增刊1 徐永林等：首钢TMCP工艺E/F级高强船板冶炼工艺 111 冷)一精整一入库. 用，主要表现为：①阻止加热过程奥氏体晶粒的粗 化：②抑制奥氏体的再结晶（动态再结晶、静态再结 2关键生产技术 晶和亚动态再结晶)，显著提高奥氏体的再结晶温 结合首钢工装设备条件，为了能够生产出满足 度：③阻止奥氏体的回复（动态回复、静态回复和 船级社及用户要求的E36、E40、F36和F40级船板， 亚动态回复)；④阻止再结晶晶粒的长大.同时，在 首钢通过采用低碳、Nb、V、Ti微合金化成分设计，严 控轧控冷过程中形成的Nb的碳、氮化物还会起到 格控制化学成分、钢水洁净度、TMCP控轧控冷工艺 一定程度的沉淀强化作用. 制度等主要冶金技术，独立自主开发了合金用量低、 V在合金元素中是强化元素，由于VC、VN、V 工序少、具有良好的低温韧性和焊接性能的E36、 (CN)的沉淀强化，可使钢的强度明显提高.但是V E40、F36和F40级船板.产品成本低、低温韧性及 同时会提高韧脆转变温度，其质量分数一般控制在 可焊性好，质量稳定，产品综合性能优良 0.08%以下. 2.1窄成分控制 T具有强烈的阻止奥氏体晶粒长大的能力，钢 化学成分在很大程度上决定了高强船板的各项 中加入少量T(质量分数小于0.02%)时，即可显著 力学性能6.E36140、F36/40采用的是低碳、微合 提高奥氏体晶粒的粗化温度.这是由于，TN在钢 金化的成分设计，因此C、Mn以及Nb、V、Ti、Ni的稳 中的溶解度很低，在奥氏体区相当稳定，当其尺寸较 定、准确控制直接影响钢板的力学性能.要获得稳 小时(<200m),可强烈地钉扎品界，阻止晶粒的长 定的、满足要求的力学性能指标，必须对这些元素含 大.同时钢中Ti可以固氮从而改善E36/40、36/40 量严格控制，尤其是对钢中C、Mn以及Nb、V、Ti等 船板的应变时效冲击性能.另外，T的氨化物颗粒 微合金元素的窄成分控制， 的存在可抑制焊接热影响区的晶粒粗化.因此，钛 2.1.1碳元素的控制 可同时提高基体金属和焊接热影响区的低温韧性. E/F级高强船板碳含量稳定控制，主要采取以 微合金元素Nb、V和Ti在钢中通过品粒细化 下控制工艺 影响强度和韧性，以Nb最为显著8).E36140、F36/ (1)转炉冶炼 40钢中的Nb、V和Ti微合金化元素含量要求控制 采用顶底复吹转炉，要求底部透气砖工作状态 稳定，主要控制方法如下 良好，保证复吹效果，转炉吹炼初期底吹氩气流量、 (1)合金加入量：冶炼过程中精确控制转炉出 吹炼末期底吹氩气流量根据情况调节，保证炉内钢 钢量，准确计算合金的加入量. 水的均匀性，吹炼末期顶枪采用低枪位、大流量强搅 (2)钢水氧化性的控制：出钢采用A!铁强脱 拌：采用低温拉碳制度，拉碳温度控制在1730℃以 氧，严格控制钢水的氧化性，避免合金烧损. 内，保证一次拉碳命中率，强化转炉操作，防止钢水 (3)合金加入时机：根据合金元素氧化性强弱， 过氧化，稳定吹炼终点目标碳含量 合理控制合金的加入时机，VFe在出钢脱氧后加入， (2)控制增碳. NbFe在精炼过程中加入，TiFe在精炼结束加入，并 LF炉精炼过程中采用控碳深脱硫的冶炼工艺 保证合金成分的均匀. 技术，成功地解决了F炉精炼过程中钢水增碳的 2.2钢质洁净度控制技术 问题，使LF炉精炼过程中钢水增碳量在0.020%以 为了充分发挥控制轧制的作用，必须严格控制 内.同时采用低碳钢包保温剂、低碳中间包覆盖剂、 钢中的有害元素、有害气体及夹杂物.硫和磷对船 低碳结晶器保护渣，在后续工序中进一步控制增碳. 体结构用钢都是非常有害的元素，在钢中分别会产 2.1.2微合金元素的控制 生冷脆、热脆现象，影响钢板性能 钢中微合金元素的特点是能与碳、氮结合成碳 钢中硫、磷含量直接影响到钢板的塑性和韧性， 化物、氨化物和碳氨化物.这些化合物在高温下溶 MnS、氧化物夹杂或碳化物等第二相颗粒的存在都 解，在低温下析出，其作用表现为：加热时阻碍原始 会降低钢的塑性和强韧性，降低钢的延伸率.MS 奥氏体晶粒长大：轧制过程中抑制再结品及再结晶 夹杂属于塑性夹杂物，在乳制过程中会随轧制方向 后的晶粒长大；在低温时起到析出强化作用.钢中 拉长延伸，加大了钢的各向异性，这对钢的横向性能 加入N,可以改善低温韧性，但是须保证钢的洁净 非常不利.硫形成的FS使钢在热轧和焊接中产生 度，严格控制钢中夹杂物的数量及形态 热脆裂纹，含硫较高时，抗HS腐蚀能力大为下降. Nb在控制轧制过程中产生显著的品粒细化作 钢水洁净度是反映钢的总体质量水平的重要标增刊 1 徐永林等: 首钢 TMCP 工艺 E/F 级高强船板冶炼工艺 冷) —精整—入库． 