CN103757554A - 一种电子气体大容量气瓶用钢及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电子气体大容量气瓶用钢及其制备方法。所述制备方法通过优化钢的成分设计、钢质净化和冶炼过程控制，得到电子气体大容量气瓶用钢的化学成分按重量百分比计为C：0.40～0.45%，Si：0.25～0.35%，Mn：0.85～1.00%，P≤0.013%，S≤0.008%，Cr：1.00～1.10%，Mo：0.20～0.25%，Ti≤0.015%，Ni≤0.18%，Cu≤0.18%，Sn≤0.010%，As≤0.025%，Al：0.015～0.040%，[H]≤0.0002%，[N]≤0.0070%，T[O]≤0.0020%，余量为铁和不可避免的杂质，并且满足电子气体大容量包装用高压气瓶良好的强度、韧性等使用性能要求。

Description

一种电子气体大容量气瓶用钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及冶金行业炼钢技术领域，具体地涉及一种电子气体大容量高压气瓶用合金钢及其制备方法。

背景技术

电子气体广泛地应用于近几年发展势头强劲的电子行业、太阳能电池、移动通讯、航空航天、军事工业等诸多领域，是超大规模集成电路、平面显示器件、化合物半导体器件、太阳能电池、光纤等电子工业——IC产业生产不可缺少的原材料，大量应用于薄膜、刻蚀、掺杂、气相沉积、扩散等工艺；是电子元器件的制造基础，被称为IC产业的“血液”和“粮食”。

电子气体存在窒息性、腐蚀性、毒性、易燃易爆性等危险。因此，它的生产和应用都要求使用高质量的气体包装储运容器，以避免二次污染的发生。随着电子消费品的升级换代，产品制造尺寸越来越大，产品成品率和缺陷控制越来越严格，对杜绝输送***二次污染的要求越来越苛刻。而使用大包装（大容量、大容积）容器保证了气体品质的连续性，降低了多次充装污染风险，有利于提高污染控制。同时，由于大规格集成电路生产过程中，必须使用多种单元电子气体，要求电子气体的配制浓度及浓度稳定性非常高，为保证充装电子气体浓度长时间的稳定性，必须对电子气瓶内表面施以涂层处理，使贮存气体与钢瓶瓶体之间形成一层光滑、无孔隙、厚度均匀的保护层，以减少气体吸附及防止金属离子释放等。而且在涂覆保护层之前，必须对瓶体内表面进行镜面化处理。

作为电子气体大包装容器的高压气瓶，因其充装介质存在窒息性、腐蚀性、毒性、易燃易爆性等危险，应具有很高的安全性能，且同时要求钢瓶自身重量轻；制造它的主要原材料是大规格超长度的薄壁无缝钢管，要求其强度高、韧性好、尺寸精度高。从而要求钢瓶本体不仅钢质纯净度高、金相组织细致均匀且满足电子气体的低温储存性能。

由于电子气瓶使用环境恶劣，要求所用钢的性能除满足常温性能检测外，还要求-40℃的低温冲击性能，试样经模拟热处理后性能满足相关指标要求。

为了使大容量电子气体用钢瓶主原材料的大直径超长薄壁无缝钢管的达到上述的综合性能要求，必须使用加工性能和使用性能等综合性能要求严格的原钢坯。现有的高压气瓶用钢和一般的冶炼方法已不能满足该产品的质量要求。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的之一在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。

本发明的目的之一在于提供一种电子气体大容量气瓶用钢及其制备方法，满足电子气体用钢瓶具有强度高、韧性好、内表面光洁平整、保证金相组织细致均一和低温冲击韧性等综合性能的要求，以保证电子气体储存和使用过程中的安全。

为了实现上述目的，本发明的一方面提供了一种电子气体大容量气瓶用钢的制备方法。所述方法包括以下步骤：电炉初炼钢水，控制终点钢水成分按重量百分比计包括：C：0.12～0.20%，P：0.001～0.007%，As≤0.023%，Sn≤0.010%，出钢温度为1620～1660℃，并在出钢至钢包的过程中进行预脱氧和合金化处理；对钢水进行LF精炼，并控制LF精炼得到的钢水成分以重量百分比计包括：C：0.40～0.44%，Si：0.27～0.32%，Mn：0.86～0.98%，P≤0.011%，S≤0.005%，Cr：1.00～1.10%，Mo：0.20～0.25%，Ti≤0.010%，Ni≤0.15%，Cu≤0.15%，As≤0.023%，Sn≤0.010%，Al：0.035～0.060%，对钢水进行真空精炼，并控制真空精炼得到的钢水成分以重量百分比计包括：C：0.40～0.44%，Si：0.27～0.33%，Mn：0.86～0.98%，P≤0.011%，S≤0.005%，Cr：1.00～1.10%，Mo：0.20～0.25%，Ti≤0.010%，Ni≤0.15%，Cu≤0.15%，As≤0.025%，Sn≤0.010%，Al：0.015～0.040%，H≤0.0002%，[O]≤0.0018%，N≤0.0050%；连铸，在连铸过程中，二冷（即二次冷却）采用弱冷模式并将二冷区的比水量控制为0.20～0.27L/Kg，并且以重量百分比计，连铸得到的电子气体大容量气瓶用钢的化学成分为C：0.40～0.45%，Si：0.25～0.35%，Mn：0.85～1.00%，P≤0.013%，S≤0.008%，Cr：1.00～1.10%，Mo：0.20～0.25%，Ti≤0.015%，Ni≤0.18%，Cu≤0.18%，Sn≤0.010%，As≤0.025%，Al：0.015～0.040%，[H]≤0.0002%，[N]≤0.0070%，T[O]≤0.0020%，余量为铁和不可避免的杂质。

