（冶金工程专业论文）hp295焊接气瓶用热轧带钢的研制.pdf

东北人学硕士学位论文 a b s t r a e t h p 2 9 5 焊接气瓶用热轧钢卷的研制 摘要 近年来，随着我国石油天然气工业的发展，家用瓶装液化石油气和环保型机 动车用液化石油气的广泛使用，促使液化石油气气瓶用钢和机动车用液化石油气 气瓶用钢的需求不断增加。目前我国有专业化液化气钢瓶生产厂2 0 多家，年生 产能力约为3 0 0 0 万只，需要气瓶钢板5 0 , - 6 0 万吨，因而焊接气瓶用热轧钢卷具 有广阔的市场前景。 本文结合梅山热轧厂生产实际，通过实验室热模拟试验，合理设计h p 2 9 5 钢 的化学成份，系统的研究了终轧及冷却工艺对变形抗力的影响规律，分析了h p 2 9 5 钢的相变机理和相变过程；通过小规模工业试验，针对不同工艺制度获得不同组 织、力学性能与- 车l s j j s u 度的关系进行深入细致的研究，取得以下研究成果： ( 1 ) 梅山h p 2 9 5 热轧钢卷的化学成分和各项性能能够满足g b 6 6 5 3 1 9 9 4 焊接气 瓶用钢板和g b 5 8 4 2 1 9 9 6 液化石油气钢瓶标准以及与用户签定的合同 要求。其主要技术指标严于国标要求。 ( 2 ) 炼钢采取控制钢中的p 、s 含量，将p 含量控制在o 0 2 5 以下，s 含量控制 在o 0 2 0 以下；采用精炼渣工艺，连铸保护浇注工艺，提高了钢水的质量。 ( 3 ) 通过微钛处理，提高和稳定了钢材的力学性能。 ( 4 ) 通过控制终轧温度和卷取温度，稳定了钢板的力学性能，降低了钢板的届强 比，提高了钢板的深拉延冲压成型性能。 ( 5 ) 梅山研制的h p 2 9 5 焊接气瓶用热轧钢卷，经钢瓶厂的使用表明：该钢具有冲 压成型性能好，冲压合格率高，焊接性能良好，水压爆破性能好的特点。 ( 6 ) 梅山h p 2 9 5 焊接气瓶用热轧钢卷能够满足液化石油气钢瓶的各项要求。梅山 h p 2 9 5 热轧钢板经过二万余吨的工业生产试制，其产品质量稳定，其炼钢、 连铸及热轧工艺合理可行。 关键词：焊接；气瓶钢；热轧；成型性；力学性能 东北大学硕士学位论文a b s t r a c t t h e d e v e l o p m e n t o fh p 2 9 5w e l d e dg a s c y l i n d e r s t e e lp l a t e a b s t r a c t r e c e n t l y , t h ed e m a n do fs t e e lp l a t e f o rb e t hh o u s e h o l da n da u t o m o b i l e g a s c y l i n d e ri n c r e a s ep e r s i s t e n t l yw i t ht h ew i d e l yu s eo fh o u s e h e l dc a nt y p el i q u e f i e d p e t r o l e u mg a sa n du n p o l l u t e da u t o m o b i l el i q u e f i e dp e t r o l e u mg a s ，a sar e s u l to ft h e d e v e l o p m e n t o f p e t r o l e u m a n dn a t u r a l g a si n d u s t r y t h e r e a r em o r et h a n2 0 p r o f e s s i o n a lf a c t o r i e so fg a sc y l i n d e rs t e e id o m e s t i c ，a b o u t3 0m i l l i o ng a sc y l i n d e r & r e m a d ep e ry e a r , t om a k et h e s ep r o d u c t s ，5 0 0 6 0 0t h o u s a n d st o n so f g a sc y l i n d e rs t e e l p l a t ea r en e e d e d t h e r e f o r e ，h o tr o l l i n gs t e e lr o i lh a saw i d e l ym a r k e tf o r e g r o t m d b a s e do nt h ep r a c t i c ei n f i e l do fm e i s h a nh o tr o l l i n g f a c t o r y , t h ec h e m i c a l c o m p o s i t i o no fh p 2 9 5s t e e l w a sd e s i g n e dr e a s o n a b l e ，t h er e g u l a r i t yo fe f f e c to n r e s i