高強度熱軋船用角鋼的研制與開發

范銀平 何曉波 張全剛 陳建良

(安陽鋼鐵集團有限責任公司)

高強度熱軋船用角鋼的研制與開發

范銀平 何曉波 張全剛 陳建良

(安陽鋼鐵集團有限責任公司)

重點介紹了安鋼采取鈮微合金化及控溫軋制工藝開發生產高強船用角鋼的生產研究過程。通過合理控制生產工藝參數,嚴格生產組織,成功開發生產出 A36、D36高強熱軋船用角鋼,并順利通過中國船級社認證。

熱軋 角鋼 生產實踐

0 前言

由于受當時認證生產工藝條件的限制,多年來安鋼僅能生產 CCSA、B級船用角鋼。隨著工藝裝備條件的提高,特別是 100 t轉爐—LF精煉—150 mm×150 mm方坯—400 mm型機組生產線的開通,其型材生產工藝條件得到了大大改善,同時也為公司擴大提高船用角鋼級別提供了有利保證。為完善公司產品結構,提高型材機組的創效能力,安鋼決定開發生產高強度船體結構用角鋼,經過近半年多的生產試驗跟蹤研究,最終順利通過了中國船級社 CCS的認證。

1 工藝設計

主要生產設備及工藝流程:鐵水處理—100 t轉爐—LF精煉爐—150 mm×150 mm連鑄方坯—連續推鋼式加熱爐—1×Φ500/1×Φ500/1×Φ400/1×Φ400/1×Φ400/1×Φ400/1×Φ400跟蹤式軋機—往復小車撥爪式冷床—400 t冷剪—移鋼臺架—10輥轎直機—檢查、收集、計量—成品入庫。

1.1 化學成分設計

CCS船規對高強度船用角鋼的化學成分要求較寬,但對于其低溫沖擊韌性及焊接工藝性能要求較高,為此,如何根據自身工藝裝備特點,制定出適應于安鋼生產高強船角的內控化學成分,是確保產品綜合性能的關鍵。

根據對現有工藝路線生產Q345B低合金角鋼的實際綜合性能進行分析結果,同時,在此 Q345B低合金角鋼成分體系基礎上進行不同成分方案的對比優化試驗,最終確定了鈮微合金化工藝,即:D36控 Al同時添加Nb;A36不控Al直接添加 Nb的成分體系。其安鋼高強船用角鋼化學成分設計見表 1。

表1 高強船用角鋼化學成分w%

1.2 冶煉工藝控制

為滿足高強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鍵。

首先要求鐵水成分:S≤0.040%,P≤0.100%;吹煉過程中早化渣,全程化好渣,控制中后期爐渣返干,保證終點鋼水 P、S含量達到要求;采用二次擋渣,出鋼嚴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。鋼包進行吹氬,嚴禁吹氬翻鋼。

1.3 連鑄工藝控制

中間包液面加覆蓋劑保溫,中間包到結晶器采用浸入式水口保護澆注;為防止鋼流二次氧化,結晶器液面加保護渣;為保證鑄坯質量,澆注過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,先期實現有效的固溶,隨后才能保證在軋制變形和軋后冷卻過程中更多的析出。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,進而對隨后軋制過程中的奧氏體再結晶晶粒尺寸及碳氮化物的析出狀態和數量產生影響。最終將影響到高強船角鋼的綜合性能,因此,對高強度船角鋼鑄坯制定合理的加熱制度十分重要。實際加熱段溫度為 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,使其鈮通過形成碳化物、氮化物質點阻止奧氏體晶粒長大,并延遲奧氏體的再結晶,保持形變效果從而細化鐵素體晶粒,提高其船角鋼的強、韌性[1]。軋制過程采取中間控溫,即:開軋溫度控制在 1100℃～1150℃,軋件在粗軋二架 500 mm軋機后采取控溫措施,溫度降至為 980℃～1000℃時,進入第一架Φ400 mm軋機。終軋溫度為 880℃～950℃。

2 生產試驗組織

在前期進行∠100 mm×100 mm×(8～10)mm低合金角鋼試生產的基礎上,隨后,確定了∠75 mm×50mm×10 mm規格 A36、D36船角鋼作為代表性試驗材料進行船級社認證試驗。其試驗用鋼的每個等級取同一澆次頭坯、尾坯軋制用于認可準備試驗。其試驗方案依據中國船級社船規設計和制訂,外形、尺寸依據 GB/T706-2008標準組織生產。

3 認證實物水平

3.1 化學成分控制

分別對認證試驗用高強船角 A36、D36熔煉及軋材 (分別用頭坯、尾坯軋制)進行化學成分分析統計,其結果 見表 2。

表2 高強度船角鋼化學成分控制水平w%

3.2 力學性能檢驗

安鋼高強船用角鋼的力學性能和工藝性能經河南省黑色金屬工業產品質量監督檢驗站的監測,其檢驗結果見表 3。

表3 高強船角鋼力學性能和工藝性能

由表 2、表 3可以看出,熱軋船角鋼化學成分控制穩定,力學性能檢測富余量較大、角鋼 (包括時效)沖擊功均滿足船規要求。

3.3 焊接檢驗

選取D36高強船角鋼委托洛陽船舶材料驗證試驗中心分別進行:超聲波探傷檢驗、焊接接頭拉伸試驗、焊接接頭彎曲試驗及焊接接頭沖擊試驗等焊接檢驗。焊接方式分別采用焊條電弧焊及埋弧焊兩種,其焊接試驗檢驗結果見表 4。

表4 D36高強船角鋼焊接檢驗

3.4 金相組織及鋼中夾雜物分析

對其高強船角進行組織、鐵素體晶粒度、奧氏體晶粒度及鋼中非金屬夾雜進行檢驗分析,其金相組織為均勻的鐵素體 +珠光體。奧氏體晶粒度級別平均達到 8.5級。鋼中 C類夾雜細系 0.5級。其檢驗分析結果見表 5及如圖 1、圖 2所示。

表5 高強船角組織、晶粒度及夾雜物分析結果

圖1 D36金相組織 ×400圖 2 D36奧氏體晶粒度 ×400

4 結語

1)生產實踐結果表明:就現有生產工藝裝備條件下,通過采用鈮微合金化工藝及軋鋼中間控溫軋制,完全可以滿足高強度船用角鋼的各項技術要求。

2)高強船角經檢驗,其鋼材綜合性能穩定。低溫沖擊韌性及焊接性能完全滿足船規及船級社認證要求,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)安鋼船用高強度角鋼的進一步開發生產,不僅使船用角鋼形成了系列化,而且還可充分發揮安鋼型材軋機的設備能力,更好地滿足市場對船體用鋼的需求,同時為拓寬型材銷售渠道開辟了又一途徑。

[1] 許海平,張玉柱,張志杰.高強度船板鋼 A36的化學成分設計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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聯系人:范銀平,高級工程師,河南,安陽 (455004),安陽鋼鐵集團有限責任公司技術中心;

2010—11—16