根据本发明的电子气体大容量气瓶用钢的制备方法的一个实施例，优选地，以重量百分比计，所述电子气体大容量气瓶用钢的化学成分为C：0.41～0.44%，Si：0.27～0.33%，Mn：0.86～0.98%，P≤0.011%，S≤0.005%，Cr：1.00～1.10%，Mo：0.20～0.25%，Ti≤0.010%，Ni≤0.15%，Cu≤0.15%，Sn≤0.010%，As≤0.025%，Al：0.015～0.040%，[H]≤0.0002%，[N]≤0.0070%，T[O]≤0.0020%，余量为铁和不可避免的杂质。

根据本发明的电子气体大容量气瓶用钢的制备方法的一个实施例，所述连铸步骤得到的铸坯是直径为Φ350～388mm的圆坯。

根据本发明的电子气体大容量气瓶用钢的制备方法的一个实施例，在所述连铸过程中，二冷区各冷却段的冷却水分配为：二冷Ⅰ段的冷却水量占二冷区冷却水总水量的16～19%、二冷Ⅱ段的冷却水量占二冷区冷却水总水量的20～22%、二冷Ⅲ段的冷却水量占二冷区冷却水总水量的9～12%、二冷Ⅳ段的冷却水量占二冷区冷却水总水量的27～31%以及二冷Ⅴ段的冷却水量占二冷区冷却水总水量的17～21%。

根据本发明的电子气体大容量气瓶用钢的制备方法的一个实施例，在所述连铸过程中，控制中间包钢水过热度为15～35℃，结晶器采用电磁搅拌并控制冷却水流量为1400～1600L/min，拉坯速度为0.40～0.55m/min。

根据本发明的电子气体大容量气瓶用钢的制备方法的一个实施例，在所述电炉出钢的过程中，当出钢量达到一炉钢水总量的1/3时，向钢包中加入脱氧剂CaBaAlSi进行预脱氧，并加入Al及锰铁合金进行合金化。

根据本发明的电子气体大容量气瓶用钢的制备方法的一个实施例，在所述连铸步骤中，控制中间包开浇液面高度≥650mm，过程浇注液面高度≥700mm，连浇液面≥450mm，最后停浇液面≥300mm。

根据本发明的电子气体大容量气瓶用钢的制备方法的一个实施例，在所述真空精炼步骤中，保持真空度≤66.7Pa，保持时间≥15分钟，直到炉渣不再发泡并继续保持2分钟以上；破真空后，喂Si-Ca线0.5～0.8Kg/t钢，然后对钢水进行静吹，静吹时间≥12分钟。

根据本发明的电子气体大容量气瓶用钢的制备方法的一个实施例，在所述LF精炼步骤中，加入还原剂造白渣，并使白渣保持时间在20min以上，其中，以重量百分比计，所述还原剂的组成为30～70份的电石、5～20份的SiCa以及25～50份的铝渣。

本发明的另一方面提供了一种电子气体大容量气瓶用钢。以重量百分比计，所述电子气体大容量气瓶用钢的化学成分为C：0.40～0.45%，Si：0.25～0.35%，Mn：0.85～1.00%，P≤0.013%，S≤0.008%，Cr：1.00～1.10%，Mo：0.20～0.25%，Ti≤0.015%，Ni≤0.18%，Cu≤0.18%，Sn≤0.010%，As≤0.025%，Al：0.15～0.40%，[H]≤0.0002%，[N]≤0.0070%，T[O]≤0.0020%，余量为铁和不可避免的杂质。

根据本发明的电子气体大容量气瓶用钢的一个实施例，优选地，以重量百分比计，所述电子气体大容量气瓶用钢的化学成分为C：0.41～0.44%，Si：0.27～0.33%，Mn：0.86～0.98%，P≤0.011%，S≤0.005%，Cr：1.00～1.10%，Mo：0.20～0.25%，Ti≤0.010%，Ni≤0.15%，Cu≤0.15%，Sn≤0.010%，As≤0.023%，Al：0.015～0.040%，[H]≤0.0002%，[N]≤0.0070%，T[O]≤0.0020%，余量为铁和不可避免的杂质。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

①将可能导致回火脆化的P、As、Sn等杂质元素、导致韧性降低的S尽可能降低到最低限。

②保证了钢质纯净度，按照夹杂物评级标准GB/T10561评价：A、B、C、D均≤1级，钢管成品气体［N］≤70PPm，［O］≤18PPm，［H］≤2.0PPm，Al含量0.015～0.040%。

