（冶金工程专业论文）安阳钢铁公司（超）低碳钢冶炼工艺技术分析及rh物理模拟研究.pdf

东北大学硕士学位论文 摘要 安阳钢铁公司( 超) 低碳钢冶炼工艺技术分析 及r h 物理模拟研究 摘要 ( 超) 低碳钢是家电、汽车、电力等行业的重要金属材料，世界各大钢铁企业都将其列 为最重要产品之一。r h 真空循环精炼法是生产此类铜种的主要技术之一。近5 0 年的生产实 践证明，r i d 法是提高产品质量，扩大品种、降低成本和提高生产率的重耍手段之一。如今， 由于人们质量意识和成本意识的增强使得高效精炼得以重视r h 真空循环精炼已经朝功能多 元化和过程高效化的方向发展。显然，r h 精炼反应速率与动力学条件密切相关，受到反应器 内钢水流动、混合与传质的影响，这些动力学参数对脱碳、脱氧、脱氢、去夹杂及钢水混合 效率起着重要作用。因此，开展r h 过程流体流动、混合特性的研究具有重要意义。 本课题首先对安阳钢厂( 超) 低碳钢的冶炼技术现状做了简要分析，然后采用物理模拟 研究的方法系统研究了r h 设备内钢液的流动、混合特性。| 三i 期对设备潜力的发挥和工艺优化 提供指导。 物理模拟研究在1 2 0 t r h 装置1 ：5 + 4 5 的水模型中进行，考察了该冶金反应器主要结构参 数和工艺操作因素，包括插入管内径、驱动气体流量、浸入深度、钢水处理量对循环流量、 均混时间、停留时闻分布的影响。主要内容有：1 ) 用皮托管测定下降管内液体流速，从而测 定循环流量的方法，研究真空循环精炼中铜液的环流特性；2 ) 以电导法测定了钢包内流体的 混合时间；用脉冲响应法获得了r h 真空室内的停留时间分布，进而研究r h 体系钢液流动的 混合特性。所获得的主要结论如下。 ( 1 ) 循环流量的影响因素大致可归结为驱动气体流量、插入管内径、浸入深度、钢水处 理量等。循环流量随气体流量、插入管浸入深度和内径的增加而增大。 ( 2 ) 在水模型条件下，得出循环流量与提升气体流量之间的关系为g = 1 5 4 8 珞”“。 ( 3 ) r h 精炼过程中流体混合的主要动能来源于经下降管流出真空室的钢液的动能，也就 是循环流量。 均混时间随提升气量、插入管浸入深度及其内径的增大而减小。这种影响，尤以提升气 体流量的影响为最，并且有f9 5 9 5 2 0 7 1 4 9 的关系。至于钢水处理量，在提升气体流量 1 0 1 , 6 m 3 h 范围内，物理模拟1 1 0 1 3 0 t 钢水处理量时的均混时间都在6 0 8 0 s 之间，说明 该套设各是能够满足生产需要的，并且具有一定的扩容条件。 实验还得到了在水模型条件下均混时间与搅拌功率密度之间的关系为f = 1 3 1 8 一“7 。 ( 4 ) r h 真空室内钢液的平均停留时间随提升气量、插入管内径的增大而减小。但是，钢 水处理量、浸入深度对钢液平均停留时间的影响规律不是简单的线性关系，而是这些参数引 起循环流量的变化对体系搅拌程度与它们所引起的真空室内钢液熔池深度变化而造成理论空 时的变化综合作用的结果。 ( 5 ) 根据实验所测定的e ( 0 曲线的形态，对r h 真空室内的流体流动可采用“全混流+ 活塞 i i 东北大学硕士学位论文摘要 流+ 死区”的组合模型来分析，并且获得了各区体积比例的计算式。 提高提升气体流量、扩大插入管内径和浸入深度部有利于扩大全混流体积比例，减小死 区。 ( 6 ) 该实验体系下的停留时间分布函数的方差在0 3 o 5 范围内。说明r h 真空室内的流 体处于全混流与活塞流之间。运用槽列模型计算串联槽数 r 为2 3 ，可进一步说明r h 钢包 内液体经过2 3 次循环能够实现较好混合。 关键词r h 真空循环精炼循环流量停留时间分布物理模拟 i i i 东北大学硕士学位论文a b s t t a c t a n a l y s i so fu l cs t e e l m a k i n gi na n y a n gi r o na n ds t e e l c o m p a n ya n dp h y s i c a ls i m u l a t i o no ff l u i df l o wa n d m i x i n gi nr h p r o c e s s a b s t r a c t a sa ni m p o r t a n t a lm e t a lm a t e f i a l ，u l cs t e e li sb r o a d l yu s e di na m o m o b i l e ，a p p l i a n c ea n d e l e c l r i cp o w e ri n d u s t r ya n ds oo n s oi ti sr a n k e di nt h em o s ti m p o r t a n tp r o d u c t so fv a r i o u sb i gi r o n a n ds t e e lc o m p a n i e si nt h ew o r l d r hi so n eo ft h et e c h n o l o g i e sf o rp r o d u i n gu l cs t e e l s