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    我國(guó)非合金結(jié)構(gòu)鋼發(fā)展概述

    2011-12-28 06:23:12劉春明周春林高劍輝戴云閣
    材料與冶金學(xué)報(bào) 2011年4期
    關(guān)鍵詞:結(jié)構(gòu)鋼碳素連鑄

    劉春明,周春林,,高劍輝,王 健,戴云閣

    (1.東北大學(xué) 材料與冶金學(xué)院,沈陽(yáng) 110819;2.承德鋼鐵集團(tuán)有限公司,河北 承德 067002)

    我國(guó)非合金結(jié)構(gòu)鋼發(fā)展概述

    劉春明1,周春林1,2,高劍輝2,王 健1,戴云閣1

    (1.東北大學(xué) 材料與冶金學(xué)院,沈陽(yáng) 110819;2.承德鋼鐵集團(tuán)有限公司,河北 承德 067002)

    介紹了我國(guó)非合金結(jié)構(gòu)鋼的發(fā)展、分類、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、以及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)內(nèi)外對(duì)比情況.著重對(duì)非合金結(jié)構(gòu)鋼的生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步和生產(chǎn)實(shí)踐進(jìn)行了概述.

    非合金結(jié)構(gòu)鋼;標(biāo)準(zhǔn);冶煉;精煉;連鑄

    碳素結(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼均俗稱為碳素鋼,屬于非合金鋼類.鋼中除含碳、錳、硅外不含其他有意加入的合金元素,鋼中磷、硫和其他有害雜質(zhì)含量較低,純潔度和化學(xué)成分均勻性較高.碳素結(jié)構(gòu)鋼以規(guī)定最低強(qiáng)度為主要特征,并具有一定的綜合力學(xué)性能和工藝性能,一般不要求進(jìn)行熱處理;優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼除要求保證化學(xué)成分外,還要保證力學(xué)性能,要按用途所需保證低倍組織和其他一些規(guī)定的要求[1,2].

    1 我國(guó)非合金結(jié)構(gòu)鋼發(fā)展概述

    1.1 非合金結(jié)構(gòu)鋼的發(fā)展

    碳素結(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼是自煉鋼工業(yè)出現(xiàn)以來(lái)最先發(fā)展的基礎(chǔ)鋼類,已有約200余年生產(chǎn)歷史.它用途廣泛、生產(chǎn)量大、品種規(guī)格多、價(jià)格便宜.隨著鋼鐵冶煉技術(shù)發(fā)展,先進(jìn)的生產(chǎn)工藝不斷被廣泛采用.如今,像鐵水預(yù)處理、復(fù)吹轉(zhuǎn)爐、超高功率電弧爐、爐外精煉、連鑄等已成為其主要的生產(chǎn)工藝.

    我國(guó)的碳素結(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的生產(chǎn)起步較晚,1952年分別制定第一個(gè)碳素結(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼部頒標(biāo)準(zhǔn).上世紀(jì)50年代可以說是起步階段,60年代發(fā)展比較緩慢,70年代以后步入快速發(fā)展階段,逐步形成了品種、規(guī)格多樣化,產(chǎn)量、質(zhì)量和綜合成材率不斷提高,消耗不斷下降的多層次生產(chǎn)局面.產(chǎn)品基本上可以滿足國(guó)內(nèi)需要,產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)已全面向國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)看齊.

    1.2 非合金結(jié)構(gòu)鋼的類別和用途[3,4]

