CN108823346A - 一种低成本生产二级探伤q345r中厚钢板的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低成本生产二级探伤Q345R中厚钢板的方法，本发明中是以Ti合金替代部分Mn进行合金化，使Mn含量降低至0.7～0.9%，Ti含量为0.035～0.045%，以进一步降低生产成本；本发明钢板是采用转炉冶炼—氩站处理—板坯连铸工艺进行生产的，在生产过程中，通过转炉冶炼工艺条件控制，使钢水磷含量符合要求，在氩站处理过程中，通过严格的工艺条件使钢水成分达到目标成分，再通过严格的板坯连铸工艺及后续工艺，生产出二级探伤合格率高达95%以上的Q345R中厚钢板，生产成本降低100元/吨以上；本发明方法以氩站处理代替LF+RH精炼工序，大大降低了渣料消耗、电耗及污染物的排放，有利于钢厂的节能减排。

Description

一种低成本生产二级探伤Q345R中厚钢板的方法
技术领域
本发明涉及钢铁材料技术领域，特别是一种低成本生产二级探伤Q345R中厚钢板的方法。
背景技术
Q345R钢是屈服强度为345MPa级的压力容器专用板，它具有良好的综合力学性能和工艺性能，由于其抗拉强度、延伸率要求高于16MnR低合金钢，且对冲击韧性的要求更为严格，因此其硫、磷等杂质元素含量要求低于16MnR，2010年以后，Q345R作为16MnR的升级换代产品开始广泛应用，是目前我国用途最广、用量最大的压力容器专用钢板，而6~25mm中厚板又是该钢种最主要的供货规格。
《GB 713～2008 锅炉和压力容器用钢板》标准中对Q345R压力容器钢板的要求包括屈服强度、抗拉强度基本要求，伸长率＞21%，以及0℃V型冲击功大于34J等，而针对不同规格、不同应用范围等条件，特定技术指标会有更为严格的要求，特别是多数工程应用都对该种钢板提出了二级探伤要求，相应的钢质纯净度要求明显提高，因此，该类钢板的生产控制，特别是低成本、大批量稳定生产控制具有较高难度。
目前，国内各大钢铁企业炼钢环节一般采用“转炉冶炼—LF+RH精炼—板坯连铸”工艺冶炼探伤交货的Q345R钢板，钢水经过转炉熔炼后，利用LF精炼降低夹杂物总量，有效控制夹杂物形态，同时利用RH有效降低钢水中有害气体[Ｎ]的含量，进一步提升钢水纯净度。以上流程生产Q345R钢板在钢水纯净度控制和钢水纯净度控制方面具有一定优势，但是各大钢铁企业均能批量生产的背景下，市场竞争异常激烈，而在钢铁冶金过程自动化、精细化控制日趋完善的条件下，在该钢种生产过程中适当缩短流程、优化工艺、降低成本成为可能。目前比较常用的方法是取消LF+RH精炼过程，该类精炼过程大部分在氩站处理中实现，这样至少可节约100元/吨钢以上的成本，并且取消LF+RH精炼流程，对提高生产效率，减少过程消耗，实现绿色炼钢及行业技术进步也具有积极意义。
申请人于2016年开始研究“转炉冶炼—氩站处理—板坯连铸”生产Q345R中厚钢板工艺，并且为了进一步降低生产成本，以Ti合金替代部分Mn进行合金化，使Mn含量降低至0.7～0.9，Ti含量为0.035～0.045；但是在上述工艺开发过程中，发现直接用氩站处理代替LF+RH精炼流程，会出现以下几方面的问题：
（1）转炉冶炼后的钢液不经LF处理，无法二次升温，就需要高温出钢，高温不利于脱磷，而取消LF精炼后无法进行再次脱硫，影响成品S含量，而RH取消后，脱气也无法进行，因此转炉冶炼效果对成品质量有决定性影响，而成品钢板内部质量直接影响探伤合格率；
