CN109338220B - 一种气瓶用含稀土37MnRE轧制方坯及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气瓶用含稀土37MnRE轧制方坯，所述方坯包括以下重量百分数的组分：C 0.34～0.40％；Si 0.17～0.37％；Mn 1.35～1.75％；P≤0.030％；S≤0.030％；Cr≤0.25％；Ni≤0.25％；Cu≤0.20％；RE 0.0010～0.0040％；Ca 0.0010～0.0040％。本发明还公开了方坯的制造方法。本发明的方坯及其制造方法，明确优化了稀土含量、钙含量及稀土与钙的匹配比例制造得到的方坯产品质量佳；优化了制造方法操作和参数，方法简单易控制，降低了稀土加入成本，提高了生产效率，降低了能源消耗生产成本；制造过程钢水洁净度高，安全环保，有利于满足社会发展的需要。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁冶金技术领域，尤其涉及一种气瓶用含稀土37MnRE轧制方坯及其制造方法。
背景技术
气瓶是一种可重复充装O2、H2、CO2等永久性气体或高压液化气体的移动式钢瓶，使用压力一般在15～30MPa，广泛用于工矿企业和建筑、交通、运输、海洋、航空、医疗、军事等国民经济各部门。气瓶属高压容器，是我国数量最多的特种设备，随着气体工业及电子工业的发展，气瓶行业也随之迅速发展，气瓶的需求量也越来越大。制造无缝气瓶主要有两种方法，一是锻制瓶法，用方钢坯通过热冲压(挤压)拉伸并收口成型；二是管制瓶法，用无缝钢管做坯料通过热旋压收口收底成型。至今两种方法并存各有所长，所占比例相近。
随着工业技术的进步，为达到提高气体传送和储存效率的目的，人们对钢制无缝气瓶提出了更高的要求。当前，社会的发展正朝资源节约型的方向进行，大力提倡产品、结构的轻量化等生态设计概念，达到既节约资源，又减轻运输成本的目的。这对于用于制造无缝气瓶的材料性能提出了更高的要求，特别是其制瓶工艺性能。因此，研究开发低成本、高制瓶工艺性能的高压无缝气瓶用钢意义重大。
现有技术公开的气瓶坯存在仅明确稀土加入量，未明确稀土含量、钙含量及稀土与钙的匹配；稀土加入方法的材料成本较高、操作成本较高，且制造难以精确控制导致质量不佳等不足之处，导致制造的气瓶综合力学性能；另外轧制气瓶坯时存在钢水洁净度，微量残余元素带来对后续操作人员以及环境等危害。因此，本领域的技术人员致力于开发一种气瓶用含稀土37MnRE轧制方坯及其制造方法。
发明内容
鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是现有技术中气瓶坯未明确稀土含量、钙含量及稀土与钙的匹配；稀土加入方法的材料成本较高、操作成本较高，制造难以精确控制，产品质量不佳；轧制气瓶坯时存在钢水洁净度，微量残余元素带来对后续操作人员以及环境的不利影响。
为实现上述目的，本发明第一方面提供了一种气瓶用含稀土37MnRE轧制方坯；其中，所述方坯包括以下重量百分数的组分：C 0.34～0.40％；Si 0.17～0.37％；Mn1.35～1.75％；P≤0.030％；S≤0.030％；Cr≤0.25％；Ni≤0.25％；Cu≤0.20％；RE0.0010～0.0040％；Ca 0.0010～0.0040％。
在本发明的较佳实施方式中，所述方坯，包含C的重量百分数为0.4％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述方坯，包含C的重量百分数为0.38％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述方坯，包含C的重量百分数为0.37％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述方坯，包含C的重量百分数为0.36％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述方坯，包含C的重量百分数为0.40％；
在本发明的较佳实施方式中，所述方坯，包含Si的重量百分数为0.29％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述方坯，包含Si的重量百分数为0.25％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述方坯，包含Si的重量百分数为0.26％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述方坯，包含Si的重量百分数为0.28％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述方坯，包含Si的重量百分数为0.21％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述方坯，包含Si的重量百分数为0.37％；
