微合金化钢的合金化工艺优化试验及经济性分析重钢.doc

V微合金化钢的合金化工艺优化试验及经济性分析摘要：近年多来，V-Fe合金市场价格涨幅较大，采用该种合金微合金化显得非常不经济，影响产品的竞争力。为此，课题组对重钢公司加V微合金化品种钢的合金化工艺进行了分析，探索了用其它能够降低合金化成本的合金元素替代V微合金化，取得了较好的效果。关键词：V微合金化；沉淀强化；Q420A；V（CN） The Test to Optimize the Technics and the Economic Analysis on V Microalloyed SteelLi Bichun Zhou Yuanhua Zhang Jinnan(Iron and Steel Research Institute of Chongqing Iron and Steel Co. Ltd.)ABSTRACT：At the recent years, the price of V-Fe alloy in the market is high. Its uneconomical to adopt this alloy. The rivalrousness of the correlative product has been affected. So,we analysed the technics of the microalloyed steel which add V, explored other alloy elements which can replace it, and gained the good effect.KEY WORDS：V Alloy Technics optimized 0 引言重钢公司现有的加V微合金化品种钢，因VFe合金市场价格的涨幅较大，成本较高，无竞争优势，因此，有必要对该部分钢种的微合金化工艺进行研究，并加以优化。课题组通过对V微合金化的作用及其价格波动情况进行了认真的调查研究，寻求其它相对价格较便宜且比较稳定的合金元素来替代现有加V微合金化方式，并且为适应市场合金价格的涨跌，在合金价格波动时便于公司采用最经济的微合金化方式，计算了新工艺合金元素与原工艺加V微合金化的盈亏平衡点，以便替代的合金元素其市场价格发生逆转，及时调整微合金化方式，以达到既能确保钢材性能满足用户需要又同时成本较低的目的。通过调研及试验工作，修改了板坯Q420A的工艺规程，在确保产品性能的前提下，适当调低了其成品成分V的下限。在方坯HRB400上进行了VN微合金化试验，试验结果表明采用VN合金微合金化，V、N的回收率平均为95.78%、55.80%，同时Si、Mn等合金元素的回收也比较稳定，与大生产相当。使用VN合金微合金化，与加V-Fe微合金化工艺相比，可以节约30%以上的V，微合金化成本可相应降低。试验钢在碳当量相当且V含量平均低约0.012%的情况下，抗拉强度有显著提高，屈服强度提高明显，塑性指标与原工艺相当，完全可以满足HRB400钢的使用技术要求。证明加VN微合金化对HRB400钢质量无不良影响，是一种增V、N效果稳定，强化作用较好、比较经济的合金添加材料。通过对HRB335加Nb微合金化的试验，其性能指标达到了HRB400内控要求，成本也比较有竞争力，可经过试验进一步摸索相应的冶炼和轧制工艺参数，在HRB400钢上推广应用。1替代V微合金化的合金元素及品种近几年来VN合金逐渐得到较广泛的应用，其因VN强化作用可以减少V的加入量，节约V合金，相应降低微合金化成本。据专家介绍，从提高钢的强度方面来说，一份Nb（0.01%）可替代近两份V(0.02%)，而且Nb在提高强度的同时对钢的韧性影响不大，在微合金化方面有其独特的优势，同时Nb-Fe合金价格相对稳定。因此选择VN合金及Nb-Fe合金是较好的替代V-Fe微合金化的合金品种。公司现采用V微合金化的品种有：方坯HRB400；板坯LF590、WT60R系列、Q420A等，板坯品种都属高强度钢种，轧制时板形控制要求严格，在控轧后需经热处理。