③合理地控制圆坯连铸机二次冷却水分布及二冷比水量，防止铸坯产生内部裂纹和减小中心缩孔和中心疏松。并使用结晶器电磁搅拌，保证了铸坯的结晶组织结构（如中心等轴晶区扩大）保证了铸坯中心质量，为下一步轧管和后续加工保证气瓶内表面光洁平整提供了较好的前提条件。

④不仅保证了电子气体高压气瓶用大直径薄壁无缝钢管和气瓶制造多道次加工（冷热）的制造性能，更重要的是满足了电子气体大容积包装用高压气瓶良好的强度、韧性等使用安全性。

附图说明

通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1是在铸坯某一横截面上不同部位碳含量检测取样点的分布图。

具体实施方式

在下文中，将结合附图和示例性实施例详细地描述根据本发明的电子气体大容量气瓶用钢及其制备方法。在本发明中，如果没有例外的表述，则通常提到的物质中各元素或成分的含量均是重量百分含量。

根据本发明一方面提供的电子气体大容量气瓶用钢，按重量百分比计为C：0.40～0.45%、Si：0.25～0.35%、Mn：0.85～1.00%、P≤0.013%、S≤0.008%、Cr：1.00～1.10%、Mo：0.20～0.25%、Ti≤0.015%、Ni≤0.18%、Cu≤0.18%、Sn≤0.010%、As≤0.025%、Al：0.015～0.040%、[H]≤0.0002%、[N]≤0.0070%、T[O]≤0.0020%以及余量的铁（Fe）和不可避免的杂质。

在本发明中，控制主要元素C、Mn、Cr、Mo的含量在上述范围内不仅可以提高钢的强度、硬度和淬透性，使钢具有良好低温冲击韧性，还可使气瓶钢经调质后有较高的回火稳定性、疲劳强度和抗多次冲击能力；同时Cr还能提高钢的耐磨性，使气瓶经研磨、抛光等表面工艺处理后，易获得较高的表面光洁度；而Al在钢中不仅起到脱氧作用，本发明中还把Al作为合金元素，有利于细化晶粒和气瓶表面光洁。

钢的纯净度是电子气体大容量高压气瓶安全的重要保证。尽可能降低钢中P、S、As、Sn等有害元素、H、N、O气体及夹杂物含量不仅可改善电子气体大容量高压气瓶用钢→无缝钢管→气瓶各工序的制造工艺性能，例如防止钢在加工过程中产生冷加工裂纹、热裂纹和层状撕裂等各种缺陷，更重要的是可以显著改善电子气体大容量高压电子气瓶的使用安全性能。

控制残余Ti含量不大于0.015%是为了避免过高的Ti形成TiN脆性夹杂物，在钢管冷变形过程中形成表面缺陷和对气瓶表面抛光带来不利影响，不能满足气瓶内表面涂覆涂层的要求，优选地，将Ti含量控制在0.010%以下；控制Cu元素含量不大于0.18%是为了避免过量的Cu元素含量使钢产生热裂，优选地，将Cu含量控制在0.15%以下；控制Ni元素含量不大于0.18%是为了避免因Ni元素含量过高会影响加热后钢的表面质量，优选地，将Ni含量控制在0.15%以下。

优选地，上述电子气体大容量气瓶用钢的化学成分按重量百分比计为C：0.41～0.44%，Si：0.27～0.33%，Mn：0.86～0.98%，P≤0.011%，S≤0.005%，Cr：1.00～1.10%，Mo：0.20～0.25%，Ti≤0.010%，Ni≤0.15%，Cu≤0.15%，Sn≤0.010%，As≤0.023%，Al：0.015～0.040%，[H]≤0.0002%，[N]≤0.0070%，T[O]≤0.0020%，余量为铁和不可避免的杂质。

根据本发明另一份面提供的电子气体大容量气瓶用钢的冶炼方法的生产工艺流程包括：电弧炉冶炼→LF炉精炼→真空精炼→连铸坑冷→表面检查及精整。具体地：

（1）电炉初炼钢水

优化电炉入炉主原材料及配料，选用优质废钢，尽可能提高铁水的加入量以及生铁的配入量，实现对（As、Sn、Pb、Sb、Bi等）有害元素和残余元素的有效控制。优选地，铁水（或生铁）用量为入炉钢铁料总重量的30～50%。冶炼过程中采用持续的、良好的泡沫渣埋弧操作，减少空气中的氮因电弧电离而溶入钢中。电炉冶炼终点控制：C：0.12～0.20%，P：0.001～0.007%，As≤0.023%，Sn≤0.010%；出钢温度在1620～1660℃范围内。并采用偏心炉底无渣出钢（EBT）。出钢时进行复合预脱氧和合金化操作。在出钢过程中，当出钢量约1/3时，开始加入脱氧剂CaBaAlSi2.0～3.5Kg/t钢，加Al块1.2～1.5Kg/t钢和合适的锰铁合金。

