安钢焊接气瓶用钢带HP295生产实践

曹二转 李娜 刘伟云 吴静 管刘辉

( 安阳钢铁集团有限责任公司)

0 前言

焊接气瓶使用环境温度一般为－ 40 ℃ ～60 ℃、试验压力为3．2 MPa、用于存储和输送易燃易爆液体或气体( 如液氮、液氧、液氩、石油液化气及乙炔气体等) ，焊接气瓶用钢作为专用材料，主要通过冲压和焊接工艺，生产成焊接气瓶，所以要求焊接气瓶用钢具备良好的冲压成型性，较高的强度和韧性指标、低的屈强比以及良好焊接性能，以满足使用要求。安钢2009年在150 t 转炉冶炼—1780 mm热连轧机组开始生产HP295 钢带，几年来的生产实践表明，其炼钢、连铸及轧钢工艺稳定合理可行，产品质量稳定，对公司调整产品结构和增强市场竞争力起到了较大作用。

1 工艺路线

焊接气瓶用钢生产工艺路线为:150 t 转炉→LF精炼炉→双流板坯连铸→加热→粗轧→精轧→冷却→卷取→入库。

2 技术要求

2．1 焊接气瓶用钢化学成分

按照GB 6653 －2008《焊接气瓶用钢板和钢带》要求，钢的化学成分应满足表1。

表1 HP295 化学成分(质量分数) %

标准允许设计过程中碳含量比规定最大碳含量每降低0．01%，锰含量则允许比规定最大锰含量提高0．05%，但最大锰含量不允许超过1．20%，对于厚度≥6 mm 的钢板或钢带，允许ω( Si) ≤0．35%。

2．2 力学性能要求

焊接气瓶钢带HP295 力学性能见表2。

表2 HP295 拉伸性能

2．3 夏比冲击

大于等于6 mm 的钢带应进行夏比V 型缺口冲击试验，冲击性能指标应符合表3 的规定。

2．4 晶粒度

晶粒度作为判定依据。要求卷板晶粒度不小于6 级，晶粒度不均匀性应在三个级别范围内。

表3 冲击功

3 生产工艺控制

3．1 成分设计

碳是钢中主要的强化元素，但会影响成型性能和焊接性能，为了保证HP295 的强度、成型性和焊接性能，将碳含量控制在了0．14% ～0．17%; 硅易使钢中形成带状组织，使横向性能低于纵向性能。硅在钢板冲压成型过程中容易引起裂纹，因此控制目标为0．07%以下; 锰是弱碳化物形成元素，在增加强度的同时，通过细化晶粒可有效提高钢的韧性，但在一定程度上会增加屈强比，因此控制在0．7%～0．8% ;采用低P、S 控制，从而保证钢的纯净度。成分控制见表4。

表4 HP295 实际成分控制(质量分数) %

3．2 冶炼工艺

转炉工艺重点是磷的控制、终点控制、脱氧合金化。冶炼过程中做到早化渣，全程化好渣，从而保证钢水冶炼的终点成分满足要求。出钢严格控制出钢口下渣，防止回磷。出钢温度:1630 ℃～1680 ℃，终点C≥0．08%，P≤0．010%，脱氧合金化: 使用高碳锰和钢芯铝、硅锰脱氧合金化，保证沉淀脱氧完全，并且保证钢中铝含量≥0．020%。精炼采用全程控铝，保证钢中Alt≥0．020%; 白渣保持时间不低于10 min，进行钢水深脱硫和脱氧; 适量喂入铝线/钙铁线，从而改变钢液中夹杂物的形态，并保证喂线后弱搅拌时间不小于8min，保证夹杂物有足够的时间聚集上浮，提高钢水质量。浇注过程采用全程保护，浇注过程要求液面稳定;温度过热度要求控制在10 ℃～35 ℃之间;拉速控制在0．8 m/min ～1．2 m/min，浇注过程拉速保持恒定，合理配置二冷工艺，同时采用动态轻压下技术，尽量减少偏析、疏松、缩孔等，提高铸坯芯部凝固质量。通过冶炼工艺的控制，保证了HP295 的钢水纯净度、夹杂物控制和铸坯质量。

