柳钢微合金化技术研究开发现状与展望

柳钢微合金化技术研究开发现状与展望

1微合金化钢的研发钢的微金化是近20年来发展起来的金属矿技术。在钢中添加量钾（nb）、钠（v）、钛（ti）和其他元素，可以提高钢的综合力学性能。微合金化钢广泛用于油气输送管线、大型跨江公路桥和铁路桥梁、造船、汽车、工程机械、耐大气腐蚀集装箱、高层钢结构建筑。随着中国加入WTO,钢铁工业要与国际接轨,必需适时调整和优化产品结构,而微合金化为我国钢铁产品的升级换代提供了一条经济有效的途径。柳钢对微合金化钢的研究开发起步较晚,于1999年立项实施,在结合自身的设备和工艺条件下,利用加入铌铁和钒铁合金的方式,在16MnL汽车大梁板、Q345C和Q390D低合金板、HRB400新Ⅲ级螺纹钢中进行了微合金化技术的研究和试验开发,试验结合柳钢工艺特点,主要从炼钢、连铸、加热、轧制等方面控制工艺参数,取得了一定的成果,并为公司增加了经济效益。本文通过总结柳钢的微合金化钢研究开发情况,分析存在问题,提出下一步工作的思路和建议,并对柳钢开发微合金化钢的发展前景作进一步的探讨。2研究和开发实践相关钢种的技术要求(表1)2.2生产工艺2.2.1出钢、落料及挡墙出钢炼钢环节的控制关键是提高微合金元素Nb、V的回收率以及控制成分稳定性,主要影响因素有Nb铁、V铁的加入方式,钢水中氧、硫含量,钢水冶炼温度以及连铸方式等。微合金化钢的冶炼及连铸工艺要点:(1)化学成分优化控制。根据微合金化钢的特殊性能要求,主要控制、优化钢水中碳、硅、锰、铌、钒的含量;(2)在出钢量达3/4左右时加入Nb铁或V铁合金;(3)炉前及时进行化学成分分析,根据结果调整Nb铁或V铁的加入量,保证钢中Nb或V成分的控制要求;(4)采用挡渣出钢,出钢后在钢包底部吹氩,并保证足够的吹氩时间;(5)连铸采用大包保护浇注,中间包要有挡墙;严格控制连铸的温度、拉速及冷却水量。经在35t转炉进行多次冶炼生产试验,微合金化钢的冶炼工艺趋于稳定,Nb铁的回收率由66%提高到90%、V铁回收率在90%以上,成品的化学成分也能够按要求控制。2.2.2物理增强应实现的主要目的是以提高nb微合金化钢的作用是通过析出细小的Nb[C、N]或V[C、N]化合物颗粒,阻止组织中奥氏体晶粒长大和抑制再结晶粒长大,达到细化晶粒以及沉淀强化的效果。无论是板坯(180mm×950mm、220mm×1300mm)或是方坯(150mm×150mm、160mm×160mm)都要求有较高的加热温度和足够的加热时间来促使钢中的Nb[C、N]或V[C、N]化合物最大限度地溶解。这对于含Nb钢来说尤为重要。含Nb钢的均热温度控制在1180～1250℃,出炉温度控制在1100～1150℃,含V钢可适当降低30～50℃。2.2.3u3000解决好中板冲击剂的工艺措施微合金化钢必需结合相应的控制轧制工艺才能有效地发挥其性能上的优势。我们主要在2800四辊单机架可逆式中厚板轧机上进行控轧工艺研究,通过采用高温区的再结晶型控轧与低温区的未再结晶型控制相结合的方式,使生产的16MnL、Q345C、Q390D等微合金化钢中板都能达到较高的低温冲击性能。对于16MnL、Q345C中板,通过采用轧后矫直后快速过冷床进行堆垛缓冷的工艺,使钢材的冷弯和延伸性能获得改善。其工艺要点为:(1)含Nb钢提前出炉2min;(2)采用交叉轧制方式;(3)在高温区进行较大压下的粗轧,轧至成品厚度的2倍时进行中间待温,待温至950℃左右进入精轧,精轧阶段要保证末3道压下率不小于15%;(4)根据不同的微合金化钢种控制相应的终轧温度;(5)根据不同钢种调节控制轧后水幕冷却水量。另外,在全连续式棒材轧机上轧制含Nb或含V的HRB400螺纹钢时,控轧控冷工艺主要通过调节轧制速度和冷却水量、控制终轧温度等手段进行控制。