（2）LF精炼

将钢包运送至LF精炼工位，在运送过程中，对钢包进行底吹氩气并在吹氩开始后喂铝线，喂入量为3～5m/t钢。

对钢水进行LF精炼，在精炼过程采用大渣量埋弧操作，以减少钢水与大气的接触，可减少钢水吸气；同时，分批加入还原剂造白渣，并使白渣保持时间在20min以上，以保证钢质纯净度。其中，还原剂的组成以重量计为：电石：30～70份、SiCa粉：5～20份以及铝渣：25～50份。

LF精炼获得的钢水成分以重量百分比计包括：C：0.40～0.44%，Si：0.27～0.32%，Mn：0.86～0.98%，P≤0.011%，S≤0.005%，Cr：1.00～1.10%，Mo：0.20～0.25%，Ti≤0.010%，Ni≤0.15%，Cu≤0.15%，As≤0.023%，Sn≤0.010%以及Al：0.035～0.060%。

（3）真空精炼

将钢包吊入真空罐进行真空脱气，抽真空以保持真空度≤66.7Pa，保持时间≥15分钟，直至炉渣不再明显发泡并继续保持2分钟以上。为了促使夹杂物的充分上浮，抽真空过程中随时注意钢水沸腾情况，并及时调整Ar气压力。破真空后，喂SiCa线0.5～0.8Kg/t钢，然后对钢水进行静吹，静吹时间≥12min，在静吹时，保持钢液面蠕动且钢液不得裸露。

控制真空脱气炉的出炉钢水温度，其中，连浇第一炉：1570～1585℃，连浇第二炉及以后炉次可降低5～10℃。

真空精炼得到的钢水成分以重量百分比计包括：C：0.40～0.44%，Si：0.27～0.33%，Mn：0.86～0.98%，P≤0.011%，S≤0.005%，Cr：1.00～1.10%，Mo：0.20～0.25%，Ti≤0.010%，Ni≤0.15%，Cu≤0.15%，As≤0.025%，Sn≤0.010%，Al：0.015～0.040%，H≤0.0002%，[O]≤0.0018%以及N≤0.0050%。

（4）连铸

VD真空处理后的钢水送到圆坯连铸机进行浇铸。

为了保证弧形圆坯连铸机的铸坯质量和浇注的顺利进行，主要控制以下几个方面：

a.中间包烘烤良好，烘烤温度≥1100℃。

b.铸过程实施全程保护浇注钢液由钢包到中间包的长水口采用“Ar气+密封垫”保护浇铸，以防止钢水二次氧化和Al的烧损，保证钢质纯净度。

c.中间包液位控制要求：

连铸过程中时刻注意中包液面高度，尽可能提高中间包开浇液面高度，开浇液面高度≥650mm，以保证钢水成分的均匀性和钢质纯净度。过程浇注液面高度≥700mm，连浇液面≥450mm，中间包最后停浇液面≥300mm。

d.连铸中间包采用双层覆盖剂进行保护，底渣用高效碱性覆盖剂，顶渣采用碳化稻壳保温，连铸过程随时观察中间包液面的覆盖状况，防止出现中间包钢液面覆盖不良或钢液裸露的现象。

e.每个中间包连浇炉数不大于7炉。中间包钢水过热度为15～35℃。

f.使用结晶器电磁搅拌，保证铸坯中心结晶组织的致密、均匀，增加中心等轴晶率。结晶器电磁搅拌参数如表1所示。

表1结晶器电磁搅拌参数

规格	搅拌频率，Hz	搅拌方式	搅拌电流，A
				Φ350mm	2.5	顺时针转8s-停止2s-反时针转8s	300A
Φ388mm	2.5	顺时针转8s-停止2s-反时针转8s	260A

g.连铸冷却采用弱冷。

连铸得到的铸坯规格为Φ350～Φ388mm。结晶器冷却水流量为1400～1600L/min。二冷水采用弱冷模式，Φ350mm和Φ388mm规格铸坯的比水量及二冷区各冷却段的冷却水分配见下表2，并且，采用低拉速浇注，拉坯速度Φ350mm：0.45～0.55m/min，Φ388mm：0.40～0.50m/min。

表2二冷比水量及二冷区各冷却段的冷却水分配

适宜的冷却强度和拉坯速度可避免和减轻铸坯的各种缺陷。铸坯的二冷强度对铸坯表面质量和内部质量有着重要的影响，如果二冷强度过大，则会使铸坯在冷却过程中，凝固坯壳产生回热，使铸坯产生内部裂纹；另一方面还会使铸坯在矫直时表面温度低于钢的脆性温度，降低了钢的延性，易产生表面裂纹；反过来如果二冷强度过弱，则会使铸坯在矫直前未完全凝固，易产生矫直裂纹。

