船板钢的生产.docx

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船板钢的生产

1绪论

1．1船板钢的性能要求及其影响因素船板钢在要求规定的屈服强度、抗拉强度和延伸率外，还要求其在低温状态下的韧性（AKV值），另外，船板钢还要有良好的焊接性能。

那么从船板钢的这些性能的影响因素出发，我们去找出它与普碳钢的区别。

1．1．1屈服强度和抗拉强度的影响因素

对一般工程用的铁素体—珠光体钢强度的影响，主要是通过固溶强化来体现的。

经研究表明，不同元素每加入1%的量可以提高屈服强度的数值

如下：

P为680MN/m2（69.3kg/mm2）,Sn为124MN佰（I2.6kg/mm2）,Si为83MN/m（8.5kg/mm2）,Cu为38MN/m（3.9kg/mm2）,Mn为32MN/m（3.3kg/mm2）,Mo为11MN/m（1.1kg/mm2）等等。

固溶强化效果最好的还是碳，每增加0.1%C强度提高约294MNm（30kg/mm2），由于碳增多后，显著地导致焊接性能和冷脆性能的恶化，所以碳含量被严格限制在低碳范围，而加入其它合金元素来满足强度。

此外加入少量细化晶粒的元素，如Al、V、Ti、Nb等可使强度尽一步提高，AH32AH36高强度船板就是微合金化的。

一般屈服强度都能达到，所以只考虑它的抗拉强度，影响抗拉强度的各特征的偏相关因数如下：

特征量C%Mn%S%P%Sih/mm

便相关因数0.5280.194-0.0920.0460.137-0.047h是轧制成船板的厚度，由于它的影响甚小，在把Si定为0.25%左右时，在投料生产前估计产品的抗拉强度经验公式为：

ab=328[C%]+81.8[Mn]+365

（1）

另外,有经验公式描述屈服强度与碳含量的关系如下:

As=179.9+384Ceq+29.0Si

（2）

1.1.2焊接性能的影响因素

如果钢的含碳量较高,有含有增大淬透性的合金元素,那么就更容易导致硬化和淬化,而且由于相变应力和热应力的作用,在焊缝处易产生裂纹。

因此，为了产生裂纹，就必须降低碳含量，并适当选择合金元素的种类和控制其含量。

焊接的硬度值用HVmax来表示，

HVmax=（666Ceq+40±）40,Ceq为碳含量

Ceq=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14

为保证焊接区的性能，要求HVma*350;与此相应，当钢的Ceq（%）

V0.44%时，一般不会产生焊接裂纹。

船板钢一般要求Ceq（%）<0.40。

1．1．3低温韧性

为评价钢的低温韧性，对缺口式样进行一次冲击试验，用缺口式样的冲击值Akv来表示韧性的大小。

影响低温韧性的因素有：

1）碳含量多时，钢的淬性转折温度急剧上升，而且冲击韧性全面下降，故多把碳含量限制在0.2%以下。

另外，提高合金元素MnNi的含量，可提高钢的低温韧性。

2）脱氧方法和晶粒对低温脆性的影响：

研究表明，镇静钢比沸腾钢的低温韧性要好的多，这除了是因为沸腾钢中含有较多的氧和氮以外，主要是因为镇静钢是铝脱氧，晶粒较细的缘故；特别是加入了少量的NbVTi等元素后，晶粒进一步细化，从而使钢得到更为优良的低温韧性。

3）控扎控冷要比一般轧制提高低温韧性。

1.2工艺综述

为满足船板钢的低温韧性，船板钢一般都用镇静钢，由于Al的

脱氧能力比较强，又可以起到细化晶粒的作用，所以我厂最好用Al

进行脱氧，加铝的方法出钢时加铝块、精炼或吹氮时喂铝丝三种方法，依据船板不同的级别，加铝方法选用不同。

下表是一般船板钢的脱氧方法和化学成分：

脱氧方法

T<50,除沸

T<25,镇静

镇静和细

腾钢外的任何

处理

晶处理。

方法

T>25,镇静

T>50,镇静

和细晶处理。

处理

化

<0.21

<0.18

学

>2.5C

>0.80

>0.60

>0.70

成

<0.50

<0.35

分

<0.035

Als

—

>0.015

从我厂的实际条件和船板钢生产的五大要点是：

1）NbVTi的微合金化。

因为我厂用Nb来微合金化的

经验比较丰富，所以生产高强度船板的合金化用Nb或

者Nb+AI,每加0.01%的Nb,屈服强度as提高3—4kg/mm2,脆性转变温度升高5—15C,正火处理后，屈服强度提高0.5—2kg/mm2,脆性温度下降5—15C。

