kg/炉；
(2)LF精炼
LF精炼全程底吹氩搅拌，采用碳化硅和铝粒进行强化脱氧操作，取第一样后喂铝线100～150m调铝至0.015～0.025％，LF精炼结束前15分钟内加入钛铁1.8～2.2kg/t，精炼终渣二元碱度控制为R＝3.8～4.2，精炼结束后喂入硫铁线60～80m/炉，
该措施有助于适当提高硫含量、降低氧含量、提高钛含量，具体而言：控制成品中硫含量为0.008％～0.015％、氧含量为≤35ppm，且将成品中Ti含量控制为0.030％～0.050％，这有助于细化钢中硫化锰夹杂物的尺寸将MnS夹杂物变性为有益的细小、弥散分布的状态，降低了MnS夹杂物本身对钢性能的影响，同时也提高了MnS夹杂物的数量，使更多的锑能够在MnS夹杂物上富集析出，从而大大减少了锑在原奥氏体晶界的析出，同时有效减轻或消除了后续加热炉内和轧制过程中锑在晶界偏聚，大大减轻了因锑在晶界析出而导致的裂纹倾向；
(3)小方坯连铸，该步骤中需注意如下几点：
1、吊包温度设定为，开浇炉次：1615～1630℃，连浇炉次：1600～1615℃，提高结晶器电磁搅拌电流，适当提高非正弦振动频率，降低振幅，降低负滑脱时间，
其中，结晶器电磁搅拌电流控制为270±10A，非正弦振动频率为130+40V(opm)，振幅控制为±2.0mm，负滑脱时间控制为0.12±0.02s，
提高结晶器电磁搅拌电流可以降低初生坯壳的厚度，进而降低振痕深度；对含锑耐候钢而言，振痕深度与振动频率、振幅和滑脱时间也有关，因此适当提高振动频率、降低振幅、降低负滑脱时间也可以降低连铸坯的振痕深度，改善铸坯表面质量，避免过深的振痕造成连铸坯表面裂纹；
2、提高一冷水温差，二冷采用气雾冷却，优化二冷室喷嘴角度，二冷室加保温罩，以适当提高铸坯矫直温度，
其中，结晶器一冷水流量为100±5m3/h，一冷水温差控制为8～9℃，二冷的气雾冷却的比水量为0.40L/Kg，二冷一段、二段、三段水流量比例分别为40％、40％、20％，二冷室喷嘴角度控制为60～65°，铸坯矫直温度控制为1020～1070℃，
上述提高一冷水温差、优化二冷室喷嘴角度、二冷室加保温罩的措施可以提高铸坯矫直温度，由于FeSb的熔点为1019℃，铸坯矫直温度控制为1020～1070℃可确保矫直前无FeSb相析出，避免了由于FeSb相的析出在矫直应力的作用下导致的细小裂纹和裂纹扩展，提高了铸坯的表面质量，
3、采用多点矫直，连铸坯采用冷床冷却，
采用多点矫直为五点矫直，多点矫直可以避免因过大的矫直应力而导致的裂纹，
冷床冷却采用步进式冷床，步进式冷床可以提高冷却速度，减少锑的析出时间，提高了表面质量；
4、提高保护渣C固含量，具体将保护渣C固含量限定为14.5～15.5％，小方坯连铸断面为160mm*160mm，拉速为1.80±0.05m/min，
提高保护渣C固含量可以提高保护渣的保温性能，确保其润滑效果，避免连铸坯表面产生裂纹；采用小方坯连铸，其连铸坯断面为160mm*160mm，可以降低轧制时压缩比，避免极少数析出的锑在大的压缩比条件下产生裂纹并扩展；拉速为1.80±0.05m/min，过高会导致轧材出现严重的中心疏松，过低会造成矫直温度偏低，容易产生矫直裂纹；
(4)轧制工序
轧制过程中，采取冷坯装入，提高加热速率，提高出钢节奏：
其中，加热速率控制为15～18℃/min，出钢节奏控制为：相邻连铸坯(该连铸坯定尺为10m，断面为160mm×160mm)出钢间隔时间为50～70秒，即50～70秒轧一支10m的连铸坯；轧坯的速率为5～7s/m，
在冷装的前提下，提高加热效率快速升温，升温时间相对短则避免了铸坯在较低的温度(250-700℃)下停留时间过长，同时也避免了热装在相应温度(250-700℃)阶段停留时间长(铸坯转运时间较长)的缺陷，提高出钢节奏，也可以减少锑在较低温度条件下的停留时间，都是为了有效减少锑在晶界上的偏析；
并且采用高压水除磷，其压力14～20MPa，确保连铸坯表面氧化铁皮清除干净；加强控轧控冷控制，均热炉温度1180～1220℃，开轧温度1075～1105℃；轧制完成后圆钢及时避风堆冷，堆冷12小时后且在温度小于100℃时方可转运。
本发明的有益效果在于：提供了一种有效减少含锑耐候圆钢裂纹的生产工艺，确保了表面质量良好，生产效率高，不需要进行滚磨处理，一次性探伤合格率可达92％以上，解决了目前生产的含锑耐候圆钢存在的表面裂纹控制不好、探伤合格率低，连铸坯倒角、轧材需要多道滚磨等技术难题。