s t a n c eo fd e f o r m a t i o no f f i n i s h i n gr o l l i n ga n dc o o l i n gt e c h n o l o g yw e r er e s e a r c h e d s y s t e m i c a l l y , t h ep h a s ec h a n g em e c h a n i c sa n dp r o c e d u r ew e r ea n a l o g i z e dv i a b e n c h - s c a l et e s t i n ga n dt h er e s e a r c hw o r ko fo r g a n i z a t i o n ，m e c h a n i cp r o p e r t ya st o c o r r e s p o n d i n gr o l l i n gp r a c t i c e ，t h er e s u l t sa r es h o w n a sf o l l o w s ， ( 1 ) t h e c h e m i c a l c o m p o s i t o p n a n dp r o p e r t i e so fm e i s h a nh p 2 9 5s t e e lc a nm e e tt h e s t a n d a r do fg b 6 6 5 3 1 9 9 4 ，g b 5 8 4 2 1 9 9 6a n dt h ec o n t e n ts i g n e dw i t hc u s t o m s t h em a i n t e c h n o l o g ys t a n d a r d sa r em o r e s t r i c tt h a nt h ed e m a n di n t e r n a t i o n a l ( 2 ) t h ep e r c e n t a g ec o m p o s i t i o no fpi sc o n t r o l l e du n d e r0 0 2 5 a n dp e r c e n t a g e c o m p o s i t i o no f si sc o n t r o l l e du n d e r0 0 2 0 d u r i n gs t e e l s m e l t i n g n l cq u a l i t y o f l i q u i ds t e e lw a si n c r e a s e dw i t ht h ea d a p t i n go ft h er e f i n i n gs l a gt e c h n o l o g y a n dc o n t i n u e c a s t i n gp r o t e c t i o nt e c h n o l o g y ( 3 ) 1 m em e c h a n i ca b i l i t yw a si n c r e a s e da n ds t a b i l i z e dw i t ht h ea d a p t i n go fm i c r o t i t e c h n o l o g y ( 4 ) t h ey i e l dr a t i ow a sd e c r e a s e da n dt h ep r o p e r t yo f d r a w i n ga n ds t a m p i n ga b i l i t y w e r ei n c r e a s e dw i t ht h ea d a p t i n go ff i n i s ht e m p e r a t u r ea n d c o i l i n gt e m p e r a t u r e c o n t r o lt e c h n o l o g y ( 5 ) a p p l i c a t i o no fh p 2 9 5i n s t e e l c y l i n d e rf a c t o r ys h o w st h a t t h es t e e lh a st h e c h a r a c t e r so f g o o dd r a w i n ga b i l i t y , g o o dp r o d u c tp e r c e n to f p a s s ，g o o dw e l d i n g a b i l i t ya n dg o o d w a t e r p r e s s u r eb o m b i n ga b i l i t y ( 6 ) m e i s h a nh p 2 9 5w e l d i n gg a sc y l i n d e rh o tr o l l i n gs t e e lc a nm e e tt h e e v e r y d e m a n d o f l i q u e f