CN110343940A - 高耐蚀耐候钢的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种高耐蚀耐候钢的制造方法，所述制造方法包括依次进行如下工艺步骤：S1)转炉钢水冶炼步骤；S2)采用钢液真空循环脱气法对所述铁水进行精炼；S3)利用钢包精炼炉对所述铁水进行精炼；S4)对所述铁水进行连铸，获得板坯，对所述板坯进行加热、轧制、冷却和卷取得到所述的高耐蚀耐候钢；其中S2)步骤必须在S3)步骤前进行，且S1)步骤中，转炉终点控制C≤0.03‑0.06wt％，出钢温度控制在1690±20℃。最终产品的屈服强度ReL≥450MPa，抗拉强度Rm为550～750MPa，延伸率A≥18％，‑40℃冲击吸收功Akv≥60J，碳含量在0.04wt％以下，工艺成本更低。

Description

高耐蚀耐候钢的制造方法
技术领域
本申请涉及冶金技术领域，具体而言，涉及一种高耐蚀耐候钢的制造方法。
背景技术
耐候钢，即耐大气腐蚀钢，是介于普通钢和不锈钢之间的低合金钢系列，添加少量合金元素，使其在大气中具有良好耐腐蚀性能的低合金高强度钢。耐候钢的耐大气腐蚀性能为普通碳素钢的2-8倍，并且使用时间越长，耐蚀作用越突出。耐候钢具有优质钢的强韧、塑延、成型、焊割、磨蚀、高温、抗疲劳等特性；涂装性为普碳钢的1.5～10倍。同时，它具有耐锈，使构件抗腐蚀延寿、减薄降耗，省工节能等特点。耐候钢主要用于铁道、车辆、桥梁、塔架、光伏、高速工程等长期暴露在大气中使用的钢结构。用于制造集装箱、铁道车辆、石油井架、海港建筑、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。
近年来，随着我国重载铁路货车技术的发展，迫切需要开发高强底高耐蚀性能的铁路货车用钢。为此，国内联合开发了屈服强度为450MPa，耐腐蚀性能比Q450NQR1提高约30％-50％的新型S450EW高耐蚀耐候钢。该钢种成分设计特点为合金含量高(Cr含量要求在3.50％左右)，低碳成分(碳含量要求在0.07％以下)，低S成分设计，保证钢水洁净度；以利于最终产品在保持较好耐腐蚀性能的同时具备良好的抗冲击韧性。
如图1所示，常规的冶炼工艺路线为：“转炉→LF→RH→连铸”，该工艺路线特点是受转炉终点碳含量的制约钢水中残余碳含量较高，同时因加入大量合金LF工序升温幅度大，通电时间长，石墨电极通电升温带来的增碳较高。因此为控制成品碳含量，生产过程须使用价格昂贵的金属铬合金进行合金化。因上述原因，常规冶炼工艺生产成本较高，最终产品实际碳含量偏高(0.05％-0.06％)，影响轧材性能。本发明因此而来。
发明内容
本申请旨在提供一种高耐蚀耐候钢的制造方法，以解决现有技术中的问题。
为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种高耐蚀耐候钢的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括依次进行如下工艺步骤：
S1)转炉钢水冶炼步骤；
S2)采用钢液真空循环脱气法对所述铁水进行精炼；
S3)利用钢包精炼炉对所述铁水进行精炼；
S4)对所述铁水进行连铸，获得板坯，对所述板坯进行加热、轧制、冷却和卷取得到所述的高耐蚀耐候钢；
其中S2)步骤必须在S3)步骤前进行，且S1)步骤中，转炉终点控制C≤0.03-0.06wt％，出钢温度控制在1690±20℃。
进一步的技术方案是，S2)步骤中，真空度控制在1mbar以下的脱碳时间在5～30min；当碳含量低于0.01wt％时，在钢水中加入铝块进行脱氧，随后加入低碳铬铁合金10Kg/t，循环时间3min以上。
进一步的技术方案是，S3)步骤是钢包在LF钢包精炼炉中进行脱氧以及合金化处理，调整Cr含量，加入的合金材料为低碳铬铁合金，用量为40Kg/t，采用铝粒对钢液进行扩散脱氧，造渣并控制炉渣的CaO/SiO2＝5.0,CaO/Al2O3＝1.8。
进一步的技术方案是，S4)步骤中钢水连铸中间包浇注温度控制在1533℃-1548℃，中间包使用碱性覆盖剂，使用低碳钢保护渣，铸坯拉速为1.00～1.42m/min。
进一步的技术方案是，S4)步骤中控制板坯加热温度为1200～1250℃，保证S4)步骤中坯在炉温度≥1100℃条件下保持时间≥180min，终轧温度控制在880～920℃，卷取温度590～630℃。
进一步的技术方案是，S4)步骤中成品加热炉均热温度1246℃，在炉温度≥1100℃保持时间196min，终轧温度控制在898℃，卷取温度608℃。
进一步的技术方案是，S4)步骤中成品加热炉均热温度1250℃，在炉温度≥1100℃保持时间185min，终轧温度控制在895℃，卷取温度612℃。
