CN110343937A - 一种控制夹杂物的极地用钢的冶炼方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种控制夹杂物的极地用钢的冶炼方法，该方法通过Zr‑Ti脱氧高强度低合金钢，在凝固阶段会在先形成的细小分布的Zr‑Ti复合氧化物核质点上形成和生长MnS。因此，形成的MnS覆盖在细小的球形氧化物之上，并在钢中弥散均匀分布，该结构提高了钢的韧性。同时，MnS周围出现了贫锰区，会促进针状铁素体的形成，通过细晶强化进一步提高钢的韧性。此外，大量细小、均匀弥散分布的氧化物，有利于钢的组织均匀，强度提高。与传统的Al脱氧相比，钢板的延展性和韧性相应得到提高，腐蚀电流密度低于6mA/cm2，腐蚀活性夹杂物减少了一半，降低了钢板的局部腐蚀速度，从而保证钢板的服役寿命，满足极地用36kg级钢的要求。

Description

一种控制夹杂物的极地用钢的冶炼方法
技术领域
本发明属于炼钢技术领域，具体涉及一种控制夹杂物的极地用钢的冶炼方法。
背景技术
极地破冰船服役条件恶劣，要求钢板具有高强韧、高耐蚀、高耐磨、易焊接 等特点。尤其在耐海水腐蚀方面有极高要求，这就需要极为苛刻的夹杂物、析出 物、组织及微观缺陷等控制措施及能力。钢中夹杂物弥散分布在钢的内部及表面， 在破冰船外部涂层破换之后，成为恶劣服役环境中的主要点蚀源头。钢种母材及 焊接接头耐海水腐蚀的关键在于钢中腐蚀活性夹杂物的控制技术。钢板局部腐蚀 速度取决于钢中腐蚀活性非金属杂质含量，钢中腐蚀活性夹杂物低于2个/mm2即可有效降低钢板的局部腐蚀速度，从而保证钢板的服役寿命。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种控制夹杂物的极地用 钢的冶炼方法，该冶炼方法能够有效控制钢中的腐蚀活性夹杂物，降低钢板的局 部腐蚀速度，从而保证钢板的服役寿命，满足极地用36kg级钢的要求。
技术方案：本发明所述的一种控制夹杂物的极地用钢的冶炼方法，钢水冶炼 的工艺路线包括KR铁水预处理→BOF顶底复吹转炉→LF精炼炉→RH精炼炉；
步骤包括：
(1)选择铁水中的有色金属的质量百分比含量Sn≤0.010％，Pb≤0.005％， As≤0.020，Sb≤0.010，Zn≤0.010时进行试制；铁水预处理保证入炉铁水S≤0.0020％， 渣子扒除90％以上；
(2)在转炉底吹和炉况良好的情况下进行试制，转炉采用活性石灰进行多 次造渣操作，将终点P、S均控制在0.008％以下；出钢自由氧控制在400-600ppm， 终点碳的质量百分比含量控制在0.04-0.06％；
(3)转炉出钢用硅铁与微碳锰铁或者硅铁与锰进行初步脱氧和合金化；
(4)到LF精炼炉后，测定并记录钢种的[O]含量，控制并保持钢水中氧含 量为20-60ppm；然后加入低铝Fe-Ti合金和Fe-Zr合金进行脱氧和合金化；
(5)低铝Fe-Ti合金和Fe-Zr合金进行脱氧和合金化后精炼3min以上；测 定并记录钢中的[O]含量，如钢中存在10ppm以上自由氧，则加入10-20kg的 Si-Ca-Ba合金进行补充脱氧；
(6)然后进行脱S工艺操作，在脱S工艺过程中，禁止加铝线；脱S工艺 完成后，根据目标成分加入Al线；
(7)RH精炼炉进行夹杂物去除和脱气处理，真空室吹氧，吹氧量50m3， 真空度≤5.0mbar条件下保持时间≥20min；在RH脱气处理完成后，在出站3min 前，按照目标成分进行钙处理。
其中，在转炉冶炼过程中，选择纯铁水操作或者选择以有色金属成分满足要 求的废钢作为入炉料。
