一种钒氮微合金化中碳锰系气瓶用钢及其制备方法与流程

1.本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种钒氮微合金化中碳锰系气瓶用钢及其制备方法。


背景技术：

2.37mn作为一种中碳锰系气瓶用钢用途极为广泛，由于在其正火后性能不稳定，不能满足用户使用标准要求，因此通过加入微量合金元素以合理的工艺控制手段提高、稳定其性能是十分必要的。
3.中国专利申请cn103114258a公开了“一种含稀土的37mn高压气瓶坯及其生产方法”，采用“高炉铁水-铁水预处理-转炉冶炼-lf精炼-vd真空脱气-钙处理-加入稀土-大方坯连铸-轧制200mm
×
200mm规格成品坯-取样-试样热处理-检验”生产工艺制成。
4.中国专利申请cn105331885a公开了一种气瓶用钢37mn圆坯的生产方法，高炉
→
顶底复吹转炉
→
lf精炼炉
→
vd真空炉
→
圆坯连铸机
→
检验
→
入库。生产气瓶用钢37mn圆坯化学成分控制严格，整批供货均匀、波动小；采用顶底复吹技术，吹炼平稳，成分和温度命中率高；lf、vd精炼工序配有钢包全过程底吹氩及钢包喂丝设备，可以有效脱除钢中气体，降低钢中夹杂物含量，提高钢水纯净度；连铸工序采用结晶器电磁搅拌、低过热度浇注来保证圆坯质量。
5.中国专利cn105695659b公开了一种生产断面尺寸为的37mn圆管钢铸坯质量控制方法。该方法包括转炉冶炼、lf炉精炼钢水、rh真空处理以及连铸钢水等步骤，首先，在钢水冶炼阶段按照合理的参数控制，提高了钢水的纯净度，并通过对钢液进行微钛处理，改善了其高温塑性，降低了钢种裂纹敏感性，随后在钢水浇注的过程中，采用结晶器电磁搅拌与凝固末端电磁搅拌相结合的方式，使得钢液成分和温度均匀化，坯壳均匀生长，铸坯凝固组织得到有效改善，疏松评级提高、等轴晶区域面积扩大、圆坯中心区域致密性得到有效提高，铸坯裂纹缺陷得到有效控制，表面无清理率得到提高改善，轧材质量控制良好且稳定。
6.中国专利cn105586531b公开了一种可有效控制37mn圆管坯钢铸坯质量的生产方法，包括依次进行的转炉冶炼、lf炉精炼、rh真空处理和连铸步骤；连铸步骤中，结晶器电磁搅拌参数为搅拌电流300～400a，频率2～4hz；凝固末端电磁搅拌参数为搅拌电流100～250a，频率4.0～7.0hz；过热度控制在20～35℃；拉速控制在0.75～0.90m/min；结晶器冷却控制在2400～2500l/min；二冷比水量控制在0.21～0.30l/kg钢。
7.中国专利cn107747041b公开了一种正火态锰系气瓶钢及其制备方法，所述气瓶钢按照质量百分比计所述气瓶钢的组成包括：c 0.36～0.40％，si 0.17～0.37％，mn 1.55～1.70％，cr≤0.25％，mo≤0.10％，v≤0.05％，s≤0.005％，p≤0.015％，n 40～100ppm，余量为fe。所述正火态锰系气瓶钢及其制备方法使用“转炉+精炼(lf+vd)+连铸”的生产工艺，在气瓶钢中加入cr、mo、v和n元素，通过精炼过程中合理的造渣制度，显著提高并稳定气瓶钢在正火态下的屈服强度及冲击韧性，节约后续热处理成本。
8.上述专利申请所公开气瓶用钢的成分与本发明不同，最后能达到的性能也不相同。本发明的气瓶用钢给出其成分、低倍、非金属夹杂物、性能要求等具体指标数值，还公开了生产此类钢种的生产方法。


技术实现要素：

9.本发明的目的在于，提供了一种钒氮微合金化中碳锰系气瓶用钢及其制备方法，本发明钢种通过向中碳锰钢中加入mn、v、n、al元素，制定合适的连铸、轧制工艺，提高了钢材的正火后性能，保证了气瓶的屈服强度、低温冲击韧性、断后伸长率满足用户要求。
10.为达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
