出口用儲氣瓶鋼SG255Cr-P酸洗產(chǎn)品的開發(fā)生產(chǎn)

劉飛

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司冷軋總廠，安徽馬鞍山 243000）

前言

近幾年，市場對儲氣瓶用鋼的需求逐漸旺盛，國內(nèi)鋼鐵企業(yè)如本鋼、唐鋼等企業(yè)紛紛開發(fā)了相應(yīng)的出口產(chǎn)品，目前市場上的儲氣瓶用鋼均為熱軋態(tài)交貨，包括馬鋼已開發(fā)出的內(nèi)貿(mào)用熱軋HP295、HP325、HP345 等，熱軋態(tài)表面有兩個(gè)較大的弊端，一是熱軋態(tài)的表面有氧化鐵皮粘附，在材料加工過程中因氧化鐵皮掉落后污染加工區(qū)域，附著在模具表面的氧化鐵皮甚至能造成壓入板面，造成表面質(zhì)量問題。二是有客戶需要對儲氣瓶表面進(jìn)行涂鍍噴漆處理，熱軋態(tài)的表面難以保證后續(xù)涂鍍效果。

1 產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)思路

馬鋼目前尚無外貿(mào)用儲氣瓶用鋼，由于有外貿(mào)市場需求，亟需開發(fā)出符合外貿(mào)客戶需求的儲氣瓶鋼。為了滿足出口產(chǎn)品技術(shù)要求，需改進(jìn)HP295 產(chǎn)品工藝，按日標(biāo)JIS G 3116 重新進(jìn)行開發(fā)，同時(shí)為滿足客戶對表面質(zhì)量的要求，交貨狀態(tài)由熱軋調(diào)整為酸洗，使得產(chǎn)品的表面狀態(tài)更好。為此，就成分和工藝路徑的全面更改對儲氣瓶用鋼的使用性能特別是沖壓成型性能及表面質(zhì)量的影響開展研究。

2 化學(xué)成分設(shè)計(jì)

儲氫瓶鋼在加工過程中主要對沖壓成型要求較高，此外為提高焊瓶本身的安全性能，需保證原材料的屈強(qiáng)比不超0.80，因此應(yīng)通過合理成分設(shè)計(jì)降低屈強(qiáng)比提高安全閾值。

JIS G 3116《壓力容器用鋼薄板、板及鋼帶》對SG255力學(xué)性能與工藝性能要求如表1所列。

表1 SG255鋼力學(xué)性能和工藝性能

根據(jù)Picherering公式[1]，確定出口用SG255-P的化學(xué)成分體系。

（1）采用0.12%C-0.35%Mn-0.32%Cr化學(xué)成分體系。C 成分的提高能夠增加材料中珠光體含量，珠光體含量的提高能夠明顯降低材料的屈強(qiáng)比，提升材料失效時(shí)的安全系數(shù)。Mn 元素能夠起到固溶強(qiáng)化鐵素體的作用，降低奧氏體轉(zhuǎn)變終了溫度，從而獲得高強(qiáng)度、高塑性、高韌性，Cr 元素能夠提高抗氧化、抗腐蝕的性能。

（2）Al 元素除了起到脫氧劑效果外，還能固化鋼中的N元素，防止晶粒粗化，改善沖擊韌性。

（3）SG255Cr-P 鋼的P、S 元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：P≤0.020%，S≤0.012%，減少偏析引起的脆性。

3 工藝控制和產(chǎn)品質(zhì)量

3.1 工藝控制

SG255Cr-P 鋼的生產(chǎn)工藝流程是：鐵水預(yù)處理→轉(zhuǎn)爐冶煉→合金微調(diào)站→LF 爐精煉→熱軋→酸洗→成品。

3.1.1 冶煉與連鑄

對鐵水進(jìn)行預(yù)處理，鐵水脫硫后要求S≤0.005%，目標(biāo)S≤0.002%。轉(zhuǎn)爐中強(qiáng)化脫磷。LF 爐精煉過程中，通過白渣操作，保證鋼包頂渣充分還原，并且將化學(xué)成分調(diào)至目標(biāo)值。中包目標(biāo)溫度在液相線溫度以上15～30℃，并投用動(dòng)態(tài)輕壓下。

3.1.2 熱軋

熱軋過程中，終軋溫度與卷取溫度對軋后晶粒尺寸有著直接的影響，在強(qiáng)度指標(biāo)能夠保證的前提下，提高終軋溫度能夠控制軋后鐵素體晶粒尺寸在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，同時(shí)珠光體的帶狀組織能夠得到抑制，進(jìn)而降低材料屈強(qiáng)比，提升沖壓成型性能[2-3]。采用低卷取溫度使得在層流冷卻工藝段材料有著更大的冷卻速率，形核率增加的同時(shí)，抑制鐵素體晶粒的長大，材料中針狀鐵素體含量更高，帶鋼強(qiáng)度更高，屈強(qiáng)比更低[4]。因此SG255Cr-P 軋制工藝設(shè)定為：加熱溫度1 180～1 220 ℃，終軋溫度840～880 ℃，卷取溫度630～670 ℃。

