一種氣瓶用鋼錠的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于鋼錠的制造【技術(shù)領(lǐng)域】，提出一種氣瓶用鋼錠的制造方法。提出的一種氣瓶用鋼錠的制造方法包括有原料配比、轉(zhuǎn)爐冶煉、加入合金、LF鋼包精煉、真空脫氣處理、澆鑄及電渣重熔；其中所述的原料C量為≥4wt%、P≤0.015wt%、溫度為≥1200℃的高爐鐵水；在轉(zhuǎn)爐熔煉階段通過脫P(yáng)預(yù)處理，降低P的含量；所述的LF鋼包精煉采用無鋁脫氧工藝；所述的一次精煉澆鑄得到的鋼錠經(jīng)電渣重熔二次精煉后降低鋼中的S和夾雜物。本發(fā)明通過兩次精煉控制鋼錠中有害元素和夾雜物的數(shù)量達(dá)到控制鋼錠成份和組織的目的，最終得到了優(yōu)異強(qiáng)韌性的氣瓶用鋼錠，從而提高了氣瓶用鋼錠的工作壓力和安全性。
【專利說明】一種氣瓶用鋼錠的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋼錠的制造【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種氣瓶用鋼錠的制造方法。
【背景技術(shù)】 [0002]國內(nèi)氣瓶生產(chǎn)起步于上世紀(jì)60年代，開始用35鋼和45鋼；70年代普遍采用DZ40鋼；到80年代初，已大量生產(chǎn)錳鋼氣瓶用鋼管，代表鋼號有40Mn2，42Mn2，40Mn2V等，少量用30CrMoA，35CrMoA，30CrMnSiA等鋼管制造氣瓶。80年代中期至90年代中期，隨著國家氣瓶標(biāo)準(zhǔn)的建立、修改和氣瓶使用范圍的擴(kuò)大，為改善低溫沖擊韌性，并盡快與國際標(biāo)準(zhǔn)接軌，對錳鋼氣瓶中C含量進(jìn)行兩次下調(diào)，最后已從≤0.44%降至≤0.40%，提高了 Mn/C比，使用較多的代表鋼號為34Mn2V，37Mn ;并且市場普遍開始需要容重比大，工作壓力高、安全耐用，無應(yīng)力腐蝕或氫脆的輕型氣瓶，故以Cr-Mo鋼為代表的Cr-Mn-Si，Cr-N1-Mo-V鋼等氣瓶也很快發(fā)展起來，采用較多的是30CrMoA，35CrMoA鋼，它比錳鋼氣瓶的屈服強(qiáng)度提高了 60%，節(jié)約了充填空間30%，重量減少了 25%以上，并且這些鋼中也被大量地應(yīng)用于20MPa、25MPa壓縮天然氣用氣瓶的制造中。為了進(jìn)一步提高氣瓶的容重比，現(xiàn)在正在研制25MPa以上壓縮天然氣用氣瓶。隨著使用壓力的提高，原有的氣瓶鋼由于強(qiáng)度不足而無法使用，而強(qiáng)度的提高意味著韌性和塑性的降低，同時(shí)降低氣瓶的安全性，因此得到強(qiáng)韌性優(yōu)異的氣瓶用鋼顯得至關(guān)重要。國內(nèi)關(guān)于25MPa以上氣瓶用鋼的冶煉和研究尚處于起步階段，主要問題是氣瓶用鋼成份的控制及鋼錠中夾雜物含量及形態(tài)控制的穩(wěn)定性較差，導(dǎo)致材料的強(qiáng)韌性分散較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提出一種氣瓶用鋼錠的制造方法，該制造方法通過控制鋼錠中夾雜物的數(shù)量達(dá)到控制鋼錠成份的目的，最終得到優(yōu)異強(qiáng)韌性的氣瓶用鋼錠，從而提高氣瓶用鋼錠的工作壓力和安全性。