i e dp e t r o l e u mg a s 2 0t h o u s a n d so f t o n so f t h i sk i n do f s t e e lh a s b e e nm a d e ，t h eq u a l i t yk e e p ss t e a d i l ya n dt h et e c h n o l o g yo fs t e e l s m e l t i n g ， c a s t i n ga n d h o t r o l l i n ga r ea p p r o p r i a t e k e yw o r d s ：w e l d i n g ，g a sc y l i n d e rs t e e l ，h o tr o l l i n g ，p r o c e s sa b i l i t y , m e c h a n i c a l a b i l i t y i i 东匕大学硕士学位论文 声明 声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成 果除加以标注和致谢的地方外，巧；包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也 不包括本人为获得其它学位而使用过的材料。与我一同工作过的同志对本研究所 做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 本人签名 矢欠 日期：2 0 0 4 年0 2 月1 4 日 东北大学硕士学位论文 1 文献综述 l 文献综述 1 1 前言 近年来，随着我国石油天然气工业的发展，家用瓶装液化石油气和环保型机 动车用液化石油气的广泛使用，促使液化石油气气瓶用钢和机动车用液化石油气 气瓶用钢的需求不断增加。h p 2 9 5 钢板是用于y s p 一1 5 型或化y s p 一1 0 型液化石 油气钢瓶的钢板如图1 1 所示，液化石油气钢瓶是一次冷冲压成型的。目前 我国有专业化液化气钢瓶生产厂2 0 多家，年生产能力约为3 0 0 0 万只，需要气瓶 钢板5 0 6 0 万吨，因而焊接气瓶用热轧钢卷具有广阔的市场前景。 图1 1 液化石油气钢瓶 f i g1 1l i q u e f i e dp e t r o l e u mg a sc y l i n d e r s 1 2 国内气瓶钢供求状况 焊接气瓶钢板是指厚度为2 5 6 0 m m 的优质碳素结构铜和低合金结构热轧 钢板，主要用于液化石油气钢瓶、乙炔气瓶、氮气瓶、液态氯瓶等，其中液化石 油气钢瓶的产量远远大于其他产品，占主导地位。钢瓶的消费量在2 0 世纪9 0 年 东北大学硕十学位论文l 文献综述 代初期迅猛增长，近年来，随着管道煤气进入干家万户，其消费量趋于饱和，气 瓶钢市场竞争日益激烈。 1 2 1 液化石油气钢瓶的主要生产厂家 我国液化石油气瓶钢生产厂家2 0 多家，年生产能力约3 0 0 0 万只，大多集中 在广东、山东、江苏等省市，占生产总能力的7 0 8 0 t 1 ，2 1 ，其中生产能力上百万 只的生产企业有四家：广东南海市良奇钢瓶厂年生产能力4 0 0 万只；山东莱州环 f = t 集团年生产能力1 5 0 万只；江苏宝应车辆厂年生产能力1 5 0 万只；河北景县厨 房设备厂年生产能力1 0 0 万只。 1 2 2 液化石油气钢瓶的生产现状 近几年我国钢瓶新上生产线多，老企业增产改造，新增能力很快。气瓶钢生 产由原有的小企业分散型逐步转化为大企业集中生产，如东北地区原有1 7 1 8 家 生产企业，每年仅生产上百万只钢瓶，产量低、成本高。南方大企业年产量高、 成本低，因此，现开工的钢瓶生产厂家仅l o 多家，年生产钢瓶量为1 5 0 0 1 6 0 0 万只。 1 2 3 钢瓶品种规格及其钢材单耗 液化石油气瓶产品规格为5 0 k g 、3 0 k g 、1 5 k g 、1 0 k g 、5 k g 和2 k g 级，其中 l o k g 级钢瓶用1 5 k g 级钢瓶下料尺寸不合格的钢板。在钢瓶的总生产量中，家庭 型1 5 k g 级钢瓶的生产量占9 8 9 9 ，1 5 k g 级钢瓶年产1 5 0 0 1 6 0 0 万只，3 0 k g 级 钢瓶年产2 0 万只，其余极少量为5 k g 和2 k g 级钢瓶用于餐馆等小型场所。使用 热轧卷的规格为：3 o 1 0 5 0 x l ( m m ) ，3 0 x 1 2 5 0 l ( m m ) ，3 o x l 3 0 0 x l ( m m ) 。 我国现行使用的液化石油气钢瓶主要有3 种规格型号，广泛使用的是1 5 k g 的钢瓶，材质为h p 2 9 5 热轧钢板，规格3 o ( 1 1 5 5 1 1 6 0 ) x l ( m m ) 。根据钢瓶生产 工艺的不同，对钢材的单耗量亦有所区别，一般1 5 k g 钢瓶，1 吨钢板可生产5 0 - 6 0 个钢瓶，每只钢瓶消耗1 7 蝇钢材。 东北人学硕士学位论文l 文献综述 1 2 4 液化石油气钢瓶用钢板的生产情况 液化石油气钢瓶用钢板不仅对其化学成分要求控制严格，而且要求其机械性 能符合用户所需的产品标准。