非真空精煉優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、油井管管坯鋼等大規(guī)格棒材白點(diǎn)缺陷控制技術(shù)的研發(fā)①

袁　敏，陳子坤,侯海新

(江蘇沙鋼集團(tuán)淮鋼特鋼股份有限公司， 江蘇 淮安　223002)

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非真空精煉優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、油井管管坯鋼等大規(guī)格棒材白點(diǎn)缺陷控制技術(shù)的研發(fā)①

袁敏，陳子坤,侯海新

(江蘇沙鋼集團(tuán)淮鋼特鋼股份有限公司， 江蘇 淮安223002)

研究了江蘇沙鋼集團(tuán)淮鋼特鋼公司所生產(chǎn)的不通過RH爐的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、油井管管坯鋼等大規(guī)格棒材白點(diǎn)缺陷的消除與防范。

優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼； 精煉； RH爐； 白點(diǎn)缺陷

引　言

本生產(chǎn)線為江蘇沙鋼集團(tuán)淮鋼特鋼股份有限公司于2008年初調(diào)試、投產(chǎn)。原建保溫坑容量小，只有1000 t，除個(gè)別新品鋼種外，如優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼全需通過RH爐精煉，軋鋼線采用堆垛緩冷工藝來(lái)預(yù)防和消除白點(diǎn)缺陷；而管坯鋼全部需通過RH爐精煉，軋鋼線采取入坑緩冷工藝。調(diào)試初期，四軋廠保溫坑緩冷容量有限，生產(chǎn)組織不暢；四軋廠材庫(kù)通風(fēng)，密閉性不是很好；鋼材使用鏈條吊運(yùn)，不能達(dá)到吸盤吊運(yùn)密集堆垛的功能，鋼材不能達(dá)到良好的緩冷效果，導(dǎo)致大量鋼材發(fā)生白點(diǎn)質(zhì)量缺陷；為防止白點(diǎn)的發(fā)生，生產(chǎn)的鋼種全部需通過RH爐，使得本工藝的生產(chǎn)成本增加。

1　工藝介紹

本生產(chǎn)線生產(chǎn)優(yōu)特鋼的常規(guī)工藝路線為：

轉(zhuǎn)爐→LF精煉→( RH爐精煉→)大圓坯連鑄→開坯軋制→熱連軋(Φ70～250 mm大規(guī)格棒材)→空冷/坑冷緩冷→大規(guī)格棒材無(wú)損探傷檢驗(yàn)(是否發(fā)生白點(diǎn))→大規(guī)格棒材性能檢驗(yàn)(是，白點(diǎn)確認(rèn))

經(jīng)國(guó)內(nèi)特鋼企業(yè)多年實(shí)踐認(rèn)為，含碳量≥0.20%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，合金鋼中如Cr,Mn,Ni,V等元素都是第四周期與鐵晶格尺寸相近的元素，其與Fe的半徑相近，容易形成置換固溶體，合金元素周邊的晶格易發(fā)生畸變，產(chǎn)生短程應(yīng)力區(qū)，通過這種畸變使鋼的強(qiáng)度增加，也使塑性降低。因此Cr,Mn,Ni,V鋼是白點(diǎn)敏感鋼種，也即是應(yīng)力裂紋敏感鋼種。本生產(chǎn)線所生產(chǎn)的油井管管坯鋼，Mn含量較高，也是典型的白點(diǎn)敏感鋼種；另如 Cr鋼、CrMo鋼、CrSi鋼、CrMn鋼、CrNi鋼、CrMnSi鋼、CrNiMo鋼等合結(jié)鋼，彈簧鋼、軸承鋼、工具鋼、模具鋼等均易產(chǎn)生白點(diǎn),合金鋼中的白點(diǎn)如圖1所示[1]。

圖1　合金鋼白點(diǎn)

“白點(diǎn)”在橫向、縱向酸浸試樣上均表現(xiàn)為鋸齒狀細(xì)裂紋，裂紋的分布不規(guī)則，在縱向淬火斷口上“白點(diǎn)”呈圓形或橢圓形銀亮色的粗晶斑點(diǎn)，斑點(diǎn)直徑通常在幾毫米之內(nèi)，有時(shí)也可能達(dá)到幾十毫米。

鋼材在進(jìn)行熱加工后，為了改善鋼材的內(nèi)部組織性能，可以將鋼材入坑緩冷，控制鋼材的冷卻速度，可以緩慢緩解鋼中的內(nèi)應(yīng)力，有利于鋼中殘余氫的緩慢釋放，從而避免了鋼中白點(diǎn)缺陷的產(chǎn)生。

2　技術(shù)方案

2.1理論分析

目前困擾特鋼生產(chǎn)的是在鋼中容易產(chǎn)生白點(diǎn)，白點(diǎn)是特殊鋼鋼材質(zhì)量缺陷中最可怕、危害最大的一種缺陷，是所有優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、管坯鋼等高要求特殊鋼標(biāo)準(zhǔn)中，都明確規(guī)定不允許存在的缺陷。

