CN112962025A - 一种低成本保探伤低合金结构钢中厚板的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及炼钢‑轧钢技术领域，具体涉及到一种低成本保探伤低合金结构钢中厚板的生产方法。本发明在成分设计上采取“以铬代锰”的设计思路，在生产工艺上采用转炉+氩站直上。利用本发明获得的12‑60mm低合金Q345B/C、Q355B/C/D中厚板，各项性能指标优异，屈服、抗拉、伸长完全符合国家标准，冲击功稳定，探伤合格率及综合合格率较现有技术提高明显；同时由于采取氩站直上工艺，整体生产流程缩短，省去LF精炼成本，吨钢综合降本50‑100元/吨，经济效益显著，有良好的市场推广前景。
Description
技术领域
本发明涉及炼钢-轧钢技术领域，具体涉及到一种低成本保探伤低合金结构钢中厚板的生产方法。
背景技术
低合金Q345、Q355B/C/D钢种是一种常见的低合金钢种，实际生产量巨大，广泛应用于钢结构、桥梁、建筑等领域。无论是升级前的Q345B/C钢种，还是2019年2月起开始执行的新国标Q355B/C/D钢种，一般在设计时基本均采用C-Mn为基础的成分体系。Mn在钢种以固溶强化为主，采用较高的锰含量，一般Mn含量控制在1.2-1.6％之间。但是锰含量较高时，不仅生产成本高，而且高锰钢固液两相区大，连铸坯晶粒粗大，Mn元素中心偏析相对严重，轧制后钢板心部容易形成过冷奥氏体，若控轧后冷却速度过快，心部局部区域容易产生贝氏体组织，再加上心部夹杂物偏聚等因素，钢板中心容易产生内裂纹、分层等缺陷，导致堆冷要求严、探伤合格率偏低、保探伤难度大。
中国发明专利，申请号为201810908403.4，公开了一种采用“低锰高钛”成分生产保探伤Q345B中厚板的制造方法，在Mn含量降低降本的同时，探伤合格率提高明显，充分说明降锰后，对提高探伤合格率的作用明显。工业实践经验也表明，采用低锰成分设计的普碳结构钢的探伤合格率远高于采用高锰成分设计的低合金结构钢。但上述方法在实施过程中也存在一定的问题，首先采用LF精炼工艺生产，LF生产工艺成本较高；此外若采用氩站直上工艺生产，采用“低锰高钛”成分，添加Ti元素收得率不稳定，Ti含量难以精确控制，容易造成水口堵塞等问题，轧制钢板性能波动范围大，低温冲击功偏低等问题，且该方法一般只能用于生产厚度30mm以下C级别以下的钢板。
发明内容
本发明的目的在于提供一种成分设计上采取“以铬代锰”的设计思路，生产工艺上采用转炉+氩站直上，开发出一种既能满足低合金Q345B/C、Q355B/C/D中厚板性能要求，又能明显提高低合金钢板探伤质量，且生产成本较低的中厚板制造方法。
具体如下：
一种低成本保探伤低合金结构钢中厚板的生产方法，所述钢板的成分设计采用“以铬代锰”的方法，将低合金钢的Mn含量降低在普碳钢常用Mn含量范围，取消Ti元素加入，加入0.20-0.30％Cr元素，其化学组分和质量百分比含量为：C:0.16-0.24％，Si:0.20-0.50％，Mn:0.60-1.10％，P≤0.025％，S≤0.015％，Cr:0.20-0.30％，Als:0.003-0.040％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
所述钢板的钢水冶炼过程取消LF精炼，采取氩站直上的短流程模式，具体包括，铁水经转炉—氩站—连铸—轧制，获得成品钢板。
进一步地，所述方法适用于12-60mm低合金Q345B/C、Q355B/C/D中厚板的生产。