1 9 9 4 年以来，焊瓶钢板基本立足于国内，不再进 口。现每年钢板消费量约3 0 万吨，最高年份达4 0 力 吨。 我国焊瓶钢板生产以武钢、宝钢为主，特别是武钢在三炼钢投产后，冶炼后 采用真空脱硫，产量由原来的7 8 万吨增至1 0 万吨；宝钢生产量亦可达1 5 万吨 以上。 虽然未来城市中将大力发展管道煤气、天然气，但液化石油气气瓶在城镇、 乡村，特别是在沿海、南方等地带，新用户、旧瓶更新均有一定市场。据有关部 门预测钢瓶消费量将维持现状，每年钢板消费量仍将停留在3 0 3 5 万吨。 1 3 板料的成型性能要求 冶金行业和冲压行业一直将板料的基本性能指标作为板料质量等级划分的 基础，同时对板料的成型性能进行了深入的研究工作。影响成型性能的主要因素 包括：屈服强度、屈强比、延伸率、应变硬化指数、塑性应变比、晶粒度、表面 粗糙度、夹杂和偏析等。 1 ，3 1 屈服强度、拉伸强度和屈强比 屈服强度和拉伸强度是决定板料变形抗力的基本指标。在冲压过程中，屈服 强度越小，板料越容易成型，成型后的回弹小，贴模性和定型性好。在深冲过程 中，板料主要承受压缩变形，如果屈服强度小，则变形区所受切向压应力较小， 起皱趋势越小，防止起皱所需压边力和摩擦损失也相应降低，有利于提高极限变 形程度。板料的拉伸强度越大，冲压成型过程中所能承受的应力越高，越不易发 生断裂，成型性越好。 可见，深冲成型时板料不仅应该具有足够的拉伸强度，而且需要较低的屈服 东北大学硕士学位论文l 文献综述 强度，即板料的屈强比应该较小，板料由屈服到断裂的塑性变形阶段较长，有利 于板料冲压成型。屈强比与胀形成型性能之间的关系如图1 。2 所示“1 。 o ，i a b 0 ，8 0 6 h 。 1 相关系 - f 、 、， 、 1 i 1 0 数= o9 7 6 杯突值i e m m 1 2 圈1 ，2 屈强比与胀形成型性能的关系 龟g1 2 t h er e l a t i o n o f o j o b w i t h f o r m i n g t h es h a p ep e r f o r m a n c e 1 3 2 屈服点伸长 板料拉伸变形曲线不连续，出现屈服平台，台阶的长度称屈服点伸长。屈服 伸长阶段的变形产生吕德斯带。如果屈服点伸长较大，则屈服变形后导致产品表 面粗糙，影响喷漆和涂镀工序。所以深冲用钢希望屈服点伸长尽量小。 在退火状态或有应变时效的沸腾钢板中经常出现屈服点伸长的现象，而铝镇 静钢的情况要好一些。为了提高冲压产品的表面质量，在板料成型之前进行平整， 可以消除屈服平台。 1 3 3 延伸率 拉伸试样在拉断之前的延伸率为总延伸率6 t ，而在出现细颈即产生不均匀变 形之前的延伸率为均匀延伸率6 u 。一般来讲，总延伸率和均匀延伸率越大，板 料允许的塑形变形程度也大，抗破裂性也较好，即成形性较好。尤其均匀延伸率 6 u ，它表示板料产生均匀的或稳定的塑形变形的能力，而一般的冲压成形都是在 东北大学硕士学位论文l 文献综述 板料的均匀变形范围内进行的，故均匀延伸率6 u 直接影响板料冲压成形的极限 变形程度。 1 3 4 应变硬化指数 板料冲压成形都在常温下进行，其硬化规律服从仃= c ，这里n 即为应 变硬化指数。根据失稳理论可知，应变硬化指数n 值恰为扩散失稳开始时的细颈 点应变t 对应，故应变硬化指数与冲压成形性能关系十分密切。一般来讲，”值 大不仅能提高板料的局部应变能力，即增大失稳极限应变，而且能使应变分布趋 于均匀化，提高板料成形时的总体成形极限。这是因为当变形体发生局部变形时， 由于n 值高，该处的变形抗力也随之显著增高，从而使变形向其它地方转移，即 使变形均匀化“3 。 p 三、 o 6 7 i 。、一j f j ： i n = 0 4 ： o , c r b 0 4 ? 00【_!一1 0 0 90 80 7 o l o b 图1 3n 值与以o b 的关系 f i g1 3 t h er e l a t i o no f b e t w e e nnv a l u ew i t h o r o b 研究表明，在以伸长为主的成形过程中，n 值的作用尤为显著。雄值大的材 料，由于硬化效应高、变形均匀，减少变薄和增大极限变形参数，制品不易产生 裂纹，厚度分布均匀，表面质量较好。对于以压缩变形为主的深冲过程，, 值的 大小主要是影响成形时径向比例拉应力盯，o r b 的大小及其变化规律，如图1 3 所 东北大学硕士学位论文l 文献综述 示。由图1 3 可见，材料的n 值越大，o - ，c t b 的峰值越低，变化也越平缓。这就 改变了传力区变薄以至拉断的危险程度。一般而言，板料n 值越大，拉延性能越 好。但也应看到由于加工硬化的影响使拉延的数值受到限制。 1 3 5 晶粒度 冲压成形时，板料的晶粒度应适中。晶粒度的物理意义可利用下式理解： = 2 ”+ 2 式中：善一每平方毫米截面上的晶粒数；。晶粒度。 3 4 0 3 0 0 擎皇2 6 0 趟 鼎 2 2 0 1 8 0 。 毒i ：i 了1 一 7 ， 。