2.3在微金属化钢的成分和性能比较分析中柳钢微合金化钢成分和性能情况见表2。2.3.1汽车好酒的生产对16MnL汽车大梁板用户除按国标要求外,还要求成分有微合金元素(≥0.015%),-40℃横向冲击值≥31J。采用加入微合金元素Nb的方式,结合控轧控冷和轧后堆冷工艺,生产出性能合格的含Nb的16MnL中板。含Nb的16MnL比一般16MnL的各项性能指标都好,特别是带状组织明显改善,解决了困扰柳钢多年的16MnL汽车大梁板的带状组织不合格的问题。但是含Nb的16MnL的宽冷弯性能还有部分不达标,另外其晶粒组织存在混晶和晶粒度不均匀的现象,且低温冲击性能的富余量不大。2.3.2加nb或加v的3gmac的性能柳钢较多的钢材供销合同要求Q345C、Q390D是较厚规格(≥25mm)的低合金板。加Nb或加V的Q345C钢板的各项性能均能满足用户的要求,对一些要求更严格的出口合同指标亦能满足。从表2可看出加V的Q345C比加Nb的Q345C的性能指标要稍低些,特别是低温冲击的富余量较低。加Nb的Q390D板各项性能都较好,只是伸长率富余较少。2.3.3含vhpb400一般在含vhp0.0.5%v.5%/hf-在全连续棒材轧机上进行了含Nb和含V的HRB400新Ⅲ级螺纹钢的试验生产,其中含NbHRB400的性能完全达到Ⅲ级螺纹钢的国标要求,含VHRB400一般在含V达0.055%以上时屈服和抗拉强度均可满足国标要求。通过加入Nb或V生产的微合金化HRB400新Ⅲ级螺纹钢(ϕ12mm～ϕ40mm,其中ϕ12mm～18mm采用切分轧制),柳钢于2002年10月获得了国家质量监督检验检疫总局颁发的HRB400钢筋混凝土用热轧带肋钢筋全国工业生产许可证,是广西唯一获得此证的企业。2.4研究阶段的控轧控冷工艺(1)微合金化钢的冶炼收得率较低而且不太稳定。(2)微合金化钢的控轧控冷工艺还处于试验研究阶段,如何结合柳钢的现有设备条件采用更适宜的控轧控冷工艺以满足不同微合金化钢的特殊性能要求还需要进一步探讨。(3)微合金化钢的增加成本还比较高,由于收得率不稳定,且Nb铁和V铁成本较高,在激烈的市场竞争中极为不利。(4)加Nb钢的板坯表面横裂纹较多,影响了钢材质量。3下一步工作计划和建议3.1钒与拉伸力作用氮在非调质钢中是一种经济有效的合金元素,其在钢中改变了钒的分布,促进V[C、N]析出,使析出相的颗粒尺寸明显减小,从而充分发挥了钒的析出强化作用,大幅度提高钢的强度。通过钢中增氮,可节约20%～40%的钒含量,且由于氮廉价而丰富,节约贵重的钒合金可进一步降低钢的成本,创造良好的经济效益。下一步可考虑在试制微合金中加入钒氮(V-N)合金,与加铌铁、钒铁对比产品性能、成本情况,以寻求最佳经济效益的加入方式。3.2详细研究了微金属化钢的低压、低压和低事情堆垛液的控制微合金化钢的控轧控冷工艺仍处于试验研究阶段,下一步应更深入研究适宜不同钢种的控轧控冷和轧后堆冷工艺,以进一步改善和提高产品性能。3.3在微金属化中精炼过程中，铬元素的加入进一步试验研究冶炼时合金的加入方式、加入比例与适宜的冶炼工艺,提高和稳定微合金元素的收得率,以降低成本。3.4钢坯表面产生裂纹的情况据研究表明,塑性低谷区是产生裂纹的主要原因。连铸操作的可靠性,适宜的浇铸速度和浇铸温度、矫直位置、二冷制度及控制矫直时的表面温度在塑性低谷区之外(一般高于塑性低谷区的高端温度)等,可以减少钢坯表面产生裂纹。下一步应根据柳钢连铸工艺特点,制订合适的连铸操作及工艺制度,以解决含铌板坯表面横向裂纹问题。4积极开展微合金化钢的研究开发工作,不断提高业务总体水平据专家预测,到2005年,中国微合金化钢的产量将达到900万t左右,占粗钢产量比例5%。而柳钢目前每年的微合金化钢产量占总产量的比例仅为0.5%左右,远低于全国平均水平,这对柳钢的产品结构调整与升级换代是极为不利的。因此