CN112981246B

CN112981246B - 一种微合金化热轧低合金高强度圆钢表面裂纹控制的生产工艺

Info

Publication number: CN112981246B
Application number: CN202110158776.6A
Authority: CN
Inventors: 张新文; 江宏亮; 轩康乐; 孙智伟; 孟祥岩
Original assignee: Jiangsu Lianfeng Energy Equipment Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Lianfeng Energy Equipment Co Ltd
Priority date: 2021-02-05
Filing date: 2021-02-05
Publication date: 2022-07-12
Anticipated expiration: 2041-02-05
Also published as: CN112981246A

Abstract

本发明属于黑色钢材轧制领域，公开了一种添加了V、Nb、N等微合金元素的低合金高强度热轧圆钢表面裂纹控制的生产工艺。经过钢水冶炼、LF精炼、VD真空处理、连铸和轧钢步骤，其中，连铸圆坯通过预热后，降低了材料内外表面的热应力，经轧制得到表面没有裂纹的圆钢。

Description

一种微合金化热轧低合金高强度圆钢表面裂纹控制的生产工艺

技术领域

本发明属于黑色钢材轧制领域，尤其涉及添加了V、Nb、N等微合金元素的低合金高强度热轧圆钢表面裂纹控制的生产工艺。

背景技术

连铸圆坯经过抛丸、酸洗表面检查后未发现裂纹、凹陷、凹坑等可能引起轧制产生表面裂纹的疑似缺陷，相同的连轧、开坯、轧制工艺，不含V、Nb、N微合金化元素的圆钢表面质量较好，而添加了V、Nb、N元素圆钢表面出现深度约3～4mm的裂纹，长度30～80mm，呈弥散装分布，修磨难度较大。

发明内容

为了提高钢材的强度和低温冲击功，向钢种添加了V、Nb、N微合金化元素，在一定温度下形成Nb(C，N)，V(C，N)作为二次相析出于奥氏体晶界阻止其长大，从而起到细化晶粒的作用。但是，由于这些元素在800℃-1100℃可增加钢的脆性，同时加热速度过快导致内外温差较大形成热应力，加剧了钢材开裂的风险。针对这些问题，本发明通过减小内外温度差降低表面裂纹的发生。

本发明的技术方案是：在钢材的临界温度下，通过预热减小热应力对表面裂纹的影响。

微合金化后的低合金高强度钢的典型代表钢种为Q355NE，其化学成分组成及其重量百分数含量为：

C：0.13～0.18％，Si：0.15～0.25％，Mn：1.30～1.50％，P≤0.015％，S≤0.010％，Cr：0.07～0.11％，Nb：0.020～0.050％，V：0.020～0.060％，N：0.006～0.011％，Al：0.020～0.050％，Ni≤0.10％，Cu≤0.05％，Mo≤0.02％，Ti≤0.006％，O≤0.002％，H≤0.0002％，As≤0.010％，Sn≤0.010％，Bi≤0.010％，Pb≤0.0025％，Sb≤0.010％，余量为Fe和不可避免的杂质。

一种微合金化热轧低合金高强度圆钢表面裂纹控制的生产工艺，包括以下步骤：

步骤S1、钢水冶炼：首先高炉将焦炭和矿石冶炼成铁水，再将铁水和废钢加入电炉，并向电炉熔池内吹入氧气，加入石灰造渣，当温度不大于1560℃时，通过换渣和炉门流渣操作方法，脱除钢中的磷含量。当碳和磷达到目标要求后，采用偏心炉底出钢，钢水量达到钢包的1/4时随钢流加入石灰、硅锰低磷合金，得到钢水。

步骤S2、LF精炼：将步骤S1得到的钢水进行精炼，精炼过程全程脱氧，采用水冷惰性气体炉盖保护，减少钢水二次氧化。钢包使用双底透气砖，精炼全过程氩气搅拌。采用合理的炉渣配比方案，实施脱硫，然后加入矾铁、铌铁、铬铁，硅铁和锰铁合金调整成分。

