高质量钢的品种与质量控制

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资源描述

1高质量钢的品种与质量控制北京科技大学冶金学院陈伟庆1、高质量钢的品种按产品形状分类:(1)长形材(线棒钢);(2)板材高质量棒线材-预应力线材(钢丝、钢棒、钢绞线),SWRH72B、77B,82B-轮胎钢丝和钢帘线(胎圈钢丝、轮胎子午线),72A82A-冷镦钢(螺栓、螺母、高强度紧固件),ML10-35,SWRCH35K-焊条,软线(焊条、网线),H08,ASTM1006(1008),SWRM6(M8)-弹簧钢(汽车板簧、悬挂簧、发动机阀门簧),60Si2Mn(SUP7),55SiCr(SUP12),50CrV-轴承钢(滚珠、滚柱、轴承套圈),GCr15(SUJ2)-齿轮钢(机器、汽车齿轮),20CrMnTi-易切削钢(汽车零件,仪表零件、标准件),1215、12L14,Y12-非调质钢(汽车连杆、轴类)35MnVN-汽车面板(IF钢,镀锌板)-油气管线钢(输油和天然气的管道(X70,X80)高质量板材―-冷轧硅钢片(电机、变压器铁芯)-深冲罐(镀锡食品容器)-冷轧不锈钢薄板(装饰面板)22、钢的质量要求2.1钢的质量钢制品的质量取决于-钢的冶炼(钢的化学成分,洁净度,铸坯质量)-钢的加工(热轧、冷轧、拉拔、冷镦、热处理、机械加工)钢的性能要求-强度、塑性、韧性、热加工性能、冷加工性能、可焊性、抗疲劳性、易切削性、耐热性、耐蚀性、热强性、可涂复性、磁性不同品种、不同用途钢的质量要求和性能要求不同钢的质量主要取决于-(1)钢的洁净度;(2)连铸坯的质量2.2洁净钢的概念-钢中杂质元素含量低(S、P、O、N、H)洁净钢-(Cu、Sn、Pb、As、Bi、Sb残余元素低称为纯净钢)-钢中非金属夹杂物数量少、尺寸小,形态要控制洁净钢是一个相对概念,随钢的品种和用途而异;洁净钢的标准是生产者与用户之间的一种协议;提高钢的洁净度,意味着增加成本,并需具备相应的装备水平和冶炼技术;洁净钢产品价格高,附加值高。32.3高质量钢的洁净度要求2.3.1杂质对钢材性能和连铸坯质量的影响(1)SFeS在晶界析出导致热脆,控制Mn/S比可形成MnSMnS沿轧制方向延长,降低钢材横向机械性能(塑性、冲击值、冷弯性能、厚度方向强度)。但少量MnS对硬线、轴承钢等质量影响不大MnS处易集聚H2,造成氢诱导裂纹(输油气管线钢)焊接时,S在晶界偏析,易造成热裂;扁平状MnS可造成厚板T形焊接的冷裂铝脱氧钢中S高时,可形成沿晶界分布的Ⅱ类MnS,初轧时易出现开裂连铸时,(Fe,Mn)O-S在晶界析出,降低了铸坯高温塑性,增加了连铸坯的内裂倾向无取向硅钢热轧后如析出细小的MnS有利于形成磁各向异性的高斯织构,对无取向硅钢磁性不利(2)P冷脆P在奥氏体晶界偏析引起调质钢的高温回火脆性厚板焊接时,P、S在晶界偏析,可引起焊接热裂P在连铸高碳钢时产生宏观偏析,可导致形成马氏体,恶化盘条拉拔性能P在晶界偏析富集,可造成奥氏体不锈钢的非敏化态晶间腐蚀4(3)O生成氧化物夹杂降低钢的塑性、疲劳寿命,夹杂物通常为裂纹起源降低韧性(冲击值)恶化表面质量(特别是冷轧薄板)恶化冷加工性能(冷镦、拉拔、冷弯、深冲)降低硅钢磁性降低钢材横向性能(塑性硅酸盐和点链状Al2O3)造成连铸坯皮下气泡,恶化铸坯表面质量(4)N时效硬化恶化钢的冷加工性能(深冲、拉拔)造成焊接热影响区脆化;AlN析出时降低钢的热塑性在无取向硅钢中,形成的细小AlN阻碍晶粒长大,增加铁损,恶化磁性能(5)H产生白点和氢脆造成钢板的探伤缺陷(6)Cu、SnCu在钢-氧化铁层界面富集,造成热轧裂纹,Cu+Sn影响更大5Cu+Sn显著降低钢的高温塑性(950℃),造成连铸坯表面纵裂Cu、Sn降低IF钢的冷加工性能(r值,塑性应变比)Sn(0.01%)可在晶界析出,造成钢的热脆Sn可造成调质钢的高温回火