柳鋼微合金化技術研究開發現狀與展望

1微合金化鋼的研發鋼的微金化是近20年來發展起來的金屬礦技術。在鋼中添加量鉀（nb）、鈉（v）、鈦（ti）和其他元素，可以提高鋼的綜合力學性能。微合金化鋼廣泛用于油氣輸送管線、大型跨江公路橋和鐵路橋梁、造船、汽車、工程機械、耐大氣腐蝕集裝箱、高層鋼結構建筑。隨著中國加入WTO,鋼鐵工業要與國際接軌,必需適時調整和優化產品結構,而微合金化為我國鋼鐵產品的升級換代提供了一條經濟有效的途徑。柳鋼對微合金化鋼的研究開發起步較晚,于1999年立項實施,在結合自身的設備和工藝條件下,利用加入鈮鐵和釩鐵合金的方式,在16MnL汽車大梁板、Q345C和Q390D低合金板、HRB400新Ⅲ級螺紋鋼中進行了微合金化技術的研究和試驗開發,試驗結合柳鋼工藝特點,主要從煉鋼、連鑄、加熱、軋制等方面控制工藝參數,取得了一定的成果,并為公司增加了經濟效益。本文通過總結柳鋼的微合金化鋼研究開發情況,分析存在問題,提出下一步工作的思路和建議,并對柳鋼開發微合金化鋼的發展前景作進一步的探討。2研究和開發實踐相關鋼種的技術要求(表1)2.2生產工藝2.2.1出鋼、落料及擋墻出鋼煉鋼環節的控制關鍵是提高微合金元素Nb、V的回收率以及控制成分穩定性,主要影響因素有Nb鐵、V鐵的加入方式,鋼水中氧、硫含量,鋼水冶煉溫度以及連鑄方式等。微合金化鋼的冶煉及連鑄工藝要點:(1)化學成分優化控制。根據微合金化鋼的特殊性能要求,主要控制、優化鋼水中碳、硅、錳、鈮、釩的含量;(2)在出鋼量達3/4左右時加入Nb鐵或V鐵合金;(3)爐前及時進行化學成分分析,根據結果調整Nb鐵或V鐵的加入量,保證鋼中Nb或V成分的控制要求;(4)采用擋渣出鋼,出鋼后在鋼包底部吹氬,并保證足夠的吹氬時間;(5)連鑄采用大包保護澆注,中間包要有擋墻;嚴格控制連鑄的溫度、拉速及冷卻水量。經在35t轉爐進行多次冶煉生產試驗,微合金化鋼的冶煉工藝趨于穩定,Nb鐵的回收率由66%提高到90%、V鐵回收率在90%以上,成品的化學成分也能夠按要求控制。2.2.2物理增強應實現的主要目的是以提高nb微合金化鋼的作用是通過析出細小的Nb[C、N]或V[C、N]化合物顆粒,阻止組織中奧氏體晶粒長大和抑制再結晶粒長大,達到細化晶粒以及沉淀強化的效果。無論是板坯(180mm×950mm、220mm×1300mm)或是方坯(150mm×150mm、160mm×160mm)都要求有較高的加熱溫度和足夠的加熱時間來促使鋼中的Nb[C、N]或V[C、N]化合物最大限度地溶解。這對于含Nb鋼來說尤為重要。含Nb鋼的均熱溫度控制在1180～1250℃,出爐溫度控制在1100～1150℃,含V鋼可適當降低30～50℃。2.2.3u3000解決好中板沖擊劑的工藝措施微合金化鋼必需結合相應的控制軋制工藝才能有效地發揮其性能上的優勢。我們主要在2800四輥單機架可逆式中厚板軋機上進行控軋工藝研究,通過采用高溫區的再結晶型控軋與低溫區的未再結晶型控制相結合的方式,使生產的16MnL、Q345C、Q390D等微合金化鋼中板都能達到較高的低溫沖擊性能。對于16MnL、Q345C中板,通過采用軋后矯直后快速過冷床進行堆垛緩冷的工藝,使鋼材的冷彎和延伸性能獲得改善。其工藝要點為:(1)含Nb鋼提前出爐2min;(2)采用交叉軋制方式;(3)在高溫區進行較大壓下的粗軋,軋至成品厚度的2倍時進行中間待溫,待溫至950℃左右進入精軋,精軋階段要保證末3道壓下率不小于15%;(4)根據不同的微合金化鋼種控制相應的終軋溫度;(5)根據不同鋼種調節控制軋后水幕冷卻水量。另外,在全連續式棒材軋機上軋制含Nb或含V的HRB400螺紋鋼時,控軋控冷工藝主要通過調節軋制速度和冷卻水量、控制終軋溫度等手段進行控制。2.3在微金屬化鋼的成分和性能比較分析中柳鋼微合金化鋼成分和性能情況見表2。