2）严格控制碳含量。

一般强度船板钢的碳当量按式

（1）

计算；生产高强度船板的碳当量按式

（2）计算。

Ceq=104+0.2h

（1）

Ceq=（ab-194+0.31h）/738

（2）

当轧制7.5-80mm厚普通钢板时碳当量合适范围为

0.20%-0.27%;当轧制7.5-32mm的高强度钢板的碳当量范围为0.42%-0.57%。

3）严格控制夹杂物和防止二次氧化。

这就需要从出钢到结晶器钢水的全程保护。

4）由于船板钢基本上都是用AI脱氧的镇静钢,所以怎样防止水口结瘤是顺利浇注的关键。

塞棒吹氩可以很有效地解决结瘤问题,经过简单的改进我厂是可以实现的。

5）由于船板钢对[N]有要求,所以要严格控制N含量,使其不超标。

减少钢中以间隙相存在的自由[N],以降低低温冲击转变温度,改善低温韧性。

从我厂实际看,把现在的保护套管气封、浸入式水口气封和塞棒吹气用的

氮气改成氩气是非常重要的。

1．3冶炼和连铸工艺综述

1．3．1吹炼工艺

冶炼船板钢是以镇静钢或半镇静钢为基,严格控制钢中化学成分。

严禁炉渣反干，以保证炉渣有良好的作用。

炉渣碱度控制在2.8-3.2为宜。

FeO控制要低，以降低炉渣的氧化性,一般要求FeO控制在18%^宜。

严格控制出钢时间（1-1.5min），防止二次氧化。

1．3．2精炼

1）钢包中喂Ca-Si合金包芯线，喂入量1kg/t钢，喂丝要控制拉速，不能太快也不能太慢，喂速在2.0-2.5m/sec为宜，目的是脱氧，去硫，改变夹杂物，使夹杂物变性，防止钢二次氧化。

2）吹氩一般大于3min。

吹氩要“弱吹”，尽量减少吹氩引起液面裸露在空气中，避免钢中的铝被氧化。

1．3．3保护浇注工艺

采用全程保护浇注工艺，尽可能少地防止二次氧化。

1）保持流股光滑而不散。

2）采用全程保护浇注。

3）使用密封剂，密封大包长水口的接缝，该密封剂在一定温度下软熔而产生体积膨胀，其密封作用，取代了Ar气，成本低，操作简单。

4）保护渣应有合适的熔化性、黏性和较强的吸收夹杂物的能力。

5）中包加过滤器（过滤器多采用石灰质）。

6）在中包钢水里加入稀土金属，改变硫化物类型。

Ce/s=1.5时，可完全把硫化物改变成球状。

1．3．4连铸工艺

1）钢水温度严格控制。

由于是铝脱氧镇静钢，中包温度降低了易结瘤，高了易产生裂纹，所以中包钢水温度要严格控制。

2）拉速控制在0.75-0.85m/min

3）采用自动控制液面.

