一種熱軋鋼及其製造方法、系泊鏈及其製造方法與流程
2023-05-05 08:02:01
本發明涉及冶金技術領域，特別是指一種熱軋鋼及其製造方法、系泊鏈及其製造方法。
背景技術：
r4級海洋系泊鏈用鋼三級錨鏈用熱軋圓鋼是造船工業常用的一種鋼材，常採用大斷面連鑄坯以熱軋方式軋制而成。目前所使用的r4級海洋系泊鏈熱軋圓鋼要求調質後的強韌性要達到以下要求，如屈服強度(σs)為580mpa，抗拉強度(σb)為860mpa，伸長率(δ)為12％，斷面收縮率(ψ)50％，中心位置v型缺口平均衝擊功-20℃時為50j。為了滿足r4級系泊鏈用熱軋圓鋼的高強韌性要求，在製造過程中，通常採用較高的合金含量，如：cr含量0.80-1.30％，ni含量0.70-1.10％，mo含量0.40-0.65％，nb含量0.02-0.05％，使材料成本很大，技術附加值較低。同時，圓鋼製成系泊鏈後，通長要進行調質熱處理，能耗較高並影響環境。
為此，為降低成本，節約資源，需要開發一種新的熱軋鋼的製造方法，用於製造高強韌性的r4級系泊錨鏈用熱軋圓鋼。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種熱軋鋼及其製造方法、系泊鏈及其製造方法，解決現有技術中熱軋鋼製造方法成本高能耗大的問題。
為了解決上述技術問題，本發明實施例提供一種熱軋鋼的製造方法，包括：
將原料融化成鋼水並出鋼；
對所述鋼水進行精煉並微調其成分，使精煉後的鋼水中含有重量百分比為0.20％～0.35％的釩，0.020％～0.030％的鈦以及0.015％～0.020％的氮；
將所述精煉後的鋼水澆鑄成鑄坯；
將所述鑄坯軋制空冷成熱軋鋼。
可選地，所述精煉後的鋼水還包括：重量百分比為0.30％～0.50％的鉻，0.20％～0.50％的鎳以及0.20％～0.30％的鉬。
可選地，所述精煉後的鋼水還包括：重量百分比為0.27％～0.34％的碳，0.17％～0.37％的矽，1.40％～1.80％的錳，0.020％～0.065％的鋁，0.00％～0.20％的銅，0.000％～0.025％的磷，0.000％～0.015％的硫，0.0000％～0.0015％的氧，0.00000％～0.00020％的氫，餘量為鐵。
可選地，所述將所述鑄坯軋制空冷成熱軋鋼的步驟包括：
在800℃～950℃的溫度下對所述鑄坯進行精軋，並在扎後空冷。
可選地，在將所述鑄坯軋制空冷成熱軋鋼時的加熱制度為：預熱段溫度≤820℃；加熱段溫度1140±30℃；均熱段溫度1170±40℃。
可選地，所述鑄坯的內部偏析在1.0級以下，疏鬆在1.5級以下。
可選地，所述對所述鋼水進行精煉並微調其成分的步驟包括：
對所述鋼水進行鋼包精煉；
對鋼包精煉後的所述鋼水進行真空精煉。
可選地，所述將所述精煉後的鋼水澆鑄成鑄坯的步驟包括：
結晶器電磁攪拌工藝，末端電磁攪拌工藝，以及矯直過程中輕壓下工藝。
可選地，所述結晶器電磁攪拌工藝中電流為300a，頻率為4hz；
所述末端電磁攪拌工藝中冶金長度為14m～17m，電流為380a，頻率為8hz，周期為正轉15s-停2s-反轉15s；
所述矯直過程中輕壓下工藝中壓下量為1.5mm～2.3mm。
本發明還提供了一種熱軋鋼，所述熱軋鋼中含有重量百分比為0.20％～0.35％的釩，0.020％～0.030％的鈦以及0.015％～0.020％的氮。
可選地，所述熱軋鋼中還包括：重量百分比為0.30％～0.50％的鉻，0.20％～0.50％的鎳以及0.20％～0.30％的鉬。
可選地，所述熱軋鋼中還包括：重量百分比為0.27％～0.34％的碳，0.17％～0.37％的矽，1.40％～1.80％的錳，0.020％～0.065％的鋁，0.00％～0.20％的銅，0.000％～0.025％的磷，0.000％～0.015％的硫，0.0000％～0.0015％的氧，0.00000％～0.00020％的氫，餘量為鐵。