（2）在氩站以钛代锰合金化时，如果钢水脱氧不彻底，则容易造成Ti的氧化，一方面增加合金化成本，一方面Ti的氧化物如果在钢液中残留较多，可能在浇注过程中造成浸入式水口堵塞，影响生产效率；
（3）取消LF+RH的精炼工序后，生产节奏加快，氩站总的处理时间有限，脱氧产生的Al2O3，以及加入钛微合金化后产生的Ti氧化物夹杂物上浮效果可能出现波动，影响钢水纯净度，也会造成成品探伤合格率的波动。
因此，如何控制铁水及废钢等原料物化指标，优化转炉冶炼过程，同时又提出一套高效、低成本的氩站处理控制方法，解决Q345R冶金生产过程中杂质元素控制，高效脱氧及后续夹杂物控制以及以钛代锰的效果控制等问题成为本发明要解决的问题。
发明内容
本发明的目的就是针对目前Q345R中厚钢板普遍要求二级探伤交货，而采用“转炉冶炼—LF+RH精炼—板坯连铸”工艺冶炼Q345R钢板，生产成本高，渣料消耗、电耗均较大，竞争力不强的问题，提供一种低成本生产二级探伤Q345R中厚钢板的方法；本发明方法通过合理调整钢板成分，采用“转炉冶炼—氩站处理—板坯连铸”工艺来生产Q345R中厚钢板，严格控制原料物化指标，优化转炉冶炼过程和氩站处理过程工艺参数，实现低成本生产Q345R钢板的目的。
本发明的一种低成本生产二级探伤Q345R中厚钢板的方法，所述Q345R中厚钢板含有下述质量百分含量的化学成分：C：0.16～0.20%，Si：0.28～0.35%，Mn：0.7～0.9%，Ti：0.035～0.045%，P≤0.018%，S≤0.010%，Als：0.03～0.04%，N≤0.004%，Ca：0.0025～0.004%，余量为Fe及不可避免杂质；成品钢板厚度为6～25mm，其生产方法包括下述步骤：
（1）铁水处理：
要求原料铁水磷含量≤0.15%，铁水采用KR预处理深脱硫，脱硫后铁水硫含量≤30ppm，铁水兑入转炉前温度≥1280℃，向炉内先兑入20～25t的低硫废钢，之后兑入铁水130～140t；
（2）转炉冶炼：
采用双渣法冶炼工艺，第一次造渣吹炼：吹炼开始时，按20～24kg/t钢的比例一次性加入低硫活性石灰，枪位控制在1.75m进行高枪位低强度吹炼，氧压控制在0.8～0.85MPa，供氧强度控制在2.8～3.0Nm3/t•min，底吹强度为0.08～0.09Nm3/t•min，在吹炼至240～330s时，加入生白云石降温，加入量为6～9kg/t钢，供氧吹炼至480～510s时，结束第一次吹炼，控制吹炼结束温度范围为：1360～1400℃，炉渣二元碱度CaO/SiO2范围为2.4～2.8，渣中TFeO含量16～20%，结束后提枪倒炉，倒出第一次吹炼富磷渣量的50～55%；
摇正炉体，进行第二次造渣吹炼：造渣吹炼开始时，向转炉中分2批次加入低硫活性石灰，总加入量为12～15kg/t钢，枪位控制在1.6m，氧压控制在0.9～0.95MPa，供氧强度控制在3.0～3.3Nm3/t•min，底吹强度为0.06～0.08Nm3/t•min，吹炼期间按需要加入生白云石降温，在吹氧结束前180s内，不再加入任何渣料，两次吹炼总供氧时间960～1020s，控制终渣二元碱度CaO/SiO2范围为3.5～3.8，转炉终点碳含量0.05～0.08%，终点钢水磷含量≤0.012%，终点温度范围1650～1680℃；
（3）出钢：