    非合金結(jié)構(gòu)鋼是基礎(chǔ)鋼類,既有通用鋼材,又有專用鋼材,是國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門必不可少的基礎(chǔ)材料.由于它具有良好的加工性能,適合熱軋、熱鍛、冷軋、冷拔、冷沖等各種壓力加工方式,因此品種規(guī)格包括各種型鋼、板帶、鋼管、線材、鋼絲及金屬制品等,產(chǎn)品規(guī)格已基本系列化.按質(zhì)量等級(jí),有普通質(zhì)量非合金鋼和優(yōu)質(zhì)非合金鋼之分.優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼按成分、冶金質(zhì)量可分類如下:低碳鋼—碳含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))小于0.25%;中碳鋼—碳含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))0.25% ~0.60%;高碳鋼—碳含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))大于0.60%;普通錳含量鋼—Mn質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為 0.25% ~0.50%、0.35% ~0.65%、0.50% ~0.80%;較高錳含量鋼—Mn質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為 0.70% ~1.00%、0.90% ~1.20%;優(yōu)質(zhì)鋼—硫、磷含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))分別不大于0.035%;高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼—硫、磷含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))分別不大于0.030%;特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼—硫含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))不大于0.020%,磷含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))不大于0.025%.

    低碳鋼強(qiáng)度不高、塑性好,不同鋼號(hào)可分別用于制作包括深沖專用鋼板在內(nèi)的保證沖壓性能的各類薄板、線材和鋼絲以及機(jī)械上的滲碳和(或)氮零件、沖壓件及無(wú)縫管等型材;中碳鋼(用量最大的是45#鋼)主要用于制作各種軸、輥、拉桿、齒輪等機(jī)器的運(yùn)動(dòng)零部件,其中厚板也可作為制作代替低合金模具鋼的塑料模具的材料;高碳鋼可作鋼絲、彈簧、墊圈、工具等高強(qiáng)度件.

    2 非合金結(jié)構(gòu)鋼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)變遷及其對(duì)比

    2.1 標(biāo)準(zhǔn)的變遷

    我國(guó)最早的碳素結(jié)構(gòu)鋼[5]的標(biāo)準(zhǔn)是1952年制定的重工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)“4-52”—《普通碳素鋼鋼號(hào)和一般技術(shù)條件》.至今對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)已做了5次修訂.目前使用的標(biāo)準(zhǔn)為“GB/T 700-88”.標(biāo)準(zhǔn)的名稱改為《碳素結(jié)構(gòu)鋼》,去掉了普通二字,意味著標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容有了根本變化.該標(biāo)準(zhǔn)為非等效采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO630.1987年,其他技術(shù)要求也有了很大改變,與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)基本一致.

    “GB/T700-88”標(biāo)準(zhǔn)有 Q195、Q215、Q235、Q255和Q275共5個(gè)牌號(hào),采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO630以鋼材屈服點(diǎn)(σs)表示強(qiáng)度級(jí)別的牌號(hào)表示法;取消歷來(lái)按甲類鋼、乙類鋼、特類鋼的分類方法,改為按質(zhì)量等級(jí)分為A、B、C、D四個(gè)等級(jí).其中Q235有A、B、C、D 四個(gè)等級(jí),Q215和Q255有A、B兩個(gè)等級(jí),Q195和Q275不分等級(jí).A、B等級(jí)屬于普通質(zhì)量非合金鋼,C、D等級(jí)屬于優(yōu)質(zhì)非合金鋼.鋼材一般以熱軋狀態(tài)交貨,經(jīng)雙方協(xié)議也可以正火處理狀態(tài)交貨(A級(jí)鋼材除外).

    我國(guó)最早的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼[6]的標(biāo)準(zhǔn)為1952年制定的“重5-52”—《質(zhì)量結(jié)構(gòu)碳素?zé)彳埜鞣N條鋼分類及技術(shù)條件》.隨后對(duì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了6次修改,現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)為“GB/T699-1999”.以前的標(biāo)準(zhǔn)都是參照原蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)“ΓOCT1050”,最近的兩次修訂還參照了美國(guó)ASTM、日本JIS、德國(guó)DIN和英國(guó)BS等相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn).

