李田茂，赫英利，于海嘯，侯鐵剛

（本鋼集團(tuán)北營煉鋼廠，遼寧 本溪 117000）

近年來，我國埋弧焊絲鋼發(fā)展速度較快,其用量越來越大,因此埋弧焊絲用盤條的市場(chǎng)需求量迅速增加。H08MnMoTiB作為高端的石油管線用埋弧焊絲，其焊接用鋼盤條在生產(chǎn)過程中不僅容易出現(xiàn)鑄坯裂紋、澆注過程絮流、拉拔斷絲等問題，而且對(duì)其焊接性能、致密度等均有較高要求［1］。為了填補(bǔ)焊絲鋼系列中缺少高端產(chǎn)品的空白，本鋼集團(tuán)北營煉鋼廠對(duì)該焊接用鋼盤條進(jìn)行了重點(diǎn)開發(fā)。

1 成分性能要求及工藝路線

試制石油管線用埋弧焊絲化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

采用的工藝路線：鐵水預(yù)處理（脫S、扒渣）—120 t轉(zhuǎn)爐（頂?shù)讖?fù)吹）—LF爐精煉—方坯連鑄（液面自動(dòng)控制、結(jié)晶器電磁攪拌、凝固末端電磁攪拌）—加熱—高線軋制—緩冷。

2 煉鋼試制工藝

2.1 脫硫工藝

為了確保轉(zhuǎn)爐冶煉穩(wěn)定以及終點(diǎn)成分、溫度滿足要求，優(yōu)先選擇帶渣量較小，鐵水［Si］含量≤0.60%，鐵水［P］含量≤0.080%，鐵水溫度≥1 300℃的鐵水。此外對(duì)鐵水進(jìn)行了深脫硫處理，使入轉(zhuǎn)爐前的鐵水［S］含量≤0.005%，對(duì)脫硫后的鐵水進(jìn)行扒渣處理，帶渣厚度≤30 mm。

2.2 轉(zhuǎn)爐工藝

表1 H08MnMoTiB化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) %

對(duì)于H08MnMoTiB等焊絲鋼，對(duì)鋼中磷的控制是轉(zhuǎn)爐工藝的關(guān)鍵。對(duì)于低碳鋼而言，出鋼碳含量較低（平均0.035%），鋼水及爐渣氧化性強(qiáng)（平均氧活度約800×10-6），有利于脫磷。但如鐵水磷含量大于0.060%時(shí),為確保終點(diǎn)磷含量滿足要求，轉(zhuǎn)爐采用雙渣操作更有利于去磷。一般前期渣堿度為 2.0～2.3,吹煉 3.5～4 min后倒渣,力求多倒初期渣，終渣堿度按3.5～4.0配加渣料,終點(diǎn)前3 min加完。另外，采用潔凈的鑄坯坯頭廢鋼，有效CaO≥85%的優(yōu)質(zhì)白灰，均有利于磷的去除。

氧氣頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉周期短、節(jié)奏快,終點(diǎn)成分和溫度控制是其冶煉的關(guān)鍵。終點(diǎn)碳控制得好壞直接影響鋼的成分、鋼中的［O］、合金回收率及鋼中夾雜物數(shù)量,對(duì)鋼水質(zhì)量影響很大。終點(diǎn)碳控制偏高,會(huì)造成精煉爐控碳?jí)毫Σ⑶铱赡軐?dǎo)致成品碳高，出現(xiàn)廢品，還會(huì)影響脫磷效果；而終點(diǎn)碳控制過低會(huì)造成鋼水過氧化，并且會(huì)導(dǎo)致合金收得率偏低，夾雜物含量過高等問題。因此在冶煉過程中,在保證脫磷前提下,應(yīng)降低鋼水氧化性，提高終點(diǎn)碳命中率，使終點(diǎn) ［C］≤0.04%（目標(biāo)0.030%～0.040%），終點(diǎn)［O］≥0.06%，終點(diǎn)［P］≤0.008%。出鋼采用擋渣標(biāo)進(jìn)行擋渣，嚴(yán)格控制下渣，使鋼包渣厚≤50mm。使用鋁鐵脫氧，確保爐后鋼包氧量≤0.005%。出鋼前對(duì)鋼包進(jìn)行預(yù)吹氬清理鋼包，出鋼時(shí)加入少量增碳劑進(jìn)行稀釋空氣控氮。