在本发明的较佳实施方式中，所述方坯，包含Mn的重量百分数为1.59％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述方坯，包含Mn的重量百分数为1.53％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述方坯，包含Mn的重量百分数为1.48％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述方坯，包含Mn的重量百分数为1.51％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述方坯，包含Mn的重量百分数为1.52％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述方坯，包含Mn的重量百分数为1.50％；
在本发明的较佳实施方式中，所述方坯，包含P的重量百分数为0.021％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述方坯，包含P的重量百分数为0.019％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述方坯，包含P的重量百分数为0.016％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述方坯，包含P的重量百分数为0.017％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述方坯，包含P的重量百分数为0.022％；
在本发明的较佳实施方式中，所述方坯，包含S的重量百分数为0.013％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述方坯，包含S的重量百分数为0.009％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述方坯，包含S的重量百分数为0.006％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述方坯，包含S的重量百分数为0.008％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述方坯，包含S的重量百分数为0.005％；
在本发明的较佳实施方式中，所述方坯，包含Cr的重量百分数为0.017％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述方坯，包含Cr的重量百分数为0.014％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述方坯，包含Cr的重量百分数为0.015％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述方坯，包含Cr的重量百分数为0.019％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述方坯，包含Cr的重量百分数为0.010％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述方坯，包含Cr的重量百分数为0.016％；
在本发明的较佳实施方式中，所述方坯，包含Ni的重量百分数为0.016％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述方坯，包含Ni的重量百分数为0.010％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述方坯，包含Ni的重量百分数为0.014％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述方坯，包含Ni的重量百分数为0.008％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述方坯，包含Ni的重量百分数为0.009％；
在本发明的较佳实施方式中，所述方坯，包含Cu的重量百分数为0.009％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述方坯，包含Cu的重量百分数为0.017％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述方坯，包含Cu的重量百分数为0.019％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述方坯，包含Cu的重量百分数为0.013％；
在本发明的较佳实施方式中，所述方坯，包含RE的重量百分数为0.0015％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述方坯，包含RE的重量百分数为0.0020％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述方坯，包含RE的重量百分数为0.0025％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述方坯，包含RE的重量百分数为0.0028％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述方坯，包含RE的重量百分数为0.0023％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述方坯，包含RE的重量百分数为0.0019％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述方坯，包含RE的重量百分数为0.0010％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述方坯，包含RE的重量百分数为0.0040％；