可選地，所述熱軋鋼的屈強比為0.81～0.88；氫脆性能為0.88-0.99；
在中心位置的v型缺口平均衝擊功為：0℃時，衝擊功140j～170j；-20℃時，衝擊功120j～150j。
可選地，所述熱軋鋼的性能包括：屈服強度720mpa～780mpa，抗拉強度870mpa～900mpa，伸長率17％～20％，斷面收縮率61％～68％中的一種或多種。
本發明還提供了一種系泊鏈的製造方法，包括：
將熱軋鋼進行閃光焊；
將焊接後的熱軋鋼進行空冷得到系泊鏈；
其中，所述熱軋鋼中含有重量百分比為0.20％～0.35％的釩，0.020％～0.030％的鈦以及0.015％～0.020％的氮。
可選地，所述將熱軋鋼進行閃光焊的步驟包括：
在800℃～950℃的溫度下對熱軋鋼進行閃光焊。
本發明還提供了一種系泊鏈，所述系泊鏈的材質為熱軋鋼，所述熱軋鋼中含有重量百分比為0.20％～0.35％的釩，0.020％～0.030％的鈦以及0.015％～0.020％的氮。
本發明的上述技術方案的有益效果如下：
上述方案中，所述熱軋鋼的製造方法通過在冶煉鋼生產中進行微合金化(加入v和ti及其結合元素n)；在軋鋼過程中控制終軋溫度，從而控制vn和ti3n4的在晶界及先析出鐵素體內的析出量，達到晶界強化和彌散強化的目的，獲得與(高含量的合金元素+調質處理)鋼強韌性相同的熱軋鋼；並且在製造過程中不需再進行熱處理的流程，大大節省了生產成本，降低了能耗。
附圖說明
圖1為本發明實施例一的熱軋鋼的製造方法流程示意圖一；
圖2為本發明實施例一的熱軋鋼的製造方法流程示意圖二；
圖3為本發明實施例三的系泊鏈的製造方法流程示意圖。
具體實施方式
為使本發明要解決的技術問題、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例進行詳細描述。
本發明針對現有的技術中熱軋鋼製造方法成本高能耗大的問題，提供了多種解決措施，具體如下：
實施例一
本發明提供的製造熱軋鋼的工藝路線包括以下步驟：faf(電爐煉鋼)→lf精煉(鋼包精煉)→vd精煉(真空精煉)→連鑄→切割→冷卻(緩冷)→檢驗→判定→加熱→軋制→切割→空冷→超聲+磁粉探傷→(精整)→判定→包裝→稱重→入庫。下面對上述步驟中主要步驟進行說明。
如圖1所示，本發明實施例一提供的熱軋鋼的製造方法包括：
步驟11：將原料融化成鋼水並出鋼；
原料包括主料和輔料，其中，主料包括生鐵和廢鋼，當然，生鐵也可以用鐵水代替，或者將生鐵和鐵水同時加入。生鐵和鐵水應符合gb/t717-1998的有關要求，廢鋼應符合gb/t4223-2004《廢鋼鐵》有關要求。
輔料包括鐵合金及其它輔料材料，其中，輔料材料應符合文件編號：sg.j.002-04《合金、輔助材料等技術標準》的要求。
本實施例中以100噸噸位的電爐為例，將主料加入電爐中，其中，加入的生鐵不少於50噸。廢鋼選用重廢和剪切料，而且，廢鋼中不得有大型鑄鐵及結構件，並控制廢鋼中殘餘元素的含量，如sn、sb、b、as百分含量均小於0.02(重量)％，這樣，廢鋼中殘餘元素的含量符合dnv船級社(挪威船級社)規範。
啟動電爐使主料熔化成鋼水，並造好泡沫渣，加強冶煉過程的脫磷，使磷含量降低至0.009(重量)％以下。
在熔化主料的同時烘烤鋼包，並檢查確認鋼包的透氣磚的透氣是否良好，待鋼包紅包時出鋼。鋼包應採用渣線良好的鋼包。
當電爐內的鋼水溫度達到1680℃以上時出鋼，出鋼量不大於105噸，而且終點碳含量不小於0.06(重量)％。
為防止出鋼時出鋼口卷渣，出鋼口壽命在中前期，而且不得出鋼下渣。在出鋼過程中加入輔料，這裡，輔料包括合金和渣料，其中，合金包括矽錳合金、錳鐵、增碳劑以及鋁塊，渣料包括石灰和預熔渣。出鋼時加入600kg石灰、500kg 預熔渣及適量合金。
