高強度工程機械用鋼的冶煉工藝及質量控制研究.pdf

1、為滿足各種復雜的服役環(huán)境，工程機械用鋼不斷向高強度、高韌性及良好焊接性能的方向發(fā)展。目前，國內(nèi)外多采用Cr，Ni，Mo作為強化元素，結合TMCP工藝技術，實現(xiàn)高強工程機械用鋼性能的提高。但這將導致鋼材生產(chǎn)成本的增加，且惡化了焊接性能。為此，本文在開發(fā)低成本高鈦微合金化工程機械用鋼的基礎上，結合數(shù)值模擬、實驗室試驗及生產(chǎn)試驗，成功設計了Ti微合金化高強度工程機械用鋼并對其冶煉、精煉和連鑄工藝做了系統(tǒng)研究，開發(fā)了高鈦鋼結晶器保護渣，通過高溫

2、熱塑性的研究提出了鑄坯斷裂的解決方案，解決了鑄坯開裂問題，解決了殘余元素對高強工程機械用鋼鋼卷質量的影響，實現(xiàn)了高強度鋼穩(wěn)定批量生產(chǎn)。主要結論如下所述。
　　含Ti高強工程機械鋼的成分設計表明，600和700MPa級高鈦高強鋼LG600和LG700，Ti含量為0.095～0.15％時，組織為鐵素體+少量珠光體或貝氏體+鐵素體，在基體中析出了大量細小粒子，大部分粒子的直徑在5nm左右，對較大粒子的能譜分析可知，粒子主要是(Ti，Nb

3、)C。兩個鋼種均具有優(yōu)良的母材、焊材拉伸及工藝性能，具有小的焊接冷裂紋傾向和良好的軸向疲勞性能。
　　為精確控制含Ti高強工程機械鋼的合金成分，研究了合金加料質量控制系統(tǒng)。以LG700為例，加料精度在士3kg以內(nèi)比例由控制前的34.52％提高至100％，且精度命中值在士2kg范圍內(nèi)的比例可達87.96％，利于穩(wěn)定產(chǎn)品質量、降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率。
　　針對含Ti高強工程機械鋼，通過RH物理水模型和工廠試驗研究優(yōu)化了210

4、tRH精煉裝置的真空精煉工藝參數(shù)。精煉初期、中期和后期的提升氣量分別應控制在80～90Nm3/h、＞110Nm3/h和110Nm3/h的水平，可防止鋼液噴濺，并獲得較好的混勻及去夾雜效果。其中，浸漬深度設置為550mm;當精煉渣堿度由之前的7.5降至5、采用復合精煉劑替代部分石灰石和螢石及采用高鋁、低硅、無碳的堿性中間包覆蓋劑生產(chǎn)時，高強工程機械用鋼板材內(nèi)B類夾雜物等級從1.5級均降至小于等于1.0級的水平，D類和Ds類夾雜物等級的最大

5、值分別由2.5和1.5級降至2.0和1.0級。優(yōu)化RH工藝后，高強度高鈦工程機械用鋼RH處理后[N]含量降低到40ppm，[H]降低到1ppm，夾雜物彌散細小，99％以上為(2～20)μm的夾雜物，提高了產(chǎn)品潔凈度。
　　Ti合金化以后鋼中會生成不同形貌的Al2O3-TiOx復合夾雜物，來源分別是一次脫氧產(chǎn)物和二次脫氧產(chǎn)物。最終，中間包鋼液中存在的夾雜物是尺寸相對較小的Al2O3-CaO和Al2O3-TiOx復合氧化物;鈣處理工藝

6、下工程機械用鋼中夾雜物的演變路線是Al2O3→MgO-Al2O3→Al2O3-CaO。無鈣處理工藝鑄坯和材樣的潔凈度更好，材樣中總氧含量從16ppm降低到11 ppm。鑄坯和材樣中的主要夾雜物具有核心為鋁酸鹽外層為TiN的分層結構，鈣處理工藝下復合夾雜物的核心是Al2O3-CaO-CaS，無鈣處理的夾雜物核心是MgO-Al2O3。取消鈣處理的鋼液可澆性基本保持不變，結晶器液面波動正常，說明取消高強機械用鋼精煉過程中的鈣處理是合理可行的。

7、
　　連鑄坯熱塑性分析表明，由于氮含量高引起板坯中的晶界處高熔點、高硬度TiN、TiC析出相的產(chǎn)生，及晶界處網(wǎng)狀先共析鐵素體的形成是700MPa級高Ti微合金鋼連鑄坯熱塑性低的主要原因;通過控N、降Ti、二冷弱冷、提高板坯過矯直段的溫度、板坯加保溫罩和緩冷坑降低板坯冷卻速度等措施減少了高Ti微合金鋼板坯斷裂的發(fā)生。
　　由于原料的原因鋼中含有較高含量的殘余元素，對鋼材質量產(chǎn)生影響。為此研究了殘余元素對熱軋板卷質量的影響。晶界

8、處銅的富集成為板卷裂紋產(chǎn)生的一個原因，有裂紋缺陷處銅的富集達到1.54～2.00％，Cu、As和Sb也會在鋼板表面富集，酸洗后形成表面黑點。為此從鐵水開始建立了精料制度，限制[Cu]＜0.080％，[Sn]＜0.020％，[As]＜0.030％，減少了殘余元素對高強工程機械用鋼表面質量的影響。
　　經(jīng)過電磁攪拌處理的LG700板坯C、Mn、P、S等元素都產(chǎn)生了明顯的中心負偏析，四分之一板厚處產(chǎn)生了正偏析，其中C的中心最大負偏析度為