在本发明的较佳实施方式中，所述方坯，包含Ca的重量百分数为0.0015％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述方坯，所述方坯，包含Ca的重量百分数为0.0024％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述方坯，所述方坯，包含Ca的重量百分数为0.0021％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述方坯，所述方坯，包含Ca的重量百分数为0.0018％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述方坯，所述方坯，包含Ca的重量百分数为0.0019％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述方坯，所述方坯，包含Ca的重量百分数为0.0023％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述方坯，所述方坯，包含Ca的重量百分数为0.0025％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述方坯，所述方坯，包含Ca的重量百分数为0.0040％；
本发明第二方面提供了一种气瓶用含稀土37MnRE轧制方坯的制造方法，包括在钢包钢水中加入钢水重量的0.004％～0.005％的微量稀土，进行轧制得到气瓶用含稀土37MnRE轧制方坯；
进一步地，所述制造方法的具体步骤包括：
步骤1、铁水预处理；
步骤2、转炉冶炼；
步骤3、LF炉精炼；
步骤4、VD真空脱气；
步骤5、加入钙和稀土；
步骤6、大方坯连铸和切割；
步骤7、轧制得到本发明所述方坯；
其中，所述步骤5中，微量稀土的加入量为钢水重量的0.004％～0.005％。
进一步地，所述制造方法，所述步骤1中，铁水预处理后的铁水的硫含量为≤0.01％；
进一步地，所述制造方法，所述步骤2中，转炉冶炼时，将预处理后的铁水兑入顶底复吹转炉，加入重量百分比为10％的优质废钢，采用单渣工艺冶炼，控制终渣碱度和终点目标，出钢过程中进行脱氧合金化，终脱氧采用有铝脱氧工艺，出钢过程必须挡渣或扒渣，出钢过程中合金加完以后加入白灰块；
进一步地，所述制造方法，所述步骤3中，LF炉精炼时，加入VFe合金，精炼正常吹氩，采用从低级数到高级数逐渐提高升温速度的方式加热提温；根据转炉钢水成分及温度进行造渣脱硫、成分调整及升温操作；采用造白渣操作；精炼全过程为正常吹氩下进行；
进一步地，所述制造方法，所述步骤4中，VD真空脱气时，真空度≤0.10Kpa，深真空脱气时间为≥13min；
进一步地，所述制造方法，所述步骤5中，真空处理后喂入定长硅钙包芯线，喂线后进行8～12分钟吹氩气，在喂线后吹氩2～4分钟时插入稀土棒；
进一步地，所述制造方法，所述步骤6中，将经过VD真空处理和加钙和稀土后的钢水进行大方坯连铸；铸坯经过矫直后，切割为定尺大方坯；
进一步地，所述制造方法，所述步骤7中，轧制方坯时，包括将大方坯装入加热炉进行加热，连续检查并控制好加热炉各加热段的温度，采用加热温度1150～1250℃，开轧温度为1050～1180℃，终轧温度为900～950℃；
将加热好的大方坯在相应的连轧机组轧制成200mm×200mm规格成品坯，轧制时每批至少进行一次热取样，进行定尺热锯切，检查几何尺寸；
轧制的200mm×200mm规格成品坯，进行堆垛冷却得到本发明所述气瓶用含稀土37MnRE轧制方坯。
在本发明较佳实施方式中，所述步骤5中，微量稀土的加入量为钢水重量的0.004％％；
在本发明另一较佳实施方式中，所述步骤5中，微量稀土的加入量为钢水重量的0.0045％；
在本发明另一较佳实施方式中，所述步骤5中，微量稀土的加入量为钢水重量的0.005％。
采用以上方案，本发明公开的气瓶用含稀土37MnRE轧制方坯及其制造方法，具有以下技术效果：
(1)本发明的气瓶用含稀土37MnRE轧制方坯，不含有贵重元素Mo、Cu、Nb、V，Ni含量为微量，因此生产成本相对较低、生产工艺难度相对较小；
(2)本发明的气瓶用含稀土37MnRE轧制方坯，优化Ca和RE的含量以及配比，大大减少加入稀土的氧化烧损，提高加入稀土的收得率，解决了困扰连铸稀土钢生产的水口堵塞问题，有利于37MnRE大方坯连铸工艺顺行；