[0004]本發(fā)明為完成上述目的采用如下技術(shù)方案:
一種氣瓶用鋼錠的制造方法，所述制造方法的具體步驟如下:
(1)、原料:含C量為>4wt%、溫度為> 1200°C的高爐鐵水；當(dāng)高爐鐵水中P含量>0.015wt%時(shí)，應(yīng)在高爐鐵水中加入堿度R > 2.5的渣料進(jìn)行預(yù)脫P(yáng)處理，直到高爐鐵水中P含量≤0.015wt% ；
(2)、轉(zhuǎn)爐熔煉:將步驟(1)中得到的含C量為≥4wt%、P含量≤0.015wt%、溫度為^ 1200°C的高爐鐵水加入轉(zhuǎn)爐中，然后吹入氧氣進(jìn)行熔煉制得鋼水，氧氣與C、S1、Mn進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，放出熱量，提高鋼水溫度，降低鋼水中的C、S1、Mn含量，同時(shí)氧氣與鋼水中的其它化學(xué)元素產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，使S≤0.04wt %, P≤0.015wt%，當(dāng)鋼水中C的含量在
0.2~0.4被％時(shí)，停止熔煉；
(3)、加入合金:將步驟(2)得到的鋼水倒入鋼包中；在鋼水倒入過程中，向鋼包中加入Ni含量> 75wt%鎳鐵合金、Si含量> 75wt%硅鐵合金、Mn含量> 80wt%的錳鐵合金、V含量≥80wt%的釩鐵合金、Mo含量≥ 85wt%的鑰鐵合金、C含量≥99wt%的碳粉；80~120重量份鋼水，加入3~5重量份Ni含量≥ 75wt%鎳鐵合金、0.8~1.2重量份Si含量≥ 75wt%硅鐵合金、1.2~1.8重量份Mn含量≥80wt%的錳鐵合金、0.8~1.5重量份V含量≥ 80wt%的釩鐵合金、1~1.6重量份Mo含量≥85wt%的鑰鐵合金、0.5~0.8重量份C含量≥99wt%的碳粉；其中所述的鎳鐵合金、硅鐵合金、錳鐵合金、釩鐵合金、鑰鐵合金均為粉狀；
(4)、LF鋼包精煉:采用無鋁脫氧工藝對鋼水進(jìn)行一次精煉，即在步驟(3)加入合金后的鋼包中加入0.8^1.2重量份的渣料，并從鋼包底部向鋼水中吹入流量為l(Tl5Nm3/h的氬氣，同時(shí)將鋼水溫度升高到160(Tl64(TC，其中所述渣料包括有以下成份:359T40%Ca0、359T45%Si02及其它不可避免的成分；由于所加入的渣料中沒有AL2O3或者說含有少量? 10wt%)的AL2O3,因此可以降低AL2O3型夾雜物的數(shù)量；將鋼水加熱到160(Tl640°C的目的是加快夾雜物的上浮速度；向鋼水中吹入一定量的氬氣的目的是使鋼水中的夾雜物碰撞長大更均勻的上?。患尤朐虾?，使上浮的夾雜物固定住，防止夾雜物回流到鋼水中；該步驟有效地降低氧化物類及硅酸鹽類夾雜的數(shù)量，從而提高鋼材的純凈度；
(5)、真空脫氣處理:當(dāng)真空度<0.15 KMPa時(shí)，利用真空裝置脫去鋼水中的氣體，降低鋼水中的氧氣含量，進(jìn)一步去除鋼水中殘留的夾雜物，同時(shí)利用鋼水的自然降溫，使鋼水溫度降低到154(T1560°C，為鋼水的凝固做準(zhǔn)備；
(6)、澆鑄:對步驟(5)得到的鋼水在模具中進(jìn)行澆鑄，得到鋼錠；
(7)、電渣重熔:對步驟(6)得到的鋼錠進(jìn)行電渣重熔，進(jìn)一步降低合金的S含量及AL203> CaO, SiO2等夾雜物含量，使鋼錠中的S < 0.010% ;其中電渣重熔所用的渣料成分為:30wt%Ca0+70wt%CaF2 ;通過電渣重熔有效提升控制引起氣瓶鋼疲勞裂紋及應(yīng)力腐蝕開裂的冶金缺陷的穩(wěn)定性，有效提聞材料的斷裂朝性，進(jìn)而提聞氣瓶鋼的斷裂性能、抗疲勞性能和抗應(yīng)力腐蝕開裂性能。