步骤S3、VD真空处理：将步骤S2得到的钢水进行真空处理，达到脱氢的目的。VD高真空过程保持一定时间，破空，通过喂入Al线和硅钙线调整成分，并小流量低吹氮气。

步骤S4、连铸：将步骤S3真空处理后得到的钢水进行连铸，得到钢坯。

步骤S5、轧钢：将步骤S4得到的钢坯加热、轧制得到圆钢。

将钢坯在预热炉中进行预热后，再送入加热炉进行加热，然后进行除磷、开坯、轧制，得到热轧圆钢，冷却后进行正火。

上述方案中，所述步骤S1中的铁水成分为：C：≥3.5％，Mn：≤1.0％，Si：0.20～0.60％，Ni≤0.05％，Cu≤0.05％，P≤0.14％，S≤0.05％，Mo≤0.05％，Ti≤0.060％，As≤0.005％，Sn≤0.005％，Bi≤0.005％，Pb≤0.003％，Sb≤0.003％，余量为Fe和不可避免的杂质。

上述方案中，所述步骤S1中，电炉兑入的铁水比例为铁水和废钢总质量的80～85％。

上述方案中，所述步骤S1中，目标要求为：出钢碳≥0.05％，出钢磷≤0.010％，

所述步骤S1中，出钢温度≥1630℃。

上述方案中，所述步骤S2中，LF精炼前期主要完成脱氧脱硫任务，具体操作为：通电5min～8min后，待化渣后采用扩散脱氧和沉淀脱氧两种方式配合进行，LF前期Al含量控制在0.025～0.040％之间，出钢前控制在0.020～0.035％之间。

进一步地，扩散脱氧剂用量2kg/t钢左右，主要为硅铁粉和Al粒，用铁锹撒入渣面。

进一步地，沉淀脱氧采用Al线，为确保TO≤20ppm，中前期Al线使用1.0～1.5kg/t。

上述方案中，所述步骤S2中炉渣配比为CaO：50～60％，SiO₂：8～10％，Al₂O₃：20～30％。

上述方案中，所述步骤S3中VD高真空度在67Pa以下保持时间不小于15min。

上述方案中，所述步骤S3中破空后定氢、补喂Al线，间隔3min后再喂入硅钙线。破空后采用底吹氮气的方式增氮。硅钙线喂入量2.5～3.0kg/t，喂丝速度≥250m/min。喂丝完成后软吹时间≥15min，每个透气砖氮气流量控制在30～60NL/m³。

上述方案中，所述步骤S4中大包至中间包采用长水口+垫圈+氩气密封。

上述方案中，所述步骤S4中大包采用带有升降功能“蝶形”装置，中间包采用T型，分别带有升降功能，中包和大包之间配备了长水口保护套管，采用氩气密封并配备有下渣检测系统。

上述方案中，所述步骤S4中结晶器采用内装浸入式水口、塞棒、涡流液面检测装置，检测液面波动范围为±4mm。

上述方案中，所述步骤S4中连铸铸机配备了M-MES、S-MES、F-MES三段电磁搅拌，过热度控制在18℃～30℃之间，每个流配备了9架拉矫机，采用多点矫直。

上述方案中，所述步骤S4中连铸圆坯冷却后需进行表面抛丸检测。

上述方案中，所述步骤S5中将冷坯料装入预热炉，首先以≤50℃/h的速度加热到450℃保温2小时，然后再以≤80℃/h的速度加热到600-750℃之间保温预热≥2小时。

上述方案中，所述步骤S5中经预热后的坯料送入加热炉后，采用850～950℃的温度进行预热，1000～1100℃的温度进行加热，1200～1300℃的温度进行均热。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

对于微合金化的低合金高强度热轧圆钢通过预热后，降低了材料内外部的热应力，经过轧制后表面没有裂纹。

附图说明

图1是改进之前圆钢的表面质量；

图2是本发明的工艺流程示意图；

图3是改进之后圆钢的表面质量；

图4为本发明步骤S5中轧钢过程中的预热曲线。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

工艺改进前，圆钢的表面质量如图1。

本发明一种微合金化低合金高强度热轧圆钢表面裂纹控制的生产工艺，所述范围包括添加了V、Nb、N、Ti等微合金化的低合金高强度钢。连铸坯上没有裂纹，但经过轧制后在轧材表面出现，沿轧制方向，呈弥散分布，每段裂纹的长度约在30～80mm，深度最大在3-4mm左右。

