范銀平 何曉波 張全剛 陳建良

(安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司)

高強(qiáng)度熱軋船用角鋼的研制與開(kāi)發(fā)

范銀平 何曉波 張全剛 陳建良

(安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司)

重點(diǎn)介紹了安鋼采取鈮微合金化及控溫軋制工藝開(kāi)發(fā)生產(chǎn)高強(qiáng)船用角鋼的生產(chǎn)研究過(guò)程。通過(guò)合理控制生產(chǎn)工藝參數(shù),嚴(yán)格生產(chǎn)組織,成功開(kāi)發(fā)生產(chǎn)出 A36、D36高強(qiáng)熱軋船用角鋼,并順利通過(guò)中國(guó)船級(jí)社認(rèn)證。

熱軋 角鋼 生產(chǎn)實(shí)踐

0 前言

由于受當(dāng)時(shí)認(rèn)證生產(chǎn)工藝條件的限制,多年來(lái)安鋼僅能生產(chǎn) CCSA、B級(jí)船用角鋼。隨著工藝裝備條件的提高,特別是 100 t轉(zhuǎn)爐—LF精煉—150 mm×150 mm方坯—400 mm型機(jī)組生產(chǎn)線的開(kāi)通,其型材生產(chǎn)工藝條件得到了大大改善,同時(shí)也為公司擴(kuò)大提高船用角鋼級(jí)別提供了有利保證。為完善公司產(chǎn)品結(jié)構(gòu),提高型材機(jī)組的創(chuàng)效能力,安鋼決定開(kāi)發(fā)生產(chǎn)高強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)用角鋼,經(jīng)過(guò)近半年多的生產(chǎn)試驗(yàn)跟蹤研究,最終順利通過(guò)了中國(guó)船級(jí)社 CCS的認(rèn)證。

1 工藝設(shè)計(jì)

主要生產(chǎn)設(shè)備及工藝流程:鐵水處理—100 t轉(zhuǎn)爐—LF精煉爐—150 mm×150 mm連鑄方坯—連續(xù)推鋼式加熱爐—1×Φ500/1×Φ500/1×Φ400/1×Φ400/1×Φ400/1×Φ400/1×Φ400跟蹤式軋機(jī)—往復(fù)小車撥爪式冷床—400 t冷剪—移鋼臺(tái)架—10輥轎直機(jī)—檢查、收集、計(jì)量—成品入庫(kù)。

1.1 化學(xué)成分設(shè)計(jì)

CCS船規(guī)對(duì)高強(qiáng)度船用角鋼的化學(xué)成分要求較寬,但對(duì)于其低溫沖擊韌性及焊接工藝性能要求較高,為此,如何根據(jù)自身工藝裝備特點(diǎn),制定出適應(yīng)于安鋼生產(chǎn)高強(qiáng)船角的內(nèi)控化學(xué)成分,是確保產(chǎn)品綜合性能的關(guān)鍵。

根據(jù)對(duì)現(xiàn)有工藝路線生產(chǎn)Q345B低合金角鋼的實(shí)際綜合性能進(jìn)行分析結(jié)果,同時(shí),在此 Q345B低合金角鋼成分體系基礎(chǔ)上進(jìn)行不同成分方案的對(duì)比優(yōu)化試驗(yàn),最終確定了鈮微合金化工藝,即:D36控 Al同時(shí)添加Nb;A36不控Al直接添加 Nb的成分體系。其安鋼高強(qiáng)船用角鋼化學(xué)成分設(shè)計(jì)見(jiàn)表 1。

表1 高強(qiáng)船用角鋼化學(xué)成分w%

1.2 冶煉工藝控制

為滿足高強(qiáng)船用熱軋角鋼沖擊性能及工藝性能的要求,良好的鋼水純凈度尤為關(guān)鍵。

首先要求鐵水成分:S≤0.040%,P≤0.100%;吹煉過(guò)程中早化渣,全程化好渣,控制中后期爐渣返干,保證終點(diǎn)鋼水 P、S含量達(dá)到要求;采用二次擋渣,出鋼嚴(yán)禁爐口和出鋼口下渣,盡量減少出鋼回磷;使用硅鋁鐵合金脫氧合金化;LF精煉爐喂 CaSi線 2.5m/t～3.5 m/t。鋼包進(jìn)行吹氬,嚴(yán)禁吹氬翻鋼。

1.3 連鑄工藝控制

中間包液面加覆蓋劑保溫,中間包到結(jié)晶器采用浸入式水口保護(hù)澆注;為防止鋼流二次氧化,結(jié)晶器液面加保護(hù)渣;為保證鑄坯質(zhì)量,澆注過(guò)程拉速要求保持恒定,連鑄拉速平均控制在 2.5 m/min。

1.4 軋制工藝控制

1)加熱溫度。含鈮鋼只有在較高的加熱溫度下,先期實(shí)現(xiàn)有效的固溶,隨后才能保證在軋制變形和軋后冷卻過(guò)程中更多的析出。因此,加熱溫度選擇是否合理,直接影響到鋼的原始奧氏體晶粒尺寸和所加入Nb微合金元素的固溶,進(jìn)而對(duì)隨后軋制過(guò)程中的奧氏體再結(jié)晶晶粒尺寸及碳氮化物的析出狀態(tài)和數(shù)量產(chǎn)生影響。最終將影響到高強(qiáng)船角鋼的綜合性能,因此,對(duì)高強(qiáng)度船角鋼鑄坯制定合理的加熱制度十分重要。實(shí)際加熱段溫度為 l200℃～1300℃,均熱段溫度為 l180℃～1250℃。