i n c ei t s f i r s tc o m m i s s i o n i n g , t h em e t a l l u r g i c a lf u n c t i o n so fr hh a v eb e e nc o n t i n u o u s l yd e v e l o p e di nr e c e n t 5 0y e a r s i th a sb e e np r o v e dt h a tt h er hi s i m p o r t a n tm e u n st oi m p m v et h eq u a n l i t yo fp r o d u c t s t oe x p a n ds t e e lg r a d e s , t om i n i m i z ec o s t , a n dt oi n c r e a s ep r o d u c t i o nc a p a c i t y i nr e c e n ty e a r s , h i g h l y e f f i c i e n tr e f i n i n gi sg r e a t l yv a l u e da sp e o p l e sq u a l i t yc o n s c i o u s n e s sa n dc o s t i n ge o n s e i o o s o e s sh a v e b e e ns t r e n g t h e n e d 1 1 1 er hp r o c e s sh a sg o n et ot h ed i v e r s i f i c a t i o na n de f f i c i e n tw a y o b v i o u s l y , t h e r a t e so f t h er e a c t i o n si nt h er hp r o c e s sa r ea s s o c i a t e dw i t hp a r a m e t e r ss u c ha ss t e e lf l o w i n g ，m i x i n g a n dm a s si r a n s f e rc l o s e l yl h e s ed y n a m i cp a r a m e t e r sc a np l a yi m p o r t a n tr o l ei n d e g a s s i n g ， d e c a r b u r i z a t i o na n dt h ee f f i c i e n c yo f s t e e lm i x i n g t h e r e f o r e ，i ti sv e r yi m p o r t a n tt of u r t h e re a r l yo u t t h er e s e a r c ho at h ec i r c u l a t i o nf l o w i n g ，m i x i n ga n dt h em a s st r a n s f e rc h a r a c t e r i s t i c so f r hp r o c e s s i nt h ep r e s e n tw o r k ，t h ec u n x n ts t a t u so fp r o d u i n gu l co rl cs t e e li na n y a n gi r o na n ds t e e l c o m p a n yi sa n a l y s i s e df i r s t l y ，s e c o n d l y ，b a s e do nt h ep h ) 7 s i c a ls i m u l a t i o ns t u d yo nt h ec i r c u l a t i o n f l o w m g ，m i x i n gc h a r a c t e r i s t i c s o fr hp r o c e s s ，c o m p r e h e n s i v e a n a l y s i s a n dd i s c u s s i o nw e r e a c c o m p l i s h e di nd e t a i lf o rac e r t a i nr h a1 2 0 tr hu n i tw a si n v e s t i g a t e do nal ：5 4 5w a t e rm o d e l nt h i sw o r k t h em a i nc o n t e n to f t h e w o r ki n c l u d e s ：1 ) p i t o tt u b ew a su s e dt om e a s u r et h ev e l o c i t yo f f l u i df l o wi nt h ed o w n - s n o r k e l ，a n d t h e nt oc a l c u l a t et h ec i r c u l a