实施例1

一种微合金化Q355NE热轧圆钢表面裂纹控制方法，化学成分组成及其重量百分数含量为：

所述微合金化Q355NE热轧圆钢的生产工艺，，工艺流程如图2，包括以下步骤：

步骤S1、钢水冶炼：高炉将焦炭和矿石冶炼成铁水，再将铁水和废钢加入电炉，并向电炉熔池内吹入氧气，加入石灰造渣，当温度不大于1560℃时，通过换渣和炉门流渣操作方法，脱除钢中的磷含量。当出钢碳和出钢磷达到目标要求后，采用偏心炉底出钢，钢水量达到钢包的1/4时随钢流加入石灰、硅锰低磷合金，得到钢水。

在本实例中，所述步骤S1中为控制有害残余元素Ni、Cu、P、S、Ti选用专用铁水，所述铁水成分为：C：3.5～4.5％，Mn：≤1.0％，Si：0.20～0.60％，Ni≤0.03％，Cu≤0.03％，P≤0.14％，S≤0.05％，Mo≤0.03％，Ti≤0.05％，余量为Fe和不可避免的杂质。

步骤S2、精炼：将步骤S1得到的钢水进行精炼，钢包采用双底透气砖，精炼全过程采用氩气搅拌，达到脱氧、脱硫、调整成分和温度的目的。

LF精炼前期主要完成脱氧脱硫任务，通电5min～8min后，待化渣后采用扩散脱氧和沉淀脱氧两种方式配合进行。扩散脱氧剂用量2kg/t左右，主要为硅铁粉和Al粒，用铁锹撒入渣面。沉淀脱氧采用Al线，为确保TO≤20ppm，中前期Al线使用1.0～1.5kg/t。LF全程Al含量控制在0.025～0.040％之间，出钢前控制在0.020～0.035％之间。待渣白后，加入矾铁、铌铁、铬铁，硅铁、锰铁等使合金元素进入范围。精炼目标渣系为CaO：50～60％，SiO₂：8～10％，Al₂O₃：20～30％，中后期钢中的S含量控制在0.005％以下。

步骤S3、真空处理：将步骤S2精炼得到的钢水进行真空脱气并软吹镇静，达到脱氢和去除夹杂物的目的。VD高真空过程保持67Pa以下不小于15min，破空后定氢，开通底吹氮气、补喂Al线，间隔3min后再喂入硅钙线。硅钙线喂入量2.5～3.0kg/t，喂丝速度≥250m/min。喂丝完成后软吹时间≥15min，每个透气砖氮气流量控制在30～60NL/m³。

步骤S4、连铸：将步骤S3精炼得到的钢水进行连铸，得到钢坯。连铸采用圆坯连铸机，规格有φ600、φ700、φ800等，全程保护浇铸，恒拉速生产，开浇炉过热度控制在20～35℃，连浇炉过热度控制在18～30℃，使用M-MES、S-MES、F-MES的组合。大包采用带有升降功能“蝶形”装置。大包至中间包采用长水口+垫圈+氩气密封。中间包采用T型，带有升降功能，中包和大包之间配备了长水口保护套管，采用氩气密封并配备有下渣检测系统。结晶器采用内装浸入式水口、塞棒、涡流液面检测装置，检测液面波动范围为±4mm。每个流配备了9架拉矫机，采用多点矫直。连铸圆坯冷却后需进行表面清理和检查。

步骤S5、轧钢：将步骤S4得到的钢坯加热、轧制得到圆钢。

首先以≤50℃/h的速度加热到450℃保温2小时，然后再以≤80℃/h的速度加热到600℃，将φ600规格3支料在退火炉预热到600℃，保温3小时以上。预热曲线见图4所示。钢坯进入加热炉后，采用850～950℃的温度再次进行预热，1000～1100℃的温度进行加热，1200～1300℃的温度进行均热。开轧温度为1150℃，经过除磷后，采用1320可逆式开坯机开方，进入9架连轧机组，出坯温度在860℃以上。随后进行分切、入坑。入坑温度为350～400℃。得到了表面质量较好的圆钢，如图3所示。