2)軋制工藝。在熱軋條件下,為降低軋材終軋溫度,使其鈮通過(guò)形成碳化物、氮化物質(zhì)點(diǎn)阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大,并延遲奧氏體的再結(jié)晶,保持形變效果從而細(xì)化鐵素體晶粒,提高其船角鋼的強(qiáng)、韌性[1]。軋制過(guò)程采取中間控溫,即:開(kāi)軋溫度控制在 1100℃～1150℃,軋件在粗軋二架 500 mm軋機(jī)后采取控溫措施,溫度降至為 980℃～1000℃時(shí),進(jìn)入第一架Φ400 mm軋機(jī)。終軋溫度為 880℃～950℃。

2 生產(chǎn)試驗(yàn)組織

在前期進(jìn)行∠100 mm×100 mm×(8～10)mm低合金角鋼試生產(chǎn)的基礎(chǔ)上,隨后,確定了∠75 mm×50mm×10 mm規(guī)格 A36、D36船角鋼作為代表性試驗(yàn)材料進(jìn)行船級(jí)社認(rèn)證試驗(yàn)。其試驗(yàn)用鋼的每個(gè)等級(jí)取同一澆次頭坯、尾坯軋制用于認(rèn)可準(zhǔn)備試驗(yàn)。其試驗(yàn)方案依據(jù)中國(guó)船級(jí)社船規(guī)設(shè)計(jì)和制訂,外形、尺寸依據(jù) GB/T706-2008標(biāo)準(zhǔn)組織生產(chǎn)。

3 認(rèn)證實(shí)物水平

3.1 化學(xué)成分控制

分別對(duì)認(rèn)證試驗(yàn)用高強(qiáng)船角 A36、D36熔煉及軋材 (分別用頭坯、尾坯軋制)進(jìn)行化學(xué)成分分析統(tǒng)計(jì),其結(jié)果 見(jiàn)表 2。

表2 高強(qiáng)度船角鋼化學(xué)成分控制水平w%

3.2 力學(xué)性能檢驗(yàn)

安鋼高強(qiáng)船用角鋼的力學(xué)性能和工藝性能經(jīng)河南省黑色金屬工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站的監(jiān)測(cè),其檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表 3。

表3 高強(qiáng)船角鋼力學(xué)性能和工藝性能

由表 2、表 3可以看出,熱軋船角鋼化學(xué)成分控制穩(wěn)定,力學(xué)性能檢測(cè)富余量較大、角鋼 (包括時(shí)效)沖擊功均滿足船規(guī)要求。

3.3 焊接檢驗(yàn)

選取D36高強(qiáng)船角鋼委托洛陽(yáng)船舶材料驗(yàn)證試驗(yàn)中心分別進(jìn)行:超聲波探傷檢驗(yàn)、焊接接頭拉伸試驗(yàn)、焊接接頭彎曲試驗(yàn)及焊接接頭沖擊試驗(yàn)等焊接檢驗(yàn)。焊接方式分別采用焊條電弧焊及埋弧焊兩種,其焊接試驗(yàn)檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表 4。

表4 D36高強(qiáng)船角鋼焊接檢驗(yàn)

3.4 金相組織及鋼中夾雜物分析

對(duì)其高強(qiáng)船角進(jìn)行組織、鐵素體晶粒度、奧氏體晶粒度及鋼中非金屬夾雜進(jìn)行檢驗(yàn)分析,其金相組織為均勻的鐵素體 +珠光體。奧氏體晶粒度級(jí)別平均達(dá)到 8.5級(jí)。鋼中 C類夾雜細(xì)系 0.5級(jí)。其檢驗(yàn)分析結(jié)果見(jiàn)表 5及如圖 1、圖 2所示。

表5 高強(qiáng)船角組織、晶粒度及夾雜物分析結(jié)果

圖1 D36金相組織 ×400圖 2 D36奧氏體晶粒度 ×400

4 結(jié)語(yǔ)

1)生產(chǎn)實(shí)踐結(jié)果表明:就現(xiàn)有生產(chǎn)工藝裝備條件下,通過(guò)采用鈮微合金化工藝及軋鋼中間控溫軋制,完全可以滿足高強(qiáng)度船用角鋼的各項(xiàng)技術(shù)要求。

2)高強(qiáng)船角經(jīng)檢驗(yàn),其鋼材綜合性能穩(wěn)定。低溫沖擊韌性及焊接性能完全滿足船規(guī)及船級(jí)社認(rèn)證要求,其中,A36船角 -20℃沖擊功平均為 54J,D36船角 -40℃沖擊功平均為 73 J。

3)安鋼船用高強(qiáng)度角鋼的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)生產(chǎn),不僅使船用角鋼形成了系列化,而且還可充分發(fā)揮安鋼型材軋機(jī)的設(shè)備能力,更好地滿足市場(chǎng)對(duì)船體用鋼的需求,同時(shí)為拓寬型材銷售渠道開(kāi)辟了又一途徑。

[1] 許海平,張玉柱,張志杰.高強(qiáng)度船板鋼 A36的化學(xué)成分設(shè)計(jì)和控制軋制工藝分析.河北冶金,2006年(6):42-43.

RESEARC H AND DEVELOPM ENT OF HIGT STRENGTH SHIPBUILD ING HOT ROLLED ANGLE STEEL

Fan Yinping He Xiaobo ZhangQuangang Chen Jianliang

(Anyang Iron&Steel Group Co.,Ltd)

The production research process of high strength shipbuilding hot rolled angle steel is emphatically introduced based on Nimicroalloying and temperature control rolling process.Through reasonable control of process parameters and strictproductionmanagement,A36 andD36 high strength shipbuilding hot rolled angle steel have been successfullyproduced and passed the certification of classification society of China.

hot rolled angle steel production practice

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聯(lián)系人:范銀平,高級(jí)工程師,河南,安陽(yáng) (455004),安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)中心;

2010—11—16