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船板钢的生产
船板钢的生产
1绪论
1.1船板钢的性能要求及其影响因素
船板钢在要求规定的屈服强度、抗拉强度和延伸率外,还要求其在低温状态下的韧性(AKV值),另外,船板钢还要有良好的焊接性能。
那么从船板钢的这些性能的影响因素出发,我们去找出它与普碳钢的区别。
1.1.1屈服强度和抗拉强度的影响因素
对一般工程用的铁素体—珠光体钢强度的影响,主要是通过固溶强化来体现的。
经研究表明,不同元素每加入1%的量可以提高屈服强度的数值如下:
P为680MN/㎡(69.3kg/mm2),Sn为124MN/㎡(12.6kg/mm2),Si为83MN/㎡(8.5kg/mm2),Cu为38MN/㎡(3.9kg/mm2),Mn为32MN/㎡(3.3kg/mm2),Mo为11MN/㎡(1.1kg/mm2)等等。
固溶强化效果最好的还是碳,每增加0.1%C强度提高约294MN/㎡(30kg/mm2),由于碳增多后,显著地导致焊接性能和冷脆性能的恶化,所以碳含量被严格限制在低碳范围,而加入其它合金元素来满足强度。
此外加入少量细化晶粒的元素,如Al、V、Ti、Nb等可使强度尽一步提高,AH32、AH36高强度船板就是微合金化的。
一般屈服强度都能达到,所以只考虑它的抗拉强度,影响抗拉强度的各特征的偏相关因数如下:
C%Mn%S%P%Sih/mm
特征量
便相关因数0.5280.194-0.0920.0460.137-0.047
h是轧制成船板的厚度,由于它的影响甚小,在把Si定为0.25%左右时,在投料生产前估计产品的抗拉强度经验公式为:
ab=328[C%]+81.8[Mn]+365
(1)
另外,有经验公式描述屈服强度与碳含量的关系如下:
As=179.9+384Ceq+29.0Si
(2)
1.1.2焊接性能的影响因素
如果钢的含碳量较高,有含有增大淬透性的合金元素,那么就更容易导致硬化和淬化,而且由于相变应力和热应力的作用,在焊缝处易产生裂纹。
因此,为了产生裂纹,就必须降低碳含量,并适当选择合金元素的种类和控制其含量。
焊接的硬度值用HVmax来表示,HVmax=(666Ceq+40)±40,Ceq为碳含量
Ceq=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14
为保证焊接区的性能,要求HVmax<350;与此相应,当钢的Ceq(%)<0.44%时,一般不会产生焊接裂纹。
船板钢一般要求Ceq(%)<0.40。
1.1.3低温韧性
为评价钢的低温韧性,对缺口式样进行一次冲击试验,用缺口式样的冲击值Akv来表示韧性的大小。
影响低温韧性的因素有:
1)碳含量多时,钢的淬性转折温度急剧上升,而且冲击韧性全面下降,故多把碳含量限制在0.2%以下。
另外,提高合金元素MnNi的含量,可提高钢的低温韧性。
2)脱氧方法和晶粒对低温脆性的影响:
研究这除了是因为沸腾钢中镇静钢比沸腾钢的低温韧性要好的多,表明,
含有较多的氧和氮以外,主要是因为镇静钢是铝脱氧,晶粒较细的缘故;特别是加入了少量的NbVTi等元素后,晶粒进一步细化,从而使钢得到更为优良的低温韧性。
3)控扎控冷要比一般轧制提高低温韧性。
1.2工艺综述
为满足船板钢的低温韧性,船板钢一般都用镇静钢,由于Al的脱氧能力比较强,又可以起到细化晶粒的作用,所以我厂最好用Al进行脱氧,加铝的方法出钢时加铝块、精炼或吹氮时喂铝丝三种方法,依据船板不同的级别,加铝方法选用不同。
下表是一般船板钢的脱氧方法和化学成分:
脱氧方AB
D
E
5,除5,除2,镇镇静和
腾钢外的任腾钢外的任处晶处理
2,镇方方
5,镇5,镇和细晶处理
