CN113862577B - 一种高强度低屈强比焊接气瓶钢的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度低屈强比焊接气瓶钢的生产方法，经过铁水脱硫预处理、顶底复吹转炉冶炼、出钢脱氧合金化、增碳去夹杂、钢包底吹氩气搅拌、LF精炼处理、板坯连铸、铸坯热装轧制、卷取、取样打包；铁水脱硫预处理加入脱硫剂为活性石灰和萤石，其中活性石灰与萤石的质量比为8:2，加入量每吨铁水为大于6kg；LF精炼加入炉渣变性剂，CaO：CaCO3：CaC2：Al片的质量比例为50:30:10:10，加入总量吨钢2kg，板坯连铸拉速为1.0～1.20m/min，钢水连铸过热度控制在20±8℃，连铸过程板坯的矫直温度大于930℃，板坯在750～820℃温度范围内热装轧制；设定的板坯加热温度为1170±15℃，板坯加热段时间25～30min,一加段时间35～40min,二加段时间32～38min,精轧终轧温度为868±5℃。

Description

一种高强度低屈强比焊接气瓶钢的生产方法
技术领域
本发明涉及一种高强度低屈强比焊接气瓶钢的生产方法，属于钢铁冶金领域。
背景技术
随着载重汽车大量使用液化气钢瓶，汽车用气瓶钢板的用量大幅度提高。由于钢瓶内盛装易燃易爆液化气体，所以对钢材的化学成分、冲压性能、力学性能、焊接性能等要求极为严格。液化石油气钢瓶用钢板不仅对其化学成分控制严格，而且要求其机械性能远远高于国家标准。有些用户对钢材的屈强比提出特殊要求，主要是适应高强度条件下的冷冲压成形性能。影响成型性能的主要因素包括：材料的塑性应变比、应变硬化指数、屈服强度、屈强比、延伸率、晶粒度、钢板的表面粗糙度、材料的纯净度(夹杂、杂质元素)和钢材组织的均匀性(钢材低的带状组织)等。
钢板的屈服强度、抗拉强度和屈强比要求。屈服强度和抗拉强度是决定板料变形抗力的基本指标。在冲压过程中，屈服强度越小，板料越容易成型，成型后的回弹小，贴模性和定型性好。在深冲过程中，板料主要承受压缩变形，如果钢板的屈服强度降低，则变形区所受切向压应力减小，起皱趋势越小，防止起皱所需压边力和摩擦损失也相应降低，有利于提高极限变形程度。板料的抗拉强度越大，冲压成型过程中所能承受的应力越高，越不易发生断裂，成型性越好。可见，深冲成型时板料不仅应该具有足够的拉伸强度，而且需要较低的屈服强度，即板料的屈强比应该较小，板料由屈服到断裂的塑性变形阶段较长，利于板材的冷冲压成型。
钢板的屈服点伸长，板料拉伸变形曲线不连续，出现屈服平台，台阶的长度称屈服点伸长。如果屈服点伸长较大，则屈服变形后导致产品表面粗糙，影响喷漆和涂镀工序。所以冲压用气瓶钢要求屈服点伸长尽量小。
文献检索：(1)专利号200410051927.4公布了“一种应用薄板坯连铸连轧工艺生产焊接气瓶用热轧钢板的方法”，生产了强度级别较低的HP295焊接气瓶钢。(2)2015年第2期的《中国冶金》公开了一种“高强焊瓶钢HP345的研制与生产”,该工艺采用钒钛复合强化模式。屈服强度和屈强比波动大，屈强比偏高。(3)2010年第4期的《江西冶金》公开了一种“降低HP295焊瓶钢卷板屈强比的实践”，文章是对HP295的屈强比降低采取的一些轧制冷却措施。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度低屈强比焊接气瓶钢的生产方法，能够满足大容量天然气钢瓶的需求。