[0005]在澆鑄過程中，澆鑄速度為:T5 t/min，凝固時(shí)間為180-240 min，通過Ar排出模具中的空氣，其中Ar的流量為1(T20 Nm3/h。
[0006]本發(fā)明提出的一種氣瓶用鋼錠的制造方法，采用上述技術(shù)方案具有如下有益效果:
(1)原料主要采用含P量比較低的高爐鐵水或當(dāng)P偏高時(shí)，通過預(yù)脫P(yáng)處理，降低了高爐鐵水中的P含量，從源頭上控制P的含量，有效控制了鋼液中的有害元素P ;
(2)采用轉(zhuǎn)爐熔煉，合理地控制冶煉和澆注工藝，有效保證了鋼液的純凈度。
[0007](3)鋼包精煉對鋼水進(jìn)行精煉，有效地降低了鋼中的S、P、H、O及N有害鋼塑性及韌性的含量，降低了成品鋼的成分不均勻偏析；在鋼包精煉過程中采用了無鋁脫氧工藝，有效地降低了 Al2O3類夾雜的數(shù)量。
[0008](4)電渣重熔對鋼錠進(jìn)行再次精煉，進(jìn)一步降低了鋼中S等易產(chǎn)生偏析元素和AL203>CaO,SiO2等夾雜物，從而進(jìn)一步提高了鋼材的純凈度，并有效提升了控制引起氣瓶鋼疲勞裂紋及應(yīng)力腐蝕開裂的冶金缺陷的穩(wěn)定性，有效提高了材料的斷裂韌性，進(jìn)而提高了氣瓶鋼的斷裂性能、抗疲勞性能和抗應(yīng)力腐蝕開裂性能。
[0009](5)在鋼錠的制造過程中加入的合金元素Mo、V、Ni在凝固過程中形成碳化物彌散分布在基體組織中，減小了基體的晶粒度，在熱處理過程中抑制了晶粒長大的趨勢，因此得到氣瓶用鋼的強(qiáng)度和韌性都大大提高。[0010](6)本發(fā)明的制造方法還具有易控制，易實(shí)施，元素成份及夾雜物控制容易的特點(diǎn)。
[0011]綜上所述，該制造方法通過控制原料中P的含量、鋼錠中夾雜物的數(shù)量以及采用鋼包精煉和電渣重熔二次精煉的方法達(dá)到控制鋼錠成份的目的，最終得到了優(yōu)異強(qiáng)韌性的氣瓶用鋼錠，從而提高了氣瓶用鋼錠的工作壓力和安全性，既滿足了我國發(fā)展新型25MPa以上級鋼制無縫氣瓶的裝備急需，同時(shí)該方法也填補(bǔ)了我國25MPa以上級鋼制無縫氣瓶用鋼鋼錠的冶煉這一關(guān)鍵技術(shù)的空白。
【具體實(shí)施方式】
[0012]參考下面的實(shí)施例，可以更詳細(xì)地解釋本發(fā)明；但是本發(fā)明并不局限于這些實(shí)施例。
[0013]一種氣瓶用鋼錠的制造方法，所述制造方法的具體步驟如下:
(1)、原料:含C量為>4wt%、溫度為> 1200°C的高爐鐵水；當(dāng)高爐鐵水中P含量>
0.015wt%時(shí)，應(yīng)在高爐鐵水中加入堿度R > 2.5的渣料進(jìn)行預(yù)脫P(yáng)處理，直到高爐鐵水中P含量≤0.015wt% ；
(2)、轉(zhuǎn)爐熔煉:將步驟(1)中得到的含C量為≥4wt%、P含量≤0.015wt%、溫度為^ 1200°C的高爐鐵水加入轉(zhuǎn)爐中，然后吹入氧氣進(jìn)行熔煉制得鋼水，氧氣與C、S1、Mn等進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，放出熱量，提高鋼水溫度，降低鋼水中的C、S1、Mn含量，同時(shí)氧氣與鋼水中的其它化學(xué)元素產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，使S≤0.04wt%, P ≤ 0.015wt%,當(dāng)鋼水中C的含量在