    “GB/T699-1999”標(biāo)準(zhǔn)包括31個(gè)牌號(hào).殘余元素鉻、鎳、銅要求為:w(Cr)≤0.25%、w(Ni)≤0.30%、w(Cu)≤0.25%;力學(xué)性能的變化范圍:抗拉強(qiáng)度(σb)由 295 MPa增大到1 130 MPa,屈服強(qiáng)度(σs)由 175 MPa增加到980 MPa;延伸率(δ5)由35%減小到6%,斷面收縮率(ψ)由60%減小到30%;低倍組織按鋼的質(zhì)量等級(jí),一般疏松、中心疏松、偏析分別不大于3.0、2.5和2.0級(jí);取消了斷口檢驗(yàn)和非金屬夾雜物檢驗(yàn)的合格級(jí)別、改為按供需雙方協(xié)議.

    2.2 標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比

    我國(guó)碳素結(jié)構(gòu)鋼標(biāo)準(zhǔn)GB/T700與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO630比較,其適用范圍大致相同.在化學(xué)成分、殘余元素、力學(xué)性能等方面的差異見表1(表1中化學(xué)成分、殘余元素含量都用質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%表示).比較可見,兩者水平相近,略有差異[7].

    我國(guó)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼標(biāo)準(zhǔn)與美國(guó)、日本、德國(guó)和俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比可參見文獻(xiàn)[8,9],這里不作介紹.

    表1 GB/T 700與ISO630標(biāo)準(zhǔn)中主要技術(shù)要求對(duì)比表Table 1 Comparison between main technical requests in two standards GB/T 700 and ISO630

    續(xù)表1Tab le 1

    3 非合金結(jié)構(gòu)鋼生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步

    3.1 生產(chǎn)工藝流程的完善和優(yōu)化

    隨著對(duì)鋼質(zhì)量要求和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)水平的提高,以及生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步,非合金結(jié)構(gòu)鋼生產(chǎn)工藝流程不斷得到完善和優(yōu)化.目前,采用的先進(jìn)生產(chǎn)工藝流程為:

    鐵水預(yù)處理—復(fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼—二次精煉—連鑄—連軋

    超高功率電爐煉鋼—二次精煉—連鑄—連軋

    上述流程都是以新技術(shù)、新工藝和新裝備為基礎(chǔ)的,而且實(shí)現(xiàn)了高度的連續(xù)化、自動(dòng)化、專業(yè)化和高效率,從而使鋼的純潔度、化學(xué)成分穩(wěn)定性和均勻性大幅度提高,相應(yīng)地提高了鋼的綜合性能.

    連鑄、連軋、酸洗、精整、冷軋、熱處理等工序的連續(xù)化,不僅可以大大縮短生產(chǎn)周期,節(jié)約能源、提高效益,而且也提高了鋼材質(zhì)量.控軋、控冷、高精度軋制、在線精整和在線檢測(cè)技術(shù)是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼的發(fā)展趨勢(shì)和強(qiáng)化手段,對(duì)提高鋼的性能、尺寸精度、改善表面質(zhì)量、提高收得率和生產(chǎn)效率都是至關(guān)重要的技術(shù).

    3.2 部分工序的技術(shù)進(jìn)步概述

    3.2.1 鐵水預(yù)處理[10,11]

    采用鐵水預(yù)處理工藝,是現(xiàn)代化煉鋼廠的重要標(biāo)志.國(guó)外先進(jìn)鋼鐵廠一般均采用全量鐵水脫硫預(yù)處理,日本絕大多數(shù)鋼廠采用全量鐵水“三脫”(脫 Si、P、S)預(yù)處理.近年來(lái),我國(guó)鐵水預(yù)處理迅速推廣,積累了豐富經(jīng)驗(yàn),不少鋼廠已達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平.如武鋼二煉鋼KR法脫硫,經(jīng)多年實(shí)踐,在粉劑消耗、攪拌頭壽命、處理溫降和處理成本等方面均已超過蒂森克虜伯鋼廠.表2列出了國(guó)內(nèi)典型鐵水預(yù)脫硫工藝方法及冶金效果情況[12].