本发明采用的技术方案是：一种高强度低屈强比焊接气瓶钢的生产方法，工艺流程为：铁水脱硫预处理、顶底复吹转炉冶炼、出钢脱氧合金化、增碳去夹杂、钢包底吹氩气搅拌、LF精炼处理、板坯连铸、铸坯热装轧制、卷取、取样打包；该方法生产的HP345成分组成以重量百分比表示：[C]：0.150～0.175w％；[Si]：≤0.025w％；[Mn]：1.30～1.40w％；[P]：≤0.015w％；[S]≤0.004w％；[Ti]：0.015～0.018w％；[Nb]0.008～0.015w％；[Al]：0.025～0.045w％；[Cr]：≤0.05w％；[Ni]≤0.05w％；[Cu]≤0.05w％；[N]：≤0.0035w％，[H]≤0.00025w％，其余为铁和不可避免的杂质；
1)、铁水脱硫预处理：COREX炉铁水前\扒渣后，铁水罐投入脱硫剂进行KR法脱硫预处理，脱硫剂为活性石灰和萤石，其中活性石灰与萤石的质量比为8:2，加入量每吨铁水为大于6kg，铁水处理后硫含量不大于0.001％；
2)、精确控制钢水增碳量的方法是在出钢二分之一时投入增碳剂，并进行钢包底吹强搅拌，120吨转炉出钢过程增碳剂每投入10千克增碳剂钢水增碳0.006％；
3)、LF精炼：精炼初期、15分钟后在LF精炼顶渣上加入炉渣变性剂，主要成分为石灰石、CaC2、CaO、Al片的混合物，CaO：CaCO3：CaC2：Al片的质量比例为50:30:10:10，加入总量吨钢2kg，LF精炼初期吨钢1.0kg、LF精炼15分钟时吨钢1kg；LF精炼的初炼温度必须大于1565℃，钢水在LF送电提温时间不大于12分钟，保证精炼脱氧和白渣保持时间小于15分钟，LF处理结束加入钛铁、铌铁，钛铁中钛的含量为30％，回收率按照75％计算，采用巴西铌铁，铌含量60％，回收率按98％，钛铁和铌铁加入后氩气搅拌3分钟进行钙处理，然后氩气弱搅拌时间8～10min，LF结束要求[Ca]含量0.0015～0.0025w％，还原白渣时间控制在10min至15分钟，上连铸钢包内钢水温度为1588±2℃；
4)、板坯连铸：使用低碳高碱度覆盖剂进行钢水保温和防氧化，覆盖剂成分组成CaO含量50～55w％，SiO2含量10～15w％，Al2O3含量18～25w％，MgO含量≤5w％，采用板坯动态压下技术，拉速为1.0～1.20m/min，目标值1.10m/min，钢水连铸过热度控制在20±8℃，连铸过程板坯的矫直温度大于930℃，板坯在750～820℃温度范围内热装轧制。
5)、钢材组织和晶粒度的控制方法：设定的板坯加热温度为1170±15℃，板坯加热时间设定：预热段时间25～30min,一加段时间35～40min,二加段时间32～38min,均热段段时间42～52min；精轧终轧温度为868±5℃；钢板厚度小于5mm卷取温度为600±10℃，钢板厚度5mm～14mm的卷取温度为590±10℃；本发明钢中磷含量不大于0.015w％，硫含量不大于0.0040％，残余元素Cr含量0.011～0.015w％，Ni含量0.013～0.18w％；Cu含量0.022～0.0.026w％，钢板检测全氧含量控制在0.0015～0.0022％、氮含量控制在0.0027～0.0033％。
本发明方法生产的气瓶钢材料的组织及晶粒度：金相采用光学显微镜进行检测，照片1，500倍下显示钢材组织为铁素体和珠光体，100倍下检测钢材晶粒,9.5级；非金属夹杂物控制A类细系0～0.5级,B类细系≤0.5级，D类细系≤1.0级，Ds类≤0.5级。钢材的带状偏析不大于0.5级。