进一步地，所述钢板的生产流程还包括KR脱硫，高炉铁水中P≤0.15％、S≤0.050％，到KR脱硫站温度T≥1280℃，KR脱硫后铁水中S≤0.015％，铁水兑入转炉前将脱硫渣从铁水罐中去除2/3以上；优选地，生产B级钢板且到站铁水中S小于0.020％，则可不进行KR脱硫。
进一步地，脱硫后的铁水加入顶底复吹转炉冶炼，加入石灰、镁球等脱磷剂进行吹氧吹炼，转炉终渣碱度控制为3.0-3.5，转炉出钢前在钢包中加入电石、萤石粉，加入量分别为1.0-1.2kg/t和0.5-0.7kg/t，转炉出钢C含量控制在0.06-0.12％，P≤0.030％，N含量≤30ppm，出钢温度控制在1640-1680℃。
进一步地，转炉出钢过程中向钢水中加入石灰，加入量为每吨钢水3-5kg，出钢1/3后开始向钢水中加入合金硅铁、硅锰、高碳锰铁、高碳铬铁，控制钢水中的成分达到目标成分中下限，出钢过程中全程吹氩，出钢时间控制在5分钟以内，出钢结束以后强吹氩(以钢液表面剧烈翻滚为准)1-2分钟，促使石灰和合金尽快融化，然后加入覆盖剂并转入氩站处理。
进一步地，钢水到氩站后，先取样化验成分并测温，然后加入100-300Kg石灰和20-50kg的萤石化渣，继续强吹氩1-2分钟待石灰完全融化，渣层流动性变好后，转为软吹氩(软吹标准是钢液表面不得有直径超过10cm的裸眼)，软吹期间，加入各种合金及铝线微调化学成分，确保各项成分达到设计目标成分；氩站上钢浇注前按照1.5-2m/t的标准加入硅钙线，软吹5-10min后上钢，上钢温度控制在1555-1570℃之间。
进一步地，钢包浇铸采用长水口氩封保护浇注，中包过热度控制在1530-1545℃之间，经连铸获得钢坯，待钢坯表面温度降至500℃以下送至轧制环节。
进一步地，钢坯加热温度在1200-1240℃，采用两阶段轧制工艺，12-30mm钢板的中间坯晾钢厚度按照50-70mm控制，>30-60mm钢板的中间坯晾钢厚度按照1.8-2.2倍成品厚度控制，精轧终轧温度780-850℃，ACC冷却终冷温度580-630℃,轧后冷却速度3-20℃/s。
进一步，热轧后的钢板经矫直后，≤20mm的钢板不再下线堆冷，在加有保温罩的冷床上缓冷1-2小时后直接下线；20-60mm钢板堆冷12-24小时后下线精整，获得成品钢板。
本发明的有益效果包括：
(1)合金成分设计采用“以铬代锰”的方法，将低合金钢的Mn含量降低在普碳钢常用Mn含量范围，取消Ti元素加入，加入0.2-0.3％的Cr元素，铬含量比Ti含量高一个数量级，采用氩站直上工艺时，Cr含量更加容易控制，钢水流动性好，不容易堵塞水口。采用新成分的碳当量并未增加，轧制钢板的焊接性能够保证。合金采用高碳铬铁，金属收得率99.5％以上，加上转炉铁水的残铬元素，实际加入只有0.10-0.20％左右Cr，Mn合金实际用量大幅度降低，合金成本并不高。
(2)炼钢环节，采用转炉氩站直上工艺，不经过LF精炼处理，吨钢LF精炼费用可降低30-70元/吨，冶炼工艺成本低。同时，因为未经过LF精炼工艺，精炼过程增H、增N等问题得以避免，钢水中N含量较低(40ppm以下)，钢坯裂纹率极低，省去钢坯清理工序，减少了钢坯清理成本，有利于确保钢板表面质量。进一步地，钢水未经过LF精炼工艺，精炼增H问题得到避免，钢板中氢含量降低，堆冷时间大幅度缩短，其中20mm以下钢板实现不下线堆冷，在加有保温罩的冷床上直接堆冷，堆冷时间只有1-2小时；20-60mm钢板的堆冷时间也大幅度缩短，由原来24-48小时缩短到6-24小时，减少了钢板堆冷库存及资金占压，探伤合格率不仅未降低，还大幅度提高。
