船板钢的生产

船板钢的生产
1绪论
1．1 船板钢的性能要求及其影响因素船板钢在要求规定的屈服强度、抗拉强度和延
伸率外，还要求其在低温状态下的韧性(AKV 值)，另外，船板钢还要有良好的焊接性能。

那么从船板钢的这些性能的影响因素出发，我们去找出它与普碳钢的区别。

1．1．1 屈服强度和抗拉强度的影响因素
对一般工程用的铁素体—珠光体钢强度的影响，主要是通过固溶强化来体现的。

经研究表明，不同元素每加入1%的量可以提高屈服强度的数值
如下：P 为680MN/ m2 (69.3kg/mm2),Sn 为124MN佰(I2.6kg/mm2), Si 为83MN/m (8.5kg/mm2) , Cu为38MN/m (3.9kg/mm2) , Mn为32MN/ m (3.3kg/mm2) , Mo为11MN/m (1.1kg/mm2)等等。

固溶强化效果最好的还是碳，每增加0.1%C强度提高约294MNm(30kg/mm2)，由于碳增多后，显著地导致焊接性能和冷脆性能的恶化，所以碳含量被严格限制在低碳范围，而加入其它合金元素来满足强度。

此外加入少量细化晶粒的元素，如Al、V、Ti、Nb等可使强度尽一步提高，AH32 AH36 高强度船板就是微合金化的。

一般屈服强度都能达到，所以只考虑它的抗拉强度，影响抗拉强度的各特征的偏相关因数如下：
特征量C% Mn% S% P% Si h/mm
便相关因数0.528 0.194 -0.092 0.046 0.137 -0.047 h 是轧制成船板的厚度，由于它的影响甚小，在把Si 定为0.25%左右时，在投料生产前估计产品的抗拉强度经验公式为：
ab=328[C%]+81.8[Mn]+365 (1)
另外, 有经验公式描述屈服强度与碳含量的关系如下:
As=179.9+384Ceq+29.0Si (2)
1.1.2 焊接性能的影响因素
如果钢的含碳量较高, 有含有增大淬透性的合金元素, 那么就更容易导致硬化和淬化, 而且由于相变应力和热应力的作用, 在焊缝处易产生裂纹。

因此，为了产生裂纹，就必须降低碳含量，并适当选择合金元素的种类和控制其含量。

焊接的硬度值用HVmax来表示，
HVmax=(666Ceq+40±) 40,Ceq 为碳含量
Ceq=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14
为保证焊接区的性能，要求HVma*350;与此相应，当钢的Ceq(%)
V 0.44%时，一般不会产生焊接裂纹。

船板钢一般要求Ceq(%)< 0.40。

1．1．3 低温韧性
为评价钢的低温韧性，对缺口式样进行一次冲击试验，用缺口式样的冲击值Akv 来表示韧性的大小。

影响低温韧性的因素有：1)碳含量多时，钢的淬性转折温度急剧上升，而且冲击韧性全面下降，故多把碳含量限制在0.2%以下。

另外，提高合金元素Mn Ni 的含量，可提高钢的低温韧性。

2)脱氧方法和晶粒对低温脆性的影响：研究表明，镇静钢比沸腾钢的低温韧性要好的多，这除了是因为沸腾钢中含有较多的氧和氮以外，主要是因为镇静钢是铝脱氧，晶粒较细的缘故；特别是加入了少量的Nb V Ti等元素后，晶粒进一步细化，从而使钢得到更为优良的低温韧性。

3）控扎控冷要比一般轧制提高低温韧性。

1. 2工艺综述
为满足船板钢的低温韧性，船板钢一般都用镇静钢，由于Al的
脱氧能力比较强，又可以起到细化晶粒的作用，所以我厂最好用Al
进行脱氧，加铝的方法出钢时加铝块、精炼或吹氮时喂铝丝三种方法，依据船板不同的级别，加铝方法选用不同。

下表是一般船板钢的脱氧方法和化学成分：
从我厂的实际条件和船板钢生产的五大要点是：
1)Nb V Ti 的微合金化。

因为我厂用Nb 来微合金化的
经验比较丰富，所以生产高强度船板的合金化用Nb 或
者Nb+AI,每加0.01%的Nb,屈服强度as提高3—4 kg/mm2,脆性转
变温度升高5—15 C,正火处理后，屈服强度提高0.5 —2 kg/mm2,
脆性温度下降5—15 C。

2)严格控制碳含量。

一般强度船板钢的碳当量按式( 1 )
计算；生产高强度船板的碳当量按式( 2)计算。

Ceq=104+0.2h (1)
Ceq=(ab-194+0.31h)/738 (2)
当轧制7.5-80mm 厚普通钢板时碳当量合适范围为
0.20%-0.27%;当轧制7.5-32mm的高强度钢板的碳当量范围为
0.42%-0.57%。

