钛微合金化CM690三级船用锚链钢的开发

1、钛微合金化CM69CE级船用锚链钢的开发刘丽霞1,孔凡杰2,王世俊1,周 云1，彭 军3(1安徽工业大学冶金与资源学院，安徽 马鞍山243002 ;2南京钢铁联合有限公司，江苏 南京210035 ;3北京科技大学 冶金与生态学院，北京 100083 )摘 要：为提高三级锚链钢的各项机械性能，改善钢的质量，将钛微合金化技术应用于CM69L级船用锚链钢的生产试验中。结果表明，在钛含量为0.020%0.030%寸，所生产的CM69CE级船用锚链钢各项机械性能指标不仅达到了国家标 准要求，而且其抗拉强度远高于国家标准要求。提高了钢的质量，同时开发出钛微合金化CM690E级船用锚链钢新钢种。关键词：CM

2、690锚链钢；钛；微合金化；机械性能中图分类号：TG142;TG335.6+2 文献标识码：A 文章编号：1004-4620 (2007)06-0026-03Development of Ti Microalloyed CM690 Grade Three Anchor Chain Steel forShipLIU Li-xia 1, KONG Fan-jie 2, WANG Shi-jun 1, ZHOU Yun 1, PENG Jun 3(1 School of Metallurgy and Resource, Anhui University of Technology, Maanshan

3、 243002, China;2 Nanjing Iron and Steel Unite Co., Ltd., Nanjing 210035, China;3 Metallurgy and Ecology School, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083,China)Abstract: In order to increase the mechanical properties of grade three anchor chain steel for ship and to improve the qu

4、ality of steel, the technology of Ti micro-alloying was applied in producing grade three anchor chain steel. The industrial practice shown that all mechanical properties of produced anchor chain steel, especially the tensile strength, meet the requirement of national standards when the content of Ti

5、 is between 0.020%- 0.030%. So producing high quality new type Ti micro-alloyingtertiary anchor chain steel was got.Key words: CM690; anchor chain steel; Ti; microalloy; mechanical property1概 述随着海洋、河流航运及海上石油开采业的发展，对锚链钢的生产研究日益占 据重要地位。工业发达国家船用锚链钢大多使用抗拉强度为690 MPa的CM690三级锚链钢，有的强度甚至达到 890 MPa级的四级锚链钢1-2。因

6、此，推广应用 CM690E级船用锚链钢是当前我国锚链用钢技术进步的需要，也是推进船运业和钢铁工业两大产业发展的要求。开发CM69CB链钢并提高钢质量主要有两种途径，一是通过控轧控冷工 艺提高钢的强度；二是通过加入微合金元素改善钢的各项性能。本研究主要针对第二种情况。微合金化可以提高钢材强度、塑性和韧性，优化产品性能，从而可 以在不降低性能前提下减少产品钢材的使用量，达到降低成本的目的；同时世界钛资源比较丰富，供应和价格比较稳定3o因此，钛的自身特点决定了钛微合金 钢广泛应用于锚链钢生产中是可行的。2钛微合金化在CM69洞中的应用利用微合金化技术生产CM690E级锚链钢，钢中有了微合金元素，可保

7、证钢 在碳当量较低的情况下，通过微合金元素的碳、氮化物质点的弥散析出、元素的 固溶及细化晶粒，极大地提高钢的强度、韧性，特别是低温韧性，使钢具有良好 的可焊性、使用性。在生产CM69硼时可采用的微合金元素有多种，包括钥、锐 和钛等，比较几种元素，在保证生产工艺稳定性及产品质量效果的前提下，钛铁价格最低，且钛铁矿资源丰富4。因此，采用钛微合金生产 CM690M是比较经济 有效的手段。微合金化高强度锚链钢所采用的炼钢、 轧钢生产工艺与目前低合金 钢的基本相同，可在现有设备水平及工艺水平的基础上进行。微合金元素钛在轧制阶段可抑制回复及再结晶的进行，从而细化相变晶 粒。因此为了充分发挥微钛的作用，达到