4）二冷水应采用弱冷，矫直温度要在900C以上。

1．4浇注船板钢防止结瘤的措施

1）钢包吹氩搅拌，使夹杂充分上升。

2）利用中间包的功能（包括大容量、加挡墙、加过滤器等手段）使Al2O3充分上浮。

3）中包保持高液面操作。

4）防止二次氧化。

长水口+氩气，使钢流与水口之间形成一层氩气膜，阻止Al2O3沉淀，中包液面上加覆盖剂或中包保护渣，起防止二次氧化和吸附上浮夹杂物的作用。

5）采用专用保护渣，这种保护渣要有较强吸附Al2O3夹杂的作用。

6）塞棒吹氩。

在中间包的塞棒吹氩，把水口壁上的堵物吹走，

同时也有利于结晶器上浮夹杂物，净化钢质。

1．5结晶器喂铝丝

生产DE、AH32AH36等钢板时要求的Als较大，为了提高铝的收得率和避免钢中AI2O3过高而产生结瘤，在结晶器中喂丝是较好的方法。

由于较低熔点的铝丝要通过结晶器断面的保护渣进入钢中，必须采用较大的喂丝速度。

但喂丝速度过快，可能会因铝扩散不充分而造成成分偏析，因此稳定、合适的喂丝速度是该工艺的关键。

喂丝速度由钢种铝要求量、铝丝单重（规格）、铸坯拉速、铸坯断面决定。

V喂=V拉MG/g

V喂—Al丝喂入速度，m/min

V拉一铸坯拉速，一般为0.7-0.8m/min

M铸坯单重，t/m

G—Al丝的加入量，g/t

g—Al丝单重，？

4.0mm为33.70g/m,?

3.3mn为21.86g/m。

喂Al丝的回收率一般在30%左右，由于我们是初次使用这种方法，所以回收率我们按25%算。

G=［（钢中要求的Als含量）-（到站大包钢水的Als含量）

*回收率（25%）

结晶器喂铝丝工艺要求结晶器保护渣有较强的吸附Al2O3

的功能。

下表是济钢喂铝丝时用的保护渣情况，4、5号是用前渣粉样，3号是操作工操作时挑出的渣条，1、2号是使用时的液渣样。

从表中可以看到渣中AI2O3含量从使用前的平均4沂高到平均26.4%;

碱度也降低了不少，这表明，这种保护渣的吸附能力是很强的了，是适用于结晶器的喂丝工艺的。

编号

SiO2

CaO

MgO

Al2O3

Fe2O3

MFe

MnO

V2O5

CaO/Sio2

30.00

27.78

0.64

25.87

1.23

2.82

0.26

0.93

30.08

27.10

0.32

26.93

2.83

2.51

0.29

0.90

29.52

27.78

0.64

29.00

3.20

2.49

0.37

30.36

31.26

0.80

5.25

2.63

0.059

0.26

8.08

1.03

30.76

30.46

1.28

3.60

2.80

0.061

0.35

7.98

0.99

换水口时，要降低拉速，并尽量减少换水口时间，并且换水口时应选择在定尺坯之间，以便坯子的整体铝含量在规定范围之内。

2各个等级船板钢的工艺设计

2.1A级船板的工艺设计

2.1.1成分设计

成分

Si%

Mn%

Als

国标t

<0.21

<0.50

>2.5C「

<0.035:

<0.0351

内控

0.10-0.18

0.15-0.30

0.55-0.80

<0.020

>0.005

Ceqmin=C+Mn/6=0.10+0.55/6=0.19

Ceqmix=C+Mn/6=0.18+0.80/6=0.31

0.19

强度效核：

Asmin=179.9+384Ceq+29.0Si=179.9+384*0.19+29.0*0.15=257

Asmin=179.9+384Ceq+29.0Si=179.9+384*0.31+29.0*0.30=

308屈服强度大于235所以合适。

Abmin=328[C%]+81.8[Mn%]+365=328*0.1+81.8*0.55+365=443Mpa

Abmix=328[C%]+81.8[Mn%]+365=328*0.18+81.8*0.8+365=490Mpa

抗拉强度在国标400-520Mpa范围内。

由于（w[AI]）2*（w[O]）3=k'AI

K'AI=4.0*10-14

把[O]=20ppm代入得出[AI]=0.0045%所以规定[Al]

>0.005

2．1．2冶炼要求转炉冶炼及出钢要求应符合前面论述的要求，吹氩时要喂Ca-Si合金包芯线来改善夹杂物形态，若不过LF炉就能保证[O]20ppm以下，吹氩也可不喂铝丝，否则喂铝丝最好在吹氩台喂入。