出钢过程避免任何点吹操作，避免异常增氮；出钢过程中加入硅锰合金进行脱氧，采用滑板挡渣出钢，严格控制下渣量，出钢后钢水罐内渣厚≤50mm；
（4）氩站处理：
钢水罐到氩站后，首先以氩气压力0.2±0.05MPa为基础，保持氩气底吹稳定在3～4L/t•min的流量范围，钢水罐上表面钢水裸露直径150～200mm，钢液面渣层稳定后，立即喂入直径16mm铝线，喂入速度420～450m/min，喂入量为0.5～0.6kg/t钢，铝线喂入完成后，将钢液C含量及硅锰等合金成分调整至目标值，以2.5～3L/t•min的底吹氩气强度，软吹60～90s，钢水定氧，溶解氧含量≤20ppm，提升底吹氩气强度至3～4L/t•min的范围，立即喂入含钛30%的直径16mm的钛铁线，喂入速度420～450m/min，喂入量为1.6～2.0kg/t钢水，钛铁线喂入完成后，立即向钢水中喂入直径13mm的硅钙线，喂入速度360～400m/min，喂入量2m/t钢水，硅钙线喂入结束后，降低底吹氩气强度至2.5～3L/t•min，进行软吹，促进夹杂物上浮，此时钢水裸露直径≤100mm，且无液面翻腾现象，软吹时间为8～10min，软吹结束钢水温度为1560～1575℃，将钢水罐吊运至连铸平台进行浇铸；氩站处理结束后钢水成分达到目标成分；
（5）连铸：
中间包钢水过热度保持在15～25℃之间，严格进行保护浇铸，连铸过程增氮、氧均≤3ppm，铸坯尺寸250/300×（1500～2300）mm；
（6）铸坯缓冷及下送
铸坯全部堆垛48小时后再下送，以利于铸坯晶间气体持续自然逸散，提高钢质纯净度；
（7）铸坯加热及轧制
按常规方案进行，成品厚度为6～25mm，钢板依据标准进行探伤合格后入库。
所述转炉为150t顶底复吹转炉。
所述成品钢板的力学性能指标如下：Rm≥510MPa，Rel≥345MPa，A≥21%，Rel/ Rm≤0.75 ，钢板横向试样0℃冲击吸收功（KV2）≥34J。
所述步骤（5）中的保护浇铸是指使用实心塞棒控流、使用二元碱度CaO/SiO2≥2的碱性中间包覆盖剂，中碳结晶器保护渣。
本发明在钢板冶炼过程中为了使钢板成分达到目标范围且各项力学性能合格，主要采取了以下措施：
（1）铁水处理时采用KR预处理深度脱硫，加入废钢也是采用低硫废钢，目的是从原料上控制成品硫含量；
（2）转炉冶炼时采用双渣法冶炼工艺，在第一渣冶炼时，采取高枪位（1.75m）低强度（氧压控制在0.8～0.85MPa，供氧强度控制在2.8～3.0Nm3/t•min）吹炼，超强底吹（0.08～0.09Nm3/t•min）模式，提高炉渣氧化性，并适时加入生白云石降温，在较低温度状态下造富磷渣，促进磷的脱除；第二渣冶炼时枪位控制、底吹强度均低于第一渣，而吹炼强度提高（氧压控制在0.9～0.95MPa，供氧强度控制在3.0～3.3Nm3/t•min），有助于钢水中磷的进一步脱除，在第二渣吹炼结束后，使终点钢水磷含量≤0.012%；
（3）在氩站处理时，采用适度的氩气压力及底吹强度，使钢水罐上表面钢水裸露直径始终保持在150-200mm，既能减少钢液与空气的接触，同时又保证硅钙包芯线、铝线、钛铁线、钙钛线等从钢液裸露处高效喂入；并选用大直径铝线、钛铁线、硅钙线，一方面可以保证高速喂入，缩短反应时间，一方面可以减少钢液与空气接触时间，减少钢水增氮量，氩站处理硅钙线结束后降低底吹强度以缩小钢液面裸露直径，软吹8-10min至钢液温度达到1560-1757℃，钢液成分达到目标成分范围；
