紧凑工况模式的Z-S45C-B板材工具钢生产方法 |
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| 申请号 | CN202311809979.2 | 申请日 | 2023-12-27 | 公开(公告)号 | CN117721284A | 公开(公告)日 | 2024-03-19 |
| 申请人 | 河钢股份有限公司承德分公司; | 发明人 | 鲍青峰; 鲁剑龙; 高建国; 王景宁; 于海; 刘杰; 刘爱民; 孔超; | ||||
| 摘要 | 一种紧凑工况模式的Z‑S45C‑B板材工具 钢 生产方法，包括转炉 冶炼 、LF精炼、 连铸 和 轧制 步骤；转炉冶炼步骤：对转炉 铁 水 进行 脱硫 处理，然后吹 氧 把铁水中 碳 含量降低到3.15±0.05%，吹氧后铁水 温度 在1420±10℃，倒渣出炉得到半钢铁水；然后把半钢铁水倒入另一个转炉中，吹氧 脱碳 、脱氧、 合金 化，达到目标出钢温度1620±10℃和成分控制目标后出炉；连铸步骤： 铸坯 拉速为1.15±0.05℃、 钢水 包温度1500±5℃、二冷水压 力 1.09±0.03MPa、铸坯厚度在扇形段由210±2mm轻压下到最终的200±1mm。本方法降低了钢卷边部裂纹的 质量 缺陷 ，提高了钢卷的成材率和质量性能，强化了力学性能。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种紧凑工况模式的Z‑S45C‑B板材工具钢生产方法，其特征在于：包括转炉冶炼、LF精炼、连铸和轧制步骤； |
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| 说明书全文 | 紧凑工况模式的Z‑S45C‑B板材工具钢生产方法技术领域[0001] 本发明涉及一种炼钢方法，尤其是一种紧凑工况模式的Z‑S45C‑B板材工具钢生产方法。 背景技术[0002] 通过在钢水中加入少量微合金元素（V，Ti，Nb等）使得Z‑S45C‑B微合金化，可以起到组织均匀和沉淀强化作用，进而提高Z‑S45C‑B的强度和韧性。然而，增加合金元素导致钢水成本增高，同时，由于紧凑模式生产工况下的Z‑S45C‑B含碳、硅和锰元素高，半钢提炼钒渣后，钢水温度高且含碳量低。如果冶炼、连铸和轧钢工序任何一个工序的工艺控制不当，都会导致Z‑S45C‑B钢卷的性能不合，特别是表面的边部出现裂纹和黑线。Z‑S45C‑B的边部裂纹一直是制约钢卷品质提升的关键，也是冶金行业工具钢关注的焦点和难点问题。 发明内容[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种紧凑工况模式的Z‑S45C‑B板材工具钢生产方法，以提升Z‑S45C‑B钢的成材率和质量性能。 [0005] 为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：包括转炉冶炼、LF精炼、连铸和轧制步骤；所述转炉冶炼步骤：对转炉铁水进行脱硫处理，然后吹氧把铁水中碳含量降低到 3.15±0.05%，吹氧后铁水温度在1420±10℃，倒渣出炉得到半钢铁水；然后把半钢铁水倒入另一个转炉中，吹氧脱碳、脱氧、合金化，达到目标出钢温度1620±10℃和成分控制目标后出炉； 所述连铸步骤：铸坯拉速为1.15±0.05℃、钢水包温度1500±5℃、二冷水压力 1.09±0.03MPa、铸坯厚度在扇形段由210±2mm轻压下到最终的200±1mm； 所述轧制步骤：钢坯入炉温度大于400℃，钢坯加热时间为120～140分钟，出炉温度是1220±20℃；精轧的终轧温度880±10℃，层冷设定温度700±10℃；成品钢卷轧制后入缓冷坑96小时及以上。 [0006] 进一步的，所述转炉冶炼步骤，以流量1350±100立方米/小时吹氧把铁水中碳含量降低到3.15±0.05%。 [0007] 进一步的，所述转炉冶炼步骤，另一个转炉中吹氧脱碳的流量为4800±50立方米/小时，再增加吹氧流量至5830±50立方米/小时，进行脱氧。 [0008] 进一步的，所述轧制步骤，钢坯出炉后经过5道次轧制的温度是1000±10℃。 [0009] 进一步的，所述轧制步骤，粗轧轧制过程设定机前除磷水开1、3、5道次，机后除磷水关闭。 [0011] 采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明通过设定全局最优的参数设计方法，明确冶炼工序出钢温度、连铸工序冷却水冷却速率、精确控制Z‑S45C‑B碳化物析出行为，固化轧钢工序关键参数，有效强化Z‑S45C‑B铸坯表层凝固组织，减少铸坯表面裂纹，优化控轧控冷措施，实现Z‑S45C‑B钢卷的力学性能和表面质量满足客户需要。 [0012] 本发明可以从根源上控制铸坯、钢卷的表面质量和边部轧制裂纹，降低了Z‑S45C‑B钢卷边部裂纹的质量缺陷，解决了Z‑S45C‑B板材钢卷边部裂纹质量缺陷问题，显著提高了钢卷的成材率和质量性能，强化了Z‑S45C‑B板材工具钢力学性能。附图说明 [0013] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。 [0014] 图1是本发明所述Z‑S45C‑B板材工具钢卷的金相组织图；图2是本发明所得Z‑S45C‑B钢卷的表面质量图。 具体实施方式[0015] 本紧凑工况模式的Z‑S45C‑B板材工具钢生产方法，所述Z‑S45C‑B板材工具钢成分及其质量分数为：C 0.44～0.47%，Mn 0.65～0.75%，N≤0.0060%，Si 0.20～0.30%，AlS≥0.010%，S≤0.010%，P≤0.025%，Cr≤0.20%，Cu≤0.30%，Ni≤0.20%，MO≤0.20%，Ni+Cr≤ 0.35%，余量为Fe和不可避免的杂质。 [0016] 紧凑工况模式指的一种超过设计产能的冶炼、精炼、连铸和轧钢的生产组织模式。本紧凑工况模式的Z‑S45C‑B板材工具钢生产方法包括转炉冶炼、LF精炼、连铸和轧制步骤。 发明人通过深入研究发现，实施“两步法”的提钒‑炼钢的工艺控制方法、连铸高拉速和厚度动态压下控制方法能够可使Z‑S45C‑B碳氮化物在钢基体中弥散析出，均匀化铸坯内部晶粒组织，夹杂物分布均匀，实现铸坯质量成分合格和表面质量合格；同时发现，轧钢工序的钢坯的温度中下限制控制、粗轧的等宽轧制工艺和除磷水动态控制能够消除钢卷的边部裂纹质量。因此，基于钢轧工序的工艺改进和参数优化设定控制是消除Z‑S45C‑B边部裂纹的关键方法。各步骤工艺如下所述： （1）转炉冶炼步骤：采用二步法进行冶炼，第一步进行提炼钒渣+吹氧半脱碳；第二步进行吹氧+二次脱碳，脱氧等，最终满足成分设计要求。 [0017] 第一步：对Z‑S45C‑B铁水进行脱硫工艺处理，铁水温度在1250±20℃，然后把铁水兑铁进入转炉；转炉内添加钢水容积的5%～7%的废钢、钢水容积的6%～8%的铁皮球；铁水在转炉内吹氧，吹氧流量1350±100立方米/小时，吹氧过程温度升至1420±10℃并维持在该温度范围，吹氧8～10分钟，以使铁水在转炉内进行物理化学反应，钢水由原来含碳量4.25±0.20%降低到3.15±0.05%，钢水温度平衡在1420±10℃，倒渣出炉得到半钢铁水，挡渣分离的含钒钢渣被倒入钢渣车运到提钒工序进行钒产品提炼；该步参数控制的目的是提高钒渣收得率，且渣铁分离效果最优。 [0018] 第二步：第一步所得半钢钢水较非提钒钢水温度高8～10℃，含碳量降低1%左右。将半钢铁水倒入另一个转炉中；吹氧脱碳，吹氧流量4800±50立方米/小时持续10±1分钟，再增加吹氧流量至5830±50立方米/小时，加入白云石和石灰辅料进行脱氧，添加合金料进行合金化，合金料为硅锰合金、高碳锰铁、中碳锰铁、低碳锰铁、台铝和硅钛，提高温度到 1630±20℃进行物理化学反应30±3分钟，达到目标出钢温度1620±10℃和成分控制目标后出炉。 [0019] 采用上述转炉冶炼工艺后，冶炼周期由设计冶炼周期平均42分钟/炉提高到平均32.5分钟/炉，冶炼周期缩短的特征是钢包内钢水物理化学反应加剧工况条件下满足提钒工艺钒渣收得率和脱碳，脱氧、脱硫、脱磷工艺以及保障终点温度。 [0020] （2）LF精炼步骤：经过LF精炼炉微调成分和终点温度达到1550±10℃。 [0021] （3）连铸步骤：LF精炼出炉钢水运输到连铸工序进行铸坯凝固；确定铸坯拉速是1.15±0.05米/分钟、钢水包温度1500±5℃、二冷水压力1.09±0.03MPa；采用下述在线调宽控制策略：依据下游工序以及客户需求，在铸坯凝固过程中，在扇形段开始对铸坯宽度由 210±2mm分级调控到终点宽度为200±1mm，基于PI控制器的分段调节控制方法，实现铸坯的宽度“轻度缓慢光滑压下”，保障Z‑S45C‑B钢的内部组织均匀，没有偏析，坯壳形成完整。 [0022] 根据连铸二冷初始配水量建立Z‑S45C‑B凝固传热数学模型公式（Ⅰ），采用该模型公式作为理论推导连铸坯表面温度和二冷各段平均冷速，结合第二相粒子的集中析出温度区间T，确定控制连铸坯表层第二相粒子的析出段； （Ⅰ） 式（Ⅰ）中，V为体积分数，单位：%；N为第二相粒子个数；D为第二相粒子的粒径，单位：nm；A为场发射扫描电镜视场面积，单位：nm2。 [0023] 本步骤基于提升铸坯拉速的工况下实现铸坯内部、表面质量和洁净度都合格铸坯；拉速提升与铸坯的坯壳形成、铸坯凝固存在定性关系，扇形段的二次冷却水的流动速率也相应的提高。与传统连铸工序不同的是，本步骤执行铸坯的厚度轻压下和在线调宽控制策略，确保了铸坯内部组织均匀、致密，夹杂物分布均匀，没有偏析，铸坯边部没有角裂。 [0024] （4）轧制步骤：铸坯经过判定合格后，钢坯进行加热、轧制；加热过程，钢坯入炉温度大于400℃，钢坯加热时间在120～140分钟，出钢温度是1220±20℃。轧制过程，钢坯出炉后经过5道次轧制后的温度是1000±10℃；执行钢坯在粗轧机组进行等宽轧制策略，机前除磷水开1、3、5道次，机后除磷水关闭。精轧机组执行终轧温度880±10℃，层冷设定温度700±10℃；精轧机组第2架精轧机F2、第3架精轧机F3使用高速钢轧辊，成品钢卷轧制后入缓冷坑96小时及以上。 [0025] （5）采用本生产方法后，冶炼周期由设计冶炼周期42分钟/炉提高到32.5分钟/炉，连铸拉速由0.9～1.0米/分钟提高到1.15±0.05米/分钟，轧钢节奏由170秒/块提高到135秒/块。冶炼周期缩短的特征是钢包内钢水物理化学反应加剧工况条件下满足提钒工艺钒渣收得率和脱碳，脱氧、脱硫、脱磷工艺以及保障终点温度。连铸紧凑工况模式核心是拉速提升，能确保铸坯壳完整形成，并实现铸坯内部无偏析、气泡，夹杂物分布均匀，铸坯表面质量无裂纹、气孔等。轧钢工序轧制Z‑S45C‑B的特征表现在提高轧制节奏，板型控制和厚度公差符合国标。采用本方法能提升Z‑S45C‑B的力学性能、尺寸精度和表面质量。图1是所得Z‑S45C‑B板材工具钢卷的金相组织图、图2是所得Z‑S45C‑B钢卷的表面质量图，由图1和图2可见，采用本方法所得钢卷的内部组织均匀，表面质量良好。 [0026] 实施例1：本紧凑工况模式的Z‑S45C‑B板材工具钢生产方法具体如下所述。 [0027] （1）转炉冶炼步骤：对Z‑S45C‑B铁水进行脱硫工艺处理，铁水温度在1250℃，然后把铁水兑铁进入转炉；转炉内添加钢水容积的6%的废钢、钢水容积的7%的铁皮球；铁水在转炉内吹氧，吹氧流量1350立方米/小时，吹氧过程温度升至1420℃并维持在该温度范围，吹氧9分钟，钢水含碳量降低到3.15%，钢水温度平衡在1420℃，倒渣出炉得到半钢铁水，挡渣分离的含钒钢渣被倒入钢渣车运到提钒工序进行钒产品提炼。 [0028] 将半钢铁水倒入另一个转炉中；吹氧脱碳，吹氧流量4800立方米/小时持续10分钟，再增加吹氧流量至5830立方米/小时，加入白云石和石灰辅料进行脱氧，添加合金料进行合金化，合金料为硅锰合金、高碳锰铁、中碳锰铁、低碳锰铁、台铝和硅钛，提高温度到1630℃进行物理化学反应30分钟，达到目标出钢温度1620℃和成分控制目标后出炉。 [0029] （2）LF精炼步骤：经过LF精炼炉微调成分和终点温度达到1550℃。 [0030] （3）连铸步骤：LF精炼出炉钢水运输到连铸工序进行铸坯凝固；确定铸坯拉速是1.15米/分钟、钢水包温度1500℃、二冷水压力1.09MPa；在铸坯凝固过程中，在扇形段开始对铸坯宽度由210mm分级调控到终点宽度为200mm。 [0031] （4）轧制步骤：铸坯经过判定合格后，钢坯进行加热、轧制；加热过程，钢坯入炉温度510℃，钢坯加热时间在130分钟，出钢温度是1220℃。轧制过程，钢坯出炉后经过5道次轧制后的温度是1000℃；执行钢坯在粗轧机组进行等宽轧制策略，机前除磷水开1、3、5道次，机后除磷水关闭。精轧机组执行终轧温度880℃，层冷设定温度700℃；精轧机组第2架精轧机F2、第3架精轧机F3使用高速钢轧辊，成品钢卷轧制后入缓冷坑120小时。 [0032] （5）所得Z‑S45C‑B板坯规格为200*1290mm，化学成分和力学性能见下述表1和表2。 [0033] 实施例2：本紧凑工况模式的Z‑S45C‑B板材工具钢生产方法具体如下所述。 [0034] （1）转炉冶炼步骤：对Z‑S45C‑B铁水进行脱硫工艺处理，铁水温度在1260℃，然后把铁水兑铁进入转炉；转炉内添加钢水容积的6%的废钢、钢水容积的8%的铁皮球；铁水在转炉内吹氧，吹氧流量1400立方米/小时，吹氧过程温度升至1425℃并维持在该温度范围，吹氧9分钟，钢水含碳量降低到3.10%，钢水温度平衡在1425℃，倒渣出炉得到半钢铁水，挡渣分离的含钒钢渣被倒入钢渣车运到提钒工序进行钒产品提炼。 [0035] 将半钢铁水倒入另一个转炉中；吹氧脱碳，吹氧流量4850立方米/小时持续9分钟，再增加吹氧流量至5880立方米/小时，加入白云石和石灰辅料进行脱氧，添加合金料进行合金化，合金料为硅锰合金、高碳锰铁、中碳锰铁、低碳锰铁、台铝和硅钛，提高温度到1650℃进行物理化学反应27分钟，达到目标出钢温度1630℃和成分控制目标后出炉。 [0036] （2）LF精炼步骤：经过LF精炼炉微调成分和终点温度达到1560℃。 [0037] （3）连铸步骤：LF精炼出炉钢水运输到连铸工序进行铸坯凝固；确定铸坯拉速是1.15米/分钟、钢水包温度1505℃、二冷水压力1.10MPa；在铸坯凝固过程中，在扇形段开始对铸坯宽度由212mm分级调控到终点宽度为200mm。 [0038] （4）轧制步骤：铸坯经过判定合格后，钢坯进行加热、轧制；加热过程，钢坯入炉温度460℃，钢坯加热时间在120分钟，出钢温度是1200℃。轧制过程，钢坯出炉后经过5道次轧制后的温度是990℃；执行钢坯在粗轧机组进行等宽轧制策略，机前除磷水开1、3、5道次，机后除磷水关闭。精轧机组执行终轧温度870℃，层冷设定温度690℃；精轧机组第2架精轧机F2、第3架精轧机F3使用高速钢轧辊，成品钢卷轧制后入缓冷坑100小时。 [0039] （5）所得Z‑S45C‑B板坯规格为200*1290mm，化学成分和力学性能见下述表1和表2。 [0040] 实施例3：本紧凑工况模式的Z‑S45C‑B板材工具钢生产方法具体如下所述。 [0041] （1）转炉冶炼步骤：对Z‑S45C‑B铁水进行脱硫工艺处理，铁水温度在1230℃，然后把铁水兑铁进入转炉；转炉内添加钢水容积的5%的废钢、钢水容积的6%的铁皮球；铁水在转炉内吹氧，吹氧流量1250立方米/小时，吹氧过程温度升至1410℃并维持在该温度范围，吹氧10分钟，钢水含碳量降低到3.12%，钢水温度平衡在1410℃，倒渣出炉得到半钢铁水，挡渣分离的含钒钢渣被倒入钢渣车运到提钒工序进行钒产品提炼。 [0042] 将半钢铁水倒入另一个转炉中；吹氧脱碳，吹氧流量4750立方米/小时持续11分钟，再增加吹氧流量至5780立方米/小时，加入白云石和石灰辅料进行脱氧，添加合金料进行合金化，合金料为硅锰合金、高碳锰铁、中碳锰铁、低碳锰铁、台铝和硅钛，提高温度到1610℃进行物理化学反应33分钟，达到目标出钢温度1610℃和成分控制目标后出炉。 [0043] （2）LF精炼步骤：经过LF精炼炉微调成分和终点温度达到1540℃。 [0044] （3）连铸步骤：LF精炼出炉钢水运输到连铸工序进行铸坯凝固；确定铸坯拉速是1.20米/分钟、钢水包温度1495℃、二冷水压力1.06MPa；在铸坯凝固过程中，在扇形段开始对铸坯宽度由210mm分级调控到终点宽度为200mm。 [0045] （4）轧制步骤：铸坯经过判定合格后，钢坯进行加热、轧制；加热过程，钢坯入炉温度405℃，钢坯加热时间在140分钟，出钢温度是1230℃。轧制过程，钢坯出炉后经过5道次轧制后的温度是1005℃；执行钢坯在粗轧机组进行等宽轧制策略，机前除磷水开1、3、5道次，机后除磷水关闭。精轧机组执行终轧温度885℃，层冷设定温度705℃；精轧机组第2架精轧机F2、第3架精轧机F3使用高速钢轧辊，成品钢卷轧制后入缓冷坑96小时。 [0046] （5）所得Z‑S45C‑B板坯规格为200*1290mm，化学成分和力学性能见下述表1和表2。 [0047] 实施例4：本紧凑工况模式的Z‑S45C‑B板材工具钢生产方法具体如下所述。 [0048] （1）转炉冶炼步骤：对Z‑S45C‑B铁水进行脱硫工艺处理，铁水温度在1270℃，然后把铁水兑铁进入转炉；转炉内添加钢水容积的7%的废钢、钢水容积的7%的铁皮球；铁水在转炉内吹氧，吹氧流量1450立方米/小时，吹氧过程温度升至1430℃并维持在该温度范围，吹氧8分钟，钢水含碳量降低到3.20%，钢水温度平衡在1430℃，倒渣出炉得到半钢铁水，挡渣分离的含钒钢渣被倒入钢渣车运到提钒工序进行钒产品提炼。 [0049] 将半钢铁水倒入另一个转炉中；吹氧脱碳，吹氧流量4820立方米/小时持续10分钟，再增加吹氧流量至5800立方米/小时，加入白云石和石灰辅料进行脱氧，添加合金料进行合金化，合金料为硅锰合金、高碳锰铁、中碳锰铁、低碳锰铁、台铝和硅钛，提高温度到1620℃进行物理化学反应30分钟，达到目标出钢温度1620℃和成分控制目标后出炉。 [0050] （2）LF精炼步骤：经过LF精炼炉微调成分和终点温度达到1545℃。 [0051] （3）连铸步骤：LF精炼出炉钢水运输到连铸工序进行铸坯凝固；确定铸坯拉速是1.10米/分钟、钢水包温度1500℃、二冷水压力1.12MPa；在铸坯凝固过程中，在扇形段开始对铸坯宽度由208mm分级调控到终点宽度为200mm。 [0052] （4）轧制步骤：铸坯经过判定合格后，钢坯进行加热、轧制；加热过程，钢坯入炉温度440℃，钢坯加热时间在135分钟，出钢温度是1240℃。轧制过程，钢坯出炉后经过5道次轧制后的温度是1010℃；执行钢坯在粗轧机组进行等宽轧制策略，机前除磷水开1、3、5道次，机后除磷水关闭。精轧机组执行终轧温度890℃，层冷设定温度710℃；精轧机组第2架精轧机F2、第3架精轧机F3使用高速钢轧辊，成品钢卷轧制后入缓冷坑140小时。 [0053] （5）所得Z‑S45C‑B板坯规格为200*1290mm，化学成分和力学性能见下述表1和表2。 [0054] 对上述实施例Z‑S45C‑B钢卷进行力学性能、表面质量检测。关键是钢卷的边部不能存在边裂和黑线；板坯规格为200*1290mm，经取样化验得到其成分和力学性能如表1、表2所示； [0055] 表1中，余量为Fe和不可避免的杂质。 [0056] |
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