进一步的技术方案是，S4)步骤中成品加热炉均热温度1248℃，在炉温度≥1100℃保持时间189min，终轧温度控制在901℃，卷取温度610℃。
进一步的技术方案是，所述高耐蚀耐候钢化学成分重量百分比为C：0.01～0.04wt％，Si：0.10～0.25％，Mn：0.40～0.60wt％，P≤0.020wt％，S≤0.008wt％，Al：0.020～0.050wt％，N≤0.006wt％，Cu：0.20～0.55wt％，Cr：3.40～3.60wt％，Ni：0.20～0.30wt％；余量为Fe和不可避免的杂质元素。
进一步的技术方案是，所述高耐蚀耐候钢化学成分重量百分比为C：0.015wt％，Si：0.15wt％，Mn：0.55wt％，P：0.012wt％，S：0.002wt％，Al：0.036wt％，N：0.29wt％，Cu：0.26wt％，Cr：3.50wt％，Ni：0.29wt％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
本发明为保证产品高耐蚀性能，在产品设计上，一方面采用低C、低P、低S成分设计，保证钢水洁净度，另一方面采用高铬成分，成品铬含量3.50％，工艺难点在于冶炼过程加入大量合金后钢水降温较多，而通过LF精炼升温时间长又易造成钢水回碳使得成品碳含量高出规格。本发明提供了新型冶炼工艺路线“转炉→RH→LF→连铸”。转炉生产的钢水，先经过RH处理，在不超过1mbar的真空度下通过自然脱碳反应将降低钢水中的碳含量降至0.01％C以下，因RH结束后的钢水碳含量极低，后道工序的钢水合金化时碳含量控制压力小，可以使用普通价格低廉的低碳铬铁合金代替金属铬，最终成品碳可控制在较低的含量。同时钢水在LF工序冶炼，通过造还原渣精炼钙处理促进钢中夹杂物上浮以保证钢水洁净度。
采用上述方案后，本发明与现有技术相比较具有以下突出的优点和效果：
通过本发明高耐蚀耐候钢的制造方法，经多次试验验证证实，本发明工艺生产的成品碳含量可以稳定控制在0.04％以下，成品铬含量3.50％，最终产品的屈服强度ReL≥450MPa，抗拉强度Rm为550～750MPa，延伸率A≥18％，-40℃冲击吸收功Akv≥60J。
附图说明
图1为现有技术中高耐蚀耐候钢的制造方法的工艺流程图。
图2为本发明的一个实施例的高耐蚀耐候钢的制造方法的工艺流程图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
正如背景技术所介绍的，现有技术冶炼过程中加入大量合金后钢水降温较多，而通过LF精炼升温时间长又易造成钢水回碳使得成品碳含量高出规格。本发明提供了一种高耐蚀耐候钢的制造方法，解决了现有技术中这些问题。
本发明技术方案采用新型冶炼工艺路线“转炉→RH→LF→连铸”，可以不用添加金属铬Cr，转而使用低碳铬铁合金，生产成本大大降低，而且其耐腐蚀耐冲击性能比较突出。
本发明提出一种制造耐腐蚀耐候钢的制造方法，所述制造方法包括以下依次进行的工艺步骤：高炉铁水冶炼、铁水脱硫预处理、转炉钢水冶炼、RH真空真空循环脱气法对所述铁水进行精炼处理、LF钢水精炼处理、板坯连铸、热连轧、平整，其中，转炉钢水冶炼步骤中：入炉铁水要求S≤0.040wt％；冶炼过程采用全程底吹氩气；转炉终点控制C≤0.06wt％，P≤0.018wt％。
进一步的，RH钢水精炼处理步骤中：真空总循环时间5～30min,极限真空1mbar保持时间5min以上。
进一步的，板坯连铸步骤中，中间包浇注温度为1530～1560℃，中间包使用碱性覆盖剂，使用低碳钢保护渣，铸坯拉速为1.00～1.42m/min。
进一步的，热连轧步骤中：控制铸坯加热温度为1200～1250℃，保证铸坯在炉温度≥1100℃条件下保持时间≥180min，以控制奥氏体晶粒度；采用七机架热连轧机，终轧温度控制在880～920℃，卷取温度590～630℃。
进一步的，成品厚度为6mm，加热炉均热温度1246℃，在炉温度≥1100℃保持时间196min，终轧温度控制在898℃，卷取温度608℃。
进一步的，成品厚度为6mm，加热炉均热温度1250℃，在炉温度≥1100℃保持时间185min，终轧温度控制在895℃，卷取温度612℃。
进一步的，成品厚度为6mm，加热炉均热温度1248℃，在炉温度≥1100℃保持时间189min，终轧温度控制在901℃，卷取温度610℃。
本发明通过成分的优化设计，不添加铌、钒，降低成本，并严格控制钢中N含量，实现该产品的稳定生产，获得机械性能稳定及冷弯、冲击性能良好的高强度耐候钢。本发明所得的冷轧低合金高强钢屈服强度ReL≥550MPa，抗拉强度Rm为620～800MPa，延伸率A≥18％，-40℃冲击吸收功Akv≥38J。