    工藝方法 處理容器L脫硫劑脫硫劑消耗kg·t -1 min 處理溫降脫硫率ηS /%最低硫10-6 純處理時(shí)間℃鐵損kg·t -1注武鋼二煉CaO基噴吹法 280混鐵車 CaO基 4.3 75 60 18.4 25.5 - 寶鋼一煉CaC2基噴吹法 280混鐵車 CaC2基 10.8 76 50 20.9 37.4 - 寶鋼一煉CaC2+CaO機(jī)械攪拌法·KR法 100鐵水罐 CaO 4.69 92.5 ≤20 5 28 30 7.85 81.79 40 - 31 - 攀枝花Mg+CaO噴吹法 140鐵水罐 50%CaO+50%CaC2混合噴吹 350混鐵車 20%Mg+80%CaO 0.88 90 40 - - 10-13武鋼三煉Mg+CaO復(fù)合噴吹 300鐵水罐 Mg+CaO(1:3)Mg 0.31 CaO1.05 79.22 21.3 <10 - - 寶鋼Mg+CaC2復(fù)合噴吹 300鐵水罐 Mg+CaC2(1:3)Mg 0.32 CaC2 1.05 80 28 <10 - - 寶鋼復(fù)合噴吹 160鐵水罐 Mg+CaO(1:2-3)Mg+CaO Mg 0.447 CaO1.48 90 ≤50 7.55 8-14 - 本鋼純Mg噴吹 100鐵水罐 Mg 0.33 ≥95 ≤10 5-8 8.12 7.1武鋼一煉

    3.2.2 轉(zhuǎn)爐冶煉[12,13]

    近年來(lái),我國(guó)鋼鐵工業(yè)大力推進(jìn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化,轉(zhuǎn)爐向高效率快節(jié)奏、進(jìn)一步提高鋼水純潔度、實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)和管理智能化、降低消耗和污染的方向發(fā)展.主要體現(xiàn)在:

    (1)提高供氧強(qiáng)度,實(shí)現(xiàn)高效吹煉.如果供氧(以下氧氣體積是指標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下的體積)強(qiáng)度從3.5 m3/(t·min)提高到 5.0 m3/(t·min),每爐鋼吹氧時(shí)間將會(huì)縮短3~4 min.例如,2002年10月太鋼轉(zhuǎn)爐改造氧槍,每爐鋼吹氧時(shí)間從19 min縮短到了14 min,取得了明顯效果.本鋼150 t轉(zhuǎn)爐供氧強(qiáng)度從 2.3 m3/(t·min)提高到3.7 m3/(t·min),冶煉周期從 50 min 縮短到30 min.據(jù)唐鋼、南鋼和三明等鋼廠研究,將供氧強(qiáng)度提高到4.0 ~4.5 m3/(t·min),可縮短供氧時(shí)間1.6~3 min.

    (2)穩(wěn)定終點(diǎn)操作、提高控制精度,降低鋼中氧含量.目前,轉(zhuǎn)爐動(dòng)態(tài)智能控制煉鋼技術(shù)發(fā)展很快,除副槍、聲納化渣、質(zhì)譜儀在線分析轉(zhuǎn)爐煙氣等手段外,在線對(duì)爐渣檢測(cè)、煙氣分析動(dòng)態(tài)控制技術(shù)發(fā)展也很快.對(duì)提高轉(zhuǎn)爐控制精度、實(shí)行全自動(dòng)吹煉都有幫助.我國(guó)馬鋼近年引進(jìn)的轉(zhuǎn)爐煙氣分析動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng),由煙氣系統(tǒng)采集、處理和分析的LOMSA系統(tǒng)和二級(jí)動(dòng)態(tài)控制模型DYNACON兩部分組成,對(duì)中、小轉(zhuǎn)爐動(dòng)態(tài)控制起到推動(dòng)作用[14].

    (3)快速出鋼技術(shù).太鋼在轉(zhuǎn)爐上安裝了出鋼口氣動(dòng)擋渣系統(tǒng),現(xiàn)在出鋼時(shí)間縮短在4 min左右.