（4）板坯连铸时采用严格保护浇铸方式：保证浇注过程中钢水增氮、增氧均≤3ppm，浇铸完成后堆垛48小时后下送轧制，制得6～25mm中厚度钢板。
本发明与现有技术相比，在钢板成分上，本发明以Ti合金替代部分Mn进行合金化，使Mn含量降低至0.7～0.9%，Ti含量为0.035～0.045%，以进一步降低生产成本；在冶炼方法上本发明钢板是采用转炉冶炼—氩站处理—板坯连铸工艺进行生产的，在生产过程中，通过转炉冶炼工艺条件控制，使钢水磷含量符合要求，在氩站处理过程中，通过严格的工艺条件使钢水成分达到目标成分，再通过严格的板坯连铸工艺及后续工艺，生产出二级探伤合格率高达95%以上的Q345R中厚钢板，生产成本降低100元/吨以上；本发明方法以氩站处理代替LF+RH精炼工序，大大降低了渣料消耗、电耗及污染物的排放，有利于钢厂的节能减排。
具体实施方式
为了更好地解释本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行进一步的说明，下述实施例仅仅是示例性的说明本发明的技术方案，并不以任何形式限制本发明。
下表1为本发明各实施例及对比例钢板中所含化学成分的质量百分含量列表；
下表2为本发明各实施例钢板的生产方法中各工艺参数的取值列表；
下表3为本发明各实施例钢板的力学性能测试结果。
本发明各实施例的中厚钢板的冶炼方法，包括下述步骤：
（1）铁水处理：
要求原料铁水磷含量≤0.15%，铁水采用KR预处理深脱硫，脱硫后铁水硫含量≤30ppm，铁水兑入转炉前温度≥1280℃，向炉内先兑入20～25t的低硫废钢，之后兑入铁水130～140t；
（2）转炉冶炼：
采用双渣法冶炼工艺，第一次造渣吹炼：吹炼开始时，按20～24kg/t钢的比例一次性加入低硫活性石灰，枪位控制在1.75m进行高枪位低强度吹炼，氧压控制在0.8～0.85MPa，供氧强度控制在2.8～3.0Nm3/t•min，底吹强度为0.08～0.09Nm3/t•min，在吹炼至240～330s时，加入生白云石降温，加入量为6～9kg/t钢，供氧吹炼至480～510s时，结束第一次吹炼，控制吹炼结束温度范围为：1360～1400℃，炉渣二元碱度CaO/SiO2范围为2.4～2.8，渣中TFeO含量16～20%，结束后提枪倒炉，倒出第一次吹炼富磷渣量的50～55%；
摇正炉体，进行第二次造渣吹炼：造渣吹炼开始时，向转炉中分2批次加入低硫活性石灰，总加入量为12～15kg/t钢，枪位控制在1.6m，氧压控制在0.9～0.95MPa，供氧强度控制在3.0～3.3Nm3/t•min，底吹强度为0.06～0.08Nm3/t•min，吹炼期间按需要加入生白云石降温，在吹氧结束前180s内，不再加入任何渣料，两次吹炼总供氧时间960～1020s，控制终渣二元碱度CaO/SiO2范围为3.5～3.8，转炉终点碳含量0.05～0.08%，终点钢水磷含量≤0.012%，终点温度范围1650～1680℃；
（3）出钢：
出钢过程避免任何点吹操作，避免异常增氮；出钢过程中加入硅锰合金进行脱氧，采用滑板挡渣出钢，严格控制下渣量，出钢后钢水罐内渣厚≤50mm；
（4）氩站处理：