t i o nf l o wr a t e t h ef l o wc h a r a c t e r i s t i c sa n dc i r c u l a t i n gf l o wr a t eo ft h e v a c u u mr e f i n i n gp r o c e s si sa l s om i a l y z e d 2 ) t h em i x i n gt i m eo fm o l t e ns t e e li nt h el a d l ew a s m e a s u r e dw i t he l e c t r i c a lc o n d u c t i v i t ym e t h o l d t h er e s i d e n c et i m ed e s t r i b u t i o ni nt h er hv a c u u m v e s s e lw a so b t a i n e db yt r a c e rr e s p o n s et e c h n i q u e t h u s t h em i x i n gc h a r a c t e r i s t i c so fr hp r o c e s s w e r ea n a l y s i s e d t h ei n f l u e n c e so ft h em a i np r o c e s sa n ds t r u c t u r ep a r a m e t e r s s u c ha st h ed r i v i n g g a sf l o wr a t e ，t h ed i a m e t e r so fs n o r k e l se r e ，w e r ec o n s i d e r e da n de x a m i n e d t h ef o l l o w i n gm a i n r e s u r sa r eo b t a i n e d ( 1 ) n l ec i r c u l a t i o nf l o wr a t ei n c r e a s e sw i t ht h ei n c r e a s eo ft h ed r i v i n gg a sf l o wr a t e ，t h e d i a m e t e ra n dt h ei m m e r s i o n d e ：p t ho f t h es n o r k e l s ( 2 ) u n d e rt h ec o n d i t i o n so f t h ep r e s e n tw e r k t h ec i r c u l a t i o nf l o wr a t eo f t h el i q u i di nt h eu n i t c a nb ee x p r e s s e da s q = 1 5 4 8 0 3 2 1 。 ( 3 ) t h em a i nk i n e t i ce n e r g yf o rt h ef l i u i dm i x i n gd u r i n gt h er hp r o c e s si sf r o mt h e t h e i v 东北大学硕士学位论文a b s t r a c t c i r c u l a t i o nf l o wr o t eo ft h el i q u i d t h e r e f o r e a l lf a c t o r st h a tf i f eu s e - f u lt oi m p r o v et h ec i r c u l a t i o n f l o wr a t eo f t h el i q u i da l ee f f e c t i v et oe n h a n c em i x i n g f h em i x i n gt i m ed e c r e a s e sw i t ht h ei n c r e a s eo ft h ed r i v i n gg a sf l o wr a t e ，t h ed i a m e t e ra n dt h e i m m e r s i o n - d e p t ho f t h es n o r k e l s t h em o s tj m p o r t m a to a eo f t h e s ef a c t o r si st h ed r i v i n gg a sf l o wr a t e t h er e l a t i o nb e t w e e nt h em i x i n gt i m ea n dt h ed r i v i n gg a sf l o wr a t ec a l lb ed i s c r i h e db yt h ee q u a t i o n o f t = 9 5 9 5 - 2 0 ，7 1 4 9n t h em i x i n gt i m eo ft h i sr h - m f bu n i ti s6 0 8 