11.一种钒氮微合金化中碳锰系气瓶用钢，按质量百分含量计，所述钒氮微合金化中碳锰系气瓶用钢的化学组分包括：c：0.34～0.38％、si：0.17～0.37％、mn：1.60～1.70％、n：0.007～0.012％、v：0.01～0.04％、al：0.01～0.05％、p≤0.015％、s≤0.010％、o≤20
×
10-4
％，h≤2
×
10-4
％，其余为fe和其他不可避免的杂质元素。
12.本发明中，所述钒氮微合金化中碳锰系气瓶用钢的低倍组织级别均≤1.0级；钢中夹杂物细系≤1.0级、粗系≤1.0级；力学性能：抗拉强度≥700mpa，屈服强度≥520mpa，a≥16，-20℃冲击功kv2≥27j。
13.v的主要作用：在合金钢中能细化晶粒，提高正火后的强度与屈服比和冲击韧性，是最理想的最稳定的改善力学性能的元素。
14.n的主要作用：n能部分溶于铁中，有固溶强化和提高淬透性的作用，可减小晶粒粗化倾向，改善钢的韧性和淬透性。但n含量不宜过高，要控制与其他合金元素生成氮化物的可能，形成非金属夹杂。气瓶钢中将n的质量百分含量实际控制为0.007～0.011％。
15.al的作用：作为脱氧剂或合金化元素加入钢中，脱氧能力比硅、锰强得多。al在钢中的主要作用是细化晶粒、固定钢中的氮，从而显著提高钢的冲击韧性。
16.本发明还提供了一种钒氮微合金化中碳锰系气瓶用钢的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
17.电炉/转炉冶炼
→
lf炉精炼+vd/rh真空脱气处理
→
连铸
→
热送/缓冷
→
轧制成材
→
正火处理
→
检验。
18.优选地，所述电炉/转炉冶炼：
19.冶炼过程造好泡沫渣、均匀脱碳，终渣碱度控制在2.8～3.4，出钢终点c≥0.10％，p≤0.015％，残余元素含量符合标准要求；出钢温度：1620～1680℃。
20.优选地，所述lf炉精炼：
21.控制炉渣碱度大于3.0，加强脱硫操作，白渣取样分析。
22.优选地，所述vd/rh真空脱气处理：保证真空纯处理时间≥12分钟，软吹时间≥10分钟。
23.优选地，所述轧制成材：采用以上坯型轧制，预热段500～1000℃，加热1段1030～1230℃，加热2段1170～1280℃，均热段1170～1250℃，允许温差≤30℃，总加热时间≥6h。
24.现有技术中，连铸坯经热轧穿管，并加工成无缝气瓶。在化学成分相同的情况下，气瓶在加工完毕后，使用调质热处理生产工艺，拉伸性能、冲击韧性完全符合国标要求。但
正火态37mn钢材质的气瓶力学性能不稳定，屈服强度及冲击功不能同时达到现有技术指标。本发明通过适当增加微量元素、调整生产工艺，生产出采用正火热处理工艺，性能稳定、满足技术指标的气瓶，解决了钢厂、钢管厂家及各气瓶生产企业需要共同解决的一个问题。
25.与现有技术相比，本发明具有如下的有益进步：
26.本发明通过运用合理成分设计及冶炼、轧制、探伤工序等操作工艺，生产出性能稳定、达到技术要求的高压气瓶用圆管坯，满足了用户采用正火热处理的工艺需求。
附图说明
27.图1为实施例1所得高压气瓶用圆管坯的低倍组织图；
28.图2为实施例1所得高压气瓶用圆管坯的金相组织图。
具体实施方式
29.下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。
30.一种钒氮微合金化中碳锰系气瓶用钢，按质量百分含量计，包括：c：0.34～0.38％、si：0.17～0.37％、mn：1.60～1.70％、n：0.007～0.012％、v：0.01～0.04％、al：0.01～0.05％、p≤0.015％、s≤0.010％、o≤20
×
10-4
％，h≤2
×
10-4
％，其余为fe和其他不可避免的杂质元素；
31.其制备方法如下：
32.本发明是采用“电炉/转炉冶炼
→
lf炉精炼+vd/rh真空脱气处理
→
连铸(电磁搅拌)
→