    (4)濺渣護(hù)爐、提高爐齡.由于采用濺渣護(hù)爐技術(shù),爐齡大幅度提高,對(duì)降低生產(chǎn)成本、提高效率起到明顯作用.據(jù)報(bào)導(dǎo),鞍鋼新鋼二煉鋼7號(hào)爐2004年3月爐齡達(dá)到21 050爐,爐齡突破2萬(wàn)次大關(guān).同期,武鋼二煉鋼廠1號(hào)轉(zhuǎn)爐爐齡創(chuàng)造30 368 爐的世界新記錄[15].

    3.2.3 爐外精煉

    目前,國(guó)內(nèi)大多數(shù)鋼廠增加了爐外精煉設(shè)備,掌握了 CAS、LF、VD、RH 等設(shè)備的精煉工藝[16,17],并逐步形成了系統(tǒng)完整的純凈鋼生產(chǎn)工藝.以2002年為例,我國(guó)的鐵水預(yù)處理比達(dá)到26.3%,鋼水精煉比達(dá)到25.1%,鋼水吹氬喂絲比達(dá)到92%[18].對(duì)于碳素鋼,采用深脫硫工藝(鐵水深脫硫—轉(zhuǎn)爐控硫—LF脫硫—RH脫氣—連鑄防止回硫),其成品硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以達(dá)到0.000 5%.對(duì)生產(chǎn)純凈鋼來(lái)說[19],國(guó)內(nèi)在優(yōu)化深度脫氧工藝、優(yōu)化鋼包吹氬、LF采用預(yù)熔渣并充分發(fā)揮渣的去夾雜能力、提高真空精煉效率、優(yōu)化Ca處理工藝等技術(shù)方面都取得很好效果和經(jīng)驗(yàn).

    3.2.4 連鑄

    據(jù)2002年底統(tǒng)計(jì),我國(guó)現(xiàn)有連鑄機(jī)年生產(chǎn)能力可達(dá)2.9億t,合計(jì)有連鑄機(jī)551臺(tái).表3為國(guó)內(nèi)各種類型連鑄機(jī)統(tǒng)計(jì).2002年我國(guó)連鑄比為93.7%,超過世界89.7%的平均連鑄比水平,達(dá)到發(fā)達(dá)國(guó)家水平[20].

    表3 國(guó)內(nèi)連鑄機(jī)統(tǒng)計(jì)Table 3 Statistic of domestic continuous casting machine

    “九五”期間我國(guó)把發(fā)展高效連鑄技術(shù)作為主要科技攻關(guān)內(nèi)容,并取得了顯著成績(jī).所謂高效連鑄技術(shù),通常是指以高拉速為核心技術(shù),以高質(zhì)量、無(wú)缺陷高溫鑄坯為基礎(chǔ),實(shí)現(xiàn)高連澆率、高作業(yè)率的連鑄系統(tǒng)技術(shù)[21].

    對(duì)于板坯、大方坯和小方坯連鑄而言,其高效化的技術(shù)內(nèi)容各有特點(diǎn).以板坯為例,其高效化技術(shù)包括:提高鋼水質(zhì)量技術(shù),低過熱度恒溫澆鑄工藝技術(shù),高拉速結(jié)晶器關(guān)鍵技術(shù),高效連鑄機(jī)二冷技術(shù),提高鑄坯質(zhì)量技術(shù),振動(dòng)參數(shù)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù),中間包熱噴涂技術(shù),高拉速連鑄保護(hù)渣及其空心顆粒制造技術(shù),自動(dòng)控制和檢測(cè)系統(tǒng)技術(shù)等.

    又如小方坯高效化改造技術(shù),按技術(shù)集成的觀點(diǎn),它包括核心技術(shù)和重要技術(shù)二方面:(1)高效連鑄的核心技術(shù)——結(jié)晶器及其相關(guān)技術(shù).包括增加結(jié)晶器長(zhǎng)度,提高冷卻強(qiáng)度,采用連續(xù)錐度/多錐度結(jié)晶器,結(jié)晶器液面有效控制技術(shù),結(jié)晶器冷卻技術(shù),鑄坯支撐和強(qiáng)化冷卻技術(shù),振動(dòng)機(jī)構(gòu)類型及液壓振動(dòng)技術(shù)等.(2)高效連鑄的重要技術(shù).包括鋼包技術(shù),中間包技術(shù),二次冷卻技術(shù),連續(xù)矯直技術(shù),保護(hù)渣技術(shù),低過熱度澆鑄技術(shù),系統(tǒng)物流管制技術(shù)等.

