安鋼高爐爐殼用鋼的研制開發

歐陽瑜 厚健龍 李 力

(安陽鋼鐵股份有限公司)

安鋼高爐爐殼用鋼的研制開發

歐陽瑜 厚健龍 李 力

(安陽鋼鐵股份有限公司)

介紹了安鋼超寬板坯連鑄機—3500 mm爐卷軋機研制開發的 5000 m3級高爐爐殼用鋼的生產工藝和質量情況。通過生產實踐檢驗,產品各項性能均達到了較高的水平。

高爐爐殼用鋼 Z向性能 探傷

0 前言

高爐煉鐵是在一個外有鋼殼、內有耐火爐襯并安裝有水冷設備的密封豎爐內進行,其冶煉特點是爐料和煤氣在逆流運行過程中完成還原、造渣、傳熱及渣鐵反應等過程,得到化學成分和溫度較為理想的液態鐵水[1]。因此對爐殼的材質提出了強度、韌性、耐急冷急熱、加工性能適應的高質量爐殼。下面筆者就安鋼高爐爐殼用鋼的研制開發做一介紹。

1 成分設計

安鋼高爐爐殼用鋼成分設計采用中碳體系,為保證鋼板具有優良的抗層狀撕裂性能,在煉鋼時嚴格控制鋼種的 S含量和夾雜物含量。通過添加微合金 Nb、V、Ti、Al微合金元素細化晶粒 ,鋼板正火處理用以細化金相組織,使鋼的力學性能更穩定,韌性有較大的富余量,為保證良好的焊接性能將碳含量控制在 Pcm小于 0.26%,化學成分見表 1。

表1 安鋼高爐爐殼用鋼化學成分w%

Nb在鋼中的特點就是提高奧氏體的再結晶溫度,從而達到細化奧氏體晶粒的目的[2]。V在奧氏體中的固溶度較高,但在鐵素體中的固溶度相對較低,是一種理想的低溫鐵素體析出強化元素。雖然在控軋鋼中V的細化晶粒的作用不如Nb,但其析出強化的作用卻大于Nb,因此在既需要較高強度有要求韌性的鋼中加入適量的V會起到良好的作用[3]。通過微 Ti處理利用 TiN粒子的高溫穩定性避免再加熱時奧氏體的晶粒粗化,具有細化起始奧氏體和改善焊接熱影響區沖擊韌性的作用。

2 高爐爐殼鋼的生產

2.1 工藝路線

安鋼高爐爐殼用鋼采用以下工藝路線:鐵水預處理—150 t復吹轉爐—LF—VD—超寬板坯連鑄—爐卷軋機—正火熱處理。

為保證鋼水的純凈度,嚴格控制入爐原材料,采用鐵水預處理,煉鋼用優質廢鋼,以活性石灰代替普通石灰。LF工序喂入鋁線進行深脫氧,采用白渣精煉,確保 VD爐真空度,VD精煉結束進行 Ca處理對夾雜物變性。嚴格控制澆注溫度,做好保護澆注,采用動態配水和動態輕壓下,確保鑄坯內部質量。

充分保證板坯加熱時間和均熱時間,一加熱段溫度:1050℃～1130℃,二加熱段溫度:1200℃～1280℃,均熱段溫度:1200℃～1280℃,在道次制訂上應以最少道次為原則,盡量提高道次壓下率,軋制成品厚度采用層流冷卻,終冷溫度 >680℃,堆冷后再進行下道次工序處理。軋鋼通過控軋控冷控制鋼的晶粒,獲得具有細晶粒的鐵素體和珠光體組織,為進一步保證厚鋼板厚度方向的組織均勻和性能均勻性,在軋制后還進行正火熱處理。

2.2 高爐爐殼鋼的性能

2.2.1 力學性能

安鋼高爐爐殼用鋼的力學性能要求見表 2。要求0℃沖擊功大于等于 47 J,延伸性能大于等于23%,冷彎性能 d=3a不出現裂紋。因此,要求較高的鋼水純凈度,對 P、S等雜質的控制要求也高。

表2 安鋼高爐爐殼用鋼性能要求

圖1、圖 2、圖 3為安鋼高爐爐殼用屈服強度、抗拉強度、沖擊功實際性能分布。

圖1 安鋼高爐爐殼用鋼屈服強度分布

圖2 安鋼高爐爐殼用鋼抗拉強度分布圖

圖3 安鋼高爐爐殼用鋼沖擊功平均值分布圖

由圖 1、圖 2、圖 3可以看出,鋼板的屈服強度在315MPa～405MPa之間,抗拉強度在 500MPa～555 MPa,0°縱向沖擊值在 90 J以上,滿足鋼板性能要求,且有充分的富余量,這表明高爐爐殼用鋼板具有良好的強度和塑性配合。2.2.2 鋼板的 Z向性能