脆性2.3.2高质量钢对洁净度的要求棒线材性能要求洁净度要求-预应力线材良好的拉拔性能低P、S、O、N,夹杂物20μ,C偏析小-钢帘线拉细丝时不断裂低P、S、O、N、Al、Ti,夹杂物5μ-冷镦钢良好的冷变形能力和塑性表面质量好,夹杂物少低P、S、O、N,-弹簧钢长的抗疲劳寿命低P、S、O、N,夹杂物20μ、可变形-软线大的冷变形量低C、Si,夹杂物少-轴承钢长的抗滚动疲劳寿命超低O(5ppm),变形夹杂物尽可能少-齿轮钢提高接触疲劳抗力,淬透带宽低P、S、O,不变形夹杂物少注:低(P0.01%、S0.005%、O20ppm)6板材性能要求洁净度要求-汽车面板优良的深冲性能表面质量好,超低C、N,低O-油气管线钢抗酸性介质腐蚀,抗氢致裂纹超低S,低P、O、H,夹杂物球化-冷轧硅钢片低的铁耗表面质量好,低C、S、N、O,-深冲罐防止卷边裂纹低C、O,夹杂物20μ-冷轧不锈钢薄板耐腐蚀表面质量好,低C、N、O、P,夹杂物少(晶间腐蚀,点腐蚀)注:超低(S0.001%,P0.005%,N20ppm,C20ppm)2.4高质量钢对连铸坯质量的要求良好的表面质量(无纵裂、横裂、粘渣、结疤、凹坑)良好的内部质量(无皮下气泡、裂纹,缩孔、疏松、中心偏析少)3、洁净钢的冶炼技术3.1洁净钢的冶炼工艺路线(1)现代转炉炼钢工艺路线铁水预处理转炉冶炼炉外精炼(LF、RH、VD)连铸特点:7转炉容量大型化原料纯净(铁水含残余元素很少)铁水经过100%的预处理(脱S等)钢水全部经过炉外精炼大部分转炉钢厂配板坯连铸(高质量冷轧薄板主要由转炉生产)表1.美国的转炉容量转炉容量317t280-200t190-160t86t氧气顶吹纯氧底吹钢厂数(个)11541183表2.美国转炉钢厂炉外精炼及连铸设备精炼和连铸LFCASRHVD板坯大方坯圆坯钢厂数(个)143572031(2)现代电炉炼钢工艺路线超高功率电弧炉炉外精炼(LF、RH、VD,VOD,SKF)连铸特点:电炉容量大型化废钢含残余元素多,对钢质量不利(电炉钢尚不能生产高质量冷轧薄板),生产高质量钢需配加纯净原料(海绵铁、铁水、生铁)钢水全部经过炉外精炼大部分电炉钢厂配方坯连铸(主要生产长形材棒线钢),电炉配薄板坯连铸直接轧制生产热轧薄板,或普通冷轧板(3)高质量棒线材的生产技术高质量的棒线材主要用于生产齿轮、轴承、弹簧、阀门、8易切削材、冷镦用材、钢帘线、预应力钢丝和绞线、高强钢缆等。这些产品原分类为特殊钢、合金钢、低合金钢、优质碳素钢等随洁净钢冶炼技术的发展,他们的冶炼工艺相近,可以在同一个钢厂用相同的装备进行大量生产,因此可以通称为高质量棒线材。高质量棒线材的生产技术特点初炼既可以用转炉又可以用电炉初炼钢水全部经过炉外精炼,以保证钢的洁净度日本各钢厂几乎全部采用大方坯(300×400)连铸,经开坯二火成材,以大的压缩比保证内部质量。欧美有些钢厂采用小方坯连铸,一火成材,降低成本和能耗,但质量尚不如日本。为保证连铸坯内部质量(减少中心偏析、缩孔、疏松等),采用结晶器电磁搅拌、凝固末端电磁搅拌、轻压缩或轻压下技术连铸坯和初轧坯采用超声波内部探伤,电磁和磁粉表面探伤,在线精整和修磨,以确保坯料无缺陷。采用无扭全连续轧制技术,配合穿水控冷技术和在线风冷或热处理3.2转炉流程冶炼洁净钢的技术3.2.1铁水预处理93.2.1.1两种路线(1)日本铁水三脱预处理铁水脱Si铁水脱P铁水脱SSi0.4%0.1-0.15%P0.08%0.01-0.02%S0.05%0.005%优点:实现转炉少渣冶炼(渣量30kg/t)铁水脱P,有利于冶炼高碳钢、高锰钢、低P钢、特殊钢(如轴承钢)、不锈钢提高脱碳速度,可进行高速冶炼(日本NKK出钢-出钢时间25min)吹炼终点Mn高,可用锰矿直接合金化(出钢Mn可达1%)缺点:转炉中铁水发热元素少,废钢加入量少,增加成本(2)欧洲、美国的铁水预处理100%铁水脱S,[S]从0.05%脱到0.005-