    高效連鑄是一項(xiàng)系統(tǒng)的整體技術(shù),它不僅是一個(gè)技術(shù)問題,也是鋼鐵工業(yè)優(yōu)化結(jié)構(gòu),提高效率、提高質(zhì)量和降低成本的手段,是增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要措施.

    4 我國(guó)非合金結(jié)構(gòu)鋼生產(chǎn)實(shí)踐

    4.1 中高碳鋼生產(chǎn)

    4.1.1 鋼的化學(xué)成分與性能的關(guān)系

    鋼的性能與成分密切相關(guān),這在生產(chǎn)實(shí)踐中也有體驗(yàn).據(jù)介紹,生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)45#鋼斷面收縮率(ψ)偏低,ψ 一次合格率僅為93%[22].對(duì)76 爐鋼進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、回歸分析,得出性能與C、Mn間有如下關(guān)系:

    從上述關(guān)系式可見,若碳增加或下降0.01%,則ψ下降或提高0.67%.實(shí)踐證明,45#鋼最佳碳含量范圍控制在0.43%~0.46%,出鋼時(shí)盡量少加碳粉、多加生鐵塊或礦石作為調(diào)節(jié)碳的手段,可使性能平均合格率提高到98%以上.其他廠對(duì)45#鋼性能異常原因進(jìn)行化學(xué)和金相檢驗(yàn),也發(fā)現(xiàn)45#鋼強(qiáng)度偏高、斷面收縮率偏低的主要原因是鋼中碳含量偏高[23].

    某廠對(duì)45#鋼數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,得到了機(jī)械性能與化學(xué)成分的多元回歸模型[24].采用該模型進(jìn)行操作控制和性能預(yù)測(cè),對(duì)提高生產(chǎn)水平和產(chǎn)品質(zhì)量起到很大作用.性能與成分 C、Mn、Si、S、P間的回歸關(guān)系如式(3、4、5)所示.控制化學(xué)成分可使機(jī)械性能 σb、σs、δ5的平均值分別比標(biāo)準(zhǔn)約提高15.2%、5.4%和16%.

    式(3)、(4)和(5)中的 C%,Mn%,Si%,S%,P%均為質(zhì)量分?jǐn)?shù).

    長(zhǎng)治鋼廠探討了45#鋼在不同熱處理工藝制度下對(duì)力學(xué)性能的影響,并著重對(duì)機(jī)械性能與化學(xué)成分的關(guān)系進(jìn)行了多元回歸分析.研究顯示[25],45#鋼在 850 ±30 ℃ 內(nèi),保溫時(shí)間長(zhǎng)短對(duì)性能無(wú)多大影響,決定45#鋼機(jī)械性能的主要因素是化學(xué)成分,特別是碳含量.研究還得出了化學(xué)成分 C、Si、Mn、P、S 與 σb、σs、δ5%、ψ%的多元回歸方程式,用于指導(dǎo)生產(chǎn)操作和性能預(yù)測(cè).

    4.1.2 生產(chǎn)流程

    對(duì)于中高碳鋼特別是45#鋼,國(guó)內(nèi)企業(yè)積累了豐富的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn).邯鋼一煉鋼20 t轉(zhuǎn)爐對(duì)45#鋼試驗(yàn)了3種生產(chǎn)流程:1)雙渣法—連鑄敞開澆鑄—軋鋼;2)轉(zhuǎn)爐單渣法—LF精煉、喂絲—連鑄敞開澆鑄—軋鋼;3)鐵水預(yù)處理—轉(zhuǎn)爐單渣法—LF精煉—連鑄全封閉保護(hù)澆鑄—軋鋼.生產(chǎn)實(shí)踐表明,第3種生產(chǎn)流程可以確保45#鋼生產(chǎn)命中率,顯著提高了產(chǎn)品質(zhì)量[26,27].