2.3 精煉工藝

對(duì)LF爐精煉成分進(jìn)行微調(diào),盡量縮小上下爐之間的成分波動(dòng)，由于［Ti］、［B］等元素較活躍，需在鋼水脫氧完全后加入其合金；在強(qiáng)還原氣氛、堿性精煉渣系的環(huán)境下對(duì)鋼水進(jìn)行深脫硫；精確控制鋼水溫度，使其滿足澆注溫度要求；LF爐膛內(nèi)保持微正壓，總通電時(shí)間控制在20 min以內(nèi)，全程采用中吹氬氣攪拌，嚴(yán)禁大氬氣攪拌，可以最大程度控制鋼水增氮；采用鋁粒與電石渣擴(kuò)散脫氧造高堿度白渣，使渣況呈現(xiàn)黃白色或灰白色［2］，鋼水離站前進(jìn)行弱吹氬，進(jìn)一步促進(jìn)非金屬夾雜物上浮。

精煉過程成分控制及爐渣成分控制是精煉的關(guān)鍵。LF爐精煉過程成分控制見表2，鋼水離站前爐渣成分見表3。合適的精煉成分保證了成品成分滿足內(nèi)控要求，合理的爐渣成分保證了鋼中非金屬夾雜物的去除以及脫硫效果。

表2 H08MnMoTiB精煉過程鋼水成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%

表3 H08MnMoTiB LF爐精煉渣系成分 %

2.4 連鑄工藝

為了防止因中包耐材潮濕造成的增氫以及鑄坯微氣泡產(chǎn)生，在生產(chǎn)H08MnMoTiB時(shí)中包烘烤時(shí)間要求≥3.5 h，烘烤火焰要求先小火、再中火、后大火的方式，一方面避免因火焰控制不良造成中包耐材出現(xiàn)裂縫，另一方面也使水汽能充分蒸發(fā)，使中包溫度≥1 100℃。

為避免因吸氣造成鋼水二次氧化，連鑄在澆注前對(duì)大包長(zhǎng)水口、中包塞棒等使用氬氣進(jìn)行保護(hù)澆注，在開澆前使用氬氣吹掃中包，吹氬流量控制為200 L/min，吹氬2～3 min；為防止因水口插入深度不足造成的結(jié)晶器卷渣以及插入過深造成的夾雜物、氣泡難以上浮等問題，連鑄對(duì)水口插入深度進(jìn)行精確控制，使其波動(dòng)范圍控制在90±5 mm；為避免因中包液面變化對(duì)結(jié)晶器鋼水波動(dòng)產(chǎn)生影響，采用結(jié)晶器液面自動(dòng)控制連鎖控制中包鋼水量。

為了提高鑄坯質(zhì)量，得到合適的組織，一要避免出現(xiàn)組織搭橋造成的中心偏析以及中心疏松，連鑄采用結(jié)晶器、凝固末端電磁攪拌，將中包溫度變化控制在15℃范圍內(nèi)，拉速控制在2.4 m/min；二要通過合適的水冷強(qiáng)度，既保證連鑄順利澆注，也避免了鑄坯角部裂紋的出現(xiàn)；三要注意液渣層變化，避免液面裸露，采用合適的結(jié)晶器保護(hù)渣［3］，使結(jié)晶器在充分潤滑的同時(shí)不因保護(hù)渣污染鋼水而造成卷渣。連鑄中包取樣檢測(cè)其熔煉成分，結(jié)果見表4，其成分全部滿足內(nèi)控要求。

表4 H08MnMoTiB熔煉成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%

通過對(duì)中包鋼樣進(jìn)行氣體分析，檢測(cè)了整個(gè)處理過程鋼中氣體的控制水平，此外通過定氫儀檢測(cè)氫含量，氣體檢測(cè)結(jié)果如表5。鋼中氣體含量低，有利于提高焊絲鋼的焊接性能。

表5 H08MnMoTiB中包氣體檢測(cè)數(shù)據(jù) %

2.5 鑄坯質(zhì)量檢查

為了避免因更換水口、澆注開始以及末期的鑄坯因拉速變化導(dǎo)致卷渣，在軋制前檢查鑄坯表面質(zhì)量，對(duì)頭尾坯進(jìn)行火焰清理并檢查，避免缺陷鑄坯流入下道工序。清理后的鑄坯無表面裂紋及卷渣，保證了軋制后盤條的表面質(zhì)量。

由于含鈦鋼鋼水黏度較大，火焰清理后在鑄坯外弧會(huì)產(chǎn)生較大的切割毛刺，為避免毛刺造成軋制卷頭尾部結(jié)疤，在鑄坯軋制前對(duì)毛刺進(jìn)行了全部清理，確保鑄坯清潔。