0.2~0.4被％時(shí)，停止熔煉;
(3)、加入合金:將步驟(2)得到的鋼水倒入鋼包中；在鋼水倒入過程中，當(dāng)?shù)谷?0-120份鋼水時(shí)，向鋼包中加入3~5份Ni含量≥75wt%鎳鐵合金、0.8~1.2份Si含量≥75wt%硅鐵合金、L 2~1.8份Mn含量> 80wt%的錳鐵合金、0.8~1.5份V含量> 80wt%的釩鐵合金、1-1.6份Mo含量> 85%的鑰鐵合金、0.5^0.8份C含量> 99wt%的碳粉；其中所述的鎳鐵合金、娃鐵合金、猛鐵合金、鑰;鐵合金、鑰鐵合金均為粉狀；
(4)、LF鋼包精煉:采用無鋁脫氧工藝對鋼水進(jìn)行第一次精煉，即在鋼包中加入
0.8^1.2份的渣料，并從鋼包底部向鋼水中吹入流量為10~15Nm3/h的氬氣，同時(shí)將鋼水溫度升高到1600~1640 °C，其中所述渣料包括有以下成份:35%~40wt%Ca0、35%-45%wtSi02及其它不可避免的成分；由于所加入的渣料中沒有AL2O3或者說含有少量的AL2O3(≤10%)，因此可以降低AL2O3型夾雜物的數(shù)量；將鋼水加熱到1600-l640°C的目的是加快夾雜物的上浮速度；向鋼水中吹入一定量的氬氣的目的是使鋼水中的夾雜物碰撞長大更均勻的上浮；加入渣料后，使上浮的夾雜物固定住，防止夾雜物回流到鋼水中；該步驟有效地降低氧化物類及硅酸鹽類夾雜的數(shù)量，從而提高鋼材的純凈度；
(5)、真空脫氣處理:當(dāng)真空度<0.15 KMPa時(shí)，利用真空裝置脫去鋼水中的氣體，降低鋼水中的氧氣含量，進(jìn)一步去除鋼水中殘留的夾雜物，同時(shí)利用鋼水的自然降溫，使鋼水溫度降低到1540-1560°C，為鋼水的凝固做準(zhǔn)備；
(6)、澆鑄:對步驟(5)得到的鋼水在模具中進(jìn)行澆鑄，得到鋼錠，在澆鑄過程中，澆鑄速度為3~5 t/min，凝固時(shí)間為180-240 min，通過Ar排出模具中的空氣，其中Ar的流量為10~20 NmVh。[0014](7)、電渣重熔:對步驟(6)得到的鋼錠進(jìn)行電渣重熔，進(jìn)一步降低合金的S含量，使鋼錠中的S < 0.010% ;其中電渣重熔所用的渣料成分為:30wt%Ca0+70w%tCaF2 ;通過電渣重熔有效提升控制引起氣瓶鋼疲勞裂紋及應(yīng)力腐蝕開裂的冶金缺陷的穩(wěn)定性，有效提高材料的斷裂韌性，進(jìn)而提高氣瓶鋼的斷裂性能、抗疲勞性能和抗應(yīng)力腐蝕開裂性能。
[0015]實(shí)施例1-3中，各原料的加入量見表1，各步驟的詳細(xì)工藝參數(shù)參見表2
【權(quán)利要求】
1.一種氣瓶用鋼錠的制造方法，其特征在于:所述制造方法的具體步驟如下: (I)、原料:含C量為> 4wt%、溫度為> 1200°C的高爐鐵水；當(dāng)高爐鐵水中P含量>0.015wt%時(shí)，應(yīng)在高爐鐵水中加入堿度R > 2.5的渣料進(jìn)行預(yù)脫P(yáng)處理，直到高爐鐵水中P含量≤0.015wt% ； (2 )、轉(zhuǎn)爐熔煉:將步驟(1)中得到的含C量為≥4wt%、P含量≤0.015wt %、溫度為^ 