    長(zhǎng)治鋼廠 20 t轉(zhuǎn)爐經(jīng)驗(yàn)表明[28,29],采用LD—脫氧合金化(增碳)—鋼包喂絲、底吹氬精煉—連鑄全保護(hù)澆鑄流程生產(chǎn)45#鋼方案可行.生產(chǎn)中應(yīng)加強(qiáng)冶煉操作、確保終點(diǎn)控制,確保增碳劑回收率.

    合肥第二煉鋼廠采用20 t LD—30 t鋼包(增碳)—頂吹氬—喂線(Si-Ca線)—連鑄流程生產(chǎn)45#鋼,產(chǎn)品完全滿足 GB/T699 -88 要求[30].工藝上要確保轉(zhuǎn)爐中拉碳(0.20% ~0.35%)、鋼包內(nèi)適量增碳、喂C線微調(diào)碳操作,可使45#鋼成分命中要求范圍.此外,保證鋼水質(zhì)量、嚴(yán)格控制澆鑄溫度、拉速和冷卻強(qiáng)度是保證獲得優(yōu)質(zhì)鑄坯的關(guān)鍵.

    25 t轉(zhuǎn)爐實(shí)踐表明,采用轉(zhuǎn)爐—LF—連鑄流程生產(chǎn)45#鋼,應(yīng)盡量降低轉(zhuǎn)爐出鋼溫度.對(duì)108爐鋼統(tǒng)計(jì),45#鋼成分命中率達(dá)到99.1%,鑄坯合格率達(dá)到99.31%,力學(xué)性能符合要求[31].

    4.1.3 生產(chǎn)工藝

    新鋼100 t轉(zhuǎn)爐采用“復(fù)吹轉(zhuǎn)爐—鋼包底吹氬、喂絲—LF精煉—方坯連鑄”生產(chǎn)流程生產(chǎn)45#鋼.生產(chǎn)中采用的技術(shù)措施包括:轉(zhuǎn)爐雙渣法和高拉補(bǔ)吹法冶煉、爐外增碳、擋渣出鋼;連鑄結(jié)晶器采用45#號(hào)鋼專用保護(hù)渣、二冷配水冷卻強(qiáng)度為0.8 L/kg,要求水霧化良好.拉速為2.5 m/min,鋼水目標(biāo)溫度控制在1 515℃.采用這些措施后,45#鋼成分命中率達(dá)到100%,力學(xué)性能符合要求,鑄坯質(zhì)量較好[32].根據(jù)鞍鋼的經(jīng)驗(yàn),復(fù)吹轉(zhuǎn)爐只要掌握好中高碳鋼操作要點(diǎn),控制好降碳、升溫速度,造出具有一定氧化性和流動(dòng)性的高堿度爐渣,就一定能夠煉好中高碳鋼[33].

    馬鋼實(shí)踐表明,轉(zhuǎn)爐增碳法連鑄生產(chǎn)45#鋼高線,冶煉采用深吹加爐后增碳,通過優(yōu)化操作工藝和脫氧制度,可以生產(chǎn)出滿足連鑄要求的鋼水,最終產(chǎn)品成分均勻、通條性能穩(wěn)定.冶煉工藝關(guān)鍵是早、中期造渣脫磷,中、后期造渣脫硫,控制好終點(diǎn)碳和脫氧操作,控制好終點(diǎn)溫度、增碳劑加入量及其回收率[34].