实施例
本实施例耐腐蚀耐候钢，化学成分重量百分比为化学成分重量百分比为C：0.01～0.04wt％，Si：0.10～0.25％，Mn：0.40～0.60wt％，P≤0.020wt％，S≤0.008wt％，Al：0.020～0.050wt％，N≤0.006wt％，Cu：0.20～0.55wt％，Cr：3.40～3.60wt％，Ni：0.20～0.30wt％；余量为Fe和不可避免的杂质元素。
如图2所示，工艺路线步骤如下：转炉炼钢→RH真空脱碳、脱氧、合金化→LF钢包精炼→连铸
1、在转炉中加入10％的废钢，90％的高炉铁水，采用纯氧吹炼，过程中加入石灰、轻烧白云石造渣，炉渣碱度控制在4.0。MgO％控制在10.0～12.0％，终点钢水成分温度控制如下：
转炉出钢1/3时加入石灰3Kg/t钢，萤石1Kg/t钢，低碳铬铁10Kg/t钢。出钢结束前1分钟所有合金及渣料必须加完。
2、转炉出钢完毕后的钢包进入RH工序进入真空进行脱碳处理，钢水在小于1mbar的低真空度下自然脱碳，脱碳时间≥5分钟；在碳含量低于0.01％时，钢水中加入铝块进行脱氧，并加入低碳铬铁合金10Kg/t。合金加入顺序：铝块→低碳FeCr；
3、完成RH处理后钢包进入LF工序，继续进行合金化并调整Cr含量。
①钢包就位后接通并开启底吹氩气，加入低碳铬铁合金40Kg/t，钢水成分须搅拌均匀；
②使用石墨电极通电升温，通电期间依据渣况加入适量石灰、萤石调整炉渣，并加入铝粒对钢液进行扩散脱氧。炉渣控制目标CaO/SiO2＝5.0,CaO/Al2O3＝1.8。
③为保证成分均匀，精炼结束前5分钟不允许加入任何原辅材料。
④钢包处理结束后喂丝及软搅拌，喂入钙线400米，喂入速度4～5米/秒；喂钙铁线后，必须保证不小于5分钟软搅拌时间，促进钢水中夹杂物上浮。
⑤钢包吊离LF工位前，钢水温度控制在1575±5℃，连铸开浇第1炉钢水温度要再增加10℃，钢包内加入碳化稻壳保温。
4、钢水连铸采用大包长水口及氩封、中间包覆盖剂、浸入式水口进行全保护浇注。浸入式水口机构、中包上水口等氩封氩气流量不得超过3l/min。中间包温度控制在1533℃-1548℃。
①中间包钢液液位控制：开浇吨位大于20t，正常浇注时中间包吨位不小于65t，连浇换大包时中间包吨位不小于50t。
②使用低碳碱性结晶器保护渣，保护渣液渣层厚度控制范围9～12mm。
③浸入式水口浸入深度：120～180mm，结晶器液面波动范围控制在±2mm内。
④使用低碳碱性覆盖剂加碳化稻壳双层保温结构。
板坯连铸:采用钢包下渣检测控制，中间包浇注温度为1530～1560℃，中间包使用碱性覆盖剂，使用低碳钢保护渣，铸坯拉速为1.00～1.42m/min。
高精度连铸控制工艺：采取“弱冷+低过热度+恒拉速+高矫直温度”浇铸工艺(①、弱冷：同一铸机生产情况下，本发明涉及钢种所使用冷却水压力与流量为生产其他相同强度级别钢种的85％～95％；②、低过热度：按0～20℃进行控制；③、恒拉速：连铸拉速波动范围控制在0.1m/min以内；④、高矫直温度：提高连铸坯矫直温度至900～950℃，避开铸坯高温脆性区间730℃～880℃)，有效降低了板坯表面裂纹的产生。
热连轧：控制铸坯加热温度为1200～1250℃，保证铸坯在炉温度≥1100℃条件下保持时间≥180min，使钛微合金充分固溶以控制奥氏体晶粒度，最大程度发挥钛微合金化的固溶强化效果；采用七机架热连轧机，终轧温度控制在880～920℃，卷取温度590～630℃。
表1为本实施例多个批次生产的耐腐蚀耐候钢产品最后测定的成分含量。其中，表1是各实施例钢的成分(按重量百分比计)。
表1产品化学成分(wt％)
表2是与表1所述各个批次对应的工艺参数。
工艺参数 批次1 批次2 批次3 批次4 批次5
铁水重量/t 179 181 180 179 181
废钢重量/t 21 19 20 21 19
转炉终点碳含量/％ 0.04 0.05 0.03 0.05 0.04
转炉出钢温度/℃ 1695 1687 1691 1689 1695
铬铁总加入量/Kg 11300 11050 11380 11150 11350
RH真空时间/min 25 25 25 25 25
喂丝量/m 400 400 400 400 400
浇注温度/℃ 1540 1536 1538 1535 1537
浇注速度/℃ 1.15 1.15 1.15 1.15 1.15
铸坯加热温度/℃ 1220 1220 1220 1220 1220
加热时间/min 200 200 200 200 200
终轧温度/℃ 910 910 910 910 910
卷取温度/℃ 600 600 600 600 600
表3：各实施例所得低合金高强钢的力学性能