3.1.3 酸洗

正常的酸洗板表面為白色，由于該產(chǎn)品含一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的Cr元素，Cr元素會導(dǎo)致酸洗后有一層殘留物附著在帶鋼表面，使帶鋼表面呈現(xiàn)灰黃色，影響外觀及用戶使用，酸洗機(jī)組生產(chǎn)中加大漂洗水沖洗量，由10 m3/h 提升至15 m3/h，同時(shí)漂洗段增加2‰濃度比例的鈍化劑，改善板面發(fā)黃的情況。為防止帶鋼在后續(xù)運(yùn)輸存儲過程中銹蝕，酸洗機(jī)組按涂油模式進(jìn)行組產(chǎn)，涂油量按1 000 g/m2進(jìn)行控制。其余酸洗工藝控制參數(shù)按表2執(zhí)行。

表2 酸洗工藝要點(diǎn)

3.2 產(chǎn)品質(zhì)量

3.2.1 化學(xué)成分

材料成分滿足JIS G 3116的控制要求。見表3。

表3 SG255Cr-P鋼的化學(xué)成分設(shè)計(jì) wt%

3.2.2 金相組織與晶粒度

對SG255Cr-P 進(jìn)行金相組織分析及夾雜物等級分析，金相顯微組織標(biāo)明鋼中的組織為鐵素體+珠光體，晶粒度級別10～11.5。組織正常，晶粒細(xì)化效果較好。見圖1。

圖1 顯微組織x100

3.2.3 拉伸性能

表4是104卷SG255Cr-P鋼（厚度：2.65～2.7 mm）的力學(xué)性能分布范圍和平均值，可看出，各項(xiàng)指標(biāo)富余量適中，控制穩(wěn)定。并且屈強(qiáng)比不超過0.75，利于沖壓成型，達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期。

表4 SG255Cr-P鋼的力學(xué)性能統(tǒng)計(jì)

3.2.4 冷彎性能

材料冷彎試驗(yàn)是評價(jià)材料塑性變形及沖壓性能的一種方法，正常冷彎條件（180°冷彎，d=1a）下，SG255Cr-P 無裂紋產(chǎn)生。繼續(xù)按d=0 進(jìn)行180°冷彎，冷彎試驗(yàn)合格。見圖2。

圖2 冷彎試驗(yàn)（b=25 mm，d=0，a=2.7 mm）

3.2.5 酸洗后表面質(zhì)量

圖3(a)為漂洗水沖洗量15 m3/h，加鈍化劑的板面實(shí)物圖，圖3(b)為SG255Cr-P 生產(chǎn)時(shí)漂洗水沖洗量10 m3/h，不加鈍化劑的板面效果。對酸洗SG255Cr-P 試制后的帶鋼表面進(jìn)行白度測量，優(yōu)化酸洗工藝后，板面白度L 值由53.8%提高到71.6%，帶鋼表面質(zhì)量大幅度提升。

圖3 酸洗后板面質(zhì)量

通過酸洗工藝的優(yōu)化，SG255Cr-P 酸洗表面質(zhì)量與普通結(jié)構(gòu)板表面質(zhì)量相當(dāng)，完全滿足客戶需求。

4 結(jié)語

（1）在現(xiàn)有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，通過成分和工藝路徑的優(yōu)化改進(jìn)，通過采用低Si、低Mn、高Cr 的成分設(shè)計(jì)，優(yōu)化熱軋生產(chǎn)工藝以控制鋼中鐵素體和珠光體晶粒度等措施，滿足最終產(chǎn)品對沖壓成型性能的要求。

（2）優(yōu)化酸洗生產(chǎn)工序，通過添加鈍化劑，可以改善該成分體系下酸洗工序后漂洗階段板面發(fā)黃的狀況。

（3）開發(fā)生產(chǎn)出優(yōu)良沖壓性能，及良好表面質(zhì)量的儲氣瓶用酸洗產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了SG255Cr-P 儲氣瓶用鋼的批量生產(chǎn)及供貨，填補(bǔ)了馬鋼該產(chǎn)品的空白。對擴(kuò)展外貿(mào)商品卷的生產(chǎn)品種范圍，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外貿(mào)產(chǎn)品互補(bǔ)，具有重大意義。