采用本发明方法生产的HP345气瓶钢，具有高强度、高韧性、冲压成形性能优异等特点，可应用于大型液化石油气钢瓶制造，钢卷热轧态供货。适用于具有转炉滑板挡渣出钢(防止后工序增硅)、LF精炼装置的钢铁企业生产，板坯的最佳热装加热轧制温度范围是750～820℃，可大幅度降低能源消耗，降低钢坯加热过程氧化损耗，开发了一种低能耗、低二氧化碳排放的焊瓶钢生产模式，具有较高的实用价值和推广意义。
具体实施方式
一种高强度低屈强比焊接气瓶钢的生产方法，工艺流程为：铁水脱硫预处理、顶底复吹转炉冶炼、出钢脱氧合金化、增碳去夹杂、钢包底吹氩气搅拌、LF精炼处理、板坯连铸、铸坯热装轧制、卷取、取样打包；该方法生产的HP345成分组成以重量百分比表示：[C]：0.150～0.175w％；[Si]：≤0.025w％；[Mn]：1.30～1.40w％；[P]：≤0.015w％；[S]≤0.004w％；[Ti]：0.015～0.018w％；[Nb]0.008～0.015w％；[Al]：0.025～0.045w％；[Cr]：≤0.05w％；[Ni]≤0.05w％；[Cu]≤0.05w％；[N]：≤0.0035w％，[H]≤0.00025w％，其余为铁和不可避免的杂质；
1)冶炼方法：本方法采用转炉初炼，转炉终点碳的目标值为0.008-0.12w％，出钢磷含量不大于0.012w％，转炉出钢氧含量不大于400PPm。出钢过程中一次性加入石灰，依次加入碳粉和电石、高碳锰铁、进行预脱氧、增碳合金化。电石和碳粉在出钢量达到总量的1/4时开始加入，出钢结束前全部加完，同时加入铝铁进行深脱氧，出钢全程底吹氩气强搅拌。出钢结束采用定氧仪测定钢包钢水中的氧含量，根据钢水中氧含量喂入铝线补充铝，离开吹氩站钢水中的铝含量控制在0.035～0.050w％，LF精炼过程降低一部分，但是在LF精炼末期不再补加铝铁。精确控制钢水增碳量的方法是在出钢二分之一时投入增碳剂，并进行钢包底吹强搅拌，120吨转炉出钢过程增碳剂每投入10千克增碳剂钢水增碳0.006％。由于转炉出钢脱氧合金化显著降低了钢水及钢包顶渣的氧化性，如果钢水到了LF工位碳含量没有达到目标值，每投入10千克增碳剂钢水增碳0.008％。
2)、LF精炼：精炼初期、15分钟后在LF精炼顶渣上加入炉渣变性剂，主要成分为石灰石、CaC2、CaO、Al片的混合物以及SiO2等不了避免的杂质，对钢包顶渣进行改质：CaO：CaCO3：CaC2：Al比例为50:30:10:10，加入总量吨钢2kg，LF精炼初期吨钢1.0kg、LF精炼15分钟时吨钢1kg，对炉渣进行改质和形成泡沫渣防止钢水与空气接触氧化。
为防止钢水在LF处理过程中增氮、保证还原精炼渣扩散脱氧、吸附、去除夹杂，必须缩短钢水升温时间，LF精炼的初炼温度必须大于1565℃，钢水在LF送电提温时间不大于12分钟，保证精炼脱氧和白渣保持时间小于15分钟。LF处理结束加入钛铁、铌铁。钛铁中钛的含量为30％，回收率按照75％计算。采用巴西铌铁，铌含量60％，回收率按98％。钛铁和铌铁加入后氩气搅拌3分钟进行钙处理，然后氩气弱搅拌时间8～10min。LF结束要求[Ca]含量0.0015～0.0025w％，控制改的加入量，钢水钙含量大于0.0025w％，将造成钢水中的钙冲刷连铸水口、钢包和中间包耐材，造成高熔点的耐火材料浸蚀进入钢水，污染钢水。由于氮造成气瓶钢的时效硬化，通过加入电石、石灰石等发泡剂进行了LF精炼埋弧操作，[N]≤0.0035w％、[H]≤0.00015w％；LF精炼过程的总增碳量不大于0.015％，成品碳含量的控制偏差不大于0.020％。还原白渣时间控制在10min至15分钟，白渣时间小于10分钟不利于脱硫和非金属夹杂的去除，大于15分钟钢包顶渣中的二氧化硅被还原进入钢液，造成钢液增硅。上连铸钢包内钢水温度为1588±2℃。