喂入的铝丝铝含量甾99%以上，喂入量可按

0.2kg/t喂入，如果按40%的回收率，吹氩喂丝后钢中AIs

可达0.008%，经过程的二次氧化到结晶器中时应能达到0.005%以上。

要求杂质的含量按大西洋给的工艺规程上低合金钢的要求，具体如下：

[P]<0.020%[S]<0.020%[P]+[S]<0.040%

[Cu]<0.25%[H]<5ppm[O]<20PPM

[N]<70ppmSn+Als<0.050%

2.1.3连铸要求

1）采用全程保护浇注，氩气密封，若能实现塞棒吹氩更好。

2）中包液面尽量保证高液面，减少大包水口烧氧次数，中包选用吸附夹杂能力较强的保护渣或覆盖剂。

3）结晶器保护渣选用吸附AI2O3夹杂能力较强的中碳包晶钢保护渣。

4）结晶器采用Q235B的锥度即1-1.05%/m的锥度和开口度。

5）二冷水采用0.7L/kg的比水量。

6）拉速按大西洋编的工艺规程上的低合金钢的拉速执行。

2.2B级船板的生产

2.2.1B级船板的工艺设计

2.1.1成分设计

成分

Si%

Mn%

Als

国标

<0.21

<0.35

0.80-1.20

<0.035

内控

0.08-0.16

0.10-0.35

0.80-1.0

<0.020

>0.008

济钢B级钢的成分

成

Si%

Mn%

Als

分

内

控

0.10-0.17

0.10-0.35

0.6-0.9

0.030

>0.008

济钢设计的成分的成本要低于我们设计的成本，国标上

规定：

当B级钢板做冲击试验时，锰含量下限可到0.60%,由于我们是初次生产，尽量按国标走，待技术成熟时，可降低Mn含量,从而降低成本。

按内控成分的碳当量效核：

Ceqmin=C+Mn/6=0.08+0.80/6=0.21

Ceqmin=C+Mn/6=0.16+1.00/6=0.33

0.21

强度效核：

Asmin=179.9+384Ceq+29.0Si=179.9+384*0.21+29.0*0

.10=263

Asmix=179.9+384Ceq+29.0Si=179.9+384*0.33+29.0+0.35=316

屈服强度大于235,所以合适。

Abmin=328[C%]+81.8[Mn%]+365=328*0.08+81.8*0.80+365=456Mpa

Abmix=328[C%]+81.8[Mn%]+365=328*0.16+81.8*1.0+365=499Mpa

抗拉强度在国标400-520Mpa范围内

2.2.2冶炼和连铸要求

冶炼与连铸要求同A级钢板，只是由于Mn含量接近1%

所以浸入式水口要用铝碳水口；吹氩台喂铝线喂入量可按0.3kg/t喂入。

2.3D级船板钢的生产

2.3.1成分设计

成分

Si%

Mn%

Als

国标

<0.21「

<0.35

p.60-1.20

<0.035

>0.015

内控

0.08-0.16

0.10-0.35

0.70-1.0

<0.020

>0.020

D、E级船板强度与A、B强度一样，但低温韧性要求高，所以D、E钢板要求Als含量，为的是细化晶粒，提高低温韧性。

按内

控成分的碳当量效核：

Ceqmin=C+Mn/6=0.08+0.70/6=0.20

Ceqmin=C+Mn/6=0.16+1.00/6=0.33

0.20

强度效核：

Asmin=179.9+384Ceq+29.0Si=179.9+384*0.20+29.0*0

.10=259

Asmix=179.9+384Ceq+29.0Si=179.9+384*0.33+29.0+0

.35=316

屈服强度大于235，所以合适

Abmin=328[C%]+81.8[Mn%]+365=328*0.08+81.8*0.70+365=449Mpa

Abmix=328[C%]+81.8[Mn%]+365=328*0.16+81.8*1.0+365=499Mpa

抗拉强度在国标400-520Mpa范围内。

2.3.2冶炼及连铸要求

为更好地达到脱气，降低夹杂物和调节成分的效果，D、

E级钢水最好过LF炉，使其钢水要求达到规定的范围。

为了避免结瘤和AI2O3杂质生成，加铝分为精炼炉加铝线和结晶器喂铝丝两步，第一步精炼炉喂铝线喂入量可按哦0.4kg/t喂入，使钢水的Als含量达到0.015%以上，第而步，结晶器喂铝丝按0.36kg/t喂入，铝丝采用？