实施例2

一种微合金化Q420E热轧圆钢表面裂纹控制方法，化学成分组成及其重量百分数含量为：

C：0.15～0.20％，Si：0.40～0.60％，Mn：1.50～1.70％，P≤0.015％，S≤0.010％，Cr：0.10～0.15％，Nb：0.030～0.050％，V：0.080～0.20％，N：0.012～0.015％，Al：0.020～0.050％，Ni≤0.10％，Cu≤0.05％，Mo≤0.02％，Ti≤0.006％，O≤0.002％，H≤0.0002％，As≤0.010％，Sn≤0.010％，Bi≤0.010％，Pb≤0.0025％，Sb≤0.010％，余量为Fe和不可避免的杂质。

所述微合金化Q420E热轧圆钢的生产工艺，包括以下步骤：

步骤S1、钢水冶炼：高炉将焦炭和矿石冶炼成铁水，再将铁水和废钢加入电炉，并向电炉熔池内吹入氧气，加入石灰造渣，当温度不大于1560℃时，通过换渣和炉门流渣操作方法，脱除钢中从磷含量。当出钢碳和出钢磷达到目标要求后，采用偏心炉底出钢，钢水量达到钢包的1/4时随钢流加入石灰、硅锰低磷合金，得到钢水。

步骤S3、真空处理：将步骤S2精炼得到的钢水进行真空脱气并软吹镇静，达到脱氢和去除夹杂物的目的。VD高真空过程保持67Pa以下不小于15min，破空后定氢，开通底吹氮气、补喂Al线，间隔3min后再喂入硅钙线。硅钙线喂入量2.5～3.0kg/t，喂丝速度≥250m/min。喂丝完成后，软吹时间≥15min，每个透气砖氮气流量控制在30～60NL/m³。

步骤S4、连铸：将步骤S3精炼得到的钢水进行连铸，得到钢坯。连铸采用圆坯连铸机，规格有φ600、φ700、φ800等，全程采用保护浇铸，恒拉速生产，开浇炉过热度控制在20～35℃，连浇炉过热度控制在18～30℃，使用M-MES、S-MES、F-MES的组合。大包采用带有升降功能“蝶形”装置。大包至中间包采用长水口+垫圈+氩气密封。中间包采用T型，带有升降功能，中包和大包之间配备了长水口保护套管，采用氩气密封并配备有下渣检测系统。结晶器采用内装浸入式水口、塞棒、涡流液面检测装置，检测液面波动范围为±4mm。每个流配备了9架拉矫机，采用多点矫直。连铸圆坯冷却后需进行表面清理和检测。

步骤S5、轧钢：将步骤S5得到的钢坯加热、轧制得到圆钢。

首先以≤50℃/h的速度加热到450℃保温2小时，然后再以≤80℃/h的速度加热到600℃，将φ600规格3支料在退火炉预热到600℃，保温3小时以上。预热曲线见图4所示。然后进入加热炉，加热炉分四个段，预热段，加1段，加2段，均热段。铸坯温送入炉，采用850～950℃的温度再次进行预热，1000～1100℃的温度进行加热，1200～1300℃的温度进行均热。经过开坯、轧制后，获得表面质量较好的圆钢。

从实施例1和实施例2可以看出，通过控制冶炼-连铸各个环节，需获得表面质量良好的钢坯，然后通过合适的预热、加热、轧制工艺即可获得表面质量良好的圆钢。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种微合金化热轧低合金高强度圆钢表面裂纹控制的生产工艺，所述微合金化热轧低合金高强度圆钢的化学成分组成及其重量百分数含量为：C：0.13～0.18％，Si：0.15～0.25％，Mn：1.30～1.50％，P≤0.015％，S≤0.010％，Cr：0.07～0.11％，Nb：0.020～0.050％，V：0.020～0.060％，N：0.006～0.011％，Al：0.020～0.050％，Ni≤0.10％，Cu≤0.05％，Mo≤0.02％，Ti≤0.006％，O≤0.002％，H≤0.0002％，As≤0.010％，Sn≤0.010％，Bi≤0.010％，Pb≤0.0025％，Sb≤0.010％，余量为Fe和不可避免的杂质，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1、钢水冶炼：