3)、板坯连铸：使用低碳高碱度覆盖剂进行钢水保温和防氧化，覆盖剂成分组成CaO含量50～55w％，SiO2含量10～15w％，Al2O3含量18～25w％，MgO含量≤5w％。严格控制钢水温度，保证钢包、中间包渣层厚度，助于钢水保温和隔绝空气，上下水口等有接触缝隙的地方，必须采用氩封密闭浇铸。测算出本钢种钢水的液相线温度为1518℃。采用板坯动态压下技术，改善连铸坯中心偏析，拉速为1.0～1.20m/min，钢水连铸过热度控制在20±8℃。板坯中心偏析检测C类不大于0.5级，连铸过程板坯的矫直温度大于930℃。板坯在750～820℃温度范围内热装轧制。
4)、钢材组织和晶粒度的控制方法：钢材大晶粒，有利于降低屈强比。但晶粒过大时在板料表层取向不同。变形量差异较明显，成形后的制品表面经常出现晶粒按大小呈鳞状分布的桔皮状。细化晶粒虽可减轻制品表面橘皮状，但晶粒过细，屈强比增大，不利于成形。控制晶粒度在9级至10级。
(1)板坯加热温度与加热时间的确定：钢材奥氏体晶粒的大小和均匀程度将直接影响到轧制过程中的奥氏体再结晶行为。在轧制终了的γ―α相变中也容易获得细小的铁素体晶粒。加热温度与加热时间的选定，主要考虑两方面的原因:一方面板坯加热温度不能太高，加热时间不能太久，防止奥氏体晶粒过分长大。另一方面为使合金元素充分固熔及奥氏体晶粒的均匀化而不能过分降低加热温度与时间。设定的板坯加热温度为1170±15℃，板坯加热时间设定：预热段时间25～30min,一加段时间35～40min,二加段时间32～38min,均热段段时间42～52min。
(2)热轧精轧终轧温度的确定：终轧温度是热变形过程中影响钢材组织性能的关键参数。高温区终轧时，晶粒基本上都是再结晶奥氏体，最终的组织比较均匀。终轧温度降低，有利于钢材拉伸性能的提高，未再结晶奥氏体增多，形变奥氏体中的位错等缺陷增多，使相变后的组织更加细化，钢材组织部均匀，会产生带状组织，降低钢材的低温冲击韧性。提高精轧终轧温度也可降低屈强比，提高钢材的冲击韧性。因此设定的精轧终轧温度为868±5℃。
(3)卷取温度：奥氏体向铁素体的转变，相当一部分是在卷取过程缓慢冷却过程中完成的。因此，卷取温度对钢材组织性能的影响是对转变温度的影响，随卷取温度的降低，铁素体晶粒逐渐变细，针状铁素体的数量逐渐增多，珠光体的片层间距也逐渐减小。温度过低会出现、魏氏体、上贝氏体组织不利于冲压成形。因此，确定钢板厚度小于5mm卷取温度为600±10℃，钢板厚度5mm～14mm的卷取温度为590±10℃。
(4)高的钢质纯净度，钢中的非金属夹杂物是影响焊瓶钢冲压性能的主要因素，如硫与锰结合形成大颗粒的夹杂，脱氧产物Al2O3夹杂是影响焊瓶钢质量的最主要因素，磷在晶界的聚集会引起晶界的脆化显著降低强度和韧性。因此，本发明设计的磷含量不大于0.015w％，硫含量不大于0.0040w％，其次要要控制钢中的氮含量至极低的水平。
(5)钢材性能，残余元素Cr含量0.011～0.015w％，Ni含量0.013～0.18w％；Cu含量0.022～0.0.026w％，钢板检测全氧含量控制在0.0015～0.0022w％、氮含量控制在0.0027～0.0033w％.残余元素和气体含量达到了极低的水平。为了提高抗拉强度，又要抑制屈服强度的大幅度的提高，添加了微量的铌，由于铌对屈服强度的贡献大于抗拉强度，屈服强度普遍大于395MPa，抗拉强度值为565-581MPa之间，但是屈强比不大于0.72,常温V形冲击大于130J，是一种高强度、低屈强比、具有良好冲压性能的焊接气瓶钢。