(3)轧制钢板探伤合格率大幅度提高，探伤三级品合格率达到98.2％以上，探伤正品率达到99.8％以上，较传统工艺合格率提高3％以上；轧制钢板性能稳定性提高，性能一次合格率达到99.5％以上，钢板冲击异常偏低的问题得以避免，实现Q355B/C/D级别钢板的稳定化生产；轧制钢板表面质量改善明显，钢板耐锈蚀能力提高，钢坯烧损率也有所下降，钢板裂纹计划外比例在于0.1％以下。
(4)生产工艺流程缩短，综合生产成本显著降低，吨钢综合降本在50-100元/吨，交货周期加快，经济效益显著。
具体实施方式
成分设计采用“以铬代锰”的方法，将低合金钢的Mn含量降低在普碳钢常用Mn含量范围内，取消Ti元素加入，加入0.20-0.30％的Cr元素，铬含量比Ti含量高一个数量级，便于氩站直上工艺控制，具体化学组分和质量百分比含量如下：
表1本发明各钢种的化学成分组合
钢板生产工艺路线如下：(KR脱硫)—转炉—氩站—连铸—(钢坯快冷)—加热—轧制—控冷—矫直—钢板堆冷—下线精整、检测入库，其具体制造方法包括以下步骤：
高炉铁水中P≤0.15％、S≤0.050％，铁水到达KR脱硫站温度T≥1280℃，KR脱硫后铁水中S≤0.015％，铁水兑入转炉前将脱硫渣从铁水罐中去除2/3以上；若生产B级钢板且到站铁水中S含量小于0.020％以下，则可不进行KR脱硫。
转炉提前加入不超过15％的优质废钢，将脱硫后的铁水加入顶底复吹转炉冶炼，加入石灰、镁球等脱磷剂进行吹氧吹炼，转炉终渣碱度控制为3.0-3.5，转炉冶炼过程尽量一次拉碳成功，避免补吹和点吹，严禁钢水过氧化。转炉出钢前在钢包中加入电石、萤石粉，加入量分别为每吨钢水1.0-1.2kg电石和0.5-0.7kg萤石粉，转炉出钢C含量控制在0.06-0.12％，P≤0.030％，N含量≤30ppm，出钢前温度控制在1640-1680℃。
出钢过程中向钢水中加入石灰，加入量为每吨钢水3-5kg，转炉出钢1/3后开始向钢水中加入合金硅铁、硅锰、高碳锰铁、高碳铬铁，控制钢水中的成分达到目标成分中下限，转炉出钢过程全程吹氩，严控渣量，出钢时间控制在5分钟以内。出钢结束以后强吹氩1-2分钟(以钢液表面剧烈翻滚为准)，促使石灰和合金尽快融化，然后加入覆盖剂并转入氩站处理。
钢水到氩站后，先取样化验成分并测温，然后加入100-300Kg石灰和20-50kg的萤石化渣，继续强吹氩1-2分钟待石灰完全融化，渣层流动性变好后，转为软吹(软吹标准是钢液表面不得有直径超过10cm的裸眼)。软吹期间，根据化验成分加入各种合金及铝线，微调化学成分，确保各项成分达到设计目标成分。氩站上钢浇注前按照1.5-2m/t的标准加入硅钙线，软吹5-10min后上钢。软吹期间，根据钢水温度调至软吹流量，确保上钢连铸温度在1555-1570℃之间。
钢包浇铸采用长水口氩封保护浇注，确保浇铸过程Als损失小于0.003％，N含量增加量控制在5ppm以内，成品N含量控制在40ppm以内，中包温度控制在1530-1545℃，连铸及钢坯加热按照正常工艺进行。
钢坯加热温度在1200-1240℃，采用两阶段轧制，粗轧温度950-1050℃，12-30mm钢板晾钢厚度按照50-70mm控制，＞30-60mm钢板晾钢厚度按照1.8-2.2倍成品厚度控制；精轧终轧温度780-850℃，ACC终冷温度控制在580-630℃，轧后冷却速度3-20℃/s。
钢板经矫直下线后，20mm及以下厚度的钢板不再下线堆冷，经过带保温罩的冷床(即在冷床上加耐火保温盖，降低钢板在冷床上冷却速率)，在冷床上保温1-2小时后直接下线精整，20-60mm钢板下线堆冷6-24小时后下线精整。