在所述步骤(3)中，进行初步的脱氧和合金化时，Si按0.10-0.18％配硅铁， Mn按0.93-0.98％配微碳锰铁或者金属锰。
在所述步骤(4)中，控制并保持钢水中氧含量为20-60ppm所采用的方法 是：当钢水中氧含量大于60ppm，根据估算加入硅铁进行脱氧，直到钢水中的氧 含量在20-60ppm。
所述步骤(4)中，加入低铝Fe-Ti合金和Fe-Zr合金共计10-70kg进行脱氧 和合金化。
所述步骤(4)中，低铝Fe-Ti合金和Fe-Zr合金一起加入，两者的加入量根 据目标成分和合金含量进行折算，其中Zr含量的折算系数为60％。
所述步骤(6)中，在脱硫工艺过程时，在渣面均匀撒入适量Al粉，进行扩 散脱氧；加Al粉时，氩气按静搅方式控制。
有益效果：该冶炼方法中，通过Zr-Ti脱氧高强度低合金钢，在凝固阶段会 在先形成的细小分布的Zr-Ti复合氧化物核质点上形成和生长MnS。因此，形成 的MnS是覆盖在细小的球形氧化物之上的，并在钢中弥散均匀分布，这样的结 构提高了钢韧性。同时，MnS是在Zr-Ti氧化物上形成，周围出现了贫锰区，会 促进针状铁素体的形成，从而通过细晶强化进一步提高钢的韧性。此外，大量细 小、均匀弥散分布的氧化物，有利于钢的组织均匀，强度提高。与传统的Al脱 氧相比，Zr-Ti脱氧钢板的延展性和韧性相应得到提高，腐蚀电流密度低于6mA/cm2，腐蚀活性夹杂物减少了一半，能够降低钢板的局部腐蚀速度，从而保 证钢板的服役寿命，满足极地用36kg级钢的要求。
附图说明
图1是夹杂物形貌图；
图2是夹杂物尺寸分布图；
图3是实施例夹杂物成分能谱分析图。
具体实施方式
下面，以采用本发明所述的方法生产的一种特殊船板为例，对本发明做进一 步详细说明。
生产该特殊船板的工艺流程包括KR铁水预处理→BOF顶底复吹转炉→LF 精炼炉→RH精炼炉→连铸机。
具体的步骤如下：
(1)选择铁水中的有色金属Sn，Pb，As，Bi，Sb，Zn的质量百分比含量 交底时进行试制，其中，Sn≤0.010％，Pb≤0.005％，As≤0.020，Sb≤0.010，Zn≤0.010； 铁水预处理保证入炉铁水S≤0.0020％，渣子扒除90％以上。
(2)为了降低原料中的各种杂质元素，选择纯铁水操作，或者选择以有色 金属成分满足要求的优质废钢作为入炉料。在转炉底吹和炉况良好的情况下进行 试制，转炉采用活性石灰进行多次造渣操作，将终点P、S均控制在0.008％以下； 出钢自由氧控制在400-600ppm，终点碳的质量百分比含量控制在0.04-0.06％。
(3)转炉出钢用硅铁与微碳锰铁或者硅铁与锰进行初步脱氧和合金化；Si按0.10-0.18％配硅铁，Mn按0.93-0.98％配微碳锰铁或者金属锰。并且不采用含Al 材料进行脱氧与合金化。
(4)到LF精炼炉后，用快速定氧探头测定并记录钢种的[O]含量，控制并 保持钢水中氧含量为20-60ppm，当钢水中氧含量大于60ppm，根据估算加入硅 铁进行脱氧，直到钢水中的氧含量在20-60ppm。然后加入低铝Fe-Ti合金和Fe-Zr 合金10-70kg进行脱氧和合金化；低铝Fe-Ti合金和Fe-Zr合金一起加入，两者 的加入量根据目标成分和合金含量进行折算，其中Zr含量的折算系数为60％。
(5)低铝Fe-Ti合金和Fe-Zr合金进行脱氧和合金化后精炼3min以上；用 快速定氧探头测定并记录钢中的[O]含量，如钢中存在10ppm以上自由氧，则加 入10-20kg的Si-Ca-Ba合金进行补充脱氧。
(6)然后进行脱S工艺操作，在脱S工艺过程中，禁止加铝线，可以在渣 面均匀撒入适量Al粉，进行扩散脱氧；加Al粉时，氩气按静搅方式控制。
脱S工艺完成后，根据目标成分加入Al线。