Claims (1)

1.一种高强度低屈强比焊接气瓶钢的生产方法，工艺流程为：铁水脱硫预处理、顶底复吹转炉冶炼、出钢脱氧合金化、增碳去夹杂、钢包底吹氩气搅拌、LF精炼处理、板坯连铸、铸坯热装轧制、卷取、取样打包；其特征在于：该方法生产的HP345成分组成以重量百分比表示：[C]：0.150～0.175w％；[Si]：≤0.025w％；[Mn]：1.30～1.40w％；[P]：≤0.015w％；[S]≤0.004w％；[Ti]：0.015～0.018w％；[Nb]0.008～0.015w％；[Al]：0.025～0.045w％；[Cr]：≤0.05w％；[Ni]≤0.05w％；[Cu]≤0.05w％；[N]：≤0.0035w％，[H]≤0.00025w％，其余为铁和不可避免的杂质；
1)、铁水脱硫预处理：COREX炉铁水前\扒渣后，铁水罐投入脱硫剂进行KR法脱硫预处理，脱硫剂为活性石灰和萤石，其中活性石灰与萤石的质量比为8:2，加入量每吨铁水为大于6kg，铁水处理后硫含量不大于0.001w％；
2)、精确控制钢水增碳量的方法是在出钢二分之一时投入增碳剂，并进行钢包底吹强搅拌，120吨转炉出钢过程增碳剂每投入10千克增碳剂钢水增碳0.006％；
3)、LF精炼：精炼初期、15分钟后在LF精炼顶渣上加入炉渣变性剂，主要成分为石灰石、CaC2、CaO、Al片的混合物，CaO：CaCO3：CaC2：Al片的质量比例为50:30:10:10，加入总量吨钢2kg，LF精炼初期吨钢1.0kg、LF精炼15分钟时吨钢1kg；LF精炼的初炼温度必须大于1565℃，钢水在LF送电提温时间不大于12分钟，保证精炼脱氧和白渣保持时间小于15分钟，LF处理结束加入钛铁、铌铁，钛铁中钛的含量为30％，回收率按照75％计算，采用巴西铌铁，铌含量60％，回收率按98％，钛铁和铌铁加入后氩气搅拌3分钟进行钙处理，然后氩气弱搅拌时间8～10min，LF结束要求[Ca]含量0.0015～0.0025w％，还原白渣时间控制在10min至15分钟，上连铸钢包内钢水温度为1588±2℃；
4)、板坯连铸：使用低碳高碱度覆盖剂进行钢水保温和防氧化，覆盖剂成分组成CaO含量50～55w％，SiO2含量10～15w％，Al2O3含量18～25w％，MgO含量≤5w％，采用板坯动态压下技术，拉速为1.0～1.20m/min，钢水连铸过热度控制在20±8℃，连铸过程板坯的矫直温度大于930℃，板坯在750～820℃温度范围内热装轧制；
5)、钢材组织和晶粒度的控制方法：设定的板坯加热温度为1170±15℃，板坯加热时间设定：预热段时间25～30min,一加段时间35～40min,二加段时间32～38min,均热段时间42～52min；精轧终轧温度为868±5℃；钢板厚度小于5mm卷取温度为600±10℃，钢板厚度5mm～14mm的卷取温度为590±10℃；本发明钢中磷含量不大于0.015w％，硫含量不大于0.0040％，残余元素Cr含量0.011～0.015w％，Ni含量0.013～0.18w％；Cu含量0.022～0.0.026w％，钢板检测全氧含量控制在0.0015～0.0022w％、氮含量控制在0.0027～0.0033w％。
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