為節約鋁塊的用量，降低冶煉成本，輔料的加入順序為：鉬鐵、鎳板、鉻鐵、矽錳合金、錳鐵、增碳劑、石灰、預熔渣、鋁塊，從而使出鋼後的鋼水的化學成分及含量(重量百分比)控制在表1的範圍內。另外，合金和渣料是在500℃的溫度下烘烤之後使用。
本發明實施例中，通過控制熱軋鋼的化學成分及含量可以達到細化晶粒的目的，從而提高熱軋鋼的強韌性。
在本步驟，除控制熱軋鋼的化學成分及含量外，即除出鋼時鋼水的化學成分及含量與現有技術不同外，其它冶煉工藝均可與現有技術相同。
步驟12：對所述鋼水進行精煉並微調其成分，使精煉後的鋼水中含有重量百分比為0.20％～0.35％的釩，0.020％～0.030％的鈦以及0.015％～0.020％的氮；
本發明實施例中，對鋼水進行精煉包括：鋼包lf精煉和真空vd精煉。
其中，在lf精煉過程中，要確保爐渣流動性及白渣色操作，用碳粉、矽鐵粉以及鋁粒來保白渣，白渣保持時間不低於20分鐘。同時，經過多次取樣分析鋼水的成分，並根據鋼水中氧的含量嚴格控制碳粉和矽鐵粉的加入量。在lf精煉前期可餵入鋁線，並將座包鋁含量控制在0.060％以內。在lf精煉後期不得使用矽鐵粉脫氧。
另外，為使鋼水充分脫氧，lf精煉時間不低於40分鐘。優選在將鋼包吊入vd爐的前15分鐘不再向鋼包內加入任何渣料。而且，在整個lf精煉過程中要及時調整好氬氣的流量，嚴禁鋼水裸露。
將lf精煉後的鋼包吊入vd爐進行vd精煉。
在vd精煉時，為加快抽真空時間，一般應提前預約供應蒸汽，vd爐內的真空度為66.7pa以上，鋼包在66.7pa以上的真空度下保持不少於15分鐘。
vd精煉處理結束後分析鋼水的成分，然後將鋁的含量調整至0.030～0.040(重量)％，餵入鈦線以將鈦的含量調整至0.02％～0.04(重量)％。在餵入鈦線5分鐘後，經氬氣攪拌可以使鋼水中各成分均勻。之後餵入矽鈣線，通常餵入矽鈣線的量不大於200米。然後，加入大包覆蓋劑進行軟吹氬，軟吹氬時間不少於15分鐘，達到鋼種澆注溫度後吊包。
需要說明的是，在實際冶煉過程中，餵入矽鈣線的量也可以大於200米。
當然，本步驟所述的精煉過程可以採用現有技術公開的方法和工藝參數來實現。
步驟13：將所述精煉後的鋼水澆鑄成鑄坯；
即本步驟為將鋼水連鑄成連鑄坯的過程，其中，採用優質浸入式水口，結晶器在使用前用保護渣烘烤，烘烤溫度500℃～650℃，優選600℃，烘烤時 間3小時以上。連鑄時，採用氬氣密封保護。大包水口做到自開，鋼水的過熱度控制30℃左右，同時注意拉速和溫度的匹配，以澆鑄出所需規格和定尺長度的連鑄坯。拉速與溫度(過熱度)和熱軋鋼的斷面有關，隨著熱軋鋼斷面直徑的增加拉速降小，而溫度越低拉速越大，具體的匹配關係見表2。
表2
本發明實施例中，還可在連鑄過程中，順序進行結晶器電磁攪拌工藝、末端電磁攪拌工藝和矯直過程中輕壓下工藝。最後，空冷；
並且，連鑄第一爐的連鑄坯的頭部和連鑄最後一爐連鑄坯的尾部應有足夠的切除量。
其中，結晶器電磁攪拌工藝中電流為300a，頻率為4hz、末端電磁攪拌工藝中冶金長度為14m～17m，電流為380a，頻率為8hz，周期為正轉15s-停2秒-反轉15s，以及矯直過程中輕壓下工藝中壓下量1.5mm～2.3mm。
結晶器電磁攪拌工藝、末端電磁攪拌工藝和矯直過程中輕壓下工藝，這三個工藝都可打散結晶體，其中，結晶器電磁攪拌工藝可避免成分偏析，減少生成柱狀晶體；末端電磁攪拌工藝可使連鑄坯的內部組織均勻，減少氣孔；而矯直過程中輕壓下工藝減少連鑄坯內的空洞，這樣，通過三個工藝可以改善連鑄坯的內部組織，提高熱軋鋼的緻密性，按照《gb/t1979-2001結構鋼低倍組織缺陷評級圖》評定，連鑄坯內部組織偏析在1.0級以下，疏鬆在1.5級以下。連鑄坯的內部組織的改善可以提高熱軋鋼的強韌性。
當然，將鋼水連鑄成連鑄坯的過程中可只用上述三個工藝中的一個，或兩個工藝，例如：連鑄過程中只採用結晶器電磁攪拌工藝，或，採用末端電磁攪拌工藝以及矯直過程中輕壓下工藝，這樣也可以在一定程度上提高熱軋鋼的緻密性。