拉坯速度的选择不仅要保证铸坯在结晶器出口处的坯壳厚度，还要保证铸坯质量和充分发挥连铸机的生产能力。如果拉坯速度过快，一是会造成铸坯在结晶器出口处坯壳厚度过薄，易产生漏钢和表面裂纹；二是还会使铸坯液芯延长，一方面会使铸坯在矫直前未完全凝固，易产生矫直裂纹，另一方面还使铸坯易产生中心裂纹、缩孔、疏松等内部缺陷，影响铸坯质量。如果拉坯速度过慢则会使铸机生产效率降低或炉机生产能力不匹配。

h.铸坯采取坑冷方式进行缓冷。进坑温度≥500℃，出坑温度≤100℃。

为了更好地理解本发明的上述示例性实施例，下面结合具体示例对其进行进一步说明。

示例1

在公称容量为70吨的EBT-电炉中，加入30%的铁水和70%的废钢，在冶炼过程中采用泡沫渣埋弧工艺，减少空气中的氮因电弧电离而溶入钢中。采用偏心炉底无渣出钢（EBT）。电炉冶炼钢水的化学成分如表3所示，并控制As≤0.023%，Sn≤0.010%。

在达到上述出钢条件时进行出钢，出钢温度为1620℃。当出钢量约1/3时，开始加入脱氧剂CaBaAlSi2.0Kg/t钢，加Al块1.5Kg/t钢和合适的锰铁合金进行合金化。在出钢完毕后且在进入LF前，喂入Al线3m/t钢。

钢包进入LF精炼工位，采用大渣量埋弧操作，以减少钢水与大气的接触，并减少钢水吸气；同时，分批加入还原剂造白渣，并使白渣保持时间在20min以上。其中，还原剂的组成以重量计为：50份的电石、10份的SiCa粉以及40份的铝渣。LF精炼获得的钢水成分如表4所示。

然后，对钢水执行真空脱气处理。即，将钢包吊入VD罐进行真空脱气，在≤66.7Pa的真空度下保持时间18分钟。破真空后，喂Si-Ca线0.76Kg/t钢对钢中夹杂物进行变性处理，然后对钢水进行静吹，静吹时间14min，在静吹时，保持钢液面蠕动且钢液不得裸露。控制VD出罐温度为1580℃。真空精炼得到的主要钢水成分如表4所示，并且真空精炼后钢水中的H为0.00018%，[O]为0.0016%以及N为0.0039%。

最后，将钢水送到圆坯连铸机进行浇铸，浇注规格为Φ350mm。钢包到中间包的长水口全程采用“Ar气+密封圈”保护浇注。对中间包进行烘烤的温度为1115℃，控制开浇液面高度700mm，过程液面710mm，并采用双层覆盖剂进行保护，底渣用高效碱性覆盖剂，顶渣采用碳化稻壳保温，在连铸过程中随时观察中间包液面的覆盖状况，防止出现中间包钢液面覆盖不良或钢液裸露的现象，另外，中间包钢水过热度为20℃。结晶器冷却水为1433L/min，结晶器搅拌参数如表1所示。二次冷却的比水量为0.27L/Kg，二冷水量分配为：二冷Ⅰ段19%、二冷Ⅱ段22%、二冷Ⅲ段11.5%、二冷Ⅳ段29.5%、二冷Ⅴ段18%。拉坯速度为0.45m/min。并将得到的铸坯采取坑冷方式进行缓冷，铸坯入坑温度为512℃，出坑温度为96℃。得到管坯。

按图1所示碳含量检测取样点分布图在铸坯同一横截面上不同部位取样并计算分析钢中C元素含量，碳偏析指数及碳含量极差值（C极差），结果如表5所示。另外，按GB/T226标准对铸坯进行低倍组织检验并按YB/T4149-2006附录A评级图对低倍缺陷进行评级，铸坯低倍缺陷评级及低倍组织检验结果如表6所示。另外，表4示出了在钢管成品上取样分析的化学成分结果，表7示出了钢管成品气体含量检测结果，表8示出了在钢管上取样并经模拟调质后试样的力学性能检测结果，表9示出了在钢管上取样并经模拟调质后试样按照夹杂物评级标准GB/T10561评级结果。

示例2

在公称容量为70吨的EBT-电炉中，加入45%的铁水和55%的废钢，在冶炼过程中采用泡沫渣埋弧工艺，可减少空气中的氮因电弧电离而溶入钢中。采用偏心炉底无渣出钢（EBT）。电炉冶炼钢水的化学成分如表3所示，并控制As≤0.023%，Sn≤0.010%。

在达到上述出钢条件时进行出钢，出钢温度为1640℃。当出钢量约1/3时，开始加入脱氧剂CaBaAlSi3.5Kg/t钢，加Al块1.2Kg/t钢和合适的锰铁合金进行合金化。在出钢完毕后且在进入LF前，喂入Al线4m/t钢。

钢包进入LF精炼工位，采用大渣量埋弧操作，以减少钢水与大气的接触，并减少钢水吸气；同时，分批加入还原剂造白渣，并使白渣保持时间在20min以上。其中，还原剂的组成以重量计为：70份的电石、5份的SiCa粉以及25份的铝渣。LF精炼获得的钢水成分如表4所示。

然后，对钢水执行真空脱气处理。即，将钢包吊入VD罐进行真空脱气，在≤66.7Pa的真空度下保持时间20分钟。破真空后，喂Si-Ca线0.56Kg/t对钢中夹杂物进行变性处理，然后对钢水进行静吹，静吹时间15min，在静吹时，保持钢液面蠕动且钢液不得裸露。控制VD出罐温度为1571℃。真空精炼得到的钢水主要成分如表4所示，并且真空精炼后钢水中的H为0.00016%，[O]为0.0017%以及N为0.0049%。