热送/缓冷
→
轧制成材
→
检验”生产工艺制成的，关键工艺如下：
33.电炉/转炉冶炼：冶炼过程造好泡沫渣、均匀脱碳，终渣碱度控制在2.8～3.4，出钢终点c≥0.10％，p≤0.015％，残余元素含量符合标准要求；出钢温度：1620～1680℃。
34.lf精炼：控制炉渣碱度大于3.0，加强脱硫操作，白渣取样分析。
35.vd/rh真空脱气处理：保证真空纯处理时间≥12分钟，软吹时间≥10分钟。
36.轧制成材：采用以上坯型，预热段500～1000℃，加热1段1030～1230℃，加热2段1170～1280℃，均热段1170～1250℃，允许温差≤30℃，总加热时间≥6h。
37.无损检测：按照gb/t4162标准进行超声波检验，合格级别为b级，按照gb/t32547标准进行漏磁检验，合格级别为3级。
38.检验：成分、低倍、夹杂物级别、性能。
39.实施例1：
40.一种钒氮微合金化中碳锰系气瓶用钢，采用“电炉/转炉
→
lf炉精炼+vd/rh真空脱气处理
→
连铸(电磁搅拌)
→
热送/缓冷
→
轧制成材
→
检验”生产工艺制成，关键工艺如下：
41.采用电炉冶炼，冶炼过程造好泡沫渣、均匀脱碳，终渣碱度控制在2.9，出钢终点c：0.14％，p：0.012％；出钢温度：1633℃。
42.lf精炼：控制炉渣碱度3.4，加强脱硫操作，白渣取样分析。
43.vd真空脱气处理：61pa真空度处理时间14分钟，软吹时间15分钟。
44.轧制成材：采用以上坯型，预热段850℃，加热1段1130℃，加热2段1220℃，均热段1230℃，总加热时间6.2h。
45.无损检测：超声波检验级别为b级，漏磁检验级别为3级。
46.检验：成分、低倍、夹杂物级别、性能。
47.低倍组织图如图1所示，金相组织图如图2所示，化学成分见表1，气体元素及有害元素见表2，低倍组织级别见表3，非金属夹杂级别见表4，力学性能见表5。
48.表1化学成分(熔炼分析)％
49.csimnpsvalt0.3670.2421.6110.00960.00460.0320.0249
50.表2气体元素及有害元素
51.t.[o][n][h]snsbaspbbi11.1ppm86.7ppm1ppm0.003％0.004％0.005％0.0002％0.0005％
[0052]
表3低倍组织级别
[0053]
一般疏松中心疏松中心偏析一般点状偏析边缘点状偏析0.50.50.5无无
[0054]
表4非金属夹杂级别
[0055][0056]
表5力学性能
[0057][0058]
实施例2：
[0059]
一种钒氮微合金化中碳锰系气瓶用钢，采用“电炉/转炉
→
lf炉精炼+vd/rh真空脱气处理
→
连铸(电磁搅拌)
→
热送/缓冷
→
轧制成材
→
检验”生产工艺制成，关键工艺如下：
[0060]
采用电炉冶炼，冶炼过程造好泡沫渣、均匀脱碳，终渣碱度控制在3.0，出钢终点c：0.13％，p：0.012％；出钢温度：1641℃。
[0061]
lf精炼：炉渣碱度3.7，加强脱硫操作，白渣取样分析。
[0062]
vd真空脱气处理：43pa真空度处理时间13分钟，软吹时间15分钟。
[0063]
轧制：采用坯型，预热段850℃，加热1段1120℃，加热2段1230℃，均热段1230℃，总加热时间6.2h。
[0064]
无损检测：超声波检验级别为b级，漏磁检验级别为3级。
[0065]
检验：成分、低倍、夹杂物级别、性能。
[0066]
化学成分见表6，气体元素及有害元素见表7，低倍组织级别见表8，非金属夹杂级别见表9，力学性能见表10。
[0067]
表6化学成分(熔炼分析)％
[0068]
csimnpsvalt
0.3610.2351.6320.01070.00210.0340.0235
[0069]
表7气体元素及有害元素
[0070]