0.001%欧洲曾做过铁水脱Si、脱P的工业试验,但至今未采用,原因:铁水脱P需较高的投资和处理费用仅有少数钢种(5%)要求极低P含量复吹转炉吹炼也可达到低P含量(0.005%)希望在转炉中加入较多废钢3.2.1.2铁水脱Si10(1)铁水脱硅方法高炉出铁沟脱硅(新日铁君津厂)高炉出铁沟摆槽上方喷射脱硅剂脱硅(宝钢、日本神户制钢)鱼雷罐车中喷射脱硅(新日铁室兰厂)铁水包中加入脱硅剂和吹氧脱硅(日本NKK)(2)铁水脱硅剂烧结矿、轧钢铁皮、铁矿、锰矿、烧结粉尘3.2.1.3铁水脱P(1)铁水脱P方法鱼雷罐车中喷射脱P剂和吹氧脱P(新日铁君津、神户制钢)铁水包中喷射脱P剂和吹氧脱P(新日铁大分厂、NKK福山厂)在转炉中进行铁水脱P(新日铁名古屋厂)2009年新日铁不同方法进行铁水预脱磷的比例:(1)转炉双渣法(MURC:MultiRefiningConverter)55%;(2)转炉双联法(LD-ORP:LD-ConverterOptimizingRefiningProcess)30%;(3)无铁水预脱磷15%11(2)铁水脱P剂CaO+CaF2+烧结矿(或轧钢铁皮)(3)铁水同时脱P脱S先用CaO基脱P剂脱P后,再喷吹苏打近一步脱P脱S3.2.1.4铁水脱S(1)铁水脱S方法铁水包中喷吹脱S(欧美多采用)鱼雷罐车中喷吹脱S(日本多采用)铁水包中搅拌脱S(KR法,武钢、宝钢不锈钢分公司)(2)铁水脱S剂CaC2+Mg(4.3:1),脱S剂耗量2.95kg/tCaO+Mg(4.0:1),脱S剂耗量3.20kg/t单喷Mg(乌克兰技术),Mg耗量0.3kg/t3.2.2转炉提高洁净度的炼钢技术(1)转炉用钢铁料12日本用三脱铁水在转炉中进行少渣吹炼德国降低铁水Si(0.70.25%)、Mn(0.70.25%)、P(0.20.07%),转炉渣不再返回烧结,目的是在不采用铁水脱P的条件下,在转炉中冶炼低P(0.005%)钢水(2)复吹工艺脱P得到明显改善在较低渣FeO时,终点C低(0.03%),有利于炼低碳钢钢水脱N效果好(吹炼时脱[N]20-40ppm)(3)挡渣出钢出钢下渣对钢的洁净度影响很大挡渣球、挡渣锥、气动挡渣器(与电磁下渣检测相配合)(4)炉渣改质转炉出钢不能完全避免下渣(电炉偏心底出钢可以避免)13转炉出钢或向钢包顶渣中加炉渣改质剂,还原FeO并调整顶渣成分(5)防止增N三脱铁水无渣吹炼,高速脱C,防止从大气吸N(终点[N]10ppm)吹炼后期加铁矿石或轧钢铁皮使炉渣发泡,防止增N(6)脱氧出钢加Al可增N出钢预脱氧,真空下C脱氧,再加AlLF炉扩散脱氧,软搅拌排除夹杂物3.2.3炉外精炼炉外精炼对冶炼洁净钢有非常重要的作用,是必须具备的工序(1)LF精炼钢包顶渣中FeO在常规吹Ar搅拌过程中对钢液产生再氧化反应,生成新的夹杂物LF精炼造还原渣,可扩散脱氧,脱S,防止渣中FeO和MnO对钢液再氧化LF炉调整和精确控制钢水成分、温度,排除夹杂物并可进行夹杂物形态控制(2)真空处理冶炼超低C钢14脱氧,脱H、N,排除脱氧产物4、洁净钢的连铸技术4.1中间包冶金大容量中间包,一般为一炉钢水量的1/4,有利于夹杂物上浮,均匀温度大的钢液深度,800mm,有利于夹杂物上浮,防止旋涡卷渣挡墙、坝,改变钢水流动路径,增加平均停留时间,促使夹杂物上浮碱性中间包内衬(MgO质涂层,MgO-CaO质涂层),减少包衬被侵蚀后卷入钢液,并能吸附夹杂物中间包复盖剂,保温、避免与空气接触,吸附夹杂物(碱性复盖剂较好,但易结壳,可采用双层复盖剂)保护浇铸和无氧化浇铸,中间包加盖,钢包与中间包用长水口、中包与结晶器用浸入水口(同时用Ar密封)高的滑动水口自开率(95%)开浇、换包、浇完时防止卷渣(保持高液面,H型中间包,下渣检测)防止水口堵塞(喂Ca-Si线,防二次氧

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