0 st h er e l a t i o nb e t w e e nt h em i x i n gt i m ea n dt h e s t i r r i n g e n e r g y d e n s i t y c a l lb ed i s c r i b e db y t h ee q u a t i o n o f t = 1 3 i 8 一“ ( 4 ) t h em e a nr e s i d e n c et i m ed e c r e a s e sw i t ht h ei n c f e a s eo ft h ed r i v i n gg a sf l o wr a t ea n dt h e d i a m e t e ro f t h es n o r k e l s h o w e v e r , t h er e l a t i o nb e t w e e nt h e l e a nr e s i d e n c et i m ea n dt h ei n f l u a n e e s o f t h ei m n l e r s i o n - d e p t ho f t h es i l o r k e l sa n dt r e a t i n gc a p a c i l i e si sn o ti i n e a n ( 5 ) a c c o r d i n gt ot h es h a p eo f r t dc u r v e ，t h ef l u i di nr h c a l lb ea n a l y z e dw i t ht h ec o m b i n a t i o n m o d e lo f c c m t + c p f r 十d c a dz o n e ”1 9 l ，eh a v ed e d u c e dt h ec a l c u l a t i n gf o r m u l a e n l a , g i n gt h e d r i v i n gg a sf l o wr a t e ，t h ed i a m e t e ra n dt h eb u b b l et r a v e l i n gp a t h sa n dt h ei m m e r s i o n - d e p t ho ft h e s n o r k e l s c a ne x p a n dt h ef r a c t i o no f c c m ta n dd e c r e a s et h ed e a dz o n e f 6 ) t h ev a r i a n c eo f t b er e s i d e n c et i m ed i s t r i b u t i o nu n d e rv a r i o u se x p e r i m e n tc o n d i t i o n sj s 洒t h e r a n g eo f o 3 _ 0 5 i ts h o w st h a tt h ep a r e mo f t h ef l u i df l o wi nr h m f bi sb e t w e e nc c m ta n dc p f r c a c u l a t e dt a n k si ns e r i e sm o d e la r e2 - 3 t h i sf a c ts h o w st h a tt w oo rt h r e ec i r e u i a t i o nc y c l e sa 他 n e e d e df o re o m p l e tm i x i n go f t h el i q u i ds t c e lf nt h er hu n i t k e yw o r d s r hv a c u u mc i r e u l m i o nr e f i n i n g ，c i r c u l a t i o nf l o wr a t e ，r e s i d e n c et i m ed i s t r i b u t i o n ， o h y c i c a ! s i m u l a t i o n v 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取 得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包括其他人已经发表或 撰写的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的 说明并表示感谢。 本人签名：赵评梅 日期：9 _ 詹o y 年扩月药日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用 学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论 文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可 咀将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师同意网上交流，请在下方签名；否则视为不同意。) 