t.[o][n][h]snsbaspbbi9.8ppm88.6ppm0.8ppm0.003％0.006％0.006％0.0002％0.0005％
[0071]
表8低倍组级别
[0072]
一般疏松中心疏松中心偏析一般点状偏析边缘点状偏析1.00.50.5无无
[0073]
表9非金属夹杂级别
[0074][0075]
表10力学性能
[0076][0077]
成分、组织、性能均匀，塑性优良，保证了高压气瓶的成材率，生产的37mn高压气瓶的性能稳定、冲击性能储备裕度较高，综合力学性能优良。
[0078]
实施例3：
[0079]
一种钒氮微合金化中碳锰系气瓶用钢，采用“电炉/转炉
→
lf炉精炼+vd/rh真空脱气处理
→
连铸(电磁搅拌)
→
热送/缓冷
→
轧制成材
→
检验”生产工艺制成，关键工艺如下：
[0080]
采用电炉冶炼，冶炼过程造好泡沫渣、均匀脱碳，终渣碱度控制在2.8，出钢终点c：0.15％，p：0.011％；出钢温度：1620℃。
[0081]
lf精炼：控制炉渣碱度3.1，加强脱硫操作，白渣取样分析。
[0082]
vd真空脱气处理：60pa真空度处理时间16分钟，软吹时间14分钟。
[0083]
轧制：采用以上坯型，预热段800℃，加热1段1030℃，加热2段1170℃，均热段1170℃，总加热时间6.9h。
[0084]
无损检测：超声波检验级别为b级，漏磁检验级别为3级。
[0085]
检验：成分、低倍、夹杂物级别、性能。
[0086]
化学成分见表11，气体元素及有害元素见表12，低倍组织级别见表13，非金属夹杂级别见表14，力学性能见表15。
[0087]
表11化学成分(熔炼分析)％
[0088]
csimnpsvalt0.3420.1721.6220.00950.00450.0320.0213
[0089]
表12气体元素及有害元素
[0090]
t.[o][n][h]snsbaspbbi
11.2ppm87.7ppm2ppm0.002％0.005％0.004％0.0003％0.0004％
[0091]
表13低倍组织级别
[0092]
一般疏松中心疏松中心偏析一般点状偏析边缘点状偏析0.50.50.5无无
[0093]
表14非金属夹杂级别
[0094][0095]
表15力学性能
[0096][0097]
实施例4：
[0098]
一种钒氮微合金化中碳锰系气瓶用钢，采用“电炉/转炉
→
lf炉精炼+vd/rh真空脱气处理
→
连铸(电磁搅拌)
→
热送/缓冷
→
轧制成材
→
检验”生产工艺制成，关键工艺如下：
[0099]
采用电炉冶炼，冶炼过程造好泡沫渣、均匀脱碳，终渣碱度控制在3.4，出钢终点c：0.14％，p：0.011％；出钢温度：1680℃。
[0100]
lf精炼：炉渣碱度3.6，加强脱硫操作，白渣取样分析。
[0101]
vd真空脱气处理：43pa真空度处理时间14分钟，软吹时间14分钟。
[0102]
轧制：采用坯型，预热段900℃，加热1段1230℃，加热2段1280℃，均热段1250℃，总加热时间6.5h。
[0103]
无损检测：超声波检验级别为b级，漏磁检验级别为3级。
[0104]
检验：成分、低倍、夹杂物级别、性能。
[0105]
化学成分见表16，气体元素及有害元素见表17，低倍组织级别见表18，非金属夹杂级别见表19，力学性能见表20。
[0106]
表16化学成分(熔炼分析)％
[0107]
csimnpsvalt0.3700.3341.6810.01070.00210.0280.0212
[0108]
表17气体元素及有害元素
[0109]
t.[o][n][h]snsbaspbbi9.4ppm98.2ppm0.4ppm0.001％0.004％0.005％0.0001％0.0003％
[0110]
表18低倍组级别
[0111]
一般疏松中心疏松中心偏析一般点状偏析边缘点状偏析0.50.50.5无无
[0112]
表19非金属夹杂级别