對(duì)鑄坯進(jìn)行低倍檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果見表6。可以看出，采用電磁攪拌后，中心偏析等缺陷得到了有效控制。

表6 H08MnMoTiB各流低倍檢驗(yàn)結(jié)果 級(jí)

3 軋鋼試制工藝

3.1 開軋溫度控制

為有效控制奧氏體晶粒度，從而獲得良好的金相組織，應(yīng)適當(dāng)降低開軋溫度。根據(jù)該鋼種特點(diǎn)及以往生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，將H08MnMoTiB的開軋溫度確定為980～1 000℃，并用粗軋1#軋機(jī)前處紅外雙色測(cè)溫儀進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控，以便當(dāng)鋼坯溫度波動(dòng)時(shí)及時(shí)做出調(diào)整。

3.2 終軋溫度

較高的終軋溫度會(huì)使軋材內(nèi)部組織粗大，晶粒度級(jí)別低。前期試軋時(shí)晶粒度平均6.5～7.5級(jí)。為了進(jìn)一步優(yōu)化溫度制度，控制開軋溫度不超過1 000℃，保證水冷后終軋溫度在不超過880℃的相變要求溫度區(qū)域，促進(jìn)了晶粒細(xì)化，改善了產(chǎn)品性能。

3.3 吐絲溫度

氣保焊絲用盤條的金相組織主要為鐵素體+珠光體，由于鋼中的Mn含量較高，且含有Mo和Ti等合金元素，使CCT轉(zhuǎn)變曲線向右下方移動(dòng)（見圖1），推遲并延長(zhǎng)了轉(zhuǎn)變時(shí)間，若工藝控制不當(dāng)，盤條容易出現(xiàn)馬氏體等有害組織。將吐絲溫度調(diào)整至較低的一段范圍，可以使盤條直接冷卻到相變前溫度，充分應(yīng)用保溫罩的緩冷能力，得到均勻的鐵素體和極少量的珠光體組織。因此調(diào)節(jié)精軋后冷卻水箱的使用數(shù)量及水量、壓力是控制吐絲溫度的關(guān)鍵。

為確定合適的吐絲溫度，按照不同的溫度范圍進(jìn)行了三組試驗(yàn)，吐絲溫度分別為：850～900℃、810～850℃、790～810℃，其他工藝參數(shù)保持不變。試驗(yàn)結(jié)果表明：

（1）吐絲溫度控制在850～900℃時(shí)，盤條抗拉強(qiáng)度較低，但是塑性指標(biāo)、伸長(zhǎng)率及斷面收縮率下降，組織中含有貝氏體組織,見圖2（a），不適宜下道工序拉拔生產(chǎn)。

（2）吐絲溫度控制在810～850℃時(shí)，盤條抗拉強(qiáng)度較低，塑性指標(biāo)、伸長(zhǎng)率及斷面收縮率較為良好，但組織中仍含有少量魏氏組織，見圖2（b），不適宜下道工序拉拔生產(chǎn)。

（3）吐絲溫度控制在790～810℃時(shí)，盤條抗拉強(qiáng)度較低，塑性指標(biāo)、伸長(zhǎng)率及斷面收縮率適中，組織為鐵素體+珠光體,見圖2（c），沒有中低溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物（貝氏體）等有害組織，是理想狀態(tài)的拉拔生產(chǎn)焊絲產(chǎn)品。

經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，最終將吐絲溫度控制在790～810℃ ，得到的H08MnMoTiB盤條顯微組織良好且更有利于拉拔。三組試驗(yàn)方案盤條力學(xué)性能及顯微組織見表7所示。

表7表明，隨著吐絲溫度的降低，盤條抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率及斷面收縮率逐步上升，當(dāng)吐絲溫度控制在790～810℃時(shí)，盤條力學(xué)性能和良好的顯微組織控制更為合理，更有利于用戶拉拔。

3.4 軋后冷卻控制

軋后的控冷設(shè)施為斯太爾摩延遲型輥式風(fēng)冷運(yùn)輸線，斯太爾摩散卷控冷線總長(zhǎng)104.7 m，分為首段（可平移和升降）、10個(gè)冷卻段（4個(gè)臺(tái)階）和末段（可平移）；每條線各設(shè)風(fēng)機(jī)12臺(tái)（11臺(tái)布置在前部，1臺(tái)布置在集卷機(jī)前），每臺(tái)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量為14.79萬m3／h，可通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)葉板和風(fēng)室內(nèi)的佳靈裝置來實(shí)現(xiàn)風(fēng)量大小和橫向合理的風(fēng)量分布，使線圈兩側(cè)搭接處冷卻更均勻；保溫罩長(zhǎng)度約80 m；各段的輥道速度可調(diào)，其運(yùn)送速度為0.05～1.30 m／s，控冷線實(shí)際冷卻能力為 0.3～l7 ℃／s。

