（冶金工程专业论文）超临界发电锅炉用钢tp347h轧制管坯生产工艺研究.pdf

重庆大学硕士学位论文中文摘要 摘要 本文针对奥氏体不锈钢t p 3 4 7 h 在长城特钢生产时，轧制管坯易开裂的现状， 选择研究了影响该钢高温塑性的化学成分、钢的纯洁度、微量元素控制、轧制开 坯加热温度对t p 3 4 7 h 钢高温轧制性能的影响，提出了解决该钢大规格管坯中心空 洞的措施。同时研究了脱氧剂用量、种类对钢纯洁度的影响，稀土在钢中的作用， 精炼渣化学成分及碱度对钢纯净度的影响。通过工业试验和分析，认为以前长城 特钢t p 3 4 7 h 管坯开裂的主要原因是钢的纯净度不够，而氧含量高又是纯净度较低 的主要原因。t p 3 4 7 h 大规格管坯中心空洞是因为原来采用的3 2 t 锭型太过瘦长， 高宽比过大而致钢锭凝固时不能充分补缩造成。得到的主要研究结果是： 对t p 3 4 7 h 钢，钢中n i 含量控制在9 5 0 - , 1 0 5 0 之间，极少量的a 相出现 不会对该钢的轧制性能造成大的影响；钢中加b 后可能改善了钢的热塑性，插入 b 可作为工艺改善的一项措施。 氧含量高是以前t p 3 4 7 h 轧制管坯产生裂纹的主要原因，控制钢中氧含量小 于9 0 p p m ，可有效防止轧制管坯开裂；硫含量大于0 0 2 0 时，轧制管坯有开裂倾 向，夹杂也有可能大于2 5 级。与不锈钢的控硫理论相结合，必须控制其硫含量在 小于0 0 1 5 范围。 影响钢纯净度的因素主要是脱氧剂及脱氧工艺，夹杂物的变性，以及精炼 渣的渣系。控制复合脱氧剂中a 1 s i 比在1 4 0 , - , 2 8 0 ，含c a4 肚8 5 能取得较好的 脱氧及降低氧含量的作用。使用稀土对钢中夹杂物进行变质处理时，大型硫化物 夹杂基本消失，但稀土氧化物评级却升高了。降低精炼渣碱度有降低钢中氧化物 夹杂的作用，炉渣碱度在1 8 呲3 0 之间，能起到充分脱氧、脱硫、去夹杂的作用。 严格控制原材料质量，钢包底吹氩流量，浇注系统的清洁及浇注保护等带来的杂 质，也可以控制钢中氧硫含量在较低水平。 产生奥氏体不锈钢t p 3 4 7 h 轧制管坯中心空洞的原因是原采用的锭型高宽 比过大，锭模锥度又较小的缘故。在加热温度 7 0 ) ，属于高熔点硅酸盐夹杂，在热加工时 不变形，保持原来的球点状；因此，在一定范围内调整夹杂物成分，可以减少这 类夹杂对钢制品的危害程度p 3 1 。 d 类铝酸钙类夹杂与砧2 0 3 夹杂一样，在整个热加工温度范围内都是不变形 的，因而其亦影响钢的韧性【s 文s 4 。 1 0 重庆大学硕士学位论文1 绪论 q 曼 ，c 曩 算 - 囊 柚2 0 夹杂数量 图1 8 砧2 0 3 夹杂物数量对轴承钢成套试验寿命的影响 f i g 1 8 i n f l u r 吼c eo fa 1 2 0 3i n c l u s i o nq u a n t i t yo nt e s td u r a t i o no fb e a r i n gs t e e l 另外，由于基体与夹杂物热膨胀系数的不同，可在夹杂物影响区( 球形夹杂 半径为r 的4 倍的区域) 引起复杂的应力场。如砧2 0 3 、铝酸盐、硅酸盐在钢的冷 却过程中比基体膨胀系数小，夹杂物周围的基体很容易遭受拉应力；相反，m n s 夹杂由于它的热膨胀系数比钢大，冷却时在m n s 周围便可能形成空洞。因此，无 论是那一夹杂，都会或多或少影响钢的各种性能，在钢铁冶炼过程都必须尽量加 以排除。 非金属夹杂物的排除 在钢液中，脱氧、脱硫生成的产物排除过程都经过形核、长大、上浮三个阶 段【5 3 5 5 】。 金属液中均相非金属夹杂物形核速率i 满足下式【5 3 】： i - a e x p ( 箐) ( 1 - 2 1 ) 文献【5 3 】同时指出，生成具有临界尺寸晶核的必要条件是，钢液中必须有一定 的脱氧剂和氧的过饱和度。以形成烈2 0 3 为例，欲使晶核形成，钢液内必须有足够 高的铝和氧的活度。 事实上，工业生产中夹杂物异相生核占主导地位，因为工业生产所用脱氧剂， 总含有一些非金属物质，它们是脱氧产物异相形核的现成核心。例如，用铝和硅 脱氧时，总是开始生成a 1 2 0 3 夹杂物，然后在灿2 0 3 表面上形成硅酸盐。 临界尺寸的晶核生成后，其长大具有分子特征，有研究者给出了关于两个半 径为r 的相同熔滴质点的聚合速度v ，表达式如下【5 习： v ：= k o 金- 夹卢n ( 1 - 2 2 ) 由上式看出，界面张力( o 金- 夹) 值大的夹杂物，容易聚合，聚合速度v 与质 点粘度成反比。文科5 5 1 同时指出：对液态夹杂而言，夹杂物本身的粘性1 1 对聚合 速度的影响比界面张力( a 金- 夹) 的影响大；而固态夹杂物聚合长大是由表面张力 起主导作用的。液态夹杂物上浮的速度，比相同尺寸的固态夹杂物上浮的速度大。 重庆大学硕士学位论文1 绪论 因此，在钢铁冶炼过程中，应尽可能地使钢中生成的夹杂物为液态夹杂。 另外，在非金属夹杂物的长大、上浮过程中，搅拌和熔渣性质对非金属夹杂 的上浮和吸附有重要的影响。 