， 珥 l 5 ，o 6 o 7 晶粒度8 o 9 o 图1 4 屈服极限、强度极限与晶粒度n 的关系 镰g 1 4t h er e l a t i o n s o f b e t w e e n 仃。、o - b t h ec r y s t a lg r a i ns i z en 试验资料表明“”，晶粒较大( n 较小) 时，有利于降低屈强比和屈服伸长， 如图1 4 所示“。但晶粒较大时，它们在板料表层取向不同。变形量差异较明 显，成形后的制品表面经常出现晶粒按大小呈鳞状分布的桔皮状。细化晶粒虽可 减轻制品表面橘皮状，但晶粒过细，届强比和屈服伸长都会增大，不利于成形。 实践证明，晶粒度可选择在6 级左右较合适。 ， 东北大学硕十学位论文1 文献综述 1 3 6 表面粗糙度 板料冲压成形时，如果板料表面粗糙度过大，则变形时的摩擦力较大，容易 形成应力集中，对成形性能不利。但板料表面过于平滑时，模具和板料之间的润 滑剂很容易在成形时的压力挤走。因此，用于冲压成形的板料，表面要具有适当 的粗糙度，这样就可以使润滑剂储存在表面的波谷中，并且也可以将变形时出现 的一些碎晶和夹杂物收存起来，从而减小对成形表面的刮伤。 1 3 7 夹杂物与偏析 钢板中常存在硫化物、碳化物或其它一些对成形不利的夹杂物。特别是在轧 制过程中被拉长的硫化物对成形性能危害极大。另外，在晶界上有碳化物析出时， 也会使n 值、均匀延伸率和杯突实验值明显下降，不利于冲压成形。 在铝镇静钢板中，偏析较小，钢板中部和边部的冲压成形性能差别较小。另 外铝镇静钢中的n 和a l 形成的化合物a l n 能减少钢中的自由n 浓度，使之对 位错的钉轧作用减少或消除，从而使屈服极限下降，有利于冲压成形。 1 4 热轧工艺与成型性 影响成型性的因素有化学成分、冶金质量与轧制工艺。当材料的成分确定后， 生产工艺就成为钢材组织性能最主要的决定因素。热轧板的冲压成型性能在很大 程度上取决于钢板的生产工艺条件，尤其是终轧温度，变形程度，轧后冷却速度 及卷取温度。 1 4 1 加热温度与加热时间 通常认为奥氏体晶粒的大小和均匀程度将直接影响到轧制过程中的奥氏体 再结晶行为。原始奥氏体晶粒细且分布均匀，再结晶后的奥氏体晶粒也相对要细 而分布均匀一些。从而在轧制终了的 y - a 相变中也容易获得细小的铁素体晶粒。 工程上加热温度与加热时间的选定，主要考虑两方面的原因：一方面温度不 东北大学硕士学位论文1 文献综述 能太高，时间不能太久，以防奥氏体晶粒长大和节约能源。另一方面为使合金元 素充分固熔及奥氏体晶粒的均匀化而不能过分降低加热温度与时间。 实际上，由于在热轧过程中经过了多次反复的变形与再结晶，加热温度与加 热时间对最终的组织性能影响并不显著。 1 4 2 开轧温度 对成形性来说，不希望开轧温度太低。因为丌轧温度低，意味着在完全再结 晶区的变形量降低，而在不完全再结晶区或未再结晶区的变形量提高。这将引起 奥氏体晶粒内部缺陷、形变硬化及残余应变所诱发的7 - a 相变机制增加，将会导 致屈服强度明显提高。而且在低温变形区内屈服强度增大趋势要大于强度极限的 提高，从而使屈强比升高，不利于冲压成形。 1 4 3 精轧温度与压下规程 精轧机组的压下规程分配，主要考虑板形与尺寸等因素，各道次的压下率逐 渐减小。而且速度不能做较大的调整，故终轧温度要靠进入精轧的中间坯温度来 控制。一般板带在精轧机组上的轧制对于温度来说，大部分己处于部分再结晶和 未再结晶区，轧镥4 速度越来越快，轧件在各架问间隙时间相应减小，变形将产生 积累，达到临界变形时，将发生完全再结晶，从而使晶粒细化，又不提高屈强比。 1 4 4 终轧温度 终轧温度是热变形过程中影响钢材组织性能的关键参数。高温区终轧时，晶 粒基本上都是再结晶奥氏体，最终的组织比较均匀。当终轧温度降低时，未再结 晶奥氏体增多，形变奥氏体中的位错等缺陷增多，使相变后的组织更加细化，但 不很均匀，而且会产生带状组织。 当终轧温度较低时，冲击值都不太高。尽管限制冲击值提高的因素不单纯决 定于终轧温度，但在不过分降低强度指标的前提下，适当提高终轧温度将有利于 提高冲击韧性。一般情况下，提高终轧温度也可降低屈强比。 东北火学硕士学位论文1 文献综述 现有资料表明，适当提高终轧温度还有利于 1 1 1 织构的形成，提高板厚异 向性指数r 值，使板材具有更好的性能。 1 4 5 冷却速度 轧后冷却速度增大，将会大幅度地细化铁素体晶粒，并使铁素体中固溶碳量 增加，位错密度提高，使铁素体得到强化。增大冷速还有利于细化珠光体并抑制 珠光体带状组织的形成。因此，适当地提高钢材轧后冷却速度对提高钢材力学和 工艺性能是有利的。 分段冷却的特点是：第一段冷却时仅将钢材冷却到有利于铁素体转变的某个 温度区域。然后经过短时间空冷，促使铁素体形核并转变成数量较多的铁素体晶 粒。然后，再进行第二次水冷，将带钢冷却到工艺所要求的温度，以利于残余的 高碳浓度奥氏体在卷取温度下进行相变。该冷却方式虽然总的冷却时间增加，但 却更容易获得高的铁素体百分数和均匀的缅晶组织。据初步的试验数据表明，在 终轧温度与卷曲温度相同的条件下，两段式冷却比一段冷却方式的板材抗拉强度 可提高2 0 m p a 左右，屈服强度虽稍有降低，但却明显减小了屈强比，提高了钢 材的综合机械性能。 