步驟14：將所述鑄坯軋制空冷成熱軋鋼。
在軋制鑄坯的過程中，加熱爐的加熱制度為：預熱段溫度≤820℃；加熱段溫度1200±30℃；均熱段溫度1220±20℃。
現有技術中，加熱段溫度一般為1100℃左右，而本發明實例中，提高了加熱溫度，同時也改變了預熱段溫度，以及均熱段溫度，這樣，不僅保證了連鑄坯均勻透燒，而且通過溫度控制，使得軋制後的熱軋鋼具有強韌性。
在軋鋼過程中控制終軋溫度：在800℃～950℃的溫度下對所述鑄坯進行精軋，並在扎後空冷；控制了vn和ti3n4的在晶界及先析出鐵素體內的析出量，達到晶界強化和彌散強化的目的。
通過本實施例提供的熱軋鋼製造方法獲得的熱軋鋼的強韌性見表3。
表3
由表3可知，通過本實施例所提供的熱軋鋼製造方法獲得的熱軋鋼的強韌性不僅能滿足r4級系泊鏈用熱軋圓鋼的使用要求，而且強韌性的各項性能均優於目前熱軋鋼的強韌性。
熱軋鋼的性能包括：屈服強度720mpa～780mpa，抗拉強度870mpa～900mpa，伸長率17％～20％，斷面收縮率61％～68％中的一種或多種。
該熱軋鋼的屈強比為0.81～0.88；氫脆性能為0.88-0.99；在中心位置的v型缺口平均衝擊功為：0℃時，衝擊功140j～170j；-20℃時，衝擊功120j～150j。
通過上述熱軋鋼的製造方法可以用於製造系泊鏈用熱軋圓鋼，當然，本發明實施例還可以用於製造其它要求具有高強韌性特性的熱軋圓鋼，而且不限於熱軋圓鋼，而且也可以是熱軋方鋼等其它形狀的熱軋鋼。
本發明實施例中，通過軋制過程中的溫度控制，使得熱軋鋼在具有較低的合金元素的含量的同時，具有高強韌性，可見，該製造方法製造熱軋鋼時，即 使降低鋼種合金元素含量，也可以獲得高強韌性的熱軋鋼，即，採用低含量合金元素也能生產出與高含量合金元素強韌性相同的熱軋鋼，可滿足r4級海洋系泊錨鏈用熱軋圓鋼的高強韌性要求，這樣，極大節省製造高強韌性熱軋鋼的資源，降低生產成本。
並且，通過連鑄過程的結晶器電磁攪拌、末端電磁攪拌，連鑄坯矯直過程中的輕壓下以及加熱溫度的控制，改善連鑄坯的低倍組織，提高緻密性。
進一步的，本發明實施例中，所述精煉後的鋼水還包括：重量百分比為0.30％～0.50％的鉻，0.20％～0.50％的鎳以及0.20％～0.30％的鉬；重量百分比為0.27％～0.34％的碳，0.17％～0.37％的矽，1.40％～1.80％的錳，0.020％～0.065％的鋁，0.00％～0.20％的銅，0.000％～0.025％的磷，0.000％～0.015％的硫，0.0000％～0.0015％的氧，0.00000％～0.00020％的氫，餘量為鐵。
由上可知，本發明針對現有生產成本偏高、後續制鏈生產須熱處理的缺陷，提供了一種熱軋鋼的製造方法，該熱軋鋼的製造方法為：在冶煉鋼生產中進行微合金化(加入v和ti及其結合元素n)；在軋鋼過程中控制終軋溫度，從而控制vn和ti3n4的在晶界及先析出鐵素體內的析出量，達到晶界強化和彌散強化的目的。獲得與(高含量的合金元素+調質處理)鋼強韌性相同的熱軋鋼。該方法可以獲得高強韌性的熱軋鋼，並且生產過程很節能。
下面對本發明實施例一提供的熱軋鋼的製造方法進行進一步說明。
如圖2所示，包括：
步驟21：電爐冶煉
在100t:超高功率直流電弧爐中冶煉，加入廢鋼(控制銅含量在0.20％左右)和鐵水(純鐵)進行冶煉；出鋼過程中加入脫氧劑(比如矽、鋁)和合金(比如鈦鐵、釩鐵、鉬鐵)。
步驟22：lf(鋼包精煉爐，ladlefurnace)精煉
進行脫氧並微調成分(熔化、攪拌均勻、分析、加入)。
步驟23：vd(真空脫氣爐，vacuumdegassing)精煉
保證[h](元素):≤0.0002％；破空後餵入n-mn線(合金)，保證[n](元素):0.015～0.020％。
步驟24：連鑄