1 ) 搅拌对夹杂物上浮的影响 理论和实践均表明【5 3 1 1 6 6 】：熔池内部的强制对流对非金属夹杂物的排除速度有 良好作用。业已确定，只有当熔池内金属液流动速度不大时，才可应用斯托克斯 定律，事实上非金属夹杂物的排除速度与其在紊流液体或层流液体中运动有关， 即在实际熔池中，金属的流动速度对 1 0 p a x t 夹杂物的排除有决定意义。冶金上应 用的对流搅拌方法很多，如真空搅拌、电磁搅拌、惰性气体搅拌等，大多数情况 下，目前对实际熔池钢液的运动速度的分布仍难以定量描述，只定性地知道，随 着对流的强化，可大大改善夹杂物聚集长大，夹杂物进入到金属熔渣界面的几率 和夹杂物粘附于炉衬的表面频率等均有增大。 颗粒、液滴、气泡在钢液中的运动是钢水精炼时的基本运动现象，在冶金反 应过程中，颗粒( 喷粉、夹杂物) 、液滴( 渣滴、金属颗粒、夹杂物) 、气泡等都 是弥散地存在于钢液中，由于它们在钢水中的运动速度不同，以及由于尺寸因素、 搅拌、布朗运动等的影响，会使这些弥散分布的颗粒发生破裂、凝聚，从而导致 大的颗粒或气泡破碎成小的颗粒或气泡；小的颗粒或气泡又聚合长大为大的颗粒 或气泡。现在的研究已经证明【5 2 脚】：较小的颗粒( 如 1 2 6 0 则钢中出现少量铁素体，到1 3 0 0 钢中出现大量铁素体，并造成钢的过烧。 孙世昌【1 0 1 】研究1 c r l 8 n i 9 t i 钢锻造时亦发现，当加热温度高于1 2 5 0 则铁素体急 剧增加，钢的塑性变坏。从上述的文献介绍可知，在1 2 5 0 温度以下，适当长的 保温时间，不会导致奥氏体不锈钢的a 相急剧增加，也不会导致钢的过烧。 对t p 3 4 7 h 钢来说，由于具有奥氏体钢的固有性质，因而其加热温度亦应遵循 一般奥氏体不锈钢的加热原则，即加热温度不高于1 2 5 0 。从前面的叙述可知， 奥氏体不锈钢的加热温度影响钢的a 相含量，从而影响钢的热塑性。除此之外， 在加工工艺中，另一个影响钢塑性的因素是轧制变形工艺。 1 4 2 轧制变形工艺研究 在钢锭的轧制过程中，变形速度对金属的塑性和变形抗力有重要影响。体现 在下列几个方面【57 船】： 增加变形速度会使金属晶体的临界剪应力升高。 增加变形速度，由于温度效应显著，金属的温度将升高，从而降低变形抗 力，增加塑性。 增加变形速度，由于没有足够的时间进行回复和再结晶，而使金属的变形 抗力增加，塑性降低，变形温度越高，变形速度对金属塑性和变形抗力的影响程 度就越大。温度越高，热塑性机制在塑性变形过程中所起的作用就越大。变形速 度也和变形温度一样，决定着金属软化的可能性程度的大小【l 叭】。 总的说来，随着变形速度的增加，变形抗力亦增加。增加的程度与变形的温度 密切相关。在热变形温度范围内，变形速度的增加会引起变形抗力的明显增加。 塑性随变形速度变化的一般趋势，如图1 1 1 所示【5 引。 1 6 重庆大学硕士学位论文1 绪论 强 舞 翻 舅 囊形墨震 图1 1 l塑性随变形速度变化的示意曲线 f i g 1 11p l a s t i c i t yc h a n g e 、) i ，i md e f o r m a t i o ns p e e d 当变形速度不大时，增加变形速度有降低塑性的作用。这是由于变形抗力增 加所引起的塑性降低，大于温度效应所引起的塑性增加。变形速度较大时，由于 温度效应较显著，使得塑性基本上不再随变形速度的增加而降低。当变形速度更 高时，则由于温度效应的显著作用，而使塑性回升。 另外，应力状态、变形体的尺寸、变形不均匀性都对塑性有影响：在应力状 态中，压应力个数愈多，数值愈大，则金属的塑性愈高。反之，拉应力个数愈多， 数值愈大则金属的塑性越低。变形体尺寸越大，塑性和变形抗力就越低。毛坯的 表面也会影响塑性，这在冷成形进尤为明显。改善变形的不均匀，将减小附加应 力，从而降低变形抗力和提高塑性【5 8 1 。 通过对奥氏体不锈钢t p 3 4 7 h 工艺研究现状描述可知，影响奥氏体不锈钢 t p 3 4 7 h 钢热轧塑性的因素主要有：钢的化学成分、冶炼及浇注工艺、加工工艺。 因此，要提高奥氏体不锈钢t p 3 4 7 h 钢热轧性能，则需通过如下措施来实现。 1 ) 通过钢的化学成分研究，制定t p 3 4 7 h 钢的有利于改善钢热轧塑性的化学 成分控制原则。 2 ) 通过研究钢纯洁度来优化冶炼工艺，提高钢的内在质量以改善钢的热轧性 能。 3 ) 通过浇注工艺研究，提高钢锭的铸态质量。 4 ) 通过加工工艺研究来制定适宜的、利于改善钢热塑性的加工工艺规程。 1 5 本课题研究的目的、意义和主要内容 长城特钢公司目前是东锅、哈锅两大锅炉厂t p 3 4 7 h 锅炉钢管的主要供货厂， 由于目前火电行业的广阔前景，对t p 3 4 7 h 钢的需求越来越大。但是，放量生产 后，暴露出来了如：初轧开坯的表面鱼鳞状横裂，钢坯中心缩管、空洞，钢坯硬 度偏高而致的车削剥皮困难，挤压荒管内、外壁毛细裂纹等问题，其中又以初轧 1 7 重庆大学硕士学位论文1 绪论 开坯的表面鱼鳞状横裂和钢坯中心空洞最为严重。