高強(qiáng)度工程機(jī)械用鋼的冶煉工藝及質(zhì)量控制研究.pdf

1、為滿足各種復(fù)雜的服役環(huán)境，工程機(jī)械用鋼不斷向高強(qiáng)度、高韌性及良好焊接性能的方向發(fā)展。目前，國(guó)內(nèi)外多采用Cr，Ni，Mo作為強(qiáng)化元素，結(jié)合TMCP工藝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)工程機(jī)械用鋼性能的提高。但這將導(dǎo)致鋼材生產(chǎn)成本的增加，且惡化了焊接性能。為此，本文在開(kāi)發(fā)低成本高鈦微合金化工程機(jī)械用鋼的基礎(chǔ)上，結(jié)合數(shù)值模擬、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)及生產(chǎn)試驗(yàn)，成功設(shè)計(jì)了Ti微合金化高強(qiáng)度工程機(jī)械用鋼并對(duì)其冶煉、精煉和連鑄工藝做了系統(tǒng)研究，開(kāi)發(fā)了高鈦鋼結(jié)晶器保護(hù)渣，通過(guò)高溫

2、熱塑性的研究提出了鑄坯斷裂的解決方案，解決了鑄坯開(kāi)裂問(wèn)題，解決了殘余元素對(duì)高強(qiáng)工程機(jī)械用鋼鋼卷質(zhì)量的影響，實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)度鋼穩(wěn)定批量生產(chǎn)。主要結(jié)論如下所述。
　　含Ti高強(qiáng)工程機(jī)械鋼的成分設(shè)計(jì)表明，600和700MPa級(jí)高鈦高強(qiáng)鋼LG600和LG700，Ti含量為0.095～0.15％時(shí)，組織為鐵素體+少量珠光體或貝氏體+鐵素體，在基體中析出了大量細(xì)小粒子，大部分粒子的直徑在5nm左右，對(duì)較大粒子的能譜分析可知，粒子主要是(Ti，Nb

3、)C。兩個(gè)鋼種均具有優(yōu)良的母材、焊材拉伸及工藝性能，具有小的焊接冷裂紋傾向和良好的軸向疲勞性能。
　　為精確控制含Ti高強(qiáng)工程機(jī)械鋼的合金成分，研究了合金加料質(zhì)量控制系統(tǒng)。以LG700為例，加料精度在士3kg以內(nèi)比例由控制前的34.52％提高至100％，且精度命中值在士2kg范圍內(nèi)的比例可達(dá)87.96％，利于穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率。
　　針對(duì)含Ti高強(qiáng)工程機(jī)械鋼，通過(guò)RH物理水模型和工廠試驗(yàn)研究?jī)?yōu)化了210

4、tRH精煉裝置的真空精煉工藝參數(shù)。精煉初期、中期和后期的提升氣量分別應(yīng)控制在80～90Nm3/h、＞110Nm3/h和110Nm3/h的水平，可防止鋼液噴濺，并獲得較好的混勻及去夾雜效果。其中，浸漬深度設(shè)置為550mm;當(dāng)精煉渣堿度由之前的7.5降至5、采用復(fù)合精煉劑替代部分石灰石和螢石及采用高鋁、低硅、無(wú)碳的堿性中間包覆蓋劑生產(chǎn)時(shí)，高強(qiáng)工程機(jī)械用鋼板材內(nèi)B類夾雜物等級(jí)從1.5級(jí)均降至小于等于1.0級(jí)的水平，D類和Ds類夾雜物等級(jí)的最大

5、值分別由2.5和1.5級(jí)降至2.0和1.0級(jí)。優(yōu)化RH工藝后，高強(qiáng)度高鈦工程機(jī)械用鋼RH處理后[N]含量降低到40ppm，[H]降低到1ppm，夾雜物彌散細(xì)小，99％以上為(2～20)μm的夾雜物，提高了產(chǎn)品潔凈度。
　　Ti合金化以后鋼中會(huì)生成不同形貌的Al2O3-TiOx復(fù)合夾雜物，來(lái)源分別是一次脫氧產(chǎn)物和二次脫氧產(chǎn)物。最終，中間包鋼液中存在的夾雜物是尺寸相對(duì)較小的Al2O3-CaO和Al2O3-TiOx復(fù)合氧化物;鈣處理工藝

6、下工程機(jī)械用鋼中夾雜物的演變路線是Al2O3→MgO-Al2O3→Al2O3-CaO。無(wú)鈣處理工藝鑄坯和材樣的潔凈度更好，材樣中總氧含量從16ppm降低到11 ppm。鑄坯和材樣中的主要夾雜物具有核心為鋁酸鹽外層為TiN的分層結(jié)構(gòu)，鈣處理工藝下復(fù)合夾雜物的核心是Al2O3-CaO-CaS，無(wú)鈣處理的夾雜物核心是MgO-Al2O3。取消鈣處理的鋼液可澆性基本保持不變，結(jié)晶器液面波動(dòng)正常，說(shuō)明取消高強(qiáng)機(jī)械用鋼精煉過(guò)程中的鈣處理是合理可行的。

7、
　　連鑄坯熱塑性分析表明，由于氮含量高引起板坯中的晶界處高熔點(diǎn)、高硬度TiN、TiC析出相的產(chǎn)生，及晶界處網(wǎng)狀先共析鐵素體的形成是700MPa級(jí)高Ti微合金鋼連鑄坯熱塑性低的主要原因;通過(guò)控N、降Ti、二冷弱冷、提高板坯過(guò)矯直段的溫度、板坯加保溫罩和緩冷坑降低板坯冷卻速度等措施減少了高Ti微合金鋼板坯斷裂的發(fā)生。
　　由于原料的原因鋼中含有較高含量的殘余元素，對(duì)鋼材質(zhì)量產(chǎn)生影響。為此研究了殘余元素對(duì)熱軋板卷質(zhì)量的影響。晶界

8、處銅的富集成為板卷裂紋產(chǎn)生的一個(gè)原因，有裂紋缺陷處銅的富集達(dá)到1.54～2.00％，Cu、As和Sb也會(huì)在鋼板表面富集，酸洗后形成表面黑點(diǎn)。為此從鐵水開(kāi)始建立了精料制度，限制[Cu]＜0.080％，[Sn]＜0.020％，[As]＜0.030％，減少了殘余元素對(duì)高強(qiáng)工程機(jī)械用鋼表面質(zhì)量的影響。
　　經(jīng)過(guò)電磁攪拌處理的LG700板坯C、Mn、P、S等元素都產(chǎn)生了明顯的中心負(fù)偏析，四分之一板厚處產(chǎn)生了正偏析，其中C的中心最大負(fù)偏析度為