3)严格控制夹杂物和防止二次氧化。

这就需要从出钢到结晶器钢水的全
程保护。

4)由于船板钢基本上都是用AI 脱氧的镇静钢,所以怎样防止水口结瘤是
顺利浇注的关键。

塞棒吹氩可以很有效地解决结瘤问题,经过简单的
改进我厂是可以实现的。

5)由于船板钢对[N] 有要求,所以要严格控制N 含量,使其不超标。

减
少钢中以间隙相存在的自由[N] ,以降低低温冲击转变温度, 改善低
温韧性。

从我厂实际看, 把现在的保护套管气封、浸入式水口气封
和塞棒吹气用的
氮气改成氩气是非常重要的。

1．3 冶炼和连铸工艺综述
1．3．1 吹炼工艺
冶炼船板钢是以镇静钢或半镇静钢为基, 严格控制钢中化学成分。

严禁炉渣反干，以保证炉渣有良好的作用。

炉渣碱度控制在2.8-3.2 为宜。

FeO 控制要低，以降低炉渣的氧化性, 一般要求FeO控制在18%^宜。

严格控制出钢时间( 1-1.5min )，防止二次氧化。

1．3．2 精炼
1)钢包中喂Ca-Si 合金包芯线，喂入量1kg/t 钢，喂丝要控制拉速，不能太快也不能太慢，喂速在2.0-2.5m/sec 为宜，目的是脱氧，去硫，改变夹杂物，使夹杂物变性，防止钢二次氧化。

2)吹氩一般大于3min。

吹氩要“弱吹”，尽量减少吹氩引起液面裸露在空气中，避免钢中的铝被氧化。

1 ．3．3 保护浇注工艺
采用全程保护浇注工艺，尽可能少地防止二次氧化。

1 ) 保持流股光滑而不散。

2)采用全程保护浇注。

3)使用密封剂，密封大包长水口的接缝，该密封剂在一定温度下软熔而产生
体积膨胀，其密封作用，取代了Ar 气，成本低，操作简单。

4）保护渣应有合适的熔化性、黏性和较强的吸收夹杂物的能力。

5）中包加过滤器（过滤器多采用石灰质）。

6）在中包钢水里加入稀土金属，改变硫化物类型。

Ce/s=1.5 时，可完全把硫化物改变成球状。

1．3．4 连铸工艺
1 ）钢水温度严格控制。

由于是铝脱氧镇静钢，中包温度降低了易结瘤，高了
易产生裂纹，所以中包钢水温度要严格控制。

2）拉速控制在0.75-0.85m/min
3）采用自动控制液面.
4）二冷水应采用弱冷，矫直温度要在900C以上。

1．4 浇注船板钢防止结瘤的措施
1）钢包吹氩搅拌，使夹杂充分上升。

2）利用中间包的功能（包括大容量、加挡墙、加过滤器等手段）使Al2O3 充分上浮。

3）中包保持高液面操作。

4）防止二次氧化。

长水口+氩气，使钢流与水口之间形成一层氩气膜，阻止Al2O3 沉淀，中包液面上加覆盖剂或中包保护渣，起防止二次氧化和吸附上浮夹杂物的作用。

5）采用专用保护渣，这种保护渣要有较强吸附Al2O3 夹杂的作用。

6）塞棒吹氩。

在中间包的塞棒吹氩，把水口壁上的堵物吹走，
同时也有利于结晶器上浮夹杂物，净化钢质。

1．5 结晶器喂铝丝
生产D E、AH32 AH36等钢板时要求的Als较大，为了提高铝的收得率和避免钢中AI2O3过高而产生结瘤，在结晶器中喂丝是较好的方法。

由于较低熔点的铝丝要通过结晶器断面的保护渣进入钢中，必须采用较大的喂丝速度。

但喂丝速度过快，可能会因铝扩散不充分而造成成分偏析，因此稳定、合适的喂丝速度是该工艺的关键。

喂丝速度由钢种铝要求量、铝丝单重（规格）、铸坯拉速、铸坯断面决定。

V喂=V 拉MG/g
V喂—Al 丝喂入速度，m/min
V拉一铸坯拉速，一般为0.7- 0.8 m/min
M铸坯单重，t/m
G—Al 丝的加入量，g/t
g—Al 丝单重，？4.0mm为33.70g/m , ?3.3mn为21.86g/m。

喂Al 丝的回收率一般在30%左右，由于我们是初次使用这种方法，所以回收率我们按25%算。

G=［（钢中要求的Als含量）-（到站大包钢水的Als含量）* 回收率（25%）
结晶器喂铝丝工艺要求结晶器保护渣有较强的吸附Al2O3
的功能。

下表是济钢喂铝丝时用的保护渣情况，4、5 号是用前渣粉样，3号是操作工操作时挑出的渣条，1、2号是使用时的液渣样。

从表中可以看到渣中AI2O3含量从使用前的平均4沂高到平均26.4%;
碱度也降低了不少，这表明，这种保护渣的吸附能力是很强的了，是适用于结晶器的喂丝工艺的。

换水口时，要降低拉速，并尽量减少换水口时间，并且换水口时应选择在定尺坯之间，以便坯子的整体铝含量在规定范围之内。

2各个等级船板钢的工艺设计
2. 1 A级船板的工艺设计
2. 1 . 1成分设计
Ceqmin=C+Mn/6=0.10+0.55/6=0.19
Ceqmix=C+Mn/6=0.18+0.80/6=0.31
0.19 < Ceq< 0.31 碳当量合适
强度效核：
Asmin=179.9+384Ceq+29.0Si=179.9+384*0.19+29.0*0.15= 257
Asmin=179.9+384Ceq+29.0Si=179.