3.2mm单重

21.55g/m,回收率按30%计算，最终钢坯中的Als含量能达到0.025%以上。

200*1600断面、220*1600断面和200*1400断面的喂速表见下：

（单位为m/min）

断面

拉速

<0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

200*1600

双

220*1600

双

200*1400

双

铸机按规定调整喂线速度和方式，喂入点在水口侧100-150mm，并在铸坯厚度中心线上；铝线应垂直插入液面;每2-3炉更换一下保护渣，避免出现渣团；严格按规定喂速

控制喂线，保证铸坯质量。

在喂丝的第一炉切割工在铸坯的角部割角样交质检化

验Al成分Al达不到要求（0.020%）的及时调整喂丝速度。

保护渣要用专用保护渣。

使用塞棒吹氩和氩封相接合以更好地防止水口结瘤、二

次氧化和改善结晶器内流场。

水口与塞棒同时吹气，供气量比为2：

1时，其流场最合理。

下表是武钢生产各拉速下最佳供气量：

拉速

水口供气量m3/h

塞棒供气量m3/h

0.8

1.2-1.6（20-26）

0.6-0.8（10-13）

1.0

1.2（20L/min）

0.6（10L/min）

鉴于武钢给的数据气量较大，现我车间暂定生产220*1600断面时，拉速为0.7m/min时水口供气量为12L/min（0.75m3/h），塞棒供气量为6L/min（0.37m3/h）。

实际生产中视结晶器液面波动情况而定，以液面有波动为目标。

原则上拉速升高降低供气量，拉速降低升高供气量。

比水量采用弱冷采用0.65L/kg的比水量

其它工艺技术要求同B级船板钢

2.4E级船板钢的生产

2.4.1成分设计

成分

Si%

Mn%

Als

国标

<0.18

<0.35

0.70-1.20:

<0.035:

<0.0351

>0.015

内控

0.06-0.14

0.10-0.35

0.80-1.10

<0.020

>0.020

E级船板与D级船板相比较，继续减低C含量，提高Mn

含量从而提高了低温韧性。

按内控成分的碳当量效核：

Ceqmin=C+Mn/6=0.06+0.80/6=0.19

Ceqmix=C+Mn/6=0.14+1。

10/6=0.32

0.19

强度效核

Asmin=179.9+384Ceq+29.0Si=179.9+384*0.19+29.0*0

.10=256

Asmix=179.9+384Ceq+29.0Si=179.9+384*0.32+29.0*0

.35=313

屈服强度大于235，所以合适。

Abmin=328[C%]+81.8[Mn%]+365=328*0.06+81.8*0.80+

365=450Mpa

Abmix=328[C%]+81.8[Mn%]+365=328*0.14+81.8*1.1+3

65=501Mpa

抗拉强度在国标400-520Mpa范围内。

2．3．2冶炼及连铸要求

冶炼及连铸要求同D级钢板。

2．5A32（AH32）船板的生产

GB712-2000

A32A36

0.035P<0.035Als>0.015Nb0.02-0.05

V0.05-0.10Ti<0.02

A32屈服强度不小于315Mpa抗拉强度范围440-570Mpa；

A36屈服强度不小于335Mpa,抗拉强度范围490-630Mpa。

2.5.1成分设计

成分

Si%

Mn%

Als

内控

0.10-0.16

0.2-0.5

1.0-1.3

<0.02

>0.02

0.01-0.03

对于高强度船板钢A32、A36，化学成分国标列入了Al、

NbV、Ti等细晶元素，并且在附注中指出，这些元素可以

单独或以任何一种组合形式加入钢中。

当单独加入时，元素的含量必须大于等于规定的下限；若加入两种或两种以上的元素时，则表中单一元素含量的下限的规定不适用。

NbV、

Ti的含量还应符合Nb+V+Tiw0.12%。

鉴于我厂Nb钢生产经验比较成熟，因此A32、A36采用Nb+AI微合金化。

按内控成分的碳当量效核：

Ceqmin=C+Mn/6=0.1+1.0/6=0.26

Ceqmix=C+Mn/6=0.16+1。

1.3/6=0.38

0.26

强度效核

Asmin=179.9+384Ceq+29.0Si=179.9+384*0.26+29.0*0

.20=286

Asmix=179.9+384Ceq+29.0Si=179.9+384*0.38+29.0*0.5=340

按每加0.01%Nb,屈服强度As提高3-4kg/mm2即（30-40Mpa）计算,Asmin=286+30=316Mpa,

Asmix340+30=370Mpa正火处理后，屈服强度还可提高0.5-2k

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