最后，将钢水送到圆坯连铸机进行浇铸，浇注规格为Φ350mm。钢包到中间包的长水口全程采用“Ar气+密封圈”保护浇注。对中间包进行烘烤的温度为1100℃，控制连浇液面高度680mm，过程液面710mm，停浇液面高度300mm，并采用双层覆盖剂进行保护，底渣用高效碱性覆盖剂，顶渣采用碳化稻壳保温，在连铸过程中随时观察中间包液面的覆盖状况，防止出现中间包钢液面覆盖不良或钢液裸露的现象，另外，中间包钢水过热度为15℃。结晶器冷却水为1443L/min，结晶器搅拌参数如表1所示。二次冷却的比水量为0.22L/Kg，二冷水量分配为：二冷Ⅰ段16%、二冷Ⅱ段22%、二冷Ⅲ段11%、二冷Ⅳ段30%、二冷Ⅴ段21%。拉坯速度为0.55m/min。并将得到的铸坯采取坑冷方式进行缓冷，铸坯入坑温度为515℃，出坑温度为97℃。得到管坯。

图1示出了在铸坯某一横截面上不同部位碳含量检测取样点的分布图，其中箭头A指示的方向为铸坯内弧侧。按图1所示碳含量检测取样点分布图在铸坯同一横截面上不同部位取样并计算分析钢中C元素含量，碳偏析指数及碳含量极差值（C极差），结果如表5所示。另外，按GB/T226标准对铸坯进行低倍组织检验并按YB/T4149-2006附录A评级图对低倍缺陷进行评级，铸坯低倍缺陷评级及低倍组织检验结果如表6所示。另外，表4示出了在钢管成品上取样分析的化学成分结果，表7示出了钢管成品气体含量检测结果，表8示出了在钢管上取样并经模拟调质后试样的力学性能检测结果，表9示出了在钢管上取样并经模拟调质后试样按照夹杂物评级标准GB/T10561评级结果。

示例3

在公称容量为70吨的EBT-电炉中，加入35%的铁水和65%的废钢，在冶炼过程中采用泡沫渣埋弧工艺，可减少空气中的氮因电弧电离而溶入钢中。采用偏心炉底无渣出钢（EBT）。电炉冶炼钢水的化学成分如表3所示，并控制As≤0.023%，Sn≤0.010%。

在达到上述出钢条件时进行出钢，出钢温度为1660℃。当出钢量约1/3时，开始加入脱氧剂CaBaAlSi2.5Kg/t钢，加Al1.3Kg/t钢和合适的锰铁合金进行合金化。在出钢完毕后且在进入LF前，喂入Al线5m/t钢。

钢包进入LF精炼工位，采用大渣量埋弧操作，以减少钢水与大气的接触，并减少钢水吸气；同时，分批加入还原剂造白渣，并使白渣保持时间在20min以上。其中，还原剂的组成以重量计为30份的电石、20份的SiCa以及50份的铝渣。LF精炼获得的钢水成分如表4所示。

然后，对钢水执行真空脱气处理。即，将钢包吊入VD罐进行真空脱气，在≤66.7Pa的真空度下保持时间22分钟。破真空后，喂Si-Ca线0.70Kg/t对钢中夹杂物进行变性处理，然后对钢水进行静吹，静吹时间16min，在静吹时，保持钢液面蠕动且钢液不得裸露。控制VD出罐温度为1575℃。真空精炼得到的钢水成分主要如表4所示，并且真空精炼后钢水中的H为0.00017%，[O]为0.0013%以及N为0.0035%。

最后，将钢水送到圆坯连铸机进行浇铸，浇注规格为Φ388mm。钢包到中间包的长水口全程采用“Ar气+密封圈”保护浇注。对中间包进行烘烤的温度为1105℃，控制连浇液面高度500mm，过程液面700mm，并采用双层覆盖剂进行保护，底渣用高效碱性覆盖剂，顶渣采用碳化稻壳保温，在连铸过程中随时观察中间包液面的覆盖状况，防止出现中间包钢液面覆盖不良或钢液裸露的现象，另外，中间包钢水过热度为30℃。结晶器冷却水为1550L/min，结晶器搅拌参数如表1所示。二次冷却的比水量为0.20L/Kg，二冷水量分配为：二冷Ⅰ段17%、二冷Ⅱ段22%、二冷Ⅲ段11%、二冷Ⅳ段29%、二冷Ⅴ段21%。拉坯速度为0.45m/min。并将得到的铸坯采取坑冷方式进行缓冷，铸坯入坑温度为505℃，出坑温度为95℃。得到管坯。