按照 GB 5313-85標準要求對每一張鋼板進行按批取樣做鋼板的 Z向性能,圖 4為安鋼高爐爐殼用鋼 Z向性能分布。由圖 4可以看出,平均值達到48.2%,最大 64.3%,最小值也大于 29%,完全滿足高爐爐殼用鋼抗層狀撕裂要求。圖 5為 65 mm厚的安鋼高爐爐殼鋼典型 Z向拉伸斷口照片。由圖 5可以看出,拉伸斷口為韌窩組織,說明該鋼在斷裂過程中發生了明顯的塑性變形,原子間有較大的畸變或過渡的滑移。通過以上結果分析可知,試制鋼板達到了較高的強度值、得到良好的韌性和塑性。

圖4 安鋼高爐爐殼用鋼 Z向性能分布圖

圖5 安鋼高爐爐殼用鋼 Z向拉伸斷口照片

2.2.3 金相組織

在鋼中進行微鈦處理能細化晶粒,減少鋼中帶狀組織,控軋工藝采取再結晶區和未再結晶區控軋對減少帶狀組織,避免魏氏組織對鋼基體的整體破壞作用非常有利。在鋼板 1/4處取金相試樣對高爐爐殼用鋼進行了金相組織分析,經 4%硝酸酒精溶液侵蝕,安鋼高爐爐殼鋼的基體組織為鐵素體 +珠光體,帶狀組織 1.5級,鐵素體晶粒度 8.0級,如圖 6所示。

圖6 安鋼高爐爐殼鋼金相照片

3 高爐爐殼用鋼探傷

高爐爐殼用鋼由于使用環境較差,要求鋼板進行探傷,依據 JB/T4730.3-2005(《承壓設備無損檢測第 3部分超聲檢測》)進行檢測,級別為Ⅱ級,為保證鋼板探傷合格率,采取以下措施:

1)保證 VD真空度,確保抽真空度時間,精煉結束進行 Ca處理對夾雜物變性,軟攪拌時間大于 10 min,以保證鋼水質量;

2)連鑄在開澆前檢查設備工況,保證液面波動控制系統能投用,使用動態配水與動態輕壓下,保證鑄坯內部質量;

3)板坯入庫時采取緩冷,保證鑄坯中的氣體能擴散出來。

4)鋼板入庫緩冷后再探傷。

通過采取以上控制措施,安鋼高爐爐殼用鋼探傷合格率在 93%以上。

4 結論

1)安鋼第二煉軋廠研制的 5000 m3高爐爐殼用鋼 ,采用 Nb、V、Ti、Al元素微合金化處理 ,其力學性能完全滿足要求。

2)Nb、V微合金及良好的控軋控冷及正火處理使安鋼高爐爐殼用鋼具有良好的韌性,較高的 Z向斷面收縮率。

3)通過控制鋼水質量,使用動態配水和動態輕壓下,板坯、鋼板緩冷等措施,安鋼高爐爐殼鋼探傷合格率較高,完全滿足批量生產。

[1] 但澤義,鄧玉孫.高爐爐殼用鋼 [J].鋼結構,2008,23(11):47-49.

[2] 韓孝勇.鈮、釩、鈦在微合金鋼中的作用[J].寬厚板,2006,12(1):39-41.

[3] 夏佃秀,鄭香增,徐洪慶,等.厚規格保性能 Q345B熱軋鋼板的研制[J].山東冶金,2004(增刊):189-191.

RESEARC H AND DEVELOPM ENT OF BLAST FUENACE SHELL PLATE IN ANGANG

Ou Yangyu Hou Jianlong LiLi

(Anyang I ron&Steel Stork Co.,Ltd)

This paper describes the production technology and quality situation of blast furnace shellplates for 5000 m3blast furnace in the wide slab caster-3500 mm Steckel mill production line in Angang.By production practice test,all products performance have reached a higher level.

blast furnace shell plate perfor mance in Z-direction ultrasonic test

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歐陽瑜,副廠長,高級工程師,河南.安陽 (455004),安陽鋼鐵股份有限公司第二煉軋廠;

2010—11—16