8、最佳的强韧化效果，微合金CM690M的 生产应采用控制轧制技术，具轧制工艺与普碳钢和高强度低合金钢的轧制工艺相似。在降碳的同时选择合理的加热温度，保证全部或至少大部分钛在轧钢前固溶 到奥氏体中。在轧钢过程中的一部分钛以TiC析出，阻止再结晶和晶粒长大，得 到晶粒细小的室温组织，具有较好的韧性和可弯曲性。固溶钛在随后的冷却过程 中均匀析出，进一步强化室温组织。大量研究表明，在合理的工艺条件下，为保 证提高CM69cs的抗拉强度、屈服强度及控制晶粒尺寸，合适的钛含量为 0.01 %0.03噱。3 利用钛微合金化开发CM6901冈生产实践工艺流程用于生产锚链钢的设备为：电弧炉、LF炉和连铸机。冶炼工

9、艺流程为： 电炉冶炼-出钢脱氧合金化-喂 Al线-LF炉精炼加TiFe合金、CaSi线、软吹 -小方坯全保护浇注-棒材轧制。生产工艺分析电炉与LF炉精炼配合使用，所以电炉的主要任务为脱碳和脱磷，炉内为 强氧化性气氛。冶炼过程中氧枪和碳枪配合使用造好泡沫渣， 实现埋弧操作，同 时增大脱磷反应的界面，改善脱磷反应的动力学条件，从而及早完成脱磷任务。具体操作为：熔清后开始测温，当温度 t 1 550 C时取样，电炉终点控制P质 量分数0 0.018%,其它成份符合要求时，出钢。出钢时钢中氧含量高且渣中FeO含量也较高,如果脱氧和合金化任务全 部放到精炼阶段则精炼任务较重、处理周期长，不利于充分发挥精

10、炼的作用，所 以出钢时加入合金脱氧并预合金化。其种类及加入量为：硅钮合金810 kg/t ,钻铁68 kg/t ,铝铁34 kg/t ,同时加入石灰和萤石调整渣的碱度、黏度等， 减轻精炼脱氧合金化和造渣负担， 其加入量为石灰5001 000 kg/t ,萤石100 300 kg/t 。钛是极易氧化的元素，合金化工艺直接影响钛的回收率和在钢中的效果 ， 并且在浇注过程中含钛钢水易在水口结瘤， 主要是以凝固的钢为基体，富集大量 含钛和铝的氧化物6。所以，应从合金化工艺入手，避免终点钢液过氧化，控制 合理的加钛量和加入时机。LF精炼阶段脱氧是脱硫、合金化和减少钢中夹杂的关键。LF精炼过程除了采用常规

11、碳表面扩散脱氧、合金沉淀脱氧外，还喂入Al丝深脱氧，在LF深脱 氧处理后随其他合金一起加入钛铁，加入量0.40.5 kg/t ,钛的回收率为60%左右。具体操作为：钢包抵LF位立即测温，根据初始温度和连铸需要钢水时间， 决定供电制度。力口热至 21 550 C取试样1,并喂铝线对钢水深脱氧，保证 LF 出钢前Alt质量分数为0.02%0.06%。再给电，根据样1分析结果造渣脱S, 并按碳 0.30%,钮 1.60%,硅 0.35%,钥 0.020%0.025%,钛 0.020%0.030%, 进行成分质量分数调整。合金化后进行吹氮处理，有足够的镇静时间，使夹杂物 上浮，降低钢中夹杂物含量。成份

12、和温度合格后，钢包抵喂线工位，喂入 CaSi 线对夹杂物改性，通过改性处理来减轻连铸水口结瘤的现象；喂线后软吹，软吹时间不小于8分钟，尽可能排除夹杂。之后吊往连铸机全保护浇铸，浇注过程过 热度控制在30c以内，之后将铸坯进行棒材轧制。产品性能检验及分析本次试验共生产了 30炉，取生产时间比较集中、工艺控制较为严格的20炉进行分析，CM690a成品力学性能列于表1。表1成品力学性能规格/屈服强度抗拉强度延伸率冲击功/J序号mm/MPa/MPa/%实测平均016257581022.5102, 114, 6895026269086520.568, 76, 6269036258080023.088,