(3)本发明的气瓶用含稀土37MnRE轧制方坯，RE与Ca的复合作用，复合变质37MnRE钢中微细非金属夹杂物形态；RE细化37MnRE连铸大方坯的晶粒组织，减轻连铸坯中心偏析、中心疏松、裂纹等缺陷；固溶在37MnRE钢中的稀土通过扩散机制富集于晶界，减少了S、P等杂质元素、Pb、Sn、As、Sb、Bi等有害元素在晶界的偏聚，改善晶界并抑制局部弱化，从而强化了晶界，提高了37MnRE轧制方坯的冲拔工艺性能及力学性能，使37MnRE高压气瓶瓶体的力学性能、瓶体爆破性能、气瓶常温疲劳循环性能、气瓶冷弯性能、气瓶压扁性能优良，性能波动较小，性能稳定、均匀，塑性、冲击性能储备裕度较高，综合力学性能优良；
(4)采用本发明的气瓶用含稀土37MnRE轧制方坯的制造方法，优化钙和稀土的加入方式，在钢包插入包覆铁皮的混合稀土金属棒，稀土金属棒底端插至钢水液面下约2/3处(距钢包底部1/3处)，稀土金属棒插入深度精准可控，操作简便易行，不需喂丝机设备，仅用自制简易工具，1人可瞬时完成，操作时间短，稀土加入的总成本(材料、设备或工具、人工、时间)较低，可保证稀土金属在钢液中的均匀分布及稀土金属的高收得率；在钙处理后的吹氩2-4分钟时，进行稀土加入操作，不占用炼钢生产的有效时间；
综上所述，本发明的气瓶用含稀土37MnRE轧制方坯及其制造方法，明确优化了稀土含量、钙含量及稀土与钙的匹配比例，减少加入稀土的氧化烧损，提高加入稀土的收得率，制造得到的方坯产品质量佳；优化了制造方法操作和参数，方法简单易控制，降低了稀土加入成本，提高了生产效率，降低了能源消耗生产成本；制造过程钢水洁净度高，安全环保，有利于满足社会发展的需要。
以下将结合具体实施方式对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
具体实施方式
以下介绍本发明的优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
实施例1、
1、将高炉铁水经预处理，使得铁水中的含S量(重量百分比)降低到0.010％以下；
2、将预处理后的铁水兑入顶底复吹转炉，加入(重量百分比)10％优质废钢，采用单渣工艺冶炼，控制终渣碱度和终点目标，出钢过程中进行脱氧合金化，终脱氧采用有铝脱氧工艺，出钢过程必须挡渣或扒渣，出钢过程中合金加完以后加入白灰块；
3、在LF炉进行精练、加入VFe合金：精炼全过程按要求正常吹氩，采用从低级数到高级数逐渐提高升温速度的方式加热提温；根据转炉钢水成分及温度进行造渣脱硫、成分调整及升温操作；采用造白渣操作；
4、LF炉精炼结束后保持底部软吹氩；
5、进行VD真空处理：真空度≤0.10KPa，深真空时间≥13分钟；
6、喂入定长硅钙包芯线，喂线后进行8～12分钟吹氩气，在喂线后吹氩3分钟时插入包覆铁皮的(混合)RE金属棒，RE加入量为钢水重量的0.0040％，将经过VD真空处理后的钢水进行大方坯连铸，采用低拉速的恒拉速控制和电磁搅拌工艺；控制钢水过热度；铸坯经过矫直后，切割为定尺大方坯；
7、连铸大方坯进行轧机轧制，轧制过程如下：
将大方坯装入加热炉进行加热，连续检查并控制好加热炉各加热段的温度，采用加热温度1180℃，开轧温度为1150～1180℃，终轧温度为920～950℃。
将加热好的大方坯在相应的连轧机组轧制成200mm×200mm规格成品坯，轧制时每批至少进行一次热取样，进行定尺热锯切，检查几何尺寸；
轧制的200mm×200mm规格成品坯，进行堆垛冷却得到所述气瓶用含稀土37MnRE轧制方坯。
将平行制造的三批样品进行成分分析，结果如表1所示：
表1
| 批次 | C | Si | Mn | P | S | P+S | Ni | Cr | Cu | Ca | RE |
| 1 | 0.40 | 0.29 | 1.59 | 0.021 | 0.013 | 0.034 | 0.016 | 0.017 | 0.019 | 0.0019 | 0.0015 |
| 2 | 0.38 | 0.25 | 1.53 | 0.019 | 0.005 | 0.024 | 0.010 | 0.019 | 0.017 | 0.0023 | 0.0020 |
| 3 | 0.37 | 0.26 | 1.48 | 0.021 | 0.008 | 0.029 | 0.010 | 0.014 | 0.009 | 0.0025 | 0.0025 |
将本实施例制造得到的200mm×200mm方坯在进行820～920℃保温30～50min热处理后进行空冷，检测力学性能，结果如表2所示：
表2
| 批次 | Rel(MPa) | Rm(MPa) | A(％) | Aku(J) |
| 1 | 625 | 840 | 22 | 56 |
| 2 | 560 | 820 | 18 | 66 |
| 3 | 585 | 835 | 21.5 | 64 |
实施例2、
1、将高炉铁水经预处理，使得铁水中的含S量(重量百分比)降低到0.010％以下；
2、将预处理后的铁水兑入顶底复吹转炉，加入(重量百分比)10％优质废钢，采用单渣工艺冶炼，控制终渣碱度和终点目标，出钢过程中进行脱氧合金化，终脱氧采用有铝脱氧工艺，出钢过程必须挡渣或扒渣，出钢过程中合金加完以后加入白灰块；
3、在LF炉进行精练、加入VFe合金：精炼全过程按要求正常吹氩，采用从低级数到高级数逐渐提高升温速度的方式加热提温；根据转炉钢水成分及温度进行造渣脱硫、成分调整及升温操作；采用造白渣操作；