学位论文作者签名：导师签名： 签字日期：签字日期： 本人签名： 目期： 东北大学硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题提出的背景 面对竞争日趋激烈的国际钢铁市场，我国钢铁行业必须采用先进技术米满足生产率、成 本与效益、品种与质量等方面不断提高的要求，达到提高产品质督、增加效盏、减少消耗、 获得竞争优势的目的。然而，安阳钢厂与国内外火部分钢厂的先进水平差距很人。这一现扶 迫使我们必须努力提升炼钢整体操作水平，把加强结构调整、扩大晶种、提高质量作为战略 重点，开创品种、质量、效益协调发展的新局面。 安阳钢铁公司要想在新一轮钢铁行业竞争中墩得优势，就应提高产品人纲中具有高附加 值品种( 如优质低碳钢或超低碳钢系列产品) 的比例。为适应改善品种结构、扩大市场占有 率的需要，就必须进行工艺装备改进和技术改造寻求高效率、低能耗的精炼工艺。实践证 明，炉外精炼技术已经成为现代炼钢正常生产流程中的不可缺少的一环，为传统炼钢方法能 生产山高质量、多品种的产品队及提高生产率、降低原材料和能量消耗提供了许多可供选择 的有效途径。它不仅使低成本地大规模生产高洁净钢成为可能，而且对连铸的顺行有着特殊 的意义。 与此同时洁净钢生产的要求，尤其是超低碳钢和对氢、氧等气体含麓要求严格的钢种 的生产，使得真空处理成为必不可少的手段。在众多采用真空的炉外处理技术中，r h 多功能 真空处理技术可以说是功能最全、处理效果最佳的。到目前为i i ，国内应用r h 的厂家呈增加 的趋势，而且大多数依靠引进。尽快全面掌握这一技术，并根据国内不同厂家的具体情况进 行消化吸收和进一步的功能开发对提高我国洁净钢的生产水平具有重要意义。本课题正是 在这一背景卜，结合安钢实际而提山米的，其目的就是满足晶种开发和钢水洁净度的要求。 1 2 课题实施的主要内容 本课题主要是对安钢目前炼钢生产现状进行技术分析，并且结合r h 真空精炼设备进行物 理模拟研究，探讨转炉一r h c c1 ：艺路线生产( 超) 低碳钢的可行性，为超低碳钢系列高附 加值品种的开发奠定理论基础。主要研究内容有； ( 1 ) ( 超) 低碳钢冶炼工艺技术调研及安钢生产现状分析 通过文献调研和安钢冶炼( 超) 低碳钢生产的装备现状、产品结构和技术经济指标等方 面的分析，探讨了安钢提高产品质量、钢水纯净度、扩人品种的途彳寻= 和措施，着重分析了l d r h c c1 ：艺路线冶炼( 超) 低碳钢的技术可行性。 ( 2 ) r h 物理模拟研究 本课题的r h 物理模拟采用与1 2 0 吨转炉相匹配的较典型的钢包规格进行的模拟研究。 r h 冶金反应器内钢液环流特性的研究 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 r h 的主要冶金功能在目前冶金行业具有一定的优越性，那么，如何最人限度地发挥设备 的潜力便是一个重要的课题。优化冶金反应器结构参数利工艺操作参数，改善流体流动、混 合的技术就是一个加快生产节奏、降低生产成本的有效手段。一方面，提高循环流量、扩大 反应界面和传质系数，可以提高脱碳等反麻速度，相应地缩短r h 精炼时间。另一方面，r h 处理成本和转炉一连铸生产线的顺行与否都与脱碳速率和处理效率有关。 在本课题的研究中。采用与1 2 0 吨转炉相匹配较典型的规格，根据相似原理进行水力学 模型实验。目的是为了研究不同操作参数以及生产条件( 如提升气体流量、插入管内径、浸 入深度和钢水处理量等) 对r h 钢包内钢液环流特性的影响。同时在实验的基础上，找出钢液 循环流量与操作参数之间的关系为实际生产提供指导并为r h 处理过程数学模型的建立提供 数据。 r h 冶金反应器混台特性的研究 脱碳、脱气、脱氧、钢液合金化和温度调籀、脱硫和去除非金属夹杂物等是r h 精炼炉的 重要功能。r h 体系内钢水的混合特性与上述反应密切相关。混合的早晚以及混合时间的长 短对影响着r h 处理的效果。r h 真空室内流体全混流、活塞流和死区体积比例的大小对冶 金反应的速率和处理效率同样具有重要影响。为此确定的主要研究内容有均混时间、平均停 留时间、停留时间分布函数与流态评价。 1 3 课题研究的主要目的与意义 安钢的规模日益扩大。随着公司三步走规化逐步完成，安钢的生产能力也将上一个新台 阶。1 0 0 t 电炉和1 0 0 t 转炉的投产和具有先进生产披术的高进线材、中板自成一体，现己成为 主要生产线。公司第二步规化将于明年相继完成，1 2 0 吨转炉和炉卷轧机、3 6 0 m 2 烧结机、2 2 0 0 m 高炉、6 m 5 5 孔焦炉、2 3 5 0 0 m 3 制氧机投产标志着安钢将进入一个划时代的历程。结构调整和 新品种开发必将成为安钢冶金：作者的主要使命，也是安钢发展的必由之路。本课题研究的 意义显而易见。 课题研究的主要目的在丁： ( 1 ) 分析现行工艺技术条件下生产低碳钢存在的问题。探讨提高现有产品质量的措旌与 途径，在此基础上提出开发超低碳钢品种的可行性。 ( 2 ) 通过r h 水模型物理模拟研究循环流量、处理时间、上升管直径等精炼参数之间的相 互影响，得出规律，为实际生产提供可行的上艺参数，为技术改造和设备选型积累资料和提 供依据。 2 东北大学硕士学位论文 第= 章文献综述 第二章文献综述 2 1 超低碳钢的发展历程 最先开发出的超低碳钢鼎种是l f 钢，其发展可以追溯剑1 9 4 9 年c o m a l o v k 等人1 1 i 的研究。 他们指出在普通的低碳钢中加入足够量的饮能够使铜卞的间隙同溶原子( c 、n ) 生成t i ( c n ) 粒子完全沉淀析出，所得的产品具有优异的深冲性能，这便成了i f 铡发展的基础。但是。由 于当时低碳钢中的碳、氮含量较高(般含0 0 5 c ，o 0 0 3 n ) ，吲定c 、n 所需的t i 台金 用量较大( 钢中弧含量约为0 , 2 5 - 0 3 5 ) 。c o m a t o c k 的发现因t j 合金价格昂贵使得生产成 本较大而被搁置，i f 钢发展受阻，i f 钢的发展简历见表2 1 。 表2 ii f 钢的发展历程 t a b l e2 1c o u r s e so fi fs t e e ld e v e l o p m e n t 直到六十年代后 i l j ，真空脱气技术成功_ l l j 于冶金生产，能够使钢中的碳含量降到0 0 1 以 下，约在1 9 6 7 。1 9 7 0 年出现了商l f j i f 钢含钛i f 钢( c o 0 i 具有足够高的r 值可满足深冲 级钢板的要求) 。大约在同时，发现n b 也可以改善深冲冲性能，便出现了含铌i f 钢( 约 0 ，1 5 n b ) 。t i 处理的l f 钢比低碳铝镇静钢的深冲性能妻_ f = ，但由于需要真空脱气和昂贵的t 合 金化，其成本仍然较高，仅隈应川丁少量难冲特殊零什。 约在1 9 7 2 年口1 。n i p p o ns t e e lc o 和n k k 分别开发n 至续退火机组。i f 钢在连续退火后有 良好的深冲- 眭能，解决了当时低碳铝镇静钢经罩式退火难以生产高r 值的深冲板。丁 是，在七 十年代形成了用i f 钢经连续退火生产商用级( c q ) 、d q 级和d d g 级深冲钢板的局面。 到了1 9 7 9 年连续热镀锌线首次j l i e 生产防埘汽车扳，并且实践证明，除了川l f ，i 阿外 没有别的钢种可以经过连续热镀锌线生产出具有良甜性能的镀锌扳。从此，i f 钢开始大量生 产，并且比铝镇静钢的生产j i ：艺更简单、经济。 2 0 世纪八十年代以来，冶金生产技术褥到进一步发展世界上吾人钢厂酱遍采用转炉和 改进的r h 处理t 艺可以更经济地生产出超低碳制。钢中c 、n 含量大幅度降低，使得t i 、 改进的r h 处理工艺可以更经济地生产出超低碳钢。钢中c 、n 含量大幅度降低，使得t i 、 东北大学硕士学位论文第二章文献综述 第二章文献综述 2 1 超低碳钢的发展历程 最先开发出的超低碳钢晶种是i f 钢，其发展可以追溯到1 9 4 9 年c o m a t o c k 等人i 】1 的研究。 他们指出在普通的低碳钢中加入足够量的钛能够使钢中的间隙同溶原子( c 、n ) 生成t i ( c n ) 粒子完全沉淀析出，所得的产晶具有优异的深冲性能，这便成了i f 钢发展的基础。但是由 于当时低碳钢中的碳、氮含量较高( 一般含0 0 5 c ，o 0 0 3 n ) ，固定c 、n 所需的t i 合金 用量较大( 钢中t i 含量约为o 2 5 - 0 3 5 ) 。c o m a t o c k 的发现因t i 合金价格昂贵使得生产成 本较大而被搁置，i f 钢发展受阻。i f 钢的发展简历见表2 1 。 表2 1i f 钢的发展历程 t a b l e2 1c o u r s e so fi fs t e e ld e v e l o p m e n t 直到六十年代后期，真空脱气技术成功_ = j 于冶金生产，能够使钢中的碳含量降到0 0 1 以 下，约在1 9 6 7 1 9 7 0 年出现了商品i f 钢，含钛i f 钢( c 0 0 1 具有足够高的r 值可满足深冲 级钢板的要求) 。大约在同时，发现n b 也可咀改善深冲冲性能，便出现了含铌i f 钢( 约 0 】5 n b ) 。t i 处理的i f 钢比低碳铝镇静钢的深冲性能蚶，但由于需要真空脱气和昂贵的t j 合 金化，其成本仍然较高，仅限应j = j 丁少量难冲特殊零件。 约在1 9 7 2 年口j ，n i p p o ns t e e lc o 和n k k 分别开发了连续退火机组。i f 钢在连续退火后有 良好的深冲性能，解决了当时低碳铝镇静钢经罩式退火难以生产高，值的深冲板。丁是，在七 十年代形成了用i f 钢经连续退火生产商用级( c q ) 、d q 级和d d q 级深冲钢板的局面。 到了1 9 7 9 年连续热镀锌线首次h | 来生产防腐汽车板，并且实践证明，除了l i f 钢外， 没有别的钢种可以经过连续热镀锌线生产出具有良好性能的镀锌板。从此，i f 钢开始大量生 产。并且比铝镇静钢的生产，【：艺更简单、经济。 2 0 世纪八十年代以米，冶金生产技术得到进一步发展，世界上各大钢厂普遍采用转炉和 改进的r h 处理工艺可以更经济地生产山超低碳钢。