具体实施方式
生产工艺简述如下：
转炉冶炼→LF精炼→小方坯(160mm*160mm)连铸→轧机轧制工序。
实施例1
(1)转炉冶炼
转炉冶炼采用优质铁水，其中，入炉铁水中组分质量含量要求：Si：0.45％、P：0.094％、S：0.030％，入炉铁水温度T＝1310℃；
转炉冶炼控制出钢终点[C]＝0.05％，终点[P]＝0.012％，出钢温度1635℃，出钢过程采用滑板挡渣操作，出钢时间为4.0分钟，出钢1/4时随钢液依次加入脱氧剂、合金和渣料，
其中，加入的脱氧剂为电石和铝饼各1kg/t；加入的合金为硅锰5.8kg/t、硅铁2.5kg/t、铬铁15.8kg/t、铜4.0kg/t、锑合金0.62kg/t、镍板3.3kg/t；加入的渣料为石灰800kg/炉(每炉120吨，下同)、合成渣200kg/炉；
(2)精炼工序
LF精炼炉钢包加盖，确保LF精炼炉密封良好，炉内为还原性气氛，全程底吹氩搅拌，采用碳化硅120kg/炉和铝粒20kg/炉进行强化脱氧操作，取第一样后喂铝线120m调铝至0.019％，LF精炼结束前15分钟加入钛铁2.0kg/t，精炼终渣二元碱度控制为R＝4.0，精炼结束后喂入硫铁线70m/炉，精炼前期、中期底吹氩气量搅拌压力0.9MPa，流量250NL/min，精炼后期、末期底吹氩气量搅拌压力0.7MPa，流量200NL/min，精炼时间为50分钟。精炼完成后喂入硅钙线150m/炉，迅速转入到软吹区域进行软吹氩操作，软吹氩流量90NL/min，软吹氩时间为25分钟，本炉次为开浇炉次，软吹后吊包温度控制为1615～1630℃；
(3)小方坯连铸
连铸采用小方坯连铸，其断面为160mm*160mm，过热度控制40℃，拉速1.80m/min，二冷采用气雾冷却，弱冷配水模式，比水量为0.40L/Kg，二冷一段、二段、三段水流量比例分别为40％、40％、20％，二冷室喷嘴角度控制为62°；采用结晶器电磁搅拌，结晶器电磁搅拌电流控制为270A，频率控制为5HZ，非正弦振动频率为130+40V(opm)，振幅控制为±2.0mm，负滑脱时间控制为0.12s，并使用西宝包晶钢结晶器保护渣，C固含量为15.02％，碱度为R＝1.04，熔点1160℃，粘度为0.90Pa.S/1300℃，H2O＝0.20％；每隔2小时测量一次液渣层厚度，确保液渣层深度为7.5mm；结晶器一冷水流量为100±5m3/h，一冷水温差8～9℃；中包水口直径≥Φ30mm，水口插入深度为100mm，使用6h进行更换；
连铸二冷室加保温罩，铸坯矫直温度为1048℃，采用五点矫直，连铸坯采用步进式冷床冷却；连铸中包选用涂抹式中包，烘烤10.5小时，烘烤温度1120℃，勤加稻壳灰，保持中包黑渣操作；
(4)轧制工序
轧制过程中，采取冷坯装入，加强控轧控冷工艺控制，均热炉温度1205℃，开轧温度1090℃，加热速率为16.5℃/min，出钢节奏控制为：相邻连铸坯(该连铸坯定尺为10m，断面为160mm×160mm)出钢间隔时间为60秒，即60秒轧一支10m的连铸坯；采用高压水除磷，压力16MPa，确保连铸坯表面氧化铁皮清除干净；轧制完成后圆钢及时避风堆冷，堆冷12小时后且在温度小于100℃时方可转运。
本实施例中所生产的含锑耐候圆钢的化学成分按质量百分数计算为：C 0.09％，Si 0.36％，Mn 0.49％，Cr 0.92％，Cu 0.43％，Sb 0.06％，Ni 0.32％，硫含量控制为0.012％，氧含量控制为25ppm，Ti含量控制为0.040％，其余为Fe和微量元素，
对上述制得的连铸坯和轧材进行跟踪：连铸坯表面、轧材表面质量良好，均未发生裂纹，一次性探伤合格率为94.5％，实行黑皮交货，用户使用后反馈效果较好。
实施例2
将步骤(2)中的“本炉次为开浇炉次，软吹后吊包温度控制为1615～1630℃”修改为“本炉次为连浇炉次，软吹后吊包温度控制为1600～1615℃”，步骤(3)中的过热度为40℃修改为29℃，其余操作与实施例1相同。
本实施例中所生产的含锑耐候圆钢的化学成分按质量百分数计算为：C 0.09％，Si 0.35％，Mn 0.50％，Cr 0.91％，Cu 0.43％，Sb 0.06％，Ni 0.32％，硫含量控制为0.011％，氧含量控制为22ppm，Ti含量控制为0.038％，其余为Fe和微量元素。
