洁净钢的生产及品种钢开发2009-9-17,顾克井

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一、主要热连轧产品分类及用途简介
代表 产品类别 特 点 典型用途 钢号 普通结 保证力学性能建筑、一般结构件， Q235 SS400 构用 和工艺性能。 电缆桥架等。 GDQ240
结 具有良好的综桥梁、工程机械、汽 构 焊接结 合力学性能和车等要求焊接性能优 Q345B 用 构用 焊接性能。 良结构件。 钢
出钢过程脱氧（Si，Mn ，Al ）：
（1）硅脱氧 2[O] + [Si] =（SiO2）
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三、炼钢生产流程与工艺 （二）、炼钢主要生产工序冶金原理
2. 转炉冶炼工序
转炉钢的冶炼工艺过程：
将铁水、冷料装入转炉，摇正炉体后降氧枪、同时 加造渣料开始吹炼，当氧气流与炉内铁水接触时，硅、 锰开始氧化（称为点火），熔池温度升高后进入脱碳氧 化，在吹炼末期，根据炉口火焰、供氧参数判断终点后 ，提枪倒炉测温取样，根据检验结果可确定出钢（必要 时可补吹处理后再出钢）。出钢过程中根据需要加入铁 合金进行脱氧合金化。出完钢溅渣后，将剩余钢渣倒入 渣罐，即可开始下一炉钢的冶炼。
注意：钢中的元素包括有益元素（有意加入钢中的
）和有害元素2种。钢中各元素含量的不同对应有不同的 预期使用性能，或者说，钢材使用要求和性能要求的不 同必须以多样化的钢的化学成分来保证。
1、碳（C ）：
碳主要以碳化物形式（Fe3C），是决定钢强度的主 要元素。随钢中含碳量升高： ——硬度、强度提高 ——塑性、韧性和冲击韧性降低，焊接性能下降
7、氮（N）、氢（N）、氧（O）：
氮：导致钢的时效性，降低钢的冷加工性能等。
可与Al,Nb,V,Ti形成稳定氮化物提高强度。
氢：产生“发纹”及由此导致锻轧裂纹，断口“ 氧：主要以氧化物（非金属夹杂物）形式存在于
钢中，对钢材的疲劳强度、加工性能、焊接性能 、抗HIC能力、耐腐蚀等有显著危害。
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白点” ，引起焊接热影响区裂纹、“氢脆”等。
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二、钢中主要化学元素的作用
（一）什么是钢？
1、金属学定义：
工业纯铁：[C]≤ 0.0218% 的铁碳合金； 钢：0.0218% ＜ [C] ＜ 2.11% ； 生铁：[C] ≥ 2.11%
2、实际应用定义：
以铁为主要元素， [C] 含量一般在 2%以下 ，并含有其它元素材料的总称。
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二、钢中主要化学元素的作用 （二）钢中主要化学元素的作用
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三、炼钢生产流程与工艺
（二）、炼钢主要生产工序冶金原理 5. 连铸工序
工艺原理：
连续铸钢即把钢水连续注入特定形状的水冷结晶器，并经 二次喷水冷却凝固得到连铸坯的过程。
连续铸钢的工艺过程为：
待浇钢水到钢包回转台后，旋转至浇注位，打开滑动水口 向中间包浇注钢水，当中间包钢水液面达到一定高度时开启中 间包塞棒（水口）将钢水注入结晶器。当结晶器内钢液上升到 一定高度后，拉矫机起步，利用引锭装置将铸坯一同拉出，在 二冷区，铸坯喷水冷却逐渐凝固。引锭过拉矫机后切去坯头， 铸坯切割为要求的定尺后，经输坯辊道送入冷床。
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四、SPHC的炼钢工艺及洁净度控制
（四）炼钢工艺如何保证SPHC洁净钢的目标
1、SPHC洁净度指标
元素 标准 内控 SPHC化学成分标准，% C Si Mn P S Als 0.15～ 0.015～ ≤0.07 ≤0.03 ≤0.025 ≤0.020 0.30 0.065 0.15～ 0.020～ ≤0.07 ≤0.03 ≤0.020 ≤0.012 0.25 0.050
四、SPHC的炼钢工艺及洁净度控制
（三）高纯净钢主要指标的实际意义
（1）去除杂质元素:
超低[C]：如汽车板； 超低[S]，低[H]：如输气管线； 超低[N]：如铁素体不锈钢废气管，冷锻线棒材； 超低[P]：如高压容器钢板。
（2）去除夹杂物（洁净度）
超低T[O]：如滚珠钢，汽车板； 夹杂物尺寸及形态控制：如拉拔钢丝，管线钢。
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二、钢中主要化学元素的作用
6、其它合金元素（Al,Nb,V,Ti）：
铝：起脱氧和合金元素双重作用，可细化晶粒
、固定钢中氮，提高冲击韧性、降低冷脆和时效 倾向性。 注：个别钢种禁止用铝如钢帘线。
铌、 钒、钛：常用微合金元素，可细化晶粒，
改善钢的综合性能（强度，塑性，焊接等等）。
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二、钢中主要化学元素的作用