    4.1.4 連鑄工藝

    50 t轉(zhuǎn)爐增碳法連鑄生產(chǎn)45#鋼高線,連鑄為R6 m六機(jī)六流全弧形鑄機(jī),鑄坯斷面為140 mm×140 mm,軋成φ6.5線材.45#鋼連鑄工藝關(guān)鍵技術(shù)為[35]:1)二冷采用兩段法冷卻制度,即早期強(qiáng)冷后期回溫的冷卻制度,有利于控制鑄坯偏析和防止矯直裂紋及改善鑄坯質(zhì)量;2)合適的二冷比水量為0.8~0.9 L/kg;3)選用合適的低熔點(diǎn)保護(hù)渣;4)鋼水低過熱度有利于改善鑄坯質(zhì)量,控制目標(biāo)過熱度為10~15℃.

    4.2 低碳鋼生產(chǎn)

    低碳鋼生產(chǎn)容易產(chǎn)生脫氧不良、夾雜物排除不力問題.根據(jù)小方坯生產(chǎn)Q195實(shí)踐,應(yīng)嚴(yán)格以下關(guān)鍵操作[36]:1)轉(zhuǎn)爐減少和控制下渣量,終脫氧劑用量控制在2.5~3.0 kg/t鋼;2)精煉終點(diǎn)鋼中酸溶Al的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在0.005% ~0.020%之間,控制[S]≤0.01%;3)硅鈣絲的喂入量控制在200 m/爐,軟吹時(shí)間≥15 min,鎮(zhèn)靜時(shí)間≥10 min.采取上述措施后,低碳鋼脫氧不良和純凈性低的問題得到了較好解決.

    南鋼煉鋼廠方坯連鑄澆鑄過程存在水口堵塞現(xiàn)象,據(jù)研究是高熔點(diǎn)純SiO2脫氧產(chǎn)物固結(jié)在水口造成的.改變鋼水化學(xué)成分,適當(dāng)提高w(Mn)/w(Si)比,有利于改善鋼水流動(dòng)性,減少了連鑄堵水口現(xiàn)象,其內(nèi)控成分見表4[37].

    表4 鋼水控制成分及Mn/Si比(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Table 4 Controlling contents and ratio of Mn and Si in molten steel(mass fraction)%

    5 結(jié)語(yǔ)

    (1)我國(guó)非合金結(jié)構(gòu)鋼(碳素結(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼)經(jīng)過多年生產(chǎn)和發(fā)展,技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)全面向國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)看齊,產(chǎn)品基本上可以滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需要.

    (2)目前,我國(guó)非合金結(jié)構(gòu)鋼生產(chǎn)是以新技術(shù)、新工藝和新裝備為基礎(chǔ),而且在連續(xù)化、自動(dòng)化、專業(yè)化和高效率方面取得了飛速發(fā)展,從而使鋼的純凈性、化學(xué)成分穩(wěn)定性和均勻性大幅度提高,相應(yīng)地提高了鋼的綜合性能.

    (3)由于設(shè)備和技術(shù)水平的差異,國(guó)內(nèi)企業(yè)之間以及與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的企業(yè)相比非合金結(jié)構(gòu)鋼的生產(chǎn)品種和質(zhì)量還有差距,一些企業(yè)還有待進(jìn)一步改進(jìn)和提高.

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    Summarizing of development of domestic non-alloy structural steel

    LIU Chun - m ing1,ZHOU Chun-lin1,2,GAO Jian-hui2,WANG Jian1,DAIYun-ge1
    (1.School of Materialsand Metallurgy,Northeastern University,Shenyang 110819,China;2.Chengde Iron and Steel Group Co.,Ltd,Chengde 067002,China)

    This review introduces the development,the sorting and the technical standard of domestic non -alloy structural steel,and the comparison of domestic and overseas technical standard.And it greatly summarizes the progress of production technology and production practice.

    non-alloy structural steel;standard;smelting;refining;continuous casting

    TG 142.41

    A

    1671-6620(2011)04-0260-08

    2011-09-13.

    劉春明 (1961—),男,陜西渭南人,東北大學(xué)教授,博士生導(dǎo)師,E-mail:cmliu@mail.neu.edu.cn;周春林(1963—),男,安徽桐城人,承德鋼鐵集團(tuán)有限公司高級(jí)工程師.

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