3．3 轧制工艺

板坯出炉温度为1210 ℃。控制轧制采用奥氏体再结晶区和奥氏体未再结晶区两阶段轧制。粗轧阶段尽量采用大压下量轧制，粗轧变形量占总变形量的70% ～80%，通过轧制反复再结晶从而细化奥氏体晶粒。粗轧终轧温度控制在1030 ±20 ℃，精轧开轧温度控制在1010 ± 20 ℃，终轧温度控制在870 ±20 ℃，冷却采用两段式冷却工艺，卷取温度控制在630 ±20 ℃。通过轧制工艺保证了HP295 的晶粒和组织的均匀化。

4 生产数据

4．1 力学性能

通过轧制工艺的合理控制，粗轧终轧温度、精轧终轧温度、冷却方式、卷取温度等的合理匹配，满足焊接气瓶钢强度和塑性指标、较低屈强比的要求。统计376 炉，规格小于6 mm 的HP295 的力学性能实物水平见表5。

表5 力学性能实物水平

4．2 金相检验

组织结构为铁素体+珠光体，铁素体晶粒为9．5～10 级，晶粒大小均匀，金相检验结果见表6。显微组织如图1 所示。

表6 金相检验(均值)

图1 HP295 焊接气瓶钢带金相组织

5 工艺分析

5．1 终轧温度对性能的影响

屈服强度和抗拉强度随终轧温度的变化趋势基本相同，随着终轧温度的升高，强度呈下降趋势，但屈服强度下降的速率相对抗拉强度较大，屈强比减小。这主要是因为随着终轧温度的升高，晶粒相对粗化速率加大，而晶粒大小对屈服的影响要大于对抗拉强度的影响，终轧温度对强度的影响如图2 所示。

5．2 冷却方式对性能的影响

冷却采用两段式冷却工艺( 如图3 所示) 。采用两段式冷却工艺通过提高钢中的铁素体含量，而且获得相对均匀的等轴铁素体，降低屈服强度，通过弥散分布的珠光体相提高抗拉强度。两段式冷却过程中［1］，一段冷却的效果主要是通过增加过冷度提高相变驱动力，促进铁素体形核;当钢材冷却到有利于铁素体转变的临界温度区域时，终止冷却并持续短时间的空冷是为了促进铁素体的大量析出、增加铁素体含量。由于铁素体析出量的增大必然使铁素体中的碳向未转变的奥氏体中富集，因此两段快速冷却将起到两个作用: 其一是抑制铁素体的继续长大，其二是促进高碳浓度奥氏体的珠光体相变过程，获得强度较高且弥散分布的珠光体组织。

图3 冷却工艺

5．3 卷曲温度对性能的影响

实践表明卷取温度控制在630 ±20 ℃，相变后组织结构为铁素体+珠光体，铁素体晶粒为9．5 级～10 级，晶粒大小均匀，既保证了钢的强度，同时又保证了低屈强比的要求。卷曲温度的合理控制，也是获得良好性能的关键［2］。卷曲温度的高低对相变后组织结构及晶粒度有重要的影响。卷曲温度高，则相变后组织晶粒粗大，强度低，卷曲温度低，则相变后晶粒细小，但屈服强度的提高大于抗拉强度的提高，造成屈强比提高，同时造成中温转变组织增多，等轴铁素体比例减少。

6 结论

1) 通过采用合理稳定的成分体系控制，尽量降低钢中P、S 等有害元素，采用全程铝脱氧，保证良好的脱氧效果并获得稳定的Alt 含量，减少钢中夹杂物数量改变夹杂物形态，保证钢水纯净度，连铸过程保持稳定拉速，低过热度浇注并配用动态轻压下技术，获得良好的铸坯内部质量。

2) 通过采用轧制工艺，粗轧终轧温度、精轧终轧温度、冷却方式、卷取温度等的合理匹配，保证良好的组织结构，以满足焊接气瓶钢对强度和韧性指标、低的屈强比以及良好焊接性能的要求。

3) 安钢生产的焊接气瓶用钢带HP295，其产品质量稳定性能优良，完全满足GB 6653 －2008 国家标准及用户使用要求。

［1］朱伏先，佘广夫，张中平，等．冷却工艺对HP295 焊瓶钢板屈强比的影响 钢铁，2005，40(8) :39 －42．

［2］刘社牛，巫宝振，王斌，等．控轧控冷工艺对HP345 屈强比影响的研究 河南冶金，2008，16(6) :8 －10．