在长城特钢，仅2 0 0 1 年底至 2 0 0 2 年初，因表面横裂导致的剥皮损失就高达1 1 5 0 ( 较一般不锈钢高3 0 ) 。 以年产5 0 0 0 吨计，则多损失成品钢1 5 0 - 2 0 0 吨，折合产值则为4 0 0 - 5 0 0 万。因此， 必须研究t p 3 4 7 h 的冶炼、轧制开坯工艺，探索产生该钢轧制圆管坯表面横裂及 中心空洞的基本原因，采取措施、优化工艺以减小该钢的剥皮损失从而节约成本， 为企业的发展作出应有的贡献。同时，通过对该钢的系统认识和研究，可以积累 大量的数据和现场经验，为以后其他类似钢的研制奠定坚实的理论基础和实践经 验。 通过文献评述，我们认为：奥氏体不锈钢t p 3 4 7 h 热塑性差导致了该钢轧制管 坯产生开裂。而影响该钢塑性的原因则是多方面的，如：化学成分、金属本身的 晶格类型、金相组织、钢的纯净度、变形时的外部条件等；以长城特钢目前的试 验条件及检验手段来讲，进行全面的塑性影响因素研究是不可能的，因此选择了 其中对生产有实际指导意义的参数进行研究，以期能圆满解决目前钢厂存在的问 题。 而管坯中心空洞，其产生的可能原因有两个，一是钢锭本身的缺陷，即疏松 或缩孔太严重，轧制管坯时无法使缺陷焊合；二是轧制 2 2 0 m m 管坯时，锭型太 小而致的压缩比不够，使钢锭缺陷无法焊合。可以看出，两种可能的原因都与钢 锭本身的疏松或缩孔有关。而影响钢锭疏松或缩孔缺陷的一个重要因素即是：锭 模选择。那么，要改善钢锭疏松或缩孔缺陷，以解决大规格管坯的中心空洞，则 必须选择合理的锭型。 基于上述原因，本文结合本厂生产实际情况，分三个阶段进行解决t p 3 4 7 h 钢 热塑性和该钢轧制管坯中心孔洞的工艺试验。在试验的三个阶段，各阶段开展的 研究工作分别是： 第一阶段：化学成分、脱氧工艺及热轧加热温度研究 1 ) 控制其它成分在规定范围，在同一加热制度下，调整钢中n i 含量，按炉 次取热轧堆冷试样进行a 相评级，并与以前生产炉号的管坯进行对比，以研究n i 含量变化对钢坯a 相的影响，从而制订化学成分的内部控制原则； 2 ) 按钢液总量的o 0 0 5 力n 入微量元素b ，与不加b 钢进行轧制后的表面质量 对比，考察加b 对t p 3 4 7 h 钢热轧塑性的影响。 3 ) 增加脱氧剂砧用量，以复合脱氧剂c a - s i 代替s i - f e 脱氧，考察脱氧剂用 量、种类对t p 3 4 7 h 钢氧含量的影响。 4 ) 进行精炼后期包中加稀土o 1 的工艺试验，并于加稀土前后取钢样、轧后 取钢坯样分析硫、氧、夹杂物含量，分析钢中加稀土对该钢的影响，并考察稀土 对钢的变质作用。 重庆大学硕士学位论文1 绪论 5 ) 在1 1 8 0 - - - 1 2 3 0 范围进行钢锭加热温度试验研究，考察在此温度范围钢的 热轧性能。并在实验室作不同固溶温度的实验，检验钢中d 相的含量，考察加热 温度对此钢a 相的影响。 第二阶段：前阶段工艺调整及锭型试验 根据第一阶段的试验结果及分析，调整本阶段工艺及参数并验证。根据轧制 规格需要进行3 o t 锭型浇注试验，与前阶段使用的3 2 t 锭型对比，考察两种锭型 在改善钢锭缩孔方面的优劣。 第三阶段：继续锭型试验及精炼渣研究 根据前两个阶段的试验结果，调整精炼渣成分，考察精炼渣碱度对氧含量、 夹杂的影响。并考察浇注3 5 t 矩形锭对钢坯质量的影响。 1 9 重庆大学硕士学位论文 2t p 3 4 7 h 钢工业试验研究 2t p 3 4 7 h 钢工业试验研究 通过对影响奥氏体不锈钢高温塑性的化学成分、钢纯洁度、加工工艺及微量 元素的分析研究，制订了按三个试验阶段进行工业试验的研究方案，并明确了各 阶段的研究任务。按研究内容拟订的任务，于2 0 0 3 年开始进行工业试验。 2 1 试验工艺流程及设备 2 1 1 试验工艺流程 2 1 2 试验设备 3 0 吨高功率三相交流电弧炉。 4 0 吨v o d 底吹氩真空精炼炉。 4 0 吨坑式天然气均热炉。 0 8 2 5 m m 初轧精轧可逆轧机组。 红外快速定c 、s 仪( l e c o c s 3 4 ) ，直读式光谱分析仪( e 2 0 0 0 ) 。 氧氮气体分析仪( l e c os 1 3 6 ) 。 奥林巴斯( o i f 旧u sg x 7 1 ) 倒置式金相显微镜。 2 2 试验工艺及参数 2 2 1 冶炼工艺及参数 化学成分控制要求见表2 1 ：( ) 表2 1 化学成分控制( ) t a b l e 2 1c h e m i c a lc o m p o s i t i o no fr e f i n e ds t e e l ( ) cpss im n c rn i n b 0 0 4 0 0 6 郢0 3 5郢0 2 0 0 2 0 0 5 01 2 0 1 6 01 7 2 0 - 1 7 6 09 5 0 - 1 0 5 08 c 1 0 0 工艺路线：e f + v o d 。原材料要求：v o d 用石灰要求s 9 0 r a i n ，氧化温度三1 5 9 0 ，终点碳：4 - 0 5 0 r 根据化清c r 含量，适当控制终点碳) 。 