因此，采用Nb+V微合金化，根据强度级别对部分品种成品成分V，Nb进行了适当调整。2试验条件2.1试验钢种HRB335及HRB400钢。2.2试验用合金材料及方法试验用Fe-Nb属国标GB/T7737-1997中60牌号，Fe-Nb60-A(P0.05%，S0.03%)，巴西生产。VN合金含V77.8%78.6%，N15.7%16.8%，余量为C、Si、Fe等。试验用VN合金在出钢过程中加入，待其它合金加完后最后人工加入。Fe-Nb加入方式：不进LF，在出钢过程中加入；进LF则在精炼过程中加入。3试验结果及分析3.1 试验钢成分控制及合金回收情况加VN合金微合金化试验按照试验方案在HRB400钢种上进行。试验钢成品成分及合金回收情况如表1。加Fe-Nb合金微合金化在HRB335钢上进行了试验。表1微合金化工艺优化试验钢熔炼成分及合金回收对比特征值成品成分（%）合金回收率（%）CSiMnVN*104SiMnVN1N2试验钢（HRB400）N131313137131313770.220.471.450.06310396.4197.8295.7878.9055.80Xmin0.200.401.430.0598982.5386.0491.6868.9345.56Xmax0.230.511.490.06811010010010085.2861.92非试验钢（HRB400）N151515151111110.220.441.440.07585.8896.1885.30Xmin0.200.291.390.06678.8392.1481.97Xmax0.230.611.480.08093.6298.9187.6215MnVNN9999988.6097.8586.7474.5754.75Xmin81.6394.2984.1357.1637.22Xmax10010092.3585.8366.33注：N1为未考虑炼钢过程增氮所计算的回收率。N2为扣除炼钢过程增氮(以30PPM估算)所计算的回收率。15MnVN及HRB400试验钢为经LF处理数据。由表1可知，在同等条件下，试验炉次出钢过程中加入的合金元素Mn的回收率与大生产持平，Si、V、N的回收率则有明显提高。因此可以说，V-N合金对出钢过程中加入的合金元素的回收无不利影响，且因其自身V、N合金元素回收率比较稳定，表明它是一种增V、N效果稳定的合金添加材料。加Fe-Nb合金微合金化因HRB400钢无订货合同，在HRB335钢上进行了试验，试验钢成品成分为0.20%C，0.48%Si，1.46%Mn，0.017%P，0.010%S，0.023%Nb，合金回收率与大生产持平。3.2 试验钢钢中气体含量试验时取结晶器钢水气体样，结果如表2。表2微合金化工艺优化试验钢中气体含量(钢种：HRB400)特征值结 晶 器 气 体 ， ppmNHON7771031.8835Xmin891.4223Xmax1102.9267可见，试验钢中气体氢、氧含量正常，与大生产持平。3.3铸坯硫印和低倍检验情况试验时抽取了一个浇次2炉铸坯(第一炉和中间一个炉次的中节坯)进行了硫印和低倍检验，结果表明铸坯质量良好。3.4试验铸坯所轧制的螺纹钢性能指标试验铸坯在型钢厂棒材轧机上轧制成螺纹钢，经取样检验，结果如表3。试验炉次螺纹钢性能合格率为100%。表3 微合金化工艺优化试验钢物理性能对比(HRB355、HRB400螺纹钢，规格分别为12、25mm)特征值物理性能备注s,MPab，MPab/s，%国标GB1499-199840057014HRB400公司内控41558576015非试验HRB400N16141416V微合金化4606151.3321Xmin4185951.2919Xmax4906351.3824试验HRB400N13131313VN微合金化4836841.4221Xmin4256701.2319Xmax5657001.6123试验HRB3354156001.4532Nb微合金化非试验HRB3354015601.4032由此可看出，试验炉次的HRB400钢性能指标在碳当量相当且V含量平均低约0.012%的情况下，与普通炉次相比，塑性指标相当，而强度指标则较之稳定提高。