曹二轉(zhuǎn) 李娜 劉偉云 吳靜 管劉輝

( 安陽鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司)

0 前言

焊接氣瓶使用環(huán)境溫度一般為－ 40 ℃ ～60 ℃、試驗(yàn)壓力為3．2 MPa、用于存儲和輸送易燃易爆液體或氣體( 如液氮、液氧、液氬、石油液化氣及乙炔氣體等) ，焊接氣瓶用鋼作為專用材料，主要通過沖壓和焊接工藝，生產(chǎn)成焊接氣瓶，所以要求焊接氣瓶用鋼具備良好的沖壓成型性，較高的強(qiáng)度和韌性指標(biāo)、低的屈強(qiáng)比以及良好焊接性能，以滿足使用要求。安鋼2009年在150 t 轉(zhuǎn)爐冶煉—1780 mm熱連軋機(jī)組開始生產(chǎn)HP295 鋼帶，幾年來的生產(chǎn)實(shí)踐表明，其煉鋼、連鑄及軋鋼工藝穩(wěn)定合理可行，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，對公司調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和增強(qiáng)市場競爭力起到了較大作用。

1 工藝路線

焊接氣瓶用鋼生產(chǎn)工藝路線為:150 t 轉(zhuǎn)爐→LF精煉爐→雙流板坯連鑄→加熱→粗軋→精軋→冷卻→卷取→入庫。

2 技術(shù)要求

2．1 焊接氣瓶用鋼化學(xué)成分

按照GB 6653 －2008《焊接氣瓶用鋼板和鋼帶》要求，鋼的化學(xué)成分應(yīng)滿足表1。

表1 HP295 化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) %

標(biāo)準(zhǔn)允許設(shè)計(jì)過程中碳含量比規(guī)定最大碳含量每降低0．01%，錳含量則允許比規(guī)定最大錳含量提高0．05%，但最大錳含量不允許超過1．20%，對于厚度≥6 mm 的鋼板或鋼帶，允許ω( Si) ≤0．35%。

2．2 力學(xué)性能要求

焊接氣瓶鋼帶HP295 力學(xué)性能見表2。

表2 HP295 拉伸性能

2．3 夏比沖擊

大于等于6 mm 的鋼帶應(yīng)進(jìn)行夏比V 型缺口沖擊試驗(yàn)，沖擊性能指標(biāo)應(yīng)符合表3 的規(guī)定。

2．4 晶粒度

晶粒度作為判定依據(jù)。要求卷板晶粒度不小于6 級，晶粒度不均勻性應(yīng)在三個級別范圍內(nèi)。

表3 沖擊功

3 生產(chǎn)工藝控制

3．1 成分設(shè)計(jì)

碳是鋼中主要的強(qiáng)化元素，但會影響成型性能和焊接性能，為了保證HP295 的強(qiáng)度、成型性和焊接性能，將碳含量控制在了0．14% ～0．17%; 硅易使鋼中形成帶狀組織，使橫向性能低于縱向性能。硅在鋼板沖壓成型過程中容易引起裂紋，因此控制目標(biāo)為0．07%以下; 錳是弱碳化物形成元素，在增加強(qiáng)度的同時，通過細(xì)化晶?？捎行岣咪摰捻g性，但在一定程度上會增加屈強(qiáng)比，因此控制在0．7%～0．8% ;采用低P、S 控制，從而保證鋼的純凈度。成分控制見表4。

表4 HP295 實(shí)際成分控制(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) %

3．2 冶煉工藝

轉(zhuǎn)爐工藝重點(diǎn)是磷的控制、終點(diǎn)控制、脫氧合金化。冶煉過程中做到早化渣，全程化好渣，從而保證鋼水冶煉的終點(diǎn)成分滿足要求。出鋼嚴(yán)格控制出鋼口下渣，防止回磷。出鋼溫度:1630 ℃～1680 ℃，終點(diǎn)C≥0．08%，P≤0．010%，脫氧合金化: 使用高碳錳和鋼芯鋁、硅錳脫氧合金化，保證沉淀脫氧完全，并且保證鋼中鋁含量≥0．020%。精煉采用全程控鋁，保證鋼中Alt≥0．020%; 白渣保持時間不低于10 min，進(jìn)行鋼水深脫硫和脫氧; 適量喂入鋁線/鈣鐵線，從而改變鋼液中夾雜物的形態(tài)，并保證喂線后弱攪拌時間不小于8min，保證夾雜物有足夠的時間聚集上浮，提高鋼水質(zhì)量。澆注過程采用全程保護(hù)，澆注過程要求液面穩(wěn)定;溫度過熱度要求控制在10 ℃～35 ℃之間;拉速控制在0．8 m/min ～1．2 m/min，澆注過程拉速保持恒定，合理配置二冷工藝，同時采用動態(tài)輕壓下技術(shù)，盡量減少偏析、疏松、縮孔等，提高鑄坯芯部凝固質(zhì)量。通過冶煉工藝的控制，保證了HP295 的鋼水純凈度、夾雜物控制和鑄坯質(zhì)量。