钢水罐到氩站后，首先以氩气压力0.2±0.05MPa为基础，保持氩气底吹稳定在3～4L/t•min的流量范围，钢水罐上表面钢水裸露直径150～200mm，钢液面渣层稳定后，立即喂入直径16mm铝线，喂入速度420～450m/min，喂入量为0.5～0.6kg/t钢，铝线喂入完成后，将钢液C含量及硅锰等合金成分调整至目标值，以2.5～3L/t•min的底吹氩气强度，软吹60～90s，钢水定氧，溶解氧含量≤20ppm，提升底吹氩气强度至3～4L/t•min的范围，立即喂入含钛30%的直径16mm的钛铁线，喂入速度420～450m/min，喂入量为1.6～2.0kg/t钢水，钛铁线喂入完成后，立即向钢水中喂入直径13mm的硅钙线，喂入速度360～400m/min，喂入量2m/t钢水，硅钙线喂入结束后，降低底吹氩气强度至2.5～3L/t•min，进行软吹，促进夹杂物上浮，此时钢水裸露直径≤100mm，且无液面翻腾现象，软吹时间为8～10min，软吹结束钢水温度为1560～1575℃，将钢水罐吊运至连铸平台进行浇铸；氩站处理结束后钢水成分达到目标成分；
（5）连铸：
中间包钢水过热度保持在15～25℃之间，严格进行保护浇铸，连铸过程钢水增氮、氧均≤3ppm，铸坯尺寸250/300×（1500～2300）mm；
（6）铸坯缓冷及下送
铸坯全部堆垛48小时后再下送，以利于铸坯晶间气体持续自然逸散，提高钢质纯净度；
（7）铸坯加热及轧制
按常规方案进行，成品厚度为6～25mm，钢板依据标准进行探伤合格后入库。
所述转炉为150t顶底复吹转炉。
所述成品钢板的力学性能指标为：Rm≥510MPa，Rel≥345MPa，A≥21%，Rel/Rm≤0.75 ，钢板横向试样0℃冲击吸收功（KV2）≥34J。
所述步骤（5）中的保护浇铸是指使用实心塞棒控流、使用二元碱度CaO/SiO2≥2的碱性中间包覆盖剂，中碳结晶器保护渣。
表1 本发明各实施例及钢板的化学成分（wt，%）
表2 本发明各实施例及对比例的主要工艺参数取值列表
表3 本发明各实施例及对比例的力学性能试验结果
力学性能分析：从上表中可以看出，采用以钛代锰及短流程工艺后，钢板的力学性能与传统高锰成分体系及长流程工艺相当，且抗拉强度富余量更多，冲击韧性数值更佳。
上述实施例仅仅是示例性的解释说明本发明，并不以任何形式限制本发明，任何人在依据本发明权利要求的原理下对本发明进行的任何内容或形式上的非实质性的改变，均应视为落入本发明权利要求的实质保护范围内。

Claims (3)

1.一种低成本生产二级探伤Q345R中厚钢板的方法，其特征在于：所述Q345R中厚钢板含有下述质量百分含量的化学成分：C：0.16～0.20%，Si：0.28～0.35%，Mn：0.7～0.9%，Ti：0.035～0.045%，P≤0.018%，S≤0.010%，Als：0.03～0.04%，N≤0.004%，Ca：0.0025～0.004%，余量为Fe及不可避免杂质；成品钢板厚度为6～25mm，其生产方法包括下述步骤：
（1）铁水处理：
要求原料铁水磷含量≤0.15%，铁水采用KR预处理深脱硫，脱硫后铁水硫含量≤30ppm，铁水兑入转炉前温度≥1280℃，向炉内先兑入20～25t的低硫废钢，之后兑入铁水130～140t；
（2）转炉冶炼：