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四、SPHC的炼钢工艺及洁净度控制 （一）纯净钢（purity steel）
一般指钢中Σ（S+P+N+O+H）总和水平：
60年代 70年代 80年代 90年代 2000年后
≤900 ≤800 ≤600 ≤100 < 50
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ppm ppm ppm ppm ppm
四、SPHC的炼钢工艺及洁净度控制 （二）洁净钢（ clean steel ）
产品 汽车板 易拉罐 Shadow mask for CRT 防罩屏 轮胎钢芯线 滚珠 管线 钢轨 备注:D 指夹杂物直径
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洁净度 T[O]<20ppm T[O]<20ppm D<50μm D<20μm
备注 防薄板表面线状缺陷 防飞边裂纹 防止图象浸蚀 防冷拔断裂 增加疲劳寿命 抗腐蚀 防断裂
D<5μm 冷拔 0.15-0.25mm D<10μm T[O]<10ppm D<15μm D<100μm 氧化物形态控制 T[O]<20ppm 单个 D<13μm 链状 D<200μm
SPHC（LF） 优质 具有较好延展性，适适 用 于 高 质 量 冷 轧 SPHC-1（非LF ） 冷 冷轧 用于冷轧加工 料，高级涂镀产品 SAE1006 轧 及 具有比一般变形更大防 盗 门 等 具 有 浅 冲 冲 压 浅冲 的延展性，适用于一加 工 要 求 产 品 ； 有 SPHD 用 压 般简单浅冲压变形加一 定 变 形 要 求 的 箱 钢 工 柜面板等 优良的冷轧延展性，适 用 于 复 杂 冲 压 件 SPHE（必须区 深冲 适用于较复杂冲压变如 汽 车 前 灯 、 空 调 分客户装备“ 压 罩退”还是“ 形加工 压缩机外壳等 连退”）
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三、炼钢生产流程与工艺 （二）、炼钢主要生产工序冶金原理
3. LF精炼工序
依靠钢包内的白渣，在低氧的气氛下，钢包底 吹氩气搅拌并由石墨电极对钢水加热进行精炼。
冶金原理：
见前述脱氧反应（沉淀脱氧及扩散脱氧）。
LF精炼的工艺过程为：
钢水到站后取样测温，然后就升温位，降电极 加热埋弧精炼，升温完毕后调整成分出站。 精炼过程的四个特点是：炉内气氛、氩气搅拌 、埋弧加热和白渣精炼。
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洁净钢的生产及品种钢开发
唐山国丰钢铁有限公司
顾克井
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主要内容
一、主要热连轧产品分类及用途简介
二、钢中主要化学元素的作用
三、炼钢生产流程与工艺 四、SPHC的炼钢工艺及洁净度控制 五、品种钢开发的技术策划及实施
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一、主要热连轧产品分类及用途简介
产品类别 特 点 典型用途 代表 钢号
一般 有一定的延展性适用冷 轧 后 用 于 建 筑 （ Q195L（LF） Q195L-1（非LF ） 冷轧 于一般冷轧 涂镀）、油桶等
工业上使用的脱硫剂有电石、石灰、苏打、金 属镁等。
冶金原理如下：
金属镁： Mg（g） + [S] = Mg S（s）
铁水脱硫的工艺过程为：
铁水包送至喷吹脱硫位，下降喷枪，以氮气 为载体把脱硫剂吹入铁水，脱硫后扒渣，由天车 将脱硫铁水装入转炉。
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三、炼钢生产流程与工艺 （二）、炼钢主要生产工序冶金原理
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一、主要热连轧产品分类及用途简介
产品类别 特 点 典型用途 代表 钢号
特 殊 用 途 钢
防滑要求船板 扁豆形花纹，具有 甲板、建筑楼 Q235H 花纹板 良好防滑性能。 梯等。 优良的冷轧延展性 马口铁 ，适用于较复杂冲冷轧镀锡基板 SPHC-M 压变形加工
热水器 高强度及良好的成热水器内胆制 GFR390 造 内胆用钢 型性
合金结 具有高强度和弹簧、锯条、传动链 65Mn 构钢 良好耐磨性。 条等。
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一、主要热连轧产品分类及用途简介
产品类别 特 点 典型用途
代表 钢号
汽车用 良 好 的 力 学 性 能 和汽车大梁、车轮 510L 钢 优良的加工性能。 轮辋及轮辐等。 380CL 除具有与结构钢一 专 用 耐候钢 样 的 综 合 性 能 外 ，用于车辆车厢和 SPA-H 还 具 有 良 好 耐 大 气集装箱制造。 钢 腐蚀性能。 高 纯 净 度 ， 具 有 高用于制造石油、 管线钢 强 度 、 低 温 冲 击 韧天然气输送管线 S415 J55 性和良好焊接性。 和石油套管。