2 关键生产技术 结合首钢工装设备条件，为了能够生产出满足 船级社及用户要求的 E36、E40、F36 和 F40 级船板， 首钢通过采用低碳、Nb、V、Ti 微合金化成分设计，严 格控制化学成分、钢水洁净度、TMCP 控轧控冷工艺 制度等主要冶金技术，独立自主开发了合金用量低、 工序少、具有良好的低温韧性和焊接性能的 E36、 E40、F36 和 F40 级船板． 产品成本低、低温韧性及 可焊性好，质量稳定，产品综合性能优良． 2. 1 窄成分控制 化学成分在很大程度上决定了高强船板的各项 力学性能［6］． E36 /40、F36 /40 采用的是低碳、微合 金化的成分设计，因此 C、Mn 以及 Nb、V、Ti、Ni 的稳 定、准确控制直接影响钢板的力学性能． 要获得稳 定的、满足要求的力学性能指标，必须对这些元素含 量严格控制，尤其是对钢中 C、Mn 以及 Nb、V、Ti 等 微合金元素的窄成分控制． 2. 1. 1 碳元素的控制 E /F 级高强船板碳含量稳定控制，主要采取以 下控制工艺． ( 1) 转炉冶炼． 采用顶底复吹转炉，要求底部透气砖工作状态 良好，保证复吹效果，转炉吹炼初期底吹氩气流量、 吹炼末期底吹氩气流量根据情况调节，保证炉内钢 水的均匀性，吹炼末期顶枪采用低枪位、大流量强搅 拌; 采用低温拉碳制度，拉碳温度控制在 1 730 ℃ 以 内，保证一次拉碳命中率，强化转炉操作，防止钢水 过氧化，稳定吹炼终点目标碳含量． ( 2) 控制增碳． LF 炉精炼过程中采用控碳深脱硫的冶炼工艺 技术，成功地解决了 LF 炉精炼过程中钢水增碳的 问题，使 LF 炉精炼过程中钢水增碳量在 0. 020% 以 内． 同时采用低碳钢包保温剂、低碳中间包覆盖剂、 低碳结晶器保护渣，在后续工序中进一步控制增碳． 2. 1. 2 微合金元素的控制 钢中微合金元素的特点是能与碳、氮结合成碳 化物、氮化物和碳氮化物． 这些化合物在高温下溶 解，在低温下析出，其作用表现为: 加热时阻碍原始 奥氏体晶粒长大; 轧制过程中抑制再结晶及再结晶 后的晶粒长大; 在低温时起到析出强化作用． 钢中 加入 Ni，可以改善低温韧性，但是须保证钢的洁净 度，严格控制钢中夹杂物的数量及形态． Nb 在控制轧制过程中产生显著的晶粒细化作 用，主要表现为: ①阻止加热过程奥氏体晶粒的粗 化; ②抑制奥氏体的再结晶( 动态再结晶、静态再结 晶和亚动态再结晶) ，显著提高奥氏体的再结晶温 度［7］; ③阻止奥氏体的回复( 动态回复、静态回复和 亚动态回复) ; ④阻止再结晶晶粒的长大． 同时，在 控轧控冷过程中形成的 Nb 的碳、氮化物还会起到 一定程度的沉淀强化作用． V 在合金元素中是强化元素，由于 VC、VN、V ( CN) 的沉淀强化，可使钢的强度明显提高． 但是 V 同时会提高韧脆转变温度，其质量分数一般控制在 0. 08% 以下． Ti 具有强烈的阻止奥氏体晶粒长大的能力，钢 中加入少量 Ti( 质量分数小于 0. 02% ) 时，即可显著 提高奥氏体晶粒的粗化温度． 这是由于，TiN 在钢 中的溶解度很低，在奥氏体区相当稳定，当其尺寸较 小时( ＜ 200 nm) ，可强烈地钉扎晶界，阻止晶粒的长 大． 同时钢中 Ti 可以固氮从而改善 E36 /40、F36 /40 船板的应变时效冲击性能． 另外，Ti 的氮化物颗粒 的存在可抑制焊接热影响区的晶粒粗化． 因此，钛 可同时提高基体金属和焊接热影响区的低温韧性． 微合金元素 Nb、V 和 Ti 在钢中通过晶粒细化 影响强度和韧性，以 Nb 最为显著［8］． E36 /40、F36 / 40 钢中的 Nb、V 和 Ti 微合金化元素含量要求控制 稳定，主要控制方法如下． ( 1) 合金加入量: 冶炼过程中精确控制转炉出 钢量，准确计算合金的加入量． ( 2) 钢水氧化性的控制: 出钢采用 Al 铁强脱 氧，严格控制钢水的氧化性，避免合金烧损． ( 3) 合金加入时机: 根据合金元素氧化性强弱， 合理控制合金的加入时机，VFe 在出钢脱氧后加入， NbFe 在精炼过程中加入，TiFe 在精炼结束加入，并 保证合金成分的均匀． 2. 2 钢质洁净度控制技术 为了充分发挥控制轧制的作用，必须严格控制 钢中的有害元素、有害气体及夹杂物． 硫和磷对船 体结构用钢都是非常有害的元素，在钢中分别会产 生冷脆、热脆现象，影响钢板性能． 钢中硫、磷含量直接影响到钢板的塑性和韧性， MnS、氧化物夹杂或碳化物等第二相颗粒的存在都 会降低钢的塑性和强韧性，降低钢的延伸率． MnS 夹杂属于塑性夹杂物，在轧制过程中会随轧制方向 拉长延伸，加大了钢的各向异性，这对钢的横向性能 非常不利． 硫形成的 FeS 使钢在热轧和焊接中产生 热脆裂纹，含硫较高时，抗 HIS 腐蚀能力大为下降． 钢水洁净度是反映钢的总体质量水平的重要标 ·111·