表7 H08MnMoTiB不同試驗(yàn)方案對(duì)應(yīng)的力學(xué)性能及顯微組織

為使H08MnMoTiB細(xì)晶奧氏體轉(zhuǎn)變分解得到鐵素體加珠光體組織，避免出現(xiàn)貝氏體和馬氏體組織，在控制吐絲溫度的同時(shí)，采用延遲型控冷工藝。

由圖1可以看出，冷速小于1℃/s時(shí)可獲得鐵素體和珠光體，避免出現(xiàn)貝氏體和馬氏體組織。為實(shí)現(xiàn)相變區(qū)冷速，采取降低風(fēng)冷輥道速度、關(guān)閉風(fēng)機(jī)和蓋保溫罩等冷卻措施，保證線材的理想性能及通條性。

根據(jù)多次試驗(yàn)結(jié)果，確定了H08MnMoTiB盤條軋制工藝如表8所示。

表8 H08MnMoTiB軋制工藝參數(shù)

3.5 PF線保溫通道

在輥道集卷后到盤條打包PF運(yùn)輸線上特別建造了保溫通道，通道內(nèi)環(huán)境溫度控制在50℃左右，盤條在一定溫度下緩慢冷卻，使其在軋制過程中產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)力得到充分釋放，從而使盤條具有良好的拉拔性能。

3.6 力學(xué)性能檢驗(yàn)

焊線鋼相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及用戶要求中，具有表1所示化學(xué)成分的盤條力學(xué)性能一般要求不大于700 MPa。這類盤條必須保證盤條通條性能穩(wěn)定。在H08MnMoTiB同一批次不同盤卷上取拉伸試樣進(jìn)行力學(xué)性能檢驗(yàn)，結(jié)果見表9。表中顯示，盤條性能穩(wěn)定，通條性能差小，滿足了用戶深加工需求。

3.7 金相組織

為保證良好的拉拔性能，用戶要求H08MnMoTiB石油管線焊絲鋼系列晶粒度細(xì)小，組織均勻，晶粒度需控制在8.5級(jí)以上。對(duì)盤條進(jìn)行金相檢驗(yàn)，晶粒度一般控制在9.0～10.0級(jí)，但由于Mo、Ti等合金元素含量較高，在盤條局部分布不均，導(dǎo)致初始晶粒細(xì)小，阻礙了奧氏體晶粒變大的傾向，使盤條局部晶粒度超過10級(jí)，但能滿足盤條性能及用戶拉拔需要，符合用戶要求。

表9 力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果

非金屬夾雜物控制在0.5級(jí)以內(nèi)，顯微組織為正常組織F+P，檢驗(yàn)結(jié)果見表10,顯微組織及非金屬夾雜物形貌如圖3所示。

表10 H08MnMoTiB金相檢驗(yàn)結(jié)果 級(jí)

4 產(chǎn)品應(yīng)用效果

H08MnMoTiB熱軋盤條的抗拉強(qiáng)度低于700 MPa、易拉拔，不經(jīng)退火直接拉拔成直徑為Φ2.4～5.0 mm焊絲。用其生產(chǎn)的石油管線用埋弧焊絲成品，鋼質(zhì)純凈，力學(xué)性能穩(wěn)定，利于用戶深加工需要。

5 結(jié)論

（1）本鋼北營公司生產(chǎn)的石油管線用埋弧焊絲鋼H08MnMoTiB煉鋼、軋鋼工藝路線設(shè)計(jì)合理，成分設(shè)計(jì)滿足盤條力學(xué)工藝性能要求。

（2）通過強(qiáng)化煉鋼各工序工藝控制以及鑄坯的清理，H08MnMoTiB鑄坯表面以及氣體含量控制較好，鑄坯低倍評(píng)級(jí)各缺陷控制在1.5級(jí)以下，盤條非金屬夾雜物控制在0.5級(jí)以內(nèi)，為盤條軋制及用戶深加工創(chuàng)造了良好條件。

（3）通過軋制過程中控軋控冷工藝，使H08MnMoTiB盤條得到了良好的顯微組織，盤條性能控制穩(wěn)定，通條抗拉強(qiáng)度差小于50 MPa。

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