目前普遍的觀點(diǎn)認(rèn)為，鋼中產(chǎn)生白點(diǎn)是由于鋼液中的氫含量過多，在鋼中內(nèi)應(yīng)力的共同作用下，白點(diǎn)敏感性鋼在某一溫度范圍內(nèi)冷卻較快時(shí)，過飽和的氫原子脫溶析集到疏松等空隙中合成氫分子氣泡產(chǎn)生巨大壓力，并與鋼相變時(shí)產(chǎn)生的局部應(yīng)力相結(jié)合，致使鋼材內(nèi)部產(chǎn)生細(xì)裂紋[2]。目前一般采用的白點(diǎn)防范措施有鋼液進(jìn)行真空脫氣處理、鋼坯保溫(入坑)緩冷、軋材入坑緩冷或鋼材覆沙緩冷，總的目的都是通過緩慢冷卻，有效避開了鋼材在白點(diǎn)易形成溫度區(qū)間(100～300 ℃)的急冷，使鋼中殘余氫得以析出，并釋放鋼中內(nèi)應(yīng)力(包括熱應(yīng)力、組織應(yīng)力和加工應(yīng)力)。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)際及RH爐生產(chǎn)能力較低等客觀因素，為防止和消除白點(diǎn)缺陷，降低生產(chǎn)成本，作者突破原外方鋼材不入坑緩冷的工藝?yán)砟?，建議并積極申報(bào)修建、增加緩冷坑，提出并積極調(diào)試如45#鋼等碳結(jié)鋼和25Mn2，28Mn2，30Mn2，37Mn5等油井管管坯鋼鋼水不過RH爐，采用并優(yōu)化入坑緩冷工藝。

2.2應(yīng)對(duì)措施及技術(shù)方案

對(duì)所生產(chǎn)鋼材的鋼種、規(guī)格、入坑溫度、入坑時(shí)間等進(jìn)行跟蹤記錄，詳細(xì)了解所生產(chǎn)鋼材各個(gè)過程的性能指標(biāo)，為建立相應(yīng)的入坑緩冷制度提供第一手資料。

根據(jù)所制定鋼材入坑緩冷制度，控制鋼材下冷床溫度，嚴(yán)格執(zhí)行鋼材的入坑緩冷時(shí)間以確保鋼材的出坑溫度，現(xiàn)行緩冷參數(shù)如表1所示,本生產(chǎn)線大規(guī)格合金鋼棒材完全杜絕了白點(diǎn)質(zhì)量缺陷的產(chǎn)生。

表1　緩冷參數(shù)

技術(shù)說明：

(1)對(duì)于軸承鋼等特殊鋼種，各種規(guī)格都按照大于Φ210 mm的緩冷揭蓋時(shí)間執(zhí)行。

(2)室溫0 ℃以下時(shí)，相應(yīng)緩冷時(shí)間延長(zhǎng)4 h。

3　關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新

(1)對(duì)白點(diǎn)敏感鋼種采用鋼水不過真空脫氣處理；

(2)制定不同鋼種、不同規(guī)格軋材的入坑緩冷制度，包括入坑溫度、在坑時(shí)間、出坑溫度等，所制定的入坑緩冷工藝既能使鋼種內(nèi)應(yīng)力得到緩解、殘余氫充分?jǐn)U散，又能提高生產(chǎn)節(jié)奏，在保證鋼材質(zhì)量的同時(shí)還能提高生產(chǎn)效率。

(3)創(chuàng)新成果：將鋼水進(jìn)行RH真空處理工序轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)鋼材進(jìn)行合理入坑保溫、緩冷工序，使鋼材內(nèi)部的缺陷減少，降低了生產(chǎn)成本，保證了鋼材質(zhì)量。

4　結(jié)　論

(1) RH真空處理技術(shù)能有效降低鋼中氫的含量，以達(dá)到避免鋼材內(nèi)部產(chǎn)生白點(diǎn)的目的，但通過采取RH真空處理技術(shù)并不能徹底解決白點(diǎn)缺陷。

(2)沒有通過RH真空處理，采用合理的保溫、緩冷工藝也可以生產(chǎn)出沒有“白點(diǎn)”的優(yōu)特鋼，只要做好緩冷、保溫措施即可。

(3)制定不同鋼種、不同規(guī)格的鋼材的合理有效入坑緩冷制度，將鋼材入坑緩冷工序取代鋼液通過RH真空處理技術(shù)，能夠充分使鋼中殘余氫得到析出，能充分緩解鋼中的內(nèi)應(yīng)力，從而消除和避免了鋼材內(nèi)部產(chǎn)生白點(diǎn)，不僅提升了鋼材質(zhì)量與產(chǎn)量，而且大大節(jié)約了生產(chǎn)成本。

(4)特鋼企業(yè)的軋鋼生產(chǎn)線必須配備與生產(chǎn)能力配套的重要緩冷設(shè)備(保溫坑)，是成本最低，最有效的保證質(zhì)量的重要設(shè)備之一。

[1]趙修領(lǐng)，閔凡啟，劉 軍. 轉(zhuǎn)爐45#鋼內(nèi)裂分析[J]. 山東冶金.2003,25(3)：46—48．

[2]張馬林, 徐小貝, 陳聯(lián)和.大規(guī)格圓鋼質(zhì)量分析和控制[J].湖南冶金.2004,32(2):27—29．

2015-03-28

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