b 、加强予还原、还原操作，若s 0 0 2 0 则需倒包。 c 、合金化好，。温度2 1 6 5 0 ，扒渣出钢( 炉渣尽量扒干净) 。 d 、入罐条件：c + s i s m i n ，为确保 真空度，要求蒸汽压力8 埏i l 瑚2 。 b 、化渣加：舢锭、f e s i 、c a - s i 、j - m n ( f e s i 、j - m n 根据入罐s i 、m n 含量 及钢水量、吹氧量等适当调整) ，精选石灰、萤石。真空化渣时间1 5 m i n ，破空后 在炉渣化好、钢液脱氧良好后的前提下，加n b f e ，加n b f e 后抽空约5 m i n ，破 空后取样。 c 、样回，温度合适，s 8 m i n ，吊包温度1 5 4 0 - - 1 5 5 0 。 保护浇注，锭型要求见表2 2 ，注意控制注温注速。钢锭红送轧制。 表2 2 锭型要求 t a b l e 2 2t h er e q u i r e m e n tf o ri n g o tm o u l d 0 9 0 - - - 10 5 m m1 10 m m2 2 啪6 2 m m 2 2 t 方2 2 t 或3 0 t 方( 3 0 t 优先)3 0 t 或3 5 t ( 3 0 t 优先) 2 2 2 轧制开坯工艺及参数 均热工艺( 图2 1 、2 2 ) 不 h 图2 1 红装加热工艺 f i g 2 1h e a tp r o c e s s i n go fh o tc h a r g eo fi n g o t 2 1 _ 1 1 0 p p m ) ，而本次冶炼之 t p 3 4 7 h 的氧含量较低( 9 8 0 的炉号( 4 0 4 v 4 6 1 、4 0 4 v 4 6 2 ) 与含n i 9 5 3 的炉号( 4 0 4 v 4 6 3 ) 相较，后者穿管后有细微裂纹产生。 6 ) 温度的影响 试验的7 炉t p 3 4 7 h 钢，在均热温度1 1 8 0 - - 1 2 3 0 。c 范围，轧制均正常( 规格西1 1 0 衄) ，无以前的开裂现象。从温度对a 相的影响看，在1 1 0 0 - - 1 2 0 0 温度范围固溶， 岱相级别几乎无变化。从表2 4 、2 6 还可以看出，本次试验钢( 加热温度 1 1 8 0 - 1 2 3 0 ) 的a 相级别与试验前钢( 加热温度1 2 5 0 c ) 的a 相级别相差不大。 2 3 2 第二阶段试验内容及结果 试验内容 根据上阶段试验结果，本阶段增加了脱氧剂趟用量、进行了1 1 0 m m 规格不 重庆大学硕士学位论文2t p 3 4 7 h 钢工业试验研究 加稀土、0 2 2 0 m m 以上规格钢坯的浇注锭型对比试验及提高轧制加热温度至 1 2 5 0 轧制试验。 生产及检验情况 1 ) 冶炼情况：表2 8 、2 9 列出了第二阶段试验钢的冶炼情况及成品成分。 表2 8 第二阶段试验钢的冶炼控制情况 t a b l e 2 8t h er e f m i n gs i t u a t i o no fs t e e la ts e c o n de x p e r i m e n t a ls t a g e _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - - _ - _ _ _ _ - - _ _ - - ti i i f - - _ - _ _ _ 一 炉号耗氧姗叫 脱氧剂k g渣料k g终脱氧k g 锭型t备注 a 1f e s i c a s i 石灰 j 2 0 3 萤石 4 0 0 v 6 3 77 5 0 3 2 1 0 0 1 0 01 2 0 0 1 0 0a 1 ：1 6 0 m2 8 5b8 k g 4 0 4 v 6 4 27 1 93 4 0 2 4 01 0 0 1 2 0 01 0 05 0 3 2 3 r e 4 0 k g ；b 8 k g 4 0 4 v 6 4 35 6 03 41 0 01 6 01 0 0 05 05 0 2 8 5 r e 4 0 k g ；m o k g 4 0 4 v 6 4 56 6 0 3 41 5 01 0 06 0 05 0a i ：4 0 m2 8 5b8 k g 4 0 0 v 6 5 55 7 63 41 0 01 6 01 0 0 05 05 0a j ：8 0 m2 8 5b 8 k g 4 0 4 v 6 5 66 2 03 4 1 5 0 1 0 0 0 5 0c a s i 8 0 m2 8 5b8 k g 表2 9 第二阶段试验钢的成品成分， t a b l e 2 9c o m p o s i t i o no ff i n i s h e ds t e e la tt h es e c o n de x p e r i m e n t a ls t a g e 炉号 cpss im n c r n in b c u a i br e 2 ) 轧制情况 本次轧制o l l o m m 、0 2 5 2 r n m 、0 2 6 0 m m 各规格，采用加热制度为：1 2 5 0 x 3 5 h ， 均无轧制开裂现象，但少数钢锭头、尾局部出现折叠、包边；后步工序剥皮后反 映，试验钢表面较好，符合中间坯转移标准。