13、100, 8091046255081022.596, 90, 6082056050581017.592, 72, 10489066263082021.582, 94, 7283076459580022.090, 92, 8689087552578524.562, 66, 5561093961077021.0136, 128, 124129106459079519.5120, 124, 124123113948576523.0126, 128, 126127126464578021.0154, 168, 150157134356571522.5150, 146, 1461471470460780

14、22.082, 96, 128102157046078022.056, 80, 6667167553577521.594, 88, 7686177553577521.588, 78, 7079187554080021.574, 94, 8083197247576522.0120, 110, 120117207246075021.0114, 120, 124120该批产品中共有5炉轧制厚度为62 mm 4炉为75 mm 3炉为64 mm 39、 70、72 mn#为2炉，43、60mm# 1炉。各规格CM69物力学性能试验统计结果 见表2,各炉化学成分统计分析结果见表 3。表2成品力学性能统计结

15、果规格/mm屈服强度/MPa抗拉弓虽度/MPa延伸率/%冲击功/J6257569060580086582120.5 23.022.069 95847554052553477580078421.5 24.522.361 86776459064561078080079219.5 22.020.8891571237046046046078078078022.0 22.022.0671028546047575076521.0 22.01171207246875821.51193948561054876577076821.0 23.022.01271291286050581017.58943565715

16、22.5147标准要求410 690 1760(0 C)表3试验钢化学成分%规格/mmCMnSiAltPS620.29 0.311.53 1.580.26 0.280.03 0.05 0.0180.011750.29 0.301.54 1.580.27 0.310.03 0.05 0.0180.011640.29 0.321.53 1.570.26 0.280.03 0.0150.012700.311.55 1.570.26 0.300.03 0.0150.008720.29 0.311.51 1.560.23 0.270.03 0.04 0.0200.016390.301.55 1.560.

17、26 0.290.02 0.030.0110.013600.311.580.260.040.0190.016430.311.570.270.020.0110.010标准要求0.015 0.035 0.035其中各炉花含量为 0.020%0.025%,钛含量均为0.020%0.030%。试验钢化学成分、成品尺寸、重量偏差以及力学性能按GB/T18669-2002 标准执行。通过生产实践表明，当钢的成分中 G Si、Mn含量保持大致不变的前 提下，在现有冶炼工艺条件下对于钛含量在 0.03%左右的CM690,其屈服强度 和抗拉强度可大大提高，达到 GB/T18669-2002标准要求。通过用户信息

18、反馈， 所生产的钛微合金化CM690M力学性能、几何尺寸完全符合用户使用标准。这是因为微合金钢在加热保温以及随后的冷却过程中发生元素的碳化物 和氮化物的溶解、析出反应。在热变形过程中利用强碳化物、 氮化物或碳氮化物 形成元素钛的碳氮化物的溶解析出规律，控制析出时机，达到细化奥氏体晶粒， 进一步细化铁素体晶粒，对钢产生强韧化作用以及在铁素体相中的沉淀强化作用 7 0高温析出的碳、氮化钛有抑制原始奥氏体晶粒长大的作用，可阻碍变形 奥氏体再结晶；固溶钛有拖曳晶界移动的作用，抑制Y a转变；在相变时或在 相变后析出的钛，对铁素体有强烈的沉淀强化作用。另外，钛形成的碳、氮化物 固定了钢中自由氮，从而减轻

19、了氮在钢中的危害7。当微合金钛碳化物、氮化物溶解、析出过程达到平衡时，其溶解、析出 量满足微合金碳化物、氮化物固溶度积公式。钛的碳、氮化物在低碳钢的析出规 律符合欧文公式48:lg(Ti)(C+12/14N)=2.26-6770/T利用该公式可计算一定化学成分的钛微合金钢在不同温度下钛的碳、氮化物溶解及析出达到平衡时，析出碳、氮化物的质量百分数及钛微合金碳、氮化物的固溶度，从而估计细化奥氏体晶粒和沉淀强化的两个分量，以及钢中自由氮的情况，以利于CM690E级锚链钢生产工艺控制和制定，进而初步确定钢中所需钛含 量。本试验证明钢中钛含量为 0.020%0.030%寸，能够保证锚链钢的性能满足 国家标准要求而且其抗拉强度远远高于标准，从而达到改善锚链钢质量的目的。5结 语通过生产实践表明，钛微合金化 CM690E级船用