1200°C的高爐鐵水加入轉(zhuǎn)爐中，然后吹入氧氣進(jìn)行熔煉制得鋼水，氧氣與C、S1、Mn等進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，放出熱量，提高鋼水溫度，降低鋼水中的C、S1、Mn含量，同時(shí)氧氣與鋼水中的其它化學(xué)元素產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，使S≤0.04wt%, P ≤0.015wt%,當(dāng)鋼水中C的含量在0.2~0.4被％時(shí)，停止熔煉; (3)、加入合金:將步驟(2)得到的鋼水倒入鋼包中；在鋼水倒入過程中，向鋼包中加入Ni含量> 75wt%鎳鐵合金、Si含量> 75wt%硅鐵合金、Mn含量> 80wt%的錳鐵合金、V含量≥80wt%的釩鐵合金、Mo含量> 85wt%的鑰鐵合金、C含量> 99wt%的碳粉；80~120重量份鋼水，加入3~5重量份Ni含量> 75wt%鎳鐵合金、0.8~1.2重量份Si含量> 75wt%硅鐵合金、1.2~1.8重量份Mn含量> 80wt%的錳鐵合金、0.8~1.5重量份V含量> 80wt%的釩鐵合金、1-1.6重量份Mo含量> 85wt%的鑰鐵合金、0.5~0.8重量份C含量> 99wt%的碳粉；其中所述的鎳鐵合金、硅鐵合金、錳鐵合金、釩鐵合金、鑰鐵合金均為粉狀； (4)、LF鋼包精煉:采用無鋁脫氧工藝對鋼水進(jìn)行一次精煉，即在鋼包中加入0.8^1.2份的渣料，并從鋼包底部向鋼水中吹入流量為l(Tl5Nm3/h的氬氣，同時(shí)將鋼水溫度升高到1600^1640 °C，其中所述渣料包括有以下成份:359T40%Ca0、359T45%Si02及其它不可避免的成分；由于所加入的渣料中沒有AL2O3或者說含有少量(< 10wt%)的AL2O3,因此可以降低AL2O3型夾雜物的數(shù)量； (5)、真空脫氣處理:當(dāng)真空度<0.15 KMPa時(shí)，利用真空裝置脫去鋼水中的氣體，降低鋼水中的氧氣含量，進(jìn)一步去除鋼水中殘留的夾雜物，同時(shí)利用鋼水的自然降溫，使鋼水溫度降低到154(T1560°C，為鋼水的凝固做準(zhǔn)備； (6)、澆鑄:對步驟(5)得到的鋼水在模具中進(jìn)行澆鑄，得到鋼錠； (7)、電渣重熔:對步驟(6)得到的鋼錠進(jìn)行電渣重熔，進(jìn)一步降低合金的S含量及AL203> CaO, SiO2等夾雜物含量，使鋼錠中的S < 0.010% ;其中電渣重熔所用的渣料成分為:30wt%Ca0+70wt%CaF2 ;通過電渣重熔有效提升控制引起氣瓶鋼疲勞裂紋及應(yīng)力腐蝕開裂的冶金缺陷的穩(wěn)定性，有效提聞材料的斷裂朝性，進(jìn)而提聞氣瓶鋼的斷裂性能、抗疲勞性能和抗應(yīng)力腐蝕開裂性能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣瓶用鋼錠的制造方法，其特征在于:在澆鑄過程中，澆鑄速度為:3-5 t/min，凝固時(shí)間為180-240 min，通過Ar排出模具中的空氣，其中Ar的流量為 10~20 NmVh0
【文檔編號】C22C33/04GK103555881SQ201310536663
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月4日
【發(fā)明者】常磊, 鄧春鋒, 邵飛, 張永峰, 任方杰 申請人:洛陽雙瑞特種裝備有限公司