首先高炉将焦炭和矿石冶炼成铁水，再将铁水和废钢加入电炉，并向电炉熔池内吹入氧气，加入石灰造渣，当温度不大于1560℃时，通过换渣和炉门流渣操作方法，脱除钢中的磷含量；当出钢碳和出钢磷达到目标要求后，采用偏心炉底出钢，钢水量达到钢包的1/4时随钢流加入石灰、硅锰低磷合金，得到钢水；

步骤S2、LF精炼：

将步骤S1得到的钢水进行精炼，精炼过程全程脱氧，具体操作为：通电5min～8min后，待化渣后采用扩散脱氧和沉淀脱氧两种方式配合进行，LF前期Al含量控制在0.025～0.040％之间，出钢前控制在0.020～0.035％之间；采用水冷惰性气体炉盖保护，减少钢水二次氧化；钢包使用双底透气砖，精炼全过程氩气搅拌，采用合理的炉渣配比，实施脱硫，然后加入矾铁、铌铁、铬铁，硅铁和锰铁合金调整成分；

其中，

扩散脱氧中，扩散脱氧剂用量2kg/t钢左右，主要为硅铁粉和Al粒，用铁锹撒入渣面；

沉淀脱氧中，沉淀脱氧采用Al线，为确保TO≤20ppm，中前期Al线使用1.0～1.5kg/t；

所述炉渣配比为CaO：50～60％，SiO₂：8～10％，Al₂O₃：20～30％；

步骤S3、VD真空处理：

将步骤S2得到的钢水进行真空处理，VD高真空过程保持一定时间，破空，通过喂入Al线和硅钙线调整成分，并小流量低吹氮气；

步骤S4、连铸：

将步骤S3真空处理后得到的钢水进行连铸，得到钢坯；

步骤S5、轧钢：将步骤S4得到的钢坯加热、轧制得到圆钢；

将钢坯在预热炉中进行预热后，再送入加热炉进行加热，然后进行除磷、开坯、轧制，得到热轧圆钢，冷却后进行正火；

预热炉和加热炉中具体为：

将冷坯料装入预热炉，首先以≤50℃/h的速度加热到450℃保温2小时，然后再以≤80℃/h的速度加热到600-750℃之间保温预热≥2小时；

经预热后的坯料送入加热炉后，采用850～950℃的温度进行预热，1000～1100℃的温度进行加热，1200～1300℃的温度进行均热。

2.如权利要求1所述的生产工艺，其特征在于，

步骤S1中的铁水成分为：C：≥3.5％，Mn：≤1.0％，Si：0.20～0.60％，Ni≤0.05％，Cu≤0.05％，P≤0.14％，S≤0.05％，Mo≤0.05％，Ti≤0.060％，As≤0.005％，Sn≤0.005％，Bi≤0.005％，Pb≤0.003％，Sb≤0.003％，余量为Fe和不可避免的杂质。

3.如权利要求1所述的生产工艺，其特征在于，步骤S1中，

电炉兑入的铁水比例为铁水和废钢总质量的80～85％；

目标要求为：出钢碳≥0.05％，出钢磷≤0.010％，出钢温度≥1630℃。

4.如权利要求1所述的生产工艺，其特征在于，步骤S3中，

VD高真空度在67Pa以下保持时间不小于15min；

破空后定氢、补喂Al线，间隔3min后再喂入硅钙线；破空后采用底吹氮气的方式增氮；硅钙线喂入量2.5～3.0kg/t，喂丝速度≥250m/min；喂丝完成后软吹时间≥15min，每个透气砖氮气流量控制在30～60NL/m³。

5.如权利要求1所述的生产工艺，其特征在于，步骤S4中，

大包至中间包采用长水口+垫圈+氩气密封；

大包采用带有升降功能“蝶形”装置，中间包采用T型，分别带有升降功能，中包和大包之间配备了长水口保护套管，采用氩气密封并配备有下渣检测系统；

结晶器采用内装浸入式水口、塞棒、涡流液面检测装置，液面波动控制范围为±4mm；

连铸铸机配备了M-MES、S-MES、F-MES三段电磁搅拌，过热度控制在18℃～30℃之间，每个流配备了9架拉矫机，采用多点矫直；

连铸圆坯冷却后需进行表面抛丸检测。