（3）成分控制
窄化学成分控制范围，保证产品性能均一性。
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四、SPHC的炼钢工艺及洁净度控制
钢洁净度控制的主要内容是：
T[O]要低<20ppm； 夹杂物数量要少； 夹杂物尺寸要小<50µ m； 夹杂物形态要合适。
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四、SPHC的炼钢工艺及洁净度控制
由前述可见： 纯净钢或洁净钢是一个相对概念； 某一杂质含量降低到什么水平决定于钢种 和产品用途； 有害元素的降低的程度决定于装备和工艺 现代化水平； 不管生产什么用途的钢， 总是要求钢中夹杂 物数量的尺寸、形态得到控制。
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三、炼钢生产流程与工艺 （二）、炼钢主要生产工序冶金原理
4. RH精炼工序 冶金原理：
（1）脱氢： a[H]=KH（pH2）1/2 （2）脱碳脱氧： [O] + [C] = {CO}
RH精炼的工艺过程为：
钢水包就位，顶起，浸渍管插入抽真空，钢水 吹氩循环（必要时吹氧处理），破真空，钢水包复 位，出站。
（一）、炼钢生产过程简述
炼钢的生产过程可简单地描述为：
铁水进厂脱硫处理后装入转炉，配加冷料后 吹氧冶炼至终点，倒炉出钢时添加铁合金，再进 行吹氩精炼（特殊质量要求的钢种需LF精炼甚至 RH真空处理），即可送连铸机浇注得到连铸坯。
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三、炼钢生产流程与工艺 （二）、炼钢主要生产工序冶金原理
1. 铁水予处理工序
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二、钢中主要化学元素的作用
2、硅（Si）：
硅能够提高钢的抗拉强度和屈服强度。随钢 中含硅量升高： ——提高抗腐蚀能力和抗高温氧化能力 ——降低钢的延伸率、收缩率及冲击韧性 注意：Si是硅钢的主要合金元素，可降低铁损， 提高磁感应强度。
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二、钢中主要化学元素的作用
3、锰（Mn）：
锰能够提高钢的强度（强韧性）。随钢中含 锰量升高： ——在1%内强度提高但不降低塑韧性， ——含量大于1%时，强度提高，但塑韧性降低。
三、炼钢生产流程与工艺
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三、炼钢生产流程与工艺
散状料（石灰、白云石、萤石、铁矿石、污泥球等）
高炉铁水 脱 硫 站 氧（氮、氩）气 金属冷料
顶底复吹转炉
回炉钢 铁合金 钢包
钢渣 煤气柜 除尘 方坯连铸机 吹 氩 站
LF精炼炉
板坯连铸机
造渣料、铁合金等
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RH(2#生产线)
三、炼钢生产流程与工艺
注意：锰增加钢的淬透性、耐磨性（加工硬化特 点—红硬性）。
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二、钢中主要化学元素的作用 4、磷（P）：
磷使钢的塑性、韧性降低。 ——尤其在低温时明显降低韧性（冷脆） ——可降低铁损，提高电磁性能；提高抗腐蚀性 ；改善切削加工性能。
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二、钢中主要化学元素的作用 5、硫（S）：
硫含量升高产生“热脆”。 ——降低钢材横向（垂直于加工方向）强度 、延性，冲击韧性，降低钢的抗HIC能力。 ——改善钢的切削加工性能。
2. 转炉冶炼工序
炼钢就是用氧化的方法，通过直接或间接的氧化及冶金 造渣反应，将铁水中的杂质元素去处，再依据目标钢种的技 术要求加入适量种类的合金，即可生产出合格的钢水。
冶金原理如下：
（1）脱硅反应： 2（FeO）+ [Si] =（SiO2）+ 2[Fe] 2[O] + [Si] =（SiO2） （2）脱碳反应： [O] + [C] = {CO} （3）脱磷反应： 2[P] + 5（FeO）+ n（CaO）= （nCaO· 2O5）+ 5[Fe] P
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三、炼钢生产流程与工艺
（二）、炼钢主要生产工序冶金原理
2. 转炉冶炼工序 转炉冶炼工艺的5大基本操作制度：
（1）装入制度：采用分期（按炉龄）定量装入制度。先装铁 水后装废钢。 （2）供氧制度：采用分期（按炉龄）恒压变枪位供氧制度。 （3）造渣制度：一般钢种采用单渣法，冶炼高碳钢或铁水磷 硫含量高时也采用双渣法。 （4）温度制度：根据冶炼钢种要求和铁水温度、成分、炉况 等确定废钢加入量，控制终点出钢温度。 （5）脱氧合金化制度：依终点钢水温度、成分及钢种要求确 定合金种类和加入量，按脱氧能力由弱至强的顺序依次加入 ，钢水出至3/4时加完。