锯切后，又对坯料进行了检查，发 现：0 1 1 0 m m 规格的所有炉号都无坯料中心空洞问题，炉号4 0 4 v 6 4 3 以3 o t 锭轧 制0 2 6 0 m m 也没有出现空洞，但是4 0 4 v 6 4 2 以3 2 t 锭轧制0 2 5 2 m m 规格却发现有 空洞现象。 3 ) 检验 第二阶段试验仍检验了试验炉号的夹杂及氧含量，具体数据列于表2 1 0 。 重庆大学硕士学位论文 2t p 3 4 7 h 钢工业试验研究 表2 1 0 第二阶段试验钢的夹杂及氧含量 t a b l e 2 10i n c l u s i o na n do x y g e nc o n t e n to fs t e e la tt h es e c o n de x p e r i m e n t a ls t a g e 炉号 非金属 夹 杂( 级)氧含量 a 细a 粗b 细b 粗c 细c 粗d 细d 租( p p m ) 试验结果 从表2 9 、2 1 0 可以看出，增加脱氧剂趾用量后，钢中砧含量有所增加。 表2 1 0 列出了本次试验钢的非金属夹杂、氧含量检验情况，可以看出：与加 稀土的炉号相比，四炉0 1 1 0 m m 管坯未加稀土，其氧化物夹杂有所降低，但还是 超出中间坯的标准( 5 2 5 级) 要求。 从轧制情况来看，提高轧制加热温度至1 2 5 0 后，并没有出现轧制不好的情 况，此加热温度下，轧制抗力相对较小，使轧制比较顺畅，因而如此的加热温度 是可行的。 锭型试验发现：3 o t 锭轧制的2 6 0 m m 规格没有出现空洞，而3 2 t 锭轧制的 0 2 5 2 m m 规格却发现有空洞现象。分析这可能是3 优锭较3 2 t 锭矮胖些，疏松、 缩孔等钢锭缺陷较轻，从而未出现轧制空洞。那么以钢锭的尺寸可以推断，更为 矮胖的3 5 t 矩形锭应该比3 0 t 、3 2 t 锭有更好的减小疏松、缩孔等钢锭缺陷的尺寸 优势。因此，下阶段应进行3 5 t 锭的试验，以验证这种推论。 2 3 3 第三阶段试验内容及结果 试验内容 前两个阶段的试验，基本控制了管坯的轧制开裂，但管坯非金属夹杂级别高 的问题仍未得到解决。本阶段试验的主要内容进行精炼炉渣系调整，以降低钢中 夹杂物。同时，根据第二阶段的推论进行3 5 t 锭浇注试验。 生产及检验情况 1 ) 第三阶段冶炼情况及成品成分( 见表2 1 l 、2 1 2 ) 2 7 重庆大学硕士学位论文 2t p 3 4 7 h 钢工业试验研究 表2 1 l 第三阶段冶炼情况 ：! 呈! ! ! ：兰：! ! 垦三! ! 翌垫量! i 坐坐1 2 里坐坐! ! ! 塑! 圣已! 塑望坠! ! 堡垒! 炉号耗氧量 脱氧剂k g 渣料k g终脱氧 锭型t备注 4 0 4 v 7 2 96 0 7 4 0 4 v 8 0 15 1 0 4 0 4 v 8 0 25 8 0 4 0 4 v 8 0 45 5 0 4 0 4 v 8 0 5 4 0 9 4 0 4 v 8 0 66 5 6 4 0 4 v 8 0 94 8 l 4 0 4 v 8 5 86 5 0 2 2 0 0 2 0 0 2 0 0 2 0 0 2 0 0 2 0 0 2 0 0 1 0 0 0 一 1 0 0 05 0 7 0 0 1 2 0 0 一 1 2 0 0 一 l 0 0 05 0 1 0 0 0 一 1 0 0 05 0 a 1 ：1 2 0 m2 8 5 火砖5 0 k g ；b7 k g a i - 6 0 m2 1 8 a i ：8 0 m2 1 8 砧：1 5 0 m2 1 8 a i ：8 0 m2 1 8 a 1 4 0 k g 2 1 8 2 1 8 a 1 ：1 2 0 m3 2 3 火砖8 0 k g ；b8 k g 火砖4 0 k g ：b8 k g 火砖6 5 k g ：b8 k g 火砖l o o k g ；b7 k g 火砖8 0 k g ；b8 k g 火砖6 0 k g ；b8 k g 火砖7 0 k g ；b8 k g 4 0 4 v 8 5 9 4 6 03 2 0 1 0 0 2 0 01 0 0 05 0a 1 ：8 0 m3 2 3 ：3 5 火砖l o o k g ；b8 k g 表2 1 2 第三阶段试验钢成品成分 ：! 皇! ! 曼：! ：9 2 翌2 1 1 堕2 呈2 1 兰! 宝曼! 坐坐! 尘i 翌宝兰2 婴! 呈型! 