按图1所示碳含量检测取样点分布图在铸坯同一横截面上不同部位取样并计算分析钢中C元素含量，碳偏析指数及碳含量极差值（C极差），结果如表5所示。另外，按GB/T226标准对铸坯进行低倍组织检验并按YB/T4149-2006附录A评级图对低倍缺陷进行评级，铸坯低倍缺陷评级及低倍组织检验结果如表6所示。另外，表4示出了在钢管成品上取样分析的化学成分结果，表7示出了钢管成品气体含量检测结果，表8示出了在钢管上取样并经模拟调质后试样的力学性能检测结果，表9示出了在钢管上取样并经模拟调质后试样按照夹杂物评级标准GB/T10561评级结果。

表3示例1至3的电炉冶炼出钢钢水化学成分（wt%）

元素含量	C	P
			示例1	0.20	0.007
示例2	0.15	0.005
			示例3	0.12	0.001

表4示例1至3的LF精炼得到的钢水、真空精炼炼得到的钢水以及钢管成品的化学成分(wt%)

表5按图1所示取样点检测得到的铸坯碳含量、碳偏析指数及C极差

表6示例1到示例3铸坯低倍缺陷评级结果

表7示例1至3的钢管成品的气体含量(wt%)

	[H]	[O]	[N]
				示例1	0.00007	0.0018	0.0049
示例2	0.00003	0.0016	0.0061
				示例3	0.00005	0.0015	0.0043

表8示例1至3的钢管成品的夹杂物高倍评级结果

表9示例1至3的钢管成品的力学性能

表5可见，在铸坯横断面上分析不同部位取样分析得到钢中碳含量、碳偏析指数和极差值较小，说明铸坯成分均匀，进而可以保证钢管性能稳定组织均匀；由表6可见，按GB/T226标准进行低倍组织检验、按YB/T4149-2006附录A评级图对低倍缺陷进行评级结果表明，本发明提供的连铸圆管坯铸坯中心质量好，中心缺陷少，中心等轴晶较宽，为后续制管及制瓶多道次加工保证内表面质量，最终保证钢瓶内表面光洁平整提供了很好的前提条件。由表7至表9可以看出，本发明提供的电子气体大容量气瓶用钢，其钢管成品钢质纯净，按照夹杂物评级标准GB/T10561评价：A、B、C、D均≤1级；钢管成品气体［N］≤70PPm，［O］≤18PPm，［H］≤2.0PPm；Al含量0.015～0.040wt%，钢管试样经模拟调质后组织晶粒度≥7级，在常温下的屈服强度不小于800MPa、抗张强度（抗拉强度）不小于935MPa、延伸率不小于17%、硬度不小于285HB并且-40℃时冲击功≥75AKV/J，即试样经模拟热处理后的拉伸性能及-40℃低温冲击韧性满足技术要求。

本发明的方法通过优化钢的成分设计和钢质净化技术，将导致韧性可能降低的As、Sn、S、P、Ti、Cu、Ni等杂质元素和残余元素尽量降低到最低限；并保证了电子气瓶用钢高纯净度、低气体、低夹杂物含量的冶金质量要求，从而使电子气体气瓶用大直径无缝钢管的各项性能指标满足相关技术要求；另外，合理地控制圆坯连铸机二冷比水量、拉速及二次冷却水分布，防止铸坯产生内部裂纹和减小中心缩孔和中心疏松，并使用结晶器电磁搅拌，保证了铸坯的结晶组织结构（如中心等轴晶区扩大）保证了铸坯中心质量，为下一步轧管和后续加工提供了较好的前提条件。本发明的方法不仅保证了电子气体高压气瓶用大直径薄壁无缝钢管和气瓶制造多道次加工的制造性能，更重要的是满足了电子气体大容积包装用高压气瓶具有强度高、韧性好、金相晶粒度细致和低温冲击韧性等综合性能的要求，保证了电子气体储存和使用过程中的安全。这里，铸坯内成分均匀是保证钢管性能稳定组织均匀的前提，铸坯中心质量、成分均匀及钢质纯净度对轧管和后续加工过程中内外表面质量（缺陷）影响非常大，前面提到的铸坯横截面上成分均匀（碳含量极差和偏析小）、铸坯中心质量好、钢质纯度高是保证多道次加工过程中少产生缺陷或缺陷轻微不影响最终产品表面质量，特别保证了气瓶内表面平整；另一方面，钢的耐磨性能越好，钢的晶粒越细钢越致密，使气瓶钢表面经过表面研磨、抛光等表面工艺处理后，越易提高表面光洁度。

尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。

Claims (10)

1.一种电子气体大容量气瓶用钢的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

电炉初炼钢水，控制终点钢水成分按重量百分比计包括：C：0.12～0.20%，P：0.001～0.007%，As≤0.023%，Sn≤0.010%，出钢温度为1620～1660℃，并在出钢至钢包的过程中进行预脱氧和合金化处理；

对钢水进行LF精炼，并控制LF精炼得到的钢水成分以重量百分比计包括：C：0.40～0.44%，Si：0.27～0.32%，Mn：0.86～0.98%，P≤0.011%，S≤0.005%，Cr：1.00～1.10%，Mo：0.20～0.25%，Ti≤0.010%，Ni≤0.15%，Cu≤0.15%，As≤0.023%，Sn≤0.010%以及Al：0.035～0.060%；