4、LF炉精炼结束后保持底部软吹氩；
5、进行VD真空处理：真空度≤0.10KPa，深真空时间≥13分钟；
6、喂入定长硅钙包芯线，喂线后进行8～12分钟吹氩气，在喂线后吹氩3分钟时插入包覆铁皮的(混合)RE金属棒，RE加入量为钢水重量的0.0050％，将经过VD真空处理后的钢水进行大方坯连铸，采用低拉速的恒拉速控制和电磁搅拌工艺；控制钢水过热度；铸坯经过矫直后，切割为定尺大方坯；
7、连铸大方坯进行轧机轧制，轧制过程如下：
将大方坯装入加热炉进行加热，连续检查并控制好加热炉各加热段的温度，采用加热温度1150～1200℃，开轧温度为1100～1150℃，终轧温度为900～930℃。
将加热好的大方坯在相应的连轧机组轧制成200mm×200mm规格成品坯，轧制时每批至少进行一次热取样，进行定尺热锯切，检查几何尺寸；
轧制的200mm×200mm规格成品坯，进行堆垛冷却得到所述气瓶用含稀土37MnRE轧制方坯。
将平行制造的三批样品进行成分分析，结果如表3所示：
表3
| 批次 | C | Si | Mn | P | S | P+S | Ni | Cr | Cu | Ca | RE |
| 4 | 0.36 | 0.28 | 1.51 | 0.017 | 0.006 | 0.023 | 0.009 | 0.015 | 0.017 | 0.0024 | 0.0028 |
| 5 | 0.40 | 0.21 | 1.52 | 0.022 | 0.005 | 0.027 | 0.008 | 0.010 | 0.009 | 0.0021 | 0.0023 |
| 6 | 0.38 | 0.26 | 1.50 | 0.016 | 0.009 | 0.025 | 0.014 | 0.016 | 0.013 | 0.0018 | 0.0019 |
将本实施例制造得到的200mm×200mm方坯在进行840～880℃保温30～50min热处理后进行空冷，检测力学性能，结果如表4所示：
表4
| 批次 | Rel(MPa) | Rm(MPa) | A(％) | Aku(J) |
| 4 | 610 | 800 | 20 | 64 |
| 5 | 630 | 850 | 23.5 | 57 |
| 6 | 580 | 830 | 20 | 68 |
经检验，本实施例得到的方坯力学性能优良，稳定、均匀，塑性、冲击性能储备裕度较高，综合力学性能佳。
对本发明实施例的得到的方坯进行显微组织检测，结果为本发明实施例得到的方坯组织为P+F，颗粒度为7～9级。
本发明其他技术方案也具有与上述相类似的使用效果。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (1)
1.一种气瓶用含稀土37MnRE轧制方坯，其特征在于，所述方坯重量百分数的组分：C0.34~0.40%；Si 0.17～0.37%；Mn 1.35～1.75%；P ≤0.030%；S ≤0.030%；Cr ≤0.25%；Ni≤0.25%；Cu≤0.20%； RE 0.0010~0.0023%；Ca 0.0010~0.0040%；余量为铁及不可避免的杂质；
所述气瓶用含稀土37MnRE轧制方坯的制造方法，包括在钢包钢水中加入钢水重量的0.004%~0.005%的微量稀土，进行轧制得到气瓶用含稀土37MnRE轧制方坯；
具体包括以下步骤：
步骤1、铁水预处理；
步骤2、转炉冶炼；
步骤3、LF炉精炼；
步骤4、VD真空脱气；
步骤5、加入钙和稀土；
步骤6、大方坯连铸和切割；
步骤7、轧制得到所述方坯；
所述步骤1中，铁水预处理后的铁水的硫含量为≤0.01%；
所述步骤2中，转炉冶炼时，将预处理后的铁水兑入顶底复吹转炉，加入重量百分比为10%的优质废钢，采用单渣工艺冶炼，控制终渣碱度和终点目标，出钢过程中进行脱氧合金化，终脱氧采用有铝脱氧工艺，出钢过程必须挡渣或扒渣，出钢过程中合金加完以后加入白灰块；
所述步骤3中， LF炉精炼时，加入VFe合金，精炼正常吹氩，采用从低级数到高级数逐渐提高升温速度的方式加热提温；根据转炉钢水成分及温度进行造渣脱硫、成分调整及升温操作；采用造白渣操作；精炼全过程为正常吹氩下进行；
所述步骤4中，VD真空脱气时，真空度≤0.10Kpa，深真空脱气时间为≥13min
其中，所述步骤5中，微量稀土的加入量为钢水重量的0.004%~0.005%；
所述步骤5中，真空处理后喂入定长硅钙包芯线，喂线后进行8~12分钟吹氩气，在喂线后吹氩2~4分钟时插入稀土棒；
所述步骤6中，采用低拉速的恒拉速控制和电磁搅拌工艺；将经过VD真空处理和加钙和稀土后的钢水进行大方坯连铸；铸坯经过矫直后，切割为定尺大方坯；
所述步骤7中，轧制方坯时，包括将大方坯装入加热炉进行加热，连续检查并控制好加热炉各加热段的温度，采用加热温度1150~1250℃，开轧温度为1050~1180℃，终轧温度为900~950℃；
将加热好的大方坯在相应的连轧机组轧制成200mm×200mm规格成品坯，轧制时每批至少进行一次热取样，进行定尺热锯切，检查几何尺寸；
轧制的200mm×200mm规格成品坯，进行堆垛冷却得到所述气瓶用含稀土37MnRE轧制方坯。
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