钢中c 、n 含量人幅度降低，使得t i 、 东北大学硕士学位论文第二章文献综述 n b 加入量大大减少，r h 处理时间大为缩短，生产成本人大降低。品种、质最大幅提高，用 途越来越j 1 一泛，从而导致由传统的l f 钢转变成现代i f 钢，在国际范围内取得飞速发展。 现在，以i f 钢为代表的各类超低碳钢生产的设备及：【：艺技术已十分先进成熟，所生产的 超深冲钢板的总延伸率d ，h 值乖i ，值可分别达到5 0 、o 2 5 和2 5 以上。超低碳钢系列产品 有良好而稳定的成形性和非时效性，可降低冲制废品率，能提高构件的儿何精度降低对模 具和冲压工艺参数的敏魑性，提高生产率，儿乎可以满足汽车用钢板的各种性能要求。因此 形成独具特色的高性能产品系列。可以说超低碳钢的生产已成为汽车用钢板生产水平的标志。 2 0 世纪末以来，世界汽车工业朝着减重、节能、防腐、降噪的方向发展，其中以减重和节能 为目标的高强度板、以防腐为目标的各种新型镀锌板、以降噪为目标的减振复合板、以使轿 车外观更为漂亮的镜面板等都是研制的热点。特别是一些具有综合性能的汽车板如超深冲高 强板、超低碳高强度b h 板等的开发更为引人瞩目。 总之，i f 钢是超低碳钢品种系列中的一个核心钢种。现已开发出的超低碳钢品种有：超 深冲冷 i , t f 钢板；深冲热镀锌i f 钢板：高强i f 钢板；高强热镀锌i f 钢板；超低碳冷轧 钢板；超低碳热轧深冲钢板等。超低碳钢系列是在l f 钢基础上发展起来的，除t i f 钢，还开 发一系列超低碳钢，如超低碳贝氏体钢( u l c b ：u l t r a - l o wc a r b o nb a i n i t es t e e l ) 、奥氏体 不锈钢、超纯铁素体不锈钢p 】( s f s s ：s u p e r - c l e a nf e r r i t i cs t a i n l e s ss t e e l ) 、无取向冷轧硅钢等。 2 2 超低碳钢的性能与用途 超低碳钢的碳含量范围视具体要求而异没有一个公认的严格标准，一般认为钢中 w 【c 】印0 2 ，可称为超低碳钢，这主要是根据铁碳相图和一般转炉的冶炼极限来确定。最近 的文献【4 】将 c ：s 3 0 0 p p m 称为超低碳钢( u l n a - l o w c a r b o ns t e e l ) ，而将 c s 1 0 0 p p m 称超微碳钢 ( e x t r a - l o w - c a r b o ns t e e l ) 。超低碳钢因其具有良好的成形性能、深冲性能等原因，应用极为 广泛。以汽车用钢为例，超低碳系列钢种儿乎可以满足汽车用钢板所提出的各种性能要求 如深冲性、高强度、防腐性、b h 性。因此，超低碳钢的生产已成为一个国家汽车崩钢板生产 水平的标志。表2 2 列举了几种典型超低碳钢的性能与埘途。 ( 1 )冲压用钢基本性能要求 冲压用钢冷成形的基本性能指标有加工硬化指数一、厚向异性指数r 值、面内各向异性指 数4 r 值、塑性指标d 、驴等，其中最重要的是 与r 值。高的 、r 值能保证良好的拉胀变形 能力及深冲性能；低的一r 值( 尤其当l j r = 0 ) 能减轻“制耳”现象。 该钢另一基本要求是非时效性( 即不具备时效硬化特性) ，这是钢板便于运输和贮存的 必要条件。 ( 2 ) 冲压成形性能与材料成分、组织的关系1 5 , 6 , 7 , 8 i 影响h 值的因素 n 值的大小主要与钢的成分及组织有关，日前尚无公认确定的研究结果，但一般认为提高 钢的纯净度( 即减少碳及台金元素含景) 与增大铁索体晶粒尺寸均有利于提高n 值。 影响r 与a r 值的因索 r 与彳，值主要取决于晶粒的晶体学位向( 即织构) 。与钢的成分及加工历史密切相关。 4 东北大学硕士学位论文第二章文献综述 当钢中铁索体内形成 1 1 1 ) 织构，特别是 1 1 1 ) + 1 1 1 ) 混合织构时其 r 值较大且一r 趋近丁零。冲压朋钢要求其纵构指数 1 1 1 ) ， 1 0 0 之比要高，则，值越大。 间隙原子c 、n 含每对冲压j = i j 钢的织构、r 值与时效特性等影响极为重要。钢中固溶的c 、 n 原子不利于 1 1 1 织构的形成，急剧降低r 值。此外c 、n 含量高( 特别是n ) 还将明显增 大冲压用钢的时效硬化倾向。 表2 2 典型超低碳钢的性能与用途 t a b l e2 2p r o p e r t i e sa n da p p l i c a t i o no ft y p i c a lu l cs t e e l 2 3 超低碳钢化学成分对性能的影响 2 3 1 碳 碳虽然是提高强度的有效元素，但它是间隙同溶原子，会产生时效、损害韧性和可焊性、 影响深冲成型性能。热轧过程中同溶碳含量是决定r 值和再结晶织构最重要的冶金因素。所以， 低合金高强度钢以及超低碳钢中的碳含茸节不断骄低的趋势。降低钢的含碳擐可改善钢的加 工性能和使用性能。在低合金高强度钢中，管线钢对强韧性利可焊性要求比较苛刻；超低碳 钢中的i f 钢对非时效性、深冲成形性能要求较高。这两种钢都具有较强的代表性，因此可以 应用管线钢和i f 钢的化学成分及工艺变化米说明降碳的趋势。