对钢水进行真空精炼，并控制真空精炼得到的钢水成分以重量百分比计包括：C：0.40～0.44%，Si：0.27～0.33%，Mn：0.86～0.98%，P≤0.011%，S≤0.005%，Cr：1.00～1.10%，Mo：0.20～0.25%，Ti≤0.010%，Ni≤0.15%，Cu≤0.15%，As≤0.025%，Sn≤0.010%，Al：0.015～0.040%，H≤0.0002%，[O]≤0.0018%以及N≤0.0050%；

连铸，在连铸过程中，二冷采用弱冷模式并将二冷区的比水量控制为0.20～0.27L/Kg，并且以重量百分比计，连铸得到的铸坯的化学成分为C：0.40～0.45%，Si：0.25～0.35%，Mn：0.85～1.00%，P≤0.013%，S≤0.008%，Cr：1.00～1.10%，Mo：0.20～0.25%，Ti≤0.015%，Ni≤0.18%，Cu≤0.18%，Sn≤0.010%，As≤0.025%，Al：0.015～0.040%，[H]≤0.0002%，[N]≤0.0070%，T[O]≤0.0020%，余量为铁和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的电子气体大容量气瓶用钢的制备方法，其特征在于，以重量百分比计，所述电子气体大容量气瓶用钢的化学成分为C：0.41～0.44%，Si：0.27～0.33%，Mn：0.86～0.98%，P≤0.011%，S≤0.005%，Cr：1.00～1.10%，Mo：0.20～0.25%，Ti≤0.010%，Ni≤0.15%，Cu≤0.15%，Sn≤0.010%，As≤0.023%，Al：0.015～0.040%，[H]≤0.0002%，[N]≤0.0070%，T[O]≤0.0020%，余量为铁和不可避免的杂质。

3.根据权利要求1所述的电子气体大容量气瓶用钢的制备方法，其特征在于，所述连铸步骤得到的铸坯是直径为Φ350～388mm的圆坯。

4.根据权利要求3所述的电子气体大容量气瓶用钢的制备方法，其特征在于，在所述连铸过程中，二冷区各冷却段的冷却水分配为：二冷Ⅰ段的冷却水量占二冷区冷却水总水量的16～19%、二冷Ⅱ段的冷却水量占二冷区冷却水总水量的20～22%、二冷Ⅲ段的冷却水量占二冷区冷却水总水量的9～12%、二冷Ⅳ段的冷却水量占二冷区冷却水总水量的27～31%以及二冷Ⅴ段的冷却水量占二冷区冷却水总水量的17～21%。

5.根据权利要求3所述的电子气体大容量气瓶用钢的制备方法，其特征在于，在所述连铸过程中，控制中间包钢水过热度为15～35℃，结晶器采用电磁搅拌并控制冷却水流量为1400～1600L/min，拉坯速度为0.40～0.55m/min。

6.根据权利要求1所述的电子气体大容量气瓶用钢的制备方法，其特征在于，在所述LF精炼步骤中，加入还原剂造白渣，并使白渣保持时间在20min以上，其中，以重量百分比计，所述还原剂的组成为30～70份的电石、5～20份的SiCa以及25～50份的铝渣。

7.根据权利要求1所述的电子气体大容量气瓶用钢的制备方法，其特征在于，在所述真空精炼步骤中，保持真空度≤66.7Pa，保持时间≥15分钟，直到炉渣不再发泡并继续保持2分钟以上，并在破真空后，喂Si-Ca线0.5～0.8Kg/t钢，然后对钢水进行静吹。

8.根据权利要求1所述的电子气体大容量气瓶用钢的制备方法，其特征在于，在所述连铸步骤中，控制中间包开浇液面高度≥650mm，过程浇注液面高度≥700mm，连浇液面≥450mm以及最后停浇液面≥300mm。

9.一种电子气体大容量气瓶用钢，其特征在于，以重量百分比计，所述电子气体大容量气瓶用钢的化学成分为C：0.40～0.45%，Si：0.25～0.35%，Mn：0.85～1.00%，P≤0.013%，S≤0.008%，Cr：1.00～1.10%，Mo：0.20～0.25%，Ti≤0.015%，Ni≤0.18%，Cu≤0.18%，Sn≤0.010%，As≤0.025%，Al：0.015～0.040%，[H]≤0.0002%，[N]≤0.0070%，T[O]≤0.0020%，余量为铁和不可避免的杂质。

10.根据权利要求9所述的电子气体大容量气瓶用钢，其特征在于，以重量百分比计，所述电子气体大容量气瓶用钢优化的化学成分为C：0.41～0.44%，Si：0.27～0.33%，Mn：0.86～0.98%，P≤0.011%，S≤0.005%，Cr：1.00～1.10%，Mo：0.20～0.25%，Ti≤0.010%，Ni≤0.15%，Cu≤0.15%，Sn≤0.010%，As≤0.023%，Al：0.015～0.040%，[H]≤0.0002%，[N]≤0.0070%，T[O]≤0.0020%，余量为铁和不可避免的杂质。

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