处处
0.210.21C0.210.18
0.80Mn2.5C0.600.700.50Si0.350.350.35
0.035S0.0350.0350.035
%
≤≤P
0.0350.035
≤0.0350.035≤---
Als0.015
≥0.015
≥---
从我厂的实际条件和船板钢生产的五大要点是:
1)NbVTi的微合金化。
因为我厂用Nb来微合金化的经验比较丰富,所以生产高强度船板的合金化用Nb或者Nb+Al,每加0.01%的Nb,屈服强度as提高3—4
kg/mm2,脆性转变温度升高5—15℃,正火处理后,屈服强度提高0.5—2kg/mm2,脆性温度下降5—15℃。
2)严格控制碳含量。
一般强度船板钢的碳当量按式
(1)计算;生产高强度船板的碳当量按式
(2)计算。
Ceq=104+0.2h
(1)
Ceq=(ab-194+0.31h)/738
(2)
当轧制7.5-80mm厚普通钢板时碳当量合适范围为0.20%-0.27%;当轧制7.5-32mm的高强度钢板的碳当量范围为0.42%-0.57%。
3)严格控制夹杂物和防止二次氧化。
这就需要从出钢到结晶器钢水的全程保护。
4)由于船板钢基本上都是用Al脱氧的镇静钢,所以怎样防止水口结瘤是顺利浇注的关键。
塞棒吹氩可以很有效地解决结瘤问题,经过简单的改进我厂是可以实现的。
5)由于船板钢对[N]有要求,所以要严格控制N含量,使其不超标。
减少钢中以间隙相存在的自由[N],以降低低温冲击转变温度,改善低温韧性。
从我厂实际看,把浸入式水口气封和塞棒吹气用的现在的保护套管气封、.
氮气改成氩气是非常重要的。
1.3冶炼和连铸工艺综述
1.3.1吹炼工艺
冶炼船板钢是以镇静钢或半镇静钢为基,严格控制钢中化学成分。
严禁炉渣反干,以保证炉渣有良好的作用。
炉渣碱度控制在2.8-3.2为宜。
FeO控制要低,以降低炉渣的氧化性,一般要求FeO控制在18%为宜。
严格控制出钢时间(1-1.5min),防止二次氧化。
1.3.2精炼
1)钢包中喂Ca-Si合金包芯线,喂入量1kg/t钢,喂丝要控制拉速,不能太快也不能太慢,喂速在2.0-2.5m/sec为宜,目的是脱氧,去硫,改变夹杂物,使夹杂物变性,防止钢二次氧化。
2)吹氩一般大于3min。
吹氩要“弱吹”,尽量减少吹氩引起液面裸露在空气中,避免钢中的铝被氧化。
1.3.3保护浇注工艺
采用全程保护浇注工艺,尽可能少地防止二次氧化。
1)保持流股光滑而不散。
2)采用全程保护浇注。
3)使用密封剂,密封大包长水口的接缝,该密封剂在一定温度下软熔而产生体积膨胀,其密封作用,取代了Ar气,成本低,操作简单。
.
4)保护渣应有合适的熔化性、黏性和较强的吸收夹杂物的能力。
5)中包加过滤器(过滤器多采用石灰质)。
6)在中包钢水里加入稀土金属,改变硫化物类型。
Ce/s=1.5时,可完全把硫化物改变成球状。
1.3.4连铸工艺
1)钢水温度严格控制。
由于是铝脱氧镇静钢,中包温度降低了易结瘤,高了易产生裂纹,所以中包钢水温度要严格控制。
2)拉速控制在0.75-0.85m/min
3)采用自动控制液面.
4)二冷水应采用弱冷,矫直温度要在900℃以上。
1.4浇注船板钢防止结瘤的措施
1)钢包吹氩搅拌,使夹杂充分上升。
2)利用中间包的功能(包括大容量、加挡墙、加过滤器等手段)使Al2O3充分上浮。
3)中包保持高液面操作。
4)防止二次氧化。
长水口+氩气,使钢流与水口之间形成一层氩气膜,阻止Al2O3沉淀,中包液面上加覆盖剂或中包保护渣,起防止二次氧化和吸附上浮夹杂物的作用。
5)采用专用保护渣,这种保护渣要有较强吸附Al2O3夹杂的作用。
)塞棒吹氩。
在中间包的塞棒吹氩,把水口壁上的堵物吹走,6.