1 4 6 卷取温度 奥氏体向铁素体的转变，相当一部分是在卷取温度下缓慢冷却过程中完成 的。因此，卷取温度对钢材组织性能的影响可理解为是对转变温度的影响，所以 必须足够重视卷取温度的有效控制。 随卷取温度的降低，铁素体晶粒逐渐变细，针状铁素体的数量逐渐增多，同 时珠光体的片层间距也逐渐减小。温度较低时还会出现上贝氏体。因此，随着终 轧或卷取温度的降低，钢材强度指标将增大，而塑性指标略有下降。这是由于7 - c t 相变在较低温度下进行时所获得的铁素体含碳及合金元素量高的原故。另外，在 低温卷取时，虽然析出过程缓慢，但来自亚结构的强化量却增加，可见，适当降 东北人学硕士学位论文1 文献综述 低卷取温度将有利于提高强度指标并获得细晶粒的铁素体+ 珠光体组织。但对提 高成形性来说，不希望卷取温度太低。 1 5 焊接气瓶用钢存在的主要问题 目前，焊接气瓶用钢存在的问题有性能不合、分层和裂废。其中主要问题是 裂废导致的钢板冲瓶废品率达到8 ，所以提高钢板冲瓶率是生产厂家和用户一 直追求的目标。影响钢板冲瓶率的主要因素是钢板的冲压性能，如果仅仅依靠改 造设备等硬件设施来提高带钢的质量，则投资较大。因此，如何挖掘现有设备的 潜力，进一步优化生产工艺。成为改善h p 2 9 5 钢板冲压控能的主要问题。 从梅山目前的生产工艺设备看，炼钢有先进的1 5 0 吨顶底复吹转炉、l f 炉 精炼设备及1 3 2 0 板坯连铸机，能够为热轧提供质量稳定的连铸板坯；梅山热连 轧机为1 4 2 2 m m ，有先进的控轧、控冷的技术工艺手段，轧制1 1 6 0 m m 宽度的板 材其成本相对较低，具有生产对板形、冲压性要求较高的低合金钢的能力。同时 周边用户为降低自身的生产成本，也希望梅山能生产h p 2 9 5 ，这为梅山开发新品 提供了有利的契机。 1 6 研究目的和意义 1 6 1 研究目的 通过优化生产工艺，净化钢质，改变夹杂物形貌，减少钢板强度波动，稳定 产品质量，降低产品的冲压废品率，进一步提高产品档次。 1 6 2 本文研究意义 本文结合梅山钢铁有限公司生产实际，针对h p 2 9 5 焊接气瓶用钢进行研制， 通过试验研究和对炼钢和轧制工艺的优化，开发h p 2 9 5 焊接气瓶用钢新品种， 满足用户需要，提高梅山钢铁有限公司产品竞争力，迸一步扩大市场份额，为企 业创造更大的经济效益。 l o 东北大学硕士学位论文1 文献综述 1 7 本文研究内容 结合梅山热轧厂生产实际，开发h p 2 9 5 焊接气瓶用钢新品种，具体研究内 容如下： ( 1 ) 通过实验室热模拟试验研究，合理设计h p 2 9 5 钢的化学成份，加热、开 轧和终轧温度、控轧控冷等轧制工艺制度，分析变形速度对变形抗力的 影响规律及h p 2 9 5 钢的相变机理和相变过程； ( 2 ) 通过小规模工业试验，针对不同工艺制度获得何种组织、机械性能与轧 制度的关系进行深入细致的研究； ( 3 ) 制定合理化学成分、冶炼、连铸、轧制方面的工艺制度。 东北大学硕士学位论文 2 h p 2 9 5 焊接气瓶用钢的熟模拟试验研究 2h p 2 9 5 焊接气瓶用钢的热模拟试验研究 2 1 焊接气瓶用钢的标准 钢质焊接气瓶是受国家劳动部门严格控制的二、三类压力容器。九十年代国 家相继制定颁布了g b 6 6 5 3 - - 1 9 9 4 焊接气瓶用钢板、g b 5 8 4 2 - - 1 9 9 6 液化石 油气钢瓶和g b l 7 2 5 9 - - 1 9 9 8 机动车用液化石油气钢瓶一系列国家标准，为 维护用户的使用安全，钢瓶必须符合国家标准规定的各项性能要求。 表2 - 1h p 2 9 5 焊接气瓶用钢的化学成分( 、v t ) ! 兰! ：! ! ! 翌! ! ! ! ! ! 翌p 竺! ! ! ! ! ! ! 坚i ! i ! ! i 旦! ! 竺型! ! ! ! ! ! ! ! 丝型! ! 坐! 标准cs im npsa 2 2 化学成分的设计 液化石油气钢瓶为国家二类压力容器，因此对制作这类气瓶的h p 2 9 5 热轧 钢卷( 板) 的各项性能要求较严，这就要求在设计化学成分时，除了要考虑保证钢 板具有一定的强度和塑性外，还要考虑使其具有良好的冷冲压成型性和焊接性 能。对于焊接气瓶用钢来说，钢的各项性能主要取决于钢中的五大元素c 、s i 、 m n 、p 、s 以及微合金元素。 东北大学硕士学位论文 2h p 2 9 5 焊接气瓶用钢的热模拟试验研究 由于梅山产品大纲中无h p 2 9 5 的技术资料，所以在化学成份设计上首先依 靠并引用了g b 6 6 5 3 9 4 焊接气瓶用钢板、g b 5 8 4 2 1 9 9 6 液化石油气钢瓶 标准规定要求进行，并在实验室实验的基础上，根据梅山与中建华威协议规定的 化学成分和性能指标，融合宝钢技术人员多年的生产经验，同时从工业生产试制 的成败经验中不断进行总结、调整。 c 是钢中主要的强化元素，但若c 含量过高，既影响钢板的成型性能，又影 响钢板的焊接性能。为了保证h p 2 9 5 热轧钢板既具有一定的强度，又具有良好 的成型性能和焊接性能，将c 含量控制：o 1 3 0 1 8 。 