(7)RH精炼炉进行夹杂物去除和脱气处理，真空室吹氧，吹氧量50m3， 真空度≤5.0mbar条件下保持时间≥20min；在RH脱气处理完成后，在出站3min 前，按照目标成分进行钙处理。
钢板冲击性能看，工艺改善后，钢板冲击性能明显改善，-120度钢板冲击≥ 200J，钢板平均抗拉强度605Mpa，富余量较大，钢板抗拉要求490-620Mpa，抗 拉强度靠近上限。
一并结合结合图1-3，钢中腐蚀活性夹杂物1.87个/mm2，平均电流密度 5.78mA/cm2，有效降低钢板的局部腐蚀速度，从而保证钢板的服役寿命。

Claims (7)

1.一种控制夹杂物的极地用钢的冶炼方法，其特征在于，钢水冶炼的工艺路线包括KR铁水预处理→BOF顶底复吹转炉→LF精炼炉→RH精炼炉；
步骤包括：
(1)选择铁水中的有色金属的质量百分比含量Sn≤0.010％，Pb≤0.005％，As≤0.020，Sb≤0.010，Zn≤0.010时进行试制；铁水预处理保证入炉铁水S≤0.0020％，渣子扒除90％以上；
(2)在转炉底吹和炉况良好的情况下进行试制，转炉采用活性石灰进行多次造渣操作，将终点P、S均控制在0.008％以下；出钢自由氧控制在400-600ppm，终点碳的质量百分比含量控制在0.04-0.06％；
(3)转炉出钢用硅铁与微碳锰铁或者硅铁与锰进行初步脱氧和合金化；
(4)到LF精炼炉后，测定并记录钢种的[O]含量，控制并保持钢水中氧含量为20-60ppm；然后加入低铝Fe-Ti合金和Fe-Zr合金进行脱氧和合金化；
(5)低铝Fe-Ti合金和Fe-Zr合金进行脱氧和合金化后精炼3min以上；测定并记录钢中的[O]含量，如钢中存在10ppm以上自由氧，则加入10-20kg的Si-Ca-Ba合金进行补充脱氧；
(6)然后进行脱S工艺操作，在脱S工艺过程中，禁止加铝线；脱S工艺完成后，根据目标成分加入Al线；
(7)RH精炼炉进行夹杂物去除和脱气处理，真空室吹氧，吹氧量50m3，真空度≤5.0mbar条件下保持时间≥20min；在RH脱气处理完成后，在出站3min前，按照目标成分进行钙处理。
2.根据权利要求1所述的控制夹杂物的极地用钢的冶炼方法，其特征在于，在转炉冶炼过程中，选择纯铁水操作或者选择以有色金属成分满足要求的废钢作为入炉料。
3.根据权利要求1所述的控制夹杂物的极地用钢的冶炼方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，进行初步的脱氧和合金化时，Si按0.10-0.18％配硅铁，Mn按0.93-0.98％配微碳锰铁或者金属锰。
4.根据权利要求1所述的控制夹杂物的极地用钢的冶炼方法，其特征在于，在所述步骤(4)中，控制并保持钢水中氧含量为20-60ppm所采用的方法是：当钢水中氧含量大于60ppm，根据估算加入硅铁进行脱氧，直到钢水中的氧含量在20-60ppm。
5.根据权利要求4所述的控制夹杂物的极地用钢的冶炼方法，其特征在于，所述步骤(4)中，加入低铝Fe-Ti合金和Fe-Zr合金共计10-70kg进行脱氧和合金化。
6.根据权利要求5所述的控制夹杂物的极地用钢的冶炼方法，其特征在于，所述步骤(4)中，低铝Fe-Ti合金和Fe-Zr合金一起加入，两者的加入量根据目标成分和合金含量进行折算，其中Zr含量的折算系数为60％。
7.根据权利要求1所述的控制夹杂物的极地用钢的冶炼方法，其特征在于，所述步骤(6)中，在脱硫工艺过程时，在渣面均匀撒入适量Al粉，进行扩散脱氧；加Al粉时，氩气按静搅方式控制。
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