下表为本发明在实践中典型实施例的化学成分组合及获得的钢板性能情况：
表2本发明在实践中典型实施例的化学成分
| 实例 | 钢牌号 | 厚度(mm) | C | Si | Mn | P | S | Als | Ti | Cr | Ceq |
| 1 | Q345B | 14 | 0.19 | 0.27 | 0.70 | 0.024 | 0.01 | 0.002 | 0.002 | 0.27 | 0.36 |
| 2 | Q345B | 20 | 0.19 | 0.22 | 0.79 | 0.016 | 0.012 | 0.002 | 0.002 | 0.281 | 0.38 |
| 3 | Q345B | 30 | 0.18 | 0.28 | 0.95 | 0.021 | 0.009 | 0.002 | 0.003 | 0.254 | 0.39 |
| 4 | Q345B | 40 | 0.20 | 0.22 | 1.10 | 0.016 | 0.005 | 0.004 | 0.004 | 0.227 | 0.43 |
| 5 | Q355B | 16 | 0.23 | 0.39 | 0.75 | 0.020 | 0.012 | 0.003 | 0.004 | 0.277 | 0.41 |
| 6 | Q355B | 20 | 0.23 | 0.34 | 0.85 | 0.023 | 0.006 | 0.003 | 0.003 | 0.29 | 0.43 |
| 7 | Q355B | 30 | 0.22 | 0.31 | 0.90 | 0.018 | 0.007 | 0.002 | 0.003 | 0.265 | 0.42 |
| 8 | Q355B | 60 | 0.21 | 0.32 | 1.10 | 0.013 | 0.007 | 0.015 | 0.002 | 0.24 | 0.44 |
| 9 | Q345C | 18 | 0.18 | 0.24 | 1.02 | 0.018 | 0.008 | 0.017 | 0.002 | 0.255 | 0.40 |
| 10 | Q355C | 20 | 0.18 | 0.26 | 1.08 | 0.018 | 0.008 | 0.019 | 0.002 | 0.235 | 0.41 |
| 11 | Q355D | 30 | 0.17 | 0.28 | 1.10 | 0.018 | 0.008 | 0.020 | 0.003 | 0.265 | 0.42 |
表3本发明在上述实例中获得的钢板性能情况
从表2、表3中可以看出实际冶炼成分Mn含量大幅度降低，C、Cr含量有所提高，碳当量保持稳定不变，焊接性能得到保证，各项成分都符合国家标准要求。
上述各实例中轧制钢板各项性能比较优异，屈服、抗拉、伸长完全符合国家标准，冲击功比较稳定，未出现单值偏低的问题，探伤合格率及综合合格率提高明显。采用氩站直上连铸工艺生产，未过LF精炼，虽然提高了Cr含量，但Mn含量下降明显，合金成本维持不变或者略有增加，但省去LF精炼成本，生产工艺流程缩短，吨钢综合降本50-100元/吨，交货周期加快，经济效益显著，有良好的市场推广前景。
Claims (9)