采用双渣法冶炼工艺，第一次造渣吹炼：吹炼开始时，按20～24kg/t钢的比例一次性加入低硫活性石灰，枪位控制在1.75m进行高枪位低强度吹炼，氧压控制在0.8～0.85MPa，供氧强度控制在2.8～3.0Nm3/t•min，底吹强度为0.08～0.09Nm3/t•min，在吹炼至240～330s时，加入生白云石降温，加入量为6～9kg/t钢，供氧吹炼至480～510s时，结束第一次吹炼，控制吹炼结束温度范围为：1360～1400℃，炉渣二元碱度CaO/SiO2范围为2.4～2.8，渣中TFeO含量16～20%，结束后提枪倒炉，倒出第一次吹炼富磷渣量的50～55%；
摇正炉体，进行第二次造渣吹炼：造渣吹炼开始时，向转炉中分2批次加入低硫活性石灰，总加入量为12～15kg/t钢，枪位控制在1.6m，氧压控制在0.9～0.95MPa，供氧强度控制在3.0～3.3Nm3/t•min，底吹强度为0.06～0.08Nm3/t•min，吹炼期间按需要加入生白云石降温，在吹氧结束前180s内，不再加入任何渣料，两次吹炼总供氧时间960～1020s，控制终渣二元碱度CaO/SiO2范围为3.5～3.8，转炉终点碳含量0.05～0.08%，终点钢水磷含量≤0.012%，终点温度范围1650～1680℃；
（3）出钢：
出钢过程避免任何点吹操作，避免异常增氮；出钢过程中加入硅锰合金进行脱氧，采用滑板挡渣出钢，严格控制下渣量，出钢后钢水罐内渣厚≤50mm；
（4）氩站处理：
钢水罐到氩站后，首先以氩气压力0.2±0.05MPa为基础，保持氩气底吹稳定在3～4L/t•min的流量范围，钢水罐上表面钢水裸露直径150～200mm，钢液面渣层稳定后，立即喂入直径16mm铝线，喂入速度420～450m/min，喂入量为0.5～0.6kg/t钢，铝线喂入完成后，将钢液C含量及硅锰等合金成分调整至目标值，以2.5～3L/t•min的底吹氩气强度，软吹60～90s，钢水定氧，溶解氧含量≤20ppm，提升底吹氩气强度至3～4L/t•min的范围，立即喂入含钛30%的直径16mm的钛铁线，喂入速度420～450m/min，喂入量为1.6～2.0kg/t钢水，钛铁线喂入完成后，立即向钢水中喂入直径13mm的硅钙线，喂入速度360～400m/min，喂入量2m/t钢水，硅钙线喂入结束后，降低底吹氩气强度至2.5～3L/t•min，进行软吹，促进夹杂物上浮，此时钢水裸露直径≤100mm，且无液面翻腾现象，软吹时间为8～10min，软吹结束钢水温度为1560～1575℃，将钢水罐吊运至连铸平台进行浇铸；氩站处理结束后钢水成分达到目标成分；
（5）连铸：
中间包钢水过热度保持在15～25℃之间，严格进行保护浇铸，连铸过程增氮、氧均≤3ppm，铸坯尺寸250/300×（1500～2300）mm，中间包钢水[N]≤35ppm，[O]≤20ppm；
（6）铸坯缓冷及下送：
铸坯全部堆垛48小时后再下送，以利于铸坯晶间气体持续自然逸散，提高钢质纯净度；
（7）铸坯加热及轧制：
按常规方案进行，成品厚度为6～25mm，钢板依据标准进行探伤合格后入库。
2.根据权利要求1所述的一种低成本生产二级探伤Q345R中厚钢板的方法，其特征在于：所述转炉为150t顶底复吹转炉。
3.根据权利要求1所述的一种低成本生产二级探伤Q345R中厚钢板的方法，其特征在于：所述成品钢板的力学性能指标如下：抗拉强度Rm≥510MPa，屈服强度Rel≥345MPa，延伸率A≥21%，屈强比Rel/ Rm≤0.75 ，钢板横向试样0℃冲击吸收功（KV2）≥34J。
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