s i 是置换固溶强化铁素体的元素，但s i 含量增加，钢中易产生集中分布的 硅酸盐夹杂，硅酸盐夹杂在钢板进行深拉延成型时易引起裂纹，故将s i 含量实 际控制在0 0 5 以下。 m n 是通过置换固溶和细化铁素体晶粒以及增多珠光体量等方面来改善钢的 强韧性。在h p 2 9 5 钢具有较低的c 含量的基础上，根据最终产品的强度级别， 将钢中的m n 含量实际控制为：o 8 0 0 9 0 。 在梅山现有的铁水和装备条件，将钢中的p 和s 控制为：p _ 2 9 5_ 4 4 0銎6d-2a g b 5 8 4 2 - 1 9 9 6丑9 5 _ 4 4 0拉2 2 6邸8 0d = 2 a q ，h m a g 0 0 7 2 0 0 1 注：d 一弯心直径；a 一试样厚度 3 1 2 晶粒度和非金属夹杂物 梅山h p 2 9 5 热轧钢卷和钢带的晶粒度不小于6 级，晶粒度不均匀性在三个 相邻级别范围内。钢板的脆性夹杂物和塑性夹杂物级别均不大于2 5 级。 3 1 3 表面质量和尺寸公差 钢板表面不允许有气泡、裂纹、结疤、折叠、划伤和夹杂、分层等缺陷存在。 钢板如有上述缺陷时，允许清理，但清理深度以实际尺寸算起不得超过原板厚度 的负偏差并应保证钢板的最小厚度，清理处应平滑、无凌角；尺寸公差见表3 2 。 东北大学硕士学位论文 3h p 2 9 5 焊接气瓶用钢的工业试验研究 表3 - 2 尺寸公差 t h b 3 2t b l e r a n c eo f d i m e n s i o n 厚度0 2 1 m m按负公差生产和交货 宽度0 n 1 5 m m 镰刀弯5 3 m m m头尾1 0 m 除外 钢卷塔形鬟0 m m 俱0 3 2i t p 2 9 5 焊瓶钢综合性能 液化石油气钢瓶是受国家劳动部门严格控制的二类压力容器，它直接关系用 户的安全，所以钢瓶必须符合国家规定的各项性能要求。由于钢瓶封头是经冲压 深拉成型，封头经挤压缩v i 后焊接制成成品，成品要在严格的水压试验、气密性 试验、焊缝x 检验、抽查水压爆破试验等检验后才能投放市场，置于4 0 6 0 。c 的 环境温度下使用，因此，要求制瓶用热轧钢卷既要有一定的强度，较低的屈强比， 又要具有良好的冷冲压成型性能和焊接性能等综合性能。 为了使h p 2 9 5 热轧钢卷具有良好的综合性能，该钢种应该具备以下条件： 钢质应纯净，夹杂物少且弥散分布； 钢板应具有稳定的力学性能和工艺性能； 钢板应具有良好的冷冲压成型性能； 钢板应具有良好的焊接性能； 3 3 采取的措施 为了提高h p 2 9 5 钢的纯净度，采取的措施之一是控制钢中的p 、s 元素含量， 将p 含量控制在0 0 2 5 以下，s 含量控制在0 0 2 以下；其二是采用铝块脱氧， 炉后喂铝线并在l f 精炼炉二次喂铝线，保证脱氧良好以及稳定的酸溶铝含量： 其三采用精炼渣，通过钢渣反应，对钢水进一步脱硫，同时还可以吸收钢中的夹 杂物，提高钢水的质量。 东北大学硕十学位论文 3h p 2 9 5 焊接气瓶用钢的工业试验研究 成形性能是h p 2 9 5 焊接气瓶用热轧钢卷的重要性能之一。为保证钢板良好 的冷拉延成形性能，要求在己经设计的钢种成分基础上，通过对轧制工艺制度的 合理控制，最终在保证h p 2 9 5 热轧钢卷具有适当的强度的同时，得到较低的屈 强比，较高的延伸率，以便使钢板具有良好的冷冲压成型性能。另外，为提高钢 板的焊接性能，炼钢炉后加入钛铁合金，进行微钛处理。 3 3 技术难点及解决方法 梅山研制开发h p 2 9 5 焊接气瓶用热轧钢卷的技术难点是：在保证h p 2 9 5 热 轧钢卷强度的前提下，如何满足冷拉延成型性能、低的屈强比和良好焊接性能的 要求；梅山铁水中磷含量高，炼钢脱磷难度大。在梅山现有生产条件下，本研究 从钢种成分设计、冶炼、脱氧、合金化、炉外精炼、连铸以及热轧工艺制度等方 面采取以下相应措施，来保证h p 2 9 5 热轧钢卷的综合性能。 ( 1 ) 采用c m n 系钢种； ( 2 ) 为了将成品p 含量控制在0 0 2 5 以下，炼钢转炉冶炼采用双渣法； ( 3 ) 提高钢内部质量，采用精炼渣工艺： ( 4 ) 进行微钛处理，以提高焊接性能和机械强度； ( 5 ) 采用控制轧制工艺，主要是控制带钢的加热温度、终轧温度、卷取温度 等工艺参数，实现对强度、塑性的最佳匹配控制，保证屈强比0 8 。 3 4 工业生产试制 3 4 1 生产工艺流程 梅山h p 2 9 5 气瓶用热轧钢卷生产工艺流程为： 铁水( 脱硫铁水) 一扒渣一1 5 0 吨转炉冶炼一挡渣、脱氧合金化一钢包喂a l 线并吹氖搅拌( l f 炉精炼) 一1 3 2 0 板坯连铸一铸坯检查及清理一板坯加热一高压 水除磷一粗轧一精轧一层流冷却一卷取一检验。 东北大学硕士学位论文 3h p 2 9 5 焊接气瓶用钢的工业试验研究 3 4 2 冶炼过程 由于梅山铁水磷含量高达到o 2 0 以上，从产品的使用性能要求，磷含量应 控制在o 0 2 5 以下。丽目前梅山暂无铁水脱磷设备，因此，转炉冶炼承担全部 的脱磷任务，冶炼难度较大，所以转炉冶炼采取入炉铁水全部扒渣、冶炼过程中 不加生铁及采用双渣法操作，严格控制下渣量，使出钢【p 】必须兰0 0 1 8 。 