里量曼 炉号 化学 成分， cpss im nc rn in b c ua 1b 4 1 n v 7 2 90 0 5 5 0 0 3 00 0 1 4o ，2 91 3 41 7 6 59 7 8o 6 0o 1 50 0 1 5加 4 0 4 v 8 0 10 0 5 00 0 2 70 0 1 40 5 5 1 4 71 7 2 09 8 00 5 10 1 10 0 2 7 4 0 4 v 8 0 2 0 0 5 00 0 2 60 0 2 40 4 61 4 01 7 3 29 8 3 o 5 20 1 40 0 2 6 4 0 4 v 8 0 40 0 4 70 0 2 60 0 1 7 0 2 41 4 91 7 3 8l o 0 00 5 50 1 60 0 5 8 4 1 n v 8 0 50 0 6 20 0 2 70 0 2 10 2 61 5 21 7 1 51 0 0 3 0 5 60 1 50 0 2 8 4 0 4 v 8 0 60 。t ) 4 50 0 2 7o 0 2 4 0 1 71 3 51 7 7 89 7 60 4 50 1 40 0 1 0 4 0 4 v 8 0 9 0 0 5 50 0 3 00 0 1 50 3 11 3 61 7 3 59 8 3 0 4 60 1 40 0 3 3 4 0 4 v 8 5 8o 0 5 50 0 3 00 0 1 50 4 0 1 3 71 7 7 89 8 5o 4 60 1 60 0 4 0 加 加 加 加 加 加 加 4 0 4 v 8 5 9 o 0 4 5o 0 3 00 0 1 60 4 51 5 31 7 4 0 9 9 0o 5 9o 1 5o 0 3 7加 _ - - _ _ _ _ - _ _ _ - l _ _ - _ _ _ _ l i _ _ - - l _ _ i _ _ _ - _ l - _ _ _ - _ _ - i _ l _ - _ - - _ _ _ - _ _ i l _ - _ _ - - l _ - _ _ - - - _ _ _ _ - - _ l _ _ - _ _ _ _ _ _ - _ 一i ll _ _ _ _ _ _ _ _ 一 2 ) 轧制情况 本次试验的9 炉钢，三种锭型轧制表面都无重大缺陷，即使是浇注条件较差的 单支3 5 t 锭，亦未出现表面质量不好的情况。说明经过三次工艺试验的逐步改进， t p 3 4 7 h 轧制管坯的表面已无大的缺陷，能满足管坯的中间转移标准。 3 ) 检验 本次试验仍检验了钢坯的非金属夹杂和氧含量，并外委进行了v o d 精炼炉调 渣前后炉渣的成分分析，结果如表2 1 3 、2 1 4 所示。 2 8 一 一 o 砌 砌 砌 一 一 m ：耍 约 加 加 加 蚰 幻 加 3 3 3 3 3 3 2 3 重庆大学硕士学位论文 2t p 3 4 7 h 钢工业试验研究 表2 1 3 第三阶段钢坯非金属夹杂和氧含量 t a b l e 2 13i n c l u s i o na n do x y g e nc o n t e n to fs t e e la tt h et h i r de x p e r i m e n t a ls t a g e _ - - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ - - _ _ _ _ _ - - _ _ _ _ _ _ - - - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ - _ 一 i - - - _ _ - _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ 一 非金属夹杂( 级)氧含量 炉号 a 细a 粗 b 细 b 粗 cc 粗d 细 d 粗p p m 4 0 4 v 7 2 91 0 1 01 0 1 01 5 0 52 0 1 00001 0 2 01 1 2 4 0 4 v 8 0 l2 o 1 0o 5 0 51 5 1 01 5 o 50001 5 2 54 7 4 0 4 v 8 0 23 5 3 00 5 0 52 0 1 52 5 1 0000 0 9 2 4 0 4 v 8 0 4 2 0 2 5 1 0 1 0 2 0 o 5 0o00 4 0 4 v 8 0 52 o 2 01 0 1 01 5 1 50 5 0 50 4 0 4 v 8 0 63 o 3 o1 0 1 02 0 1 00 5 0 5 0 4 0 4 v 8 0 92 0 1 5 4 0 4 v 8 5 82 0 1 0 4 0 4 v 8 5 92 0 1 5 o 0 o f q o o 1 0 1 0 1 0 加5 0 5 1 0 03 4 04 8 o 1 09 3 03 9 04 2 o6 1 表2 1 4v o d 调渣前后炉渣的成分分析， t a b l e 2 14c o m p o s i t i o no fr e f i n i n gs l a g si nv o db e f o r ea n da f t e rs l a ga d j u s t m e n t 炉号c a f ，f e os i o ，a 1 ，0 1c a o m g o m n o c r 2 0 3 合计 _一 mi i -一t l_ _ _ l l _ _ _ _ _ i _ 4 0 4 v 7 2 9 a 0 51 4 22 0 3 03 3 8 83 