1.一种低成本保探伤低合金结构钢中厚板的生产方法，其特征在于：所述钢板的成分设计采用“以铬代锰”的方法，将低合金钢的Mn含量降低在普碳钢常用Mn含量范围，取消Ti元素加入，加入0.2-0.3％的Cr元素；所述钢板的化学组分和质量百分比含量为：C:0.16-0.24％，Si:0.20-0.50％，Mn:0.60-1.10％，P≤0.025％，S≤0.015％，Cr:0.20-0.30％，Als:0.003-0.040％，其余为Fe和不可避免的杂质元素；
所述钢板生产采取短流程模式，具体包括铁水经转炉—氩站—连铸—轧制，获得成品钢板。
2.如权利要求1所述的低成本保探伤低合金结构钢中厚板的生产方法，其特征在于：所述方法适用于12-60mm低合金Q345B/C、Q355B/C/D中厚板的生产。
3.如权利要求1所述的低成本保探伤低合金结构钢中厚板的生产方法，其特征在于：所述钢板的生产流程还包括KR脱硫，高炉铁水中P≤0.15％、S≤0.050％，到KR脱硫站温度T≥1280℃，KR脱硫后铁水中S≤0.015％，铁水兑入转炉前将脱硫渣从铁水罐中去除2/3以上；优选地，生产B级钢板且到站铁水中S小于0.020％，则可不进行KR脱硫。
4.如权利要求1所述的低成本保探伤低合金结构钢中厚板的生产方法，其特征在于：脱硫后的铁水加入顶底复吹转炉冶炼，加入石灰、镁球等脱磷剂进行吹氧吹炼，转炉终渣碱度控制为3.0-3.5，转炉出钢前在钢包中加入电石、萤石粉，加入量分别为1.0-1.2kg/t和0.5-0.7kg/t，转炉出钢C含量控制在0.06-0.12％，P≤0.030％，N含量≤30ppm，出钢温度控制在1620-1680℃。
5.如权利要求1所述的低成本保探伤低合金结构钢中厚板的生产方法，其特征在于：转炉出钢过程中向钢水中加入石灰，加入量为每吨钢水3-5kg，出钢1/3后开始向钢水中加入合金硅铁、硅锰、高碳锰铁、高碳铬铁，控制钢水中的成分达到目标成分中下限，出钢过程中全程吹氩，出钢时间控制在5分钟以内，出钢结束以后强吹氩(以钢液表面剧烈翻滚为准)1-2分钟，促使石灰和合金尽快融化，然后加入覆盖剂并转入氩站处理。
6.如权利要求1所述的低成本保探伤低合金结构钢中厚板的生产方法，其特征在于：钢水到氩站后，先取样化验成分并测温，然后加入100-300Kg石灰和20-50kg的萤石化渣，继续强吹氩1-2分钟待石灰完全融化，渣层流动性变好后，转为软吹氩(软吹标准是钢液表面不得有直径超过10cm的裸眼)，软吹期间，加入各种合金及铝线微调化学成分，确保各项成分达到设计目标成分；氩站上钢浇注前按照1.5-2m/t钢水的标准加入硅钙线，软吹5-10min后上钢，上钢温度控制在1555-1570℃之间。
7.如权利要求1所述的低成本保探伤低合金结构钢中厚板的生产方法，其特征在于：钢包浇铸采用长水口氩封保护浇注，中包温度控制在1530-1545℃之间，经连铸获得钢坯，待钢坯表面温度降至500℃以下送至轧制环节。
8.如权利要求1所述的低成本保探伤低合金结构钢中厚板的生产方法，其特征在于：钢坯加热温度在1200-1240℃，采用两阶段轧制工艺，12-30mm钢板的中间坯晾钢厚度按照50-70mm控制，>30-60mm钢板的中间坯晾钢厚度按照1.8-2.2倍成品厚度控制，精轧终轧温度780-850℃，ACC冷却终冷温度580-630℃,轧后冷却速度3-20℃/s。
9.如权利要求1所述的低成本保探伤低合金结构钢中厚板的生产方法，其特征在于，热轧后的钢板经矫直后，≤20mm的钢板不再下线堆冷，在加有保温罩的冷床上缓冷1-2小时后直接下线；20-60mm钢板堆冷12-24小时后下线精整，获得成品钢板。
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