本实施例的产品经标准拉伸试验，可以看出本实施例的产品至少性能能达到：屈服强度≥450MPa，抗拉强度≥550MPa)，延伸率≥18％，40℃冲击吸收功Akv≥60J，达到耐腐蚀耐候钢的标准要求。具体参考表3中各个批次的试验结果。
综上所述，常规技术中，钢中铬含量3.50％时金属铬成本价在2800元/t钢，同时，常规技术生产的成品碳含量仅能控制在0.05-0.06％；采用本发明的技术，钢中铬含量3.50％时低碳铬铁成本价在780元/t钢,生产成本节约70％以上，生产的成品碳含量可以稳定控制在0.04％以下，对最终产品的抗冲击韧性更为有利。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高耐蚀耐候钢的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括依次进行如下工艺步骤：
S1)转炉钢水冶炼步骤；
S2)采用钢液真空循环脱气法对所述铁水进行精炼；
S3)利用钢包精炼炉对所述铁水进行精炼；
S4)对所述铁水进行连铸，获得板坯，对所述板坯进行加热、轧制、冷却和卷取得到所述的高耐蚀耐候钢；
其中S2)步骤必须在S3)步骤前进行，且S1)步骤中，转炉终点控制C≤0.03-0.06wt％，出钢温度控制在1690±20℃。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，S2)步骤中，真空度控制在1mbar以下的脱碳时间在5～30min；当碳含量低于0.01wt％时，在钢水中加入铝块进行脱氧，随后加入低碳铬铁合金10Kg/t，循环时间3min以上。
3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，S3)步骤是钢包在LF钢包精炼炉中进行脱氧以及合金化处理，调整Cr含量，加入的合金材料为低碳铬铁合金，用量为40Kg/t，采用铝粒对钢液进行扩散脱氧，造渣并控制炉渣的CaO/SiO2＝5.0,CaO/Al2O3＝1.8。
4.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，S4)步骤中钢水连铸中间包浇注温度控制在1533℃-1548℃，中间包使用碱性覆盖剂，使用低碳钢保护渣，铸坯拉速为1.00～1.42m/min。
5.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，S4)步骤中控制板坯加热温度为1200～1250℃，保证S4)步骤中坯在炉温度≥1100℃条件下保持时间≥180min，终轧温度控制在880～920℃，卷取温度590～630℃。
6.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，S4)步骤中成品加热炉均热温度1246℃，在炉温度≥1100℃保持时间196min，终轧温度控制在898℃，卷取温度608℃。
7.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，S4)步骤中成品加热炉均热温度1250℃，在炉温度≥1100℃保持时间185min，终轧温度控制在895℃，卷取温度612℃。
8.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，S4)步骤中成品加热炉均热温度1248℃，在炉温度≥1100℃保持时间189min，终轧温度控制在901℃，卷取温度610℃。
9.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述高耐蚀耐候钢化学成分重量百分比为C：0.01～0.04wt％，Si：0.10～0.25％，Mn：0.40～0.60wt％，P≤0.020wt％，S≤0.008wt％，Al：0.020～0.050wt％，N≤0.006wt％，Cu：0.20～0.55wt％，Cr：3.40～3.60wt％，Ni：0.20～0.30wt％；余量为Fe和不可避免的杂质元素。
10.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述高耐蚀耐候钢化学成分重量百分比为C：0.015wt％，Si：0.15wt％，Mn：0.55wt％，P：0.012wt％，S：0.002wt％，Al：0.036wt％，N：0.29wt％，Cu：0.26wt％，Cr：3.50wt％，Ni：0.29wt％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
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