4 4 73 3 42 6 6 3 6 81 0 0 2 5 4 0 4 v 7 2 9 b o 5 1 0 3 21 4 63 4 5 73 4 0 7 3 3 52 3 92 6 09 9 9 7 4 0 4 v 8 0 1 a1 0 7 0 6 4 1 9 0 3 2 7 54 2 4 66 0 20 6 8 80 7 4 19 8 1 5 2 4 0 4 v 8 0 l b1 1 5 o 52 1 6 22 6 1 64 1 1 4 6 0 70 7 3 30 6 69 8 0 3 3 4 0 4 v 8 0 2 a0 50 7 01 7 1 43 6 7 93 3 1 9 6 1 21 6 11 6 29 7 6 7 8 4 0 4 v 8 0 2 b o 51 0 3l7 7 33 5 3 43 2 7 66 1 21 6 5 1 4 89 6 6 1 4 0 4 v 8 0 4 a0 50 6 41 5 82 9 9 54 2 7 16 6 20 7 7 6 0 9 0 29 7 9 0 1 4 0 4 v 8 0 4 b 0 50 7 71 6 9 22 9 4 94 1 6 56 7 7 0 7 6 60 8 1 49 7 6 8 4 0 4 v 8 0 5 ao 50 6 417 2 52 6 7 64 7 2 2 2 7 2l - 41 69 8 0 9 3 4 0 4 v 8 0 5 b o 51 1 61 8 。1 22 6 1 2 4 5 5 23 。1 21 2 01 4 19 7 1 5 4 0 4 v 8 0 6 a1 1 l0 6 41 9 5 22 9 5 83 7 7 35 5 l 1 6 11 89 7 5 0 3 4 0 4 v 8 0 6 b1 1 5 o 52 0 5 52 9 2 43 6 7 l5 4 6 1 8 01 6 89 7 0 9 4 0 4 v 8 0 9 a0 50 9 72 0 3 72 3 4 54 5 2 74 3 71 1 l1 8 2 9 7 8 6 8 4 0 4 v 8 0 9 b _ 1 1 0 p p m ) ，氧含量 较低( _ 9 8 0 的炉号( 4 0 4 v 4 6 1 、4 0 4 v 4 6 2 ) 与含n i9 5 3 的炉号( 4 0 4 v 4 6 3 ) 相较，后者穿管后有细微裂纹产生。 温度的影响 在均热温度1 1 8 0 - - 1 2 5 0 范围，轧制均正常，无以前的开裂现象。从温度对a 相的影响看，在1 1 0 0 - - , 1 2 0 0 温度范围固溶，c t 相级别几乎无变化。在n i 含量相 近的情况下，本次试验钢( a n 热温度1 1 8 0 , - - 1 2 5 0 ) 的a 相级别相差不大。 调渣对钢中夹杂及氧含量的影响 加火砖块调渣后，a 类夹杂略有上升，b 、d 类夹杂明显降低，c 类几乎不影 响。说明，对该钢种来说，适当地降低碱度，对降低b 类氧化物夹杂有益处。 锭型对钢质量的影响 锭型试验表明，3 o t 方锭和3 5 t 矩形锭较3 2 t 方锭使用效果好。使用前两种锭 型后，试验钢没有出现轧制管坯中疏、缩孔及中心空洞的现象。 3 2 重庆大学硕士学位论文 3t p 3 4 7 h 钢热轧性能的影响因素分析工业试验研究 3t p 3 4 7 h 钢热轧性能的影响因素分析 在试验阶段，考察了化学成分n i 含量、微量元素b 含量、稀土、轧制加热温 度、锭型及渣系等对钢热轧塑性、空洞及纯净度的影响，得到了各阶段的试验结 果。但是，各阶段仅进行了试验数据的整理，并未将试验数据与理论结合，深入 分析各项指标对钢质量的影响。因此，有必要就整个试验结果作一系统、完整的 理论分析和讨论。 3 1 化学成分对t p 3 4 7 h 钢热轧性能的影响 对奥氏体不锈钢来说，若在奥氏体基体上出现铁素体相，则会由于两相之间 化学成分、力学性能及热稳定性等方面的差异给奥氏体不锈钢的热加工性能带来 不利影响：如使热加工产生裂纹的倾向性增大；在高温下较长时间加热时，伍相铁 素体会转变为。相使钢变脆等。因此，热加工过程出现的a 相即有可能是轧制管 坯开裂的原因之一。而影响q 相的因素则为化学成分与轧制加热温度。由文献评 述f m 】可知，对t p 3 4 7 h 钢，化学成分中n i 、m n 、c 为扩大奥氏体区，为n i 当量 形成元素，其余为强烈形成铁素体( c r 当量) 元素。因此，要减少甚至消除奥氏 体不锈钢中5 铁素体，就必须提高钢的n i 当量，减少钢的c r 当量。 事实上，在整个试验工艺中，规定了控制化学成分中c r 、n b 、s i 在规格偏下 限，控制了c r 当量在较低范围且变化不大。在此情况下，考察n i 含量的变化对 钢中6 铁素体的影响更为合理。 试验分析了不同n i 含量对t p 3 4 7 h 钢质量的影响。由表2 4 - - 2 6 可知，n i 含 量在9 5 0 - - 1 0 5 0 之间，在加热温度一定的情况下，a 相评级差别不大，而且这种 差异对t p 3 4 7 h 钢管坯的* l n 没有任何影响。