表2 3 列举了儿种超低碳钢来 说明超低碳含鬣对性能改善的情况；表2 4 则说明了管线钢化学成分及丁艺演变j 。表2 5 和 表2 6 说明了三代冲压用钢的化学成分及性能的变化”。 由表2 _ 3 2 6 知，降低钢中碳含量以后可以使钢板具有较高的r 、h 和6 值及较低的屈强 比，有效降低了碳当量，提高了可焊性和深冲性能，钢扳的基本性能有大幅提高。 5 查些查堂塑主兰焦垒茎 笙三童壅鳖堡笙 表2 3 典型超低碳钢钢中碳含量对性能的改善 t a b l e2 3i m p r o v e m e n to f t y p i c a lu l cs t e e l sp e r f o r m a n c eb yr e d u c i n gc a r b o nc o n t e n t 典型代表碳含量 降碳对性能的影响 优质低碳钢 o 0 2 0可显著降低碳当量提高可焊性 l f 钢 超低碳贝氏体钢 奥氏体不锈钢 超纯铁素体不锈钢 电工钢 ! ，o 0 0 3 1 ，o 0 3 三0 0 3 1 抑0 1 1 抑0 1 提高深冲性能 获得良好的焊接性能的同时也具有好的强韧性 可避免品问腐蚀引起的灾难性破坏事故 不产生应力腐蚀，提高耐点蚀性、韧性和可加工性 提高磁导率、降低铁损 无取向醐 降絮嚣嚣篙雩紧善l 焉嚣芋湿 表2 4 管线钢化学成分及工艺演变 t a b l e2 4e v o l u t i o no fc h e m i c a lc o m p o s i t i o na n dp r o d u c t i o nt e c h n o l o g yo fp i p e l i n es t e e l s 类型 cm nn b sp备注 6 0 年代前 0 2 4 o 8 0 0 0 3 5o 0 3 0半镇静钢 1 9 5 9 ( g l x ) o 1 91 0 0o 0 2 0 0 3 0o 0 3半镇静钢 1 9 7 0 ( x 6 0 ) o 1 21 0 0o 0 3o 0 2 0 0 0 2 5镇静钢 1 9 7 2 ( x ，6 0 t o u g h ) o 1 21 2 20 0 30 0 0 8 0 0 2 0镇静钢 1 9 7 3 ( x 6 0s o u r )0 1 0 1 0 0o 0 40 0 0 4 0 0 1 5镇静钢 1 9 7 4 ( x 7 0 )o 0 61 6 0 o 0 5o 0 0 3o 0 1 5连铸+ t m c p 1 9 8 2 ( x 6 5s o u r ) 0 0 51 1 0 0 0 3o 0 0 1 o 0 1 0连铸+ t m c p 1 9 8 5 ( x 7 0 ) 0 0 4 1 5 00 0 3 0 0 0 1 0 0 1 0t m c p ，真空处理 1 9 8 8 ( x 8 0 ) 0 0 3 1 8 00 0 5 0 0 0 10 0 0 8t m c p ，真空处理 2 0 0 4 ( x 8 0 ) 0 0 2s1 , 6 5卯0 0 8蔓o 0 0 5 s o 0 2 0t m c p tr h 处理 表2 5 三代冲压用钢的化学成分( 眺) t a b l e2 5c h e m i c a ic o m p o s i t i o no ft h r e e g e n e r a t i o np u n c h i n gs t e e l s 钢种 cs i m npsa i t in b c r 沸腾钢0 8 f 0 0 5 , - 0 1 l o 0 3 0 2 5 , 1 5 o 0 3 5如0 3 5 一 一 一 郢l 镇静钢0 8 a i o 0 8 5 0 45 00 2 1 ，0 0 3 00 , 0 2 - - 4 ) 0 7 一一s 0 0 3 宝钢i f 钢0 , 0 0 3 5 0 , 0 0 2 0 1 40 0 0 3 0 0 0 80 0 4 6 0 0 5 40 0 1 0 6 东北大学硕士学位论文第二章文献综述 沸腾钢0 8 f i8 0 1 9 02 9 0 , - - 310 镇静钢0 8 a i 1 6 0 18 02 9 0 - - 3 0 0 宝钢i f 钢 1 0 0 15 02 5 0 - 3 0 0 4 4 4 80 6 0 - 0 6 s1 0 1 4 4 4 5 00 5 5 0 6 01 4 2 8 4 5 5 50 3 5 0 5 51 _ 8 2 8 2 3 2 氮 钢中的氮可以溶在渗碳体中形成碳氮化合物。对深冲性能要求高的超低碳钢对氮控制很 严，如i f 钢要求 n 5 3 0 p p m 同时添加a i 、v 、t i 、n b 使c 、n 原子固溶强化铁素体基体， 并细化晶粒。以提高钢的强度和韧性。氮含量增高会引起钢的淬火时效和形变时效，使钢的 强度和硬度突然升高，同时范性和韧性突然降低。氮含量对低碳铝镇静钢力学性能的影响如 下】：n 含量增加导致_ i 亩服强度、抗张强度提高而r 值降低。此外n 青量还严重影响连续退 火的冷轧产品的力学性能。对锅镇静钢，当热轧后采用高温卷取时n 原子有沉淀出a i n 的倾 向。由于n 含量增加妨碍了铁索体品枝生k ，使剧服强度和抗