採用半徑12米的5機5流連鑄機，連續澆鑄成260×340mm矩形坯。
步驟25：軋制
採用可逆式軋機，控制精軋機入口軋件溫度800-950℃。
步驟26：冷卻
軋後空冷。
綜上所述，本發明為了降低成本，節約資源，開發了上述熱軋鋼的製造方法，用於製造高強韌性的r4級系泊錨鏈用熱軋圓鋼，即：以較低的貴重元素含量，也可以獲得高強韌性的熱軋圓鋼，同時在後續制鏈工藝中取消熱處理工序，也就是說，開發了一種節約合金元素用量與能耗的熱軋鋼的生產方法。
實施例二
為了更好地解決上述技術問題，本發明實施例二提供了一種熱軋鋼，所述熱軋鋼中含有重量百分比為0.20％～0.35％的釩，0.020％～0.030％的鈦以及0.015％～0.020％的氮。
當然，所述熱軋鋼中還包括：重量百分比為0.30％～0.50％的鉻，0.20％～0.50％的鎳以及0.20％～0.30％的鉬。
可見，鉻、鉬、鎳、鈮以及鈦這些貴重金屬元素所含的比例都小於現有的熱軋鋼的含量，大大降低了生產成本。
該熱軋鋼中還包括：重量百分比為0.27％～0.34％的碳，0.17％～0.37％的矽，1.40％～1.80％的錳，0.020％～0.065％的鋁，0.00％～0.20％的銅，0.000％～0.025％的磷，0.000％～0.015％的硫，0.0000％～0.0015％的氧，0.00000％～0.00020％的氫，餘量為鐵。
這種化學成分及含量的熱軋鋼經軋制空冷處理後具有高強韌性，具體為：所述熱軋鋼的屈強比為0.81～0.88；氫脆性能為0.88-0.99；在中心位置的v型缺口平均衝擊功為：0℃時，衝擊功140j～170j；-20℃時，衝擊功120j～150j。
並且，所述熱軋鋼的性能包括：屈服強度720mpa～780mpa，抗拉強度870mpa～900mpa，伸長率17％～20％，斷面收縮率61％～68％中的一種或多種。
將本發明提供的熱軋鋼應用於生產生活的結構件，可以提高結構件的可靠性以及使用壽命；並且，該熱軋鋼具有高強韌性，可以作為r4級海洋系泊鏈用鋼。
由上可知，本發明實施例二提供的熱軋鋼(r4級海洋系泊鏈用鋼)，含有(重量％)：c:0.27-0.34，si:0.17-0.37，mn:1.40-1.80，cr:0.30-0.50，mo:0.20-0.30，al:0.020～0.065，ni:0.20-0.50，cu:≤0.20，p:≤0.25，s:≤0.015，v:0.20～0.35，ti:0.020～0.030，[n]-原子:0.015～0.020，[o]-原子:≤0.0015，[h]-原子:≤0.0002，餘量為鐵。
實施例三
對應的，本發明實施例三提供了一種系泊鏈的製造方法，如圖3所示，包括：
步驟31：將熱軋鋼進行閃光焊；
步驟32：將焊接後的熱軋鋼進行空冷得到系泊鏈；
其中，所述熱軋鋼中含有重量百分比為0.20％～0.35％的釩，0.020％～0.030％的鈦以及0.015％～0.020％的氮。
本發明實施例三提供的系泊鏈的製造方法在保證系泊鏈強度的同時，還在制鏈工藝中取消熱處理工序，降低了能耗，節省了生產成本。
具體的，所述將熱軋鋼進行閃光焊的步驟包括：在800℃～950℃的溫度下對熱軋鋼進行閃光焊。
也可以說，本發明實施例三提供的系泊鏈的製造方法為：將圓鋼(棒料)800-950℃進行閃光焊，焊後空冷，無須調質(淬火+回火)處理，得到系泊鏈。
實施例四
對應的，本發明實施例四提供了一種系泊鏈，所述系泊鏈的材質為熱軋鋼，所述熱軋鋼中含有重量百分比為0.20％～0.35％的釩，0.020％～0.030％的鈦以及0.015％～0.020％的氮；大大降低了生產成本。
以上所述的是本發明的優選實施方式，應當指出對於本技術領域的普通人員來說，在不脫離本發明所述原理前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。