究其原因，我们认为可能是：按照内 控成分控制后，该钢的c r 当量与n i 当量搭配得当，使室温下钢的奥氏体化组织 更趋稳定。同时，以s c h a e f f i e r 公式【2 】及澳钢联公式【3 】( 式1 1 - 1 3 ) 计算了表2 4 中试验钢的c r 、n i 当量及铁素体含量，见表3 1 。 3 3 重庆大学硕士学位论文3t p 3 4 7 h 钢热轧性能的影响因素分析工业试验研究 表3 1 试验钢的c r 、n i 当量计算 t a b l e 3 1c ra n dn ie q u i v a l e n c ec a l c u l a t i o no fs t e e l 炉号 化 学 成分( ) c r 当量n i 当量6 铁素体6 铁素体 炉号 n i 当量 cpss i m n n i c rn b 理论值实测 由表3 1 可知，试验炉号的c r 当量= 1 7 8 9 1 8 0 8 5 ，n i 当量= 1 1 6 0 1 2 0 9 ，计 算结果没有6 铁素体。查室温下不锈钢的组织与铬镍当量的关系( h a m m o n d 图， 见图3 1 ) 可知，理论上试验钢也是没有铁素体相的。但试验钢仍然发现有极少量 的a 相，我们认为，可能的原因是：在f e - c r - n i 合金三元相图( 图3 2 ) 中，该钢 化学成分处于y 相区内靠近y + a 双相区下部边界线部位，因而比较容易出现极少 量的铁素体。 2 2 1 3 爨l t 群 j o 6 l 曩 】t2 22 6 3 0 豁当量 图3 1 室温下不锈钢的组织与铬镍当量的关系 f i g 3 1 t h er e l a t i o n s h i po fc r , n ie q u i v a l e n c ea n dm a t r i xo fs t a i n l e s ss t e e la tr o o mt e m p e r a t u r e 重庆大学硕士学位论文 3t p 3 4 7 h 钢热轧性能的影响因素分析工业试验研究 f e锄4 0明 奠， c r o2 03 0 柚 镶，鼻 图3 2f e - c r - n i 合金三元相图 f i g 3 2 f e c r - n ia l l o yp h a s ed i a g r a m 由以上的分析可知，控制较低的c r 当量，较高的n i 当量可以有效地防止奥 氏体不锈钢中生成铁素体。因此，可以以提高c 、m n 、n i 含量来提高n i 当量， 但是对t p 3 4 7 h 来说，在化学成分范围内，提高c 含量的同时必然要提高n b 含量， 这是不经济的。那么，势必要以提高n i 含量来提高n i 当量，而n i 为贵重元素， 提高n i 必然带来成本的增加。于是，降低钢中c r 当量则为首选。事实上，化学 成分内控要求c r 当量元素都在成分下限，并规定了n i 含量必须大于9 5 0 。在此 范围，极少量的a 相出现没有对该钢的轧制性能造成大的影响。由此说明，对 t p 3 4 7 h 钢，钢中n i 含量在9 5 0 - 1 0 5 0 之间，极少量的a 相出现不会对该钢的轧 制性能造成大的影响，建议控制n i 含量在9 8 0 - 1 0 0 0 范围。 3 2 微量元素b 对t p 3 4 7 h 钢热轧性能的影响 由文献评述可知，b 对奥氏体不锈钢有净化钢晶界的作用。试验考察了t p 3 4 7 h 钢加b 与不加b 的对比试验试验效果。试验结果表明，有氧含量达1 1 2 p p m 的加b 钢炉号( 4 0 4 v 7 2 9 ) ，但其轧制情况并未变坏。说明加b 后，钢的热塑性可能得到 了改善。另外，两种加b 的方式中，以插入方式加入能保证b 的收得率较高，使 b 能充分起到应有的作用。从理论上讲，加b 改善钢热塑性是因为b 的净化钢晶 界的作用。文献【删指出：在硼处理钢中，高变形区内的晶间空位化明显降低，金 属发生完全再结晶。但应该指出，硼处理钢再结晶能力的提高未必是塑性改善的 原因，可能只不过是当晶界断裂被抑制时使塑性变形增加的结果。当然，如果能 充分地抑制晶界断裂而使再结晶发生，则后一现象就能有效的进一步提高塑性。 而b 抑制晶界空位化是b 在晶间偏聚的结果。 3 5 ，怨一 f n 重庆大学硕士学位论文3t p 3 4 7 h 钢热轧性能的影响因素分析工业试验研究 因此可以这样说，对t p 3 4 7 h 奥氏体不锈钢，钢中加b 后，由于b 的净化钢 晶界的作用有可能改善了钢的热塑性。加b 可作为工艺改善的一项措施，但加入 b 的方式必须是插入。 3 3 钢纯净度对t p 3 4 7 h 钢热轧性能的影响 众所周知，为了提高钢材的性能，常常需要控制钢中 h 】、咖、 o 】、【s 、【p 】 等，因为这些元素可以产生白点、晶界偏析、夹杂物等，并影响钢的各种性能如： 抗拉强度、成型性、韧性、抗裂纹、各向异性等。钢的纯净度则是表征钢中杂质 元素含量多少的重要指标，纯净度高则表明杂质元素含量少。而氧和硫是钢的纯 净度的重要参量，采用各种方法将其降到最低值是