[0113][0114]
表20力学性能
[0115][0116]
成分、组织、性能均匀，塑性优良，保证了高压气瓶的成材率，生产的37mn高压气瓶的性能稳定、冲击性能储备裕度较高，综合力学性能优良。
[0117]
本发明的工艺参数(如温度、时间等)区间上下限取值以及区间值都能实现本法，在此不一一列举实施例。
[0118]
本发明未详细说明的内容均可采用本领域的常规技术知识。
[0119]
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

技术特征：
1.一种钒氮微合金化中碳锰系气瓶用钢，其特征在于，按质量百分含量计，所述钒氮微合金化中碳锰系气瓶用钢的化学组分包括：c：0.34～0.38％、si：0.17～0.37％、mn：1.60～1.70％、n：0.007～0.012％、v：0.01～0.04％、al：0.01～0.05％、p≤0.015％、s≤0.010％、o≤20
×
10-4
％，h≤2
×
10-4
％，其余为fe和其他不可避免的杂质元素。2.根据权利要求1所述钒氮微合金化中碳锰系气瓶用钢，其特征在于，所述钒氮微合金化中碳锰系气瓶用钢的低倍组织级别均≤1.0级；钢中夹杂物细系≤1.0级、粗系≤1.0级；力学性能：抗拉强度≥700mpa，屈服强度≥520mpa，a≥16，-20℃冲击功kv2≥27j。3.一种钒氮微合金化中碳锰系气瓶用钢的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：电炉/转炉冶炼
→
lf炉精炼+vd/rh真空脱气处理
→
连铸
→
热送/缓冷
→
轧制成材
→
正火处理
→
检验。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述电炉/转炉冶炼：冶炼过程造好泡沫渣、均匀脱碳，终渣碱度控制在2.8～3.4，出钢终点c≥0.10％，p≤0.015％，残余元素含量符合标准要求。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述电炉/转炉冶炼：出钢温度：1620～1680℃。6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述lf炉精炼：控制炉渣碱度大于3.0，加强脱硫操作，白渣取样分析。7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述vd/rh真空脱气处理：保证真空纯处理时间≥12分钟，软吹时间≥10分钟。8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述轧制成材：采用以上坯型轧制。9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述轧制成材：预热段500～1000℃，加热1段1030～1230℃，加热2段1170～1280℃，均热段1170～1250℃，允许温差≤30℃，总加热时间≥6h。10.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述正火处理的温度为830-870℃。

技术总结
本发明属于冶金技术领域，具体是一种钒氮微合金化中碳锰系气瓶用钢及其制备方法，按质量百分含量计，所述钒氮微合金化中碳锰系气瓶用钢的化学组分包括：C：0.34～0.38％、Si：0.17～0.37％、Mn：1.60～1.70％、N：0.007～0.012％、V：0.01～0.04％、Al：0.01～0.05％、P≤0.015％、S≤0.010％、O≤20


技术研发人员：张利平 郑艳 杜国强 叶飞来 路峰 梁娜 张海霞 赵冠夫
受保护的技术使用者：山东钢铁股份有限公司
技术研发日：2023.05.22
技术公布日：2023/8/24