少量V的加入具有晶粒细化作用，但主要作用在于沉淀强化。沉淀强化作用取决V的加入量和沉淀相的颗粒尺寸。颗粒越细小，强化作用越大1。VC和VN溶解度相差很大，VN的固溶度积比VC小两个数量级，因而N在V钢中起着决定性作用2。钢中N含量的增加降低了析出相长大和粗化的趋势。钢中增N后，N能强烈地提高析出驱动力，V以富N的V（CN）形式析出，由于V（CN）在奥氏体中有较高的溶解度，因此几乎对热变形工艺无影响，但在冷却过程中会析出，从而通过析出沉淀强化提高钢的强度水平。与VC相比，V（CN）具有更有效的晶粒细化的沉淀强化作用。试验炉次的螺纹钢综合机械性能较好，说明试验使用的VN合金（体现在钢中V/N比）适合该钢种，反映出较好的强度、塑性等综合性能。加Nb试验HRB335钢在Nb含量0.023%偏低(试验方案要求Nb0.025%0.040%)，碳当量0.44%在HRB400内控成分的最下限的情况下，性能达到了HRB400公司内控要求。HRB335钢在碳当量及轧制规格相同，加Nb试验钢，每增加0.01%Nb，s、b约增加6.1、17.4 MPa，与资料介绍尚有差距3，今后将继续试验摸索相应的冶炼和轧制工艺参数。4经济效益分析4.1 采用VN合金代替V-Fe合金微合金化经济效益分析HRB400钢采用VN微合金化成本与原工艺相比较，VN50合金单耗每吨钢约为1.374kg(综合折算)，原工艺V-Fe50合金单耗定额为每吨钢2.03 kg，VN合金市场价是当时V-Fe的约1.19倍(同等V含量计价)。计算公式如下：VN微合金化节约V(%)：(2.03-1.374)/2.03100%=32.32%新工艺微合金化降低成本(%)：(2.03G-1.3741.19G)/( 2.03G)100%=19.46% (式中G为V-Fe价格) 由此可见，VN微合金化较V微合金化节约V32.32%，降低微合金化成本19.46%。4.2 采用Nb微合金化经济效益分析采用Nb微合金化的HRB400钢成本估算：Nb-Fe60加入量每吨钢约需0.70 kg，吨钢微合金化成本约为66.50元。4.3 几种工艺微合金化盈亏分析几种工艺微合金化成本：V-Fe50加入量每吨钢约为2.03 kg，VN50加入量每吨钢约为1.374 kg，Nb-Fe加入量每吨钢约为0.70kg，三者之间比较，V-Fe微合金化成本较VN高约19.46%。V-Fe、VN与Nb-Fe比较：在Nb-Fe60价格分别为V-Fe50、VN50价格的2.9和1.96倍的情况下，两者持平。即Nb-Fe60价格分别高于V-Fe50、VN50价格的1.9和0.96倍的情况下，采用V-Fe或VN更为划算；否则，宜采用Nb-Fe微合金化。5结语（1） HRB400微合金化工艺优化试验结果表明，使用VN合金微合金化对钢材质量无不良影响。HRB400钢使用VN合金微合金化，V、N回收较稳定，可以节约30%以上的V。较原工艺节约微合金化成本19.46%。（2）HRB335钢加Nb-Fe合金微合金化试验结果表明，其性能指标能够达到HRB400内控要求，建议今后继续进行试验工作，以进一步摸索相应的冶炼和轧制工艺参数，在Nb-Fe合金价格有优势时进行推广应用。（3） HRB400加V、VN、Nb三种微合金化工艺成本盈亏：V-Fe微合金化成本较VN高约19.46%。Nb-Fe60价格分别高于V-Fe50、VN50价格的1.9和0.96倍的情况下，采用V-Fe或VN更为划算；否则，宜采用Nb-Fe微合金化。（4）通过对V微合金化钢的微合金化工艺优化项目的实施，节约了贵重合金，降低了微合金化成本，具有良好的经济效益。同时VN或Nb-Fe还可应用在低合金高强度型材和板材等方面，在不影响钢的焊接