为了提高钢材的清洁度，进一步降低钢水的硫含量，同时防止回磷，其精炼 工艺采用出钢加入3 0 0 k g 精炼渣。脱氧合金化采用铝块；采用红包出钢，钢包温 度 _ 1 0 0 0 。c 。经吹时站的钢水，其吹a r 时间必须保证4 m i n 以上。如需喂铝线， 喂线结束后必须吹a r3 m i n 以上；经l f 炉的钢水，其电磁搅拌时间必须保证5 r a i n 以上，喂丝的，喂丝后必须强搅3 r a i n 以上。 3 4 3 连铸过程 h p 2 9 5 钢的液相线温度：按下式计算口1 ，成分范围及取值见表3 - 3 。 = 1 5 3 6 一 7 8 x c + 7 6 x s i + 4 9 x m n + 3 4 x p + 3 0 x s + 3 6 x a l + 1 8 x t i 】( 3 - 1 ) 式中：各符号表示各元素的质量百分比。 表3 3h p 2 9 5 钢的成分范围及取值 世：! ：! 璺! 鲤竺! 堕! ! 婴! 型! ! ! 竖! ! 坚垦! ! 坐! ! 化学成分cs im npsa it i 范围( ) 0 1 3 - - 0 1 80 0 1 - - 0 0 5 0 8 - 0 9卯0 2 5 翊0 2 0卸0 1 50 o l 枷0 2 壁堡! 塑! ：! !q ：塑! ：墅坐! ! ! ：! ! ! ：塑! ：! ! i 计算得出h p 2 9 5 试验钢的液相线温度：t = 1 5 1 8 0 c ，板坯尺寸、外形、表面 等质量按企标q h m a f 0 0 1 - - 2 0 0 0 标准规定要求执行，带有中心裂纹、三角裂、 东北人学硕士学位论文 3h p 2 9 5 焊接气瓶用钢的工业试验研究 角裂缺陷的板坯必须精整合格，对于不符合q h m a f 0 0 1 - - 2 0 0 0 标准规定要求 的，均改判为其它现有牌号的钢种且全部下线。 3 4 4 热轧过程 根据第二章研究结果，结合现场实际和用户要求制定热轧工艺如下： 厚度规格：3 0 2 9 2 m m ，负公差轧制； 宽度规格：1 5 0 1 1 6 0 m m ，宽度偏差：1 5 m m ； 镰刀弯： 3 m m m ，头尾l o m 除外； 钢卷塔形： 6 0 m m 0 4 。 热轧生产h p 2 9 5 时的工艺要求： ( 1 ) 加热：在允许的时间范围内，尽可能减少板坯在一加、二加逗留时间， 以免加热缺陷、氧化烧损增加。 其出炉温度为1 2 8 0 0 c ，在炉时间1 6 0 m i n 。 ( 2 ) 轧制：合理分配各机架的压下量，精轧后段压下量为1 1 左右，以保证 板形质量和公差要求；试制过程中粗轧出口温度为1 0 4 0 - a ：3 0 。c ，精轧入 口温度为1 0 1 0 a ：1 5 。c ，精轧出口温度为8 6 0 - 3 ：2 0 。c ，卷取温度为6 4 0 a ：2 0 。c ： 合理控制轧制节奏，保证温度和除鳞压力。 ( 3 ) 除鳞：采用v s b ( 一组) + r l + r 5 + f 0 ( 一组) ； ( 4 ) 层流冷却：采用中段冷却方式，且钢卷尾部不喷定型水。不满足 g b 5 8 4 2 9 6 标准要求的钢卷改判为其它现有牌号的产品。 热轧生产的h p 2 9 5 气瓶用钢不允许有裂纹、结疤、划伤、气泡、夹杂、分 层等缺陷存在，且满足g b 6 6 5 3 9 4 标准规定要求。 3 5 试验结果及简要分析 3 5 1 冶炼化学成分 冶炼h p 2 9 5 钢的实际化学成分如图3 1 所示。 7 0 1 0 0 8 0 6 0 鼎 器4 0 2 0 0 5 6 5 7 n ：1 8 4 2 0 l国 0 1 30 1 40 1 50 1 6 0 1 7 0 】8 c ( a ) c 含量分布 m n ( e ) m n 含量分布 1 0 0 8 0 鼎6 0 聪4 0 2 0 0 n = 】8 4 a v e r = 0 0 3 1 n 0 0 1 0 0 200 30 0 400 5 s i ( b ) s i 含量分布( c ) m n 含量分布 00 2 6 - o0 1 6 0 0 1 9 - - , o 0 2 2 o0 2 5 p ( d ) p 含量分布 一网阴麟觳图 一 粥陶随 一 。一 m 舯 柏 加 。 籁暴 鲫柏加m o 赫曝 1 0 0 8 0 6 0 鼎 跽4 0 2 0 0 00 0 80 0 0 900 1 2 0 0 1 l 一00 1 4 s ( e ) s 含量分布 吲一i 图3 1h p 2 9 5 钢的实际化学成分分布 f i g 3 1a c t u a lc h e m i c a lc o m p o s i t i o nh i s t o g r a mo f h p 2 9 5s t e e l 3 5 2 连铸坯质量 对连铸试验的铸坯进行了冷态抽检，其表面质量好，表面无清理率达1 0 0 。 对连铸坯进行低倍及硫印检验，连铸坯评级见表3 - 4 。 表3 - 4 连铸坯缺陷评级( 级) 功6 炉