同时也有利于结晶器上浮夹杂物,净化钢质。
1.5结晶器喂铝丝
生产D、E、AH32、AH36等钢板时要求的Als较大,为了提高铝的收得率和避免钢中Al2O3过高而产生结瘤,在结晶器中喂丝是较好的方法。
由于较低熔点的铝丝要通过结晶器断面的保护渣进入钢中,必须采用较大的喂丝速度。
但喂丝速度过快,可能会因铝扩散不充分而造成成分偏析,因此稳定、合适的喂丝速度是该工艺的关键。
喂丝速度由钢种铝要求量、铝丝单重(规格)、铸坯拉速、铸坯断面决定。
V喂=V拉MG/g
V喂—Al丝喂入速度,m/min
V拉—铸坯拉速,一般为0.7-0.8m/min
M铸坯单重,t/m
G—Al丝的加入量,g/t
g—Al丝单重,?
4.0mm为33.70g/m,?
3.3mm为21.86g/m。
喂Al丝的回收率一般在30%左右,由于我们是初次使用这种方法,所以回收率我们按25%算。
G=[(钢中要求的Als含量)-(到站大包钢水的Als含量)*回收率(25%)
结晶器喂铝丝工艺要求结晶器保护渣有较强的吸附Al2O3号是用前渣粉5、4的功能。
下表是济钢喂铝丝时用的保护渣情况,
样,3号是操作工操作时挑出的渣条,1、2号是使用时的液渣样。
从表中可以看到渣中Al2O3含量从使用前的平均4%升高到平均26.4%;碱度也降低了不少,这表明,这种保护渣的吸附能力是很强的了,是适用于结晶器的喂丝工艺的。
编号SiO2CaO
MgO
Al2O3Fe2O3MFe
MnO
V2O5CCaO/Sio2
0.9330.0027.780.6425.871.230.2612.82
2.830.3226.932.51230.080.2927.100.90
3.202.4929.52327.780.370.6429.00
0.0590.268.081.030.8030.3631.2645.252.63
0.0610.357.9830.7630.465
1.283.60
0.99
2.80
换水口时,要降低拉速,并尽量减少换水口时间,并且换水口时应选择在定尺坯之间,以便坯子的整体铝含量在规定范围之内。
2各个等级船板钢的工艺设计
2.1A级船板的工艺设计
2.1.1成分设计
成分C%Si%Mn%SPAls
≤0.21≤0.50≥国标2.5C≤0.035≤0.035--
0.10-0.180.15-0.300.55-0.80内控≤0.020≤0.020≥0.005
Ceqmin=C+Mn/6=0.10+0.55/6=0.19
Ceqmix=C+Mn/6=0.18+0.80/6=0.31
0.19≤Ceq≤0.31碳当量合适
强度效核:
Asmin=179.9+384Ceq+29.0Si=179.9+384*0.19+29.0*0.15=257
Asmin=179.9+384Ceq+29.0Si=179.9+384*0.31+29.0*0.30=
308
屈服强度大于235所以合适。
Abmin=328[C%]+81.8[Mn%]+365=328*0.1+81.8*0.55+365=443Mpa
Abmix=328[C%]+81.8[Mn%]+365=328*0.18+81.8*0.8+365=490Mpa
抗拉强度在国标400-520Mpa范围内。
由于(w[Al])2*(w[O])3=k`Al
K`Al=4.0*10-14
把[O]=20ppm代入得出[Al]=0.0045%所以规定[Al]≥0.005
2.1.2冶炼要求
转炉冶炼及出钢要求应符合前面论述的要求,吹氩时要喂Ca-Si合金包芯线来改善夹杂物形态,若不过LF炉就能保证[O]20ppm以下,吹氩也可不喂铝丝,否则喂铝丝最好在吹氩台喂入。
喂入的铝丝铝
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