2.3.1汽車好酒的生產對16MnL汽車大梁板用戶除按國標要求外,還要求成分有微合金元素(≥0.015%),-40℃橫向沖擊值≥31J。采用加入微合金元素Nb的方式,結合控軋控冷和軋后堆冷工藝,生產出性能合格的含Nb的16MnL中板。含Nb的16MnL比一般16MnL的各項性能指標都好,特別是帶狀組織明顯改善,解決了困擾柳鋼多年的16MnL汽車大梁板的帶狀組織不合格的問題。但是含Nb的16MnL的寬冷彎性能還有部分不達標,另外其晶粒組織存在混晶和晶粒度不均勻的現象,且低溫沖擊性能的富余量不大。2.3.2加nb或加v的3gmac的性能柳鋼較多的鋼材供銷合同要求Q345C、Q390D是較厚規格(≥25mm)的低合金板。加Nb或加V的Q345C鋼板的各項性能均能滿足用戶的要求,對一些要求更嚴格的出口合同指標亦能滿足。從表2可看出加V的Q345C比加Nb的Q345C的性能指標要稍低些,特別是低溫沖擊的富余量較低。加Nb的Q390D板各項性能都較好,只是伸長率富余較少。2.3.3含vhpb400一般在含vhp0.0.5%v.5%/hf-在全連續棒材軋機上進行了含Nb和含V的HRB400新Ⅲ級螺紋鋼的試驗生產,其中含NbHRB400的性能完全達到Ⅲ級螺紋鋼的國標要求,含VHRB400一般在含V達0.055%以上時屈服和抗拉強度均可滿足國標要求。通過加入Nb或V生產的微合金化HRB400新Ⅲ級螺紋鋼(?12mm～?40mm,其中?12mm～18mm采用切分軋制),柳鋼于2002年10月獲得了國家質量監督檢驗檢疫總局頒發的HRB400鋼筋混凝土用熱軋帶肋鋼筋全國工業生產許可證,是廣西唯一獲得此證的企業。2.4研究階段的控軋控冷工藝(1)微合金化鋼的冶煉收得率較低而且不太穩定。(2)微合金化鋼的控軋控冷工藝還處于試驗研究階段,如何結合柳鋼的現有設備條件采用更適宜的控軋控冷工藝以滿足不同微合金化鋼的特殊性能要求還需要進一步探討。(3)微合金化鋼的增加成本還比較高,由于收得率不穩定,且Nb鐵和V鐵成本較高,在激烈的市場競爭中極為不利。(4)加Nb鋼的板坯表面橫裂紋較多,影響了鋼材質量。3下一步工作計劃和建議3.1釩與拉伸力作用氮在非調質鋼中是一種經濟有效的合金元素,其在鋼中改變了釩的分布,促進V[C、N]析出,使析出相的顆粒尺寸明顯減小,從而充分發揮了釩的析出強化作用,大幅度提高鋼的強度。通過鋼中增氮,可節約20%～40%的釩含量,且由于氮廉價而豐富,節約貴重的釩合金可進一步降低鋼的成本,創造良好的經濟效益。下一步可考慮在試制微合金中加入釩氮(V-N)合金,與加鈮鐵、釩鐵對比產品性能、成本情況,以尋求最佳經濟效益的加入方式。3.2詳細研究了微金屬化鋼的低壓、低壓和低事情堆垛液的控制微合金化鋼的控軋控冷工藝仍處于試驗研究階段,下一步應更深入研究適宜不同鋼種的控軋控冷和軋后堆冷工藝,以進一步改善和提高產品性能。3.3在微金屬化中精煉過程中，鉻元素的加入進一步試驗研究冶煉時合金的加入方式、加入比例與適宜的冶煉工藝,提高和穩定微合金元素的收得率,以降低成本。3.4鋼坯表面產生裂紋的情況據研究表明,塑性低谷區是產生裂紋的主要原因。連鑄操作的可靠性,適宜的澆鑄速度和澆鑄溫度、矯直位置、二冷制度及控制矯直時的表面溫度在塑性低谷區之外(一般高于塑性低谷區的高端溫度)等,可以減少鋼坯表面產生裂紋。下一步應根據柳鋼連鑄工藝特點,制訂合適的連鑄操作及工藝制度,以解決含鈮板坯表面橫向裂紋問題。4積極開展微合金化鋼的研究開發工作,不斷提高業務總體水平據專家預測,到2005年,中國微合金化鋼的產量將達到900萬t左右,占粗鋼產量比例5%。而柳鋼目前每年的微合金化鋼產量占總產量的比例僅為0.5%左右,遠低于全國平均水平,這對柳鋼的產品結構調整與升級換代是極為不利的。因此