3．3 軋制工藝

板坯出爐溫度為1210 ℃?？刂栖堉撇捎脢W氏體再結(jié)晶區(qū)和奧氏體未再結(jié)晶區(qū)兩階段軋制。粗軋階段盡量采用大壓下量軋制，粗軋變形量占總變形量的70% ～80%，通過軋制反復(fù)再結(jié)晶從而細(xì)化奧氏體晶粒。粗軋終軋溫度控制在1030 ±20 ℃，精軋開軋溫度控制在1010 ± 20 ℃，終軋溫度控制在870 ±20 ℃，冷卻采用兩段式冷卻工藝，卷取溫度控制在630 ±20 ℃。通過軋制工藝保證了HP295 的晶粒和組織的均勻化。

4 生產(chǎn)數(shù)據(jù)

4．1 力學(xué)性能

通過軋制工藝的合理控制，粗軋終軋溫度、精軋終軋溫度、冷卻方式、卷取溫度等的合理匹配，滿足焊接氣瓶鋼強(qiáng)度和塑性指標(biāo)、較低屈強(qiáng)比的要求。統(tǒng)計(jì)376 爐，規(guī)格小于6 mm 的HP295 的力學(xué)性能實(shí)物水平見表5。

表5 力學(xué)性能實(shí)物水平

4．2 金相檢驗(yàn)

組織結(jié)構(gòu)為鐵素體+珠光體，鐵素體晶粒為9．5～10 級，晶粒大小均勻，金相檢驗(yàn)結(jié)果見表6。顯微組織如圖1 所示。

表6 金相檢驗(yàn)(均值)

圖1 HP295 焊接氣瓶鋼帶金相組織

5 工藝分析

5．1 終軋溫度對性能的影響

屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度隨終軋溫度的變化趨勢基本相同，隨著終軋溫度的升高，強(qiáng)度呈下降趨勢，但屈服強(qiáng)度下降的速率相對抗拉強(qiáng)度較大，屈強(qiáng)比減小。這主要是因?yàn)殡S著終軋溫度的升高，晶粒相對粗化速率加大，而晶粒大小對屈服的影響要大于對抗拉強(qiáng)度的影響，終軋溫度對強(qiáng)度的影響如圖2 所示。

5．2 冷卻方式對性能的影響

冷卻采用兩段式冷卻工藝( 如圖3 所示) 。采用兩段式冷卻工藝通過提高鋼中的鐵素體含量，而且獲得相對均勻的等軸鐵素體，降低屈服強(qiáng)度，通過彌散分布的珠光體相提高抗拉強(qiáng)度。兩段式冷卻過程中［1］，一段冷卻的效果主要是通過增加過冷度提高相變驅(qū)動力，促進(jìn)鐵素體形核;當(dāng)鋼材冷卻到有利于鐵素體轉(zhuǎn)變的臨界溫度區(qū)域時，終止冷卻并持續(xù)短時間的空冷是為了促進(jìn)鐵素體的大量析出、增加鐵素體含量。由于鐵素體析出量的增大必然使鐵素體中的碳向未轉(zhuǎn)變的奧氏體中富集，因此兩段快速冷卻將起到兩個作用: 其一是抑制鐵素體的繼續(xù)長大，其二是促進(jìn)高碳濃度奧氏體的珠光體相變過程，獲得強(qiáng)度較高且彌散分布的珠光體組織。

圖3 冷卻工藝

5．3 卷曲溫度對性能的影響

實(shí)踐表明卷取溫度控制在630 ±20 ℃，相變后組織結(jié)構(gòu)為鐵素體+珠光體，鐵素體晶粒為9．5 級～10 級，晶粒大小均勻，既保證了鋼的強(qiáng)度，同時又保證了低屈強(qiáng)比的要求。卷曲溫度的合理控制，也是獲得良好性能的關(guān)鍵［2］。卷曲溫度的高低對相變后組織結(jié)構(gòu)及晶粒度有重要的影響。卷曲溫度高，則相變后組織晶粒粗大，強(qiáng)度低，卷曲溫度低，則相變后晶粒細(xì)小，但屈服強(qiáng)度的提高大于抗拉強(qiáng)度的提高，造成屈強(qiáng)比提高，同時造成中溫轉(zhuǎn)變組織增多，等軸鐵素體比例減少。

6 結(jié)論

1) 通過采用合理穩(wěn)定的成分體系控制，盡量降低鋼中P、S 等有害元素，采用全程鋁脫氧，保證良好的脫氧效果并獲得穩(wěn)定的Alt 含量，減少鋼中夾雜物數(shù)量改變夾雜物形態(tài)，保證鋼水純凈度，連鑄過程保持穩(wěn)定拉速，低過熱度澆注并配用動態(tài)輕壓下技術(shù)，獲得良好的鑄坯內(nèi)部質(zhì)量。

2) 通過采用軋制工藝，粗軋終軋溫度、精軋終軋溫度、冷卻方式、卷取溫度等的合理匹配，保證良好的組織結(jié)構(gòu)，以滿足焊接氣瓶鋼對強(qiáng)度和韌性指標(biāo)、低的屈強(qiáng)比以及良好焊接性能的要求。

3) 安鋼生產(chǎn)的焊接氣瓶用鋼帶HP295，其產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性能優(yōu)良，完全滿足GB 6653 －2008 國家標(biāo)準(zhǔn)及用戶使用要求。

［1］朱伏先，佘廣夫，張中平，等．冷卻工藝對HP295 焊瓶鋼板屈強(qiáng)比的影響 鋼鐵，2005，40(8) :39 －42．

［2］劉社牛，巫寶振，王斌，等．控軋控冷工藝對HP345 屈強(qiáng)比影響的研究 河南冶金，2008，16(6) :8 －10．