对制得的连铸坯和轧材进行跟踪：连铸坯表面、轧材表面质量良好，均未发生裂纹，一次性探伤合格率为93.8％，实行黑皮交货，用户使用后反馈效果较好。
实施例3
将步骤(3)中的拉速修改为1.82m/min，步骤(4)中的加热速率修改为16.7℃/min，出钢节奏修改为58秒，其余操作与实施例2相同。
对制得的连铸坯和轧材进行跟踪：连铸坯表面、轧材表面质量良好，均未发生裂纹，一次性探伤合格率为95.4％，实行黑皮交货，用户使用后反馈效果较好。
对比实施例1
将成品硫含量控制为0.005％，其余操作与实施例2相同。
对制得的圆钢进行检验，圆钢表面质量不好，出现多处深裂纹，一次性探伤合格率为41.8％，需要进行多次滚磨，远差于本发明实施例中制备的钢材的表面质量。
对比实施例2
将步骤(3)中的“负滑脱时间”控制为0.18s，其余操作与实施例2相同。
对制得的圆钢进行检验，圆钢表面质量不好，出现多处深裂纹，一次性探伤合格率为45.3％，需要进行多次滚磨，远差于本发明实施例中制备的钢材的表面质量。
对比实施例3
通过对步骤(2)中LF精炼结束前钛铁加入量的调整，将成品钛含量控制为0.025％，其余操作与实施例2相同。
对制得的圆钢进行检验，圆钢表面质量不好，出现多处深裂纹，一次性探伤合格率为43.7％，需要进行多次滚磨，远差于本发明实施例中制备的钢材的表面质量。
对比实施例4
将步骤(3)中的“铸坯矫直温度”调整为1010℃，其余环节与实施例2相同。
对制得的圆钢进行检验，圆钢表面质量不好，出现多处深裂纹，一次性探伤合格率为58.6％，需要进行多次滚磨，远差于本发明实施例中制备的钢材的表面质量。

Claims (6)

1.一种有效减少含锑耐候圆钢裂纹的生产工艺，其特征在于：所述生产工艺的步骤为，
（1）转炉冶炼；
（2）LF精炼
LF精炼过程中，采用强化脱氧操作，精炼结束前加入钛，精炼结束后喂入硫，控制钛、硫含量，
其中，LF精炼全程底吹氩搅拌，采用碳化硅和铝粒进行强化脱氧操作，取第一样后喂铝线100～150m调铝至0.015～0.025%，LF精炼结束前15分钟内加入钛铁1.8～2.2kg/t，精炼终渣二元碱度控制为R=3.8～4.2，精炼结束后喂入硫铁线60～80m/炉；
（3）小方坯连铸
采用小方坯连铸，其连铸坯断面为160mm*160mm，拉速为1.80±0.05m/min，
连铸过程中，结晶器电磁搅拌电流控制为270±10A，非正弦振动频率为130+40V opm，振幅控制为±2.0mm，负滑脱时间控制为0.12±0.02s，将保护渣C固含量限定为14.5~15.5%，
结晶器一冷水流量为100±5m3/h，一冷水温差控制为8~9℃，二冷的气雾冷却的比水量为0.40L/kg ，二冷一段、二段、三段水流量比例分别为40%、40%、20%，二冷室喷嘴角度控制为60~65°，
铸坯矫直温度控制为1020~1070℃，采用多点矫直，连铸坯采用冷床冷却；
（4）轧制工序
轧制过程中，采取冷坯装入，加热速率控制为15~18℃/min，出钢节奏控制为，相邻连铸坯出钢间隔时间为50~70秒。
2.如权利要求1所述的有效减少含锑耐候圆钢裂纹的生产工艺，其特征在于：步骤（1）转炉冶炼的出钢过程中，出钢1/4时随钢液依次加入脱氧剂、合金和渣料，
其中，加入的脱氧剂为电石和铝饼各1kg/t；
加入的合金为硅锰5.5～6.0kg/t、硅铁2.2～2.8kg/t、铬铁15.3～16.1kg/t、铜4.0kg/t、锑合金0.60～0.65 kg/t、镍板3.3 kg/t；
加入的渣料为石灰800kg/炉、合成渣200kg/炉。
3.如权利要求1所述的有效减少含锑耐候圆钢裂纹的生产工艺，其特征在于：步骤（1）转炉冶炼的出钢过程中，控制出钢终点[C]为0.03～0.07％、出钢终点[P]≤0.018%。
4.如权利要求1所述的有效减少含锑耐候圆钢裂纹的生产工艺，其特征在于：步骤（3）的连铸过程中，吊包温度设定为，开浇炉次1615～1630℃，连浇炉次1600～1615℃。
5.如权利要求1所述的有效减少含锑耐候圆钢裂纹的生产工艺，其特征在于：步骤（3）中，采用多点矫直为五点矫直，冷床冷却采用步进式冷床。
6.如权利要求1所述的有效减少含锑耐候圆钢裂纹的生产工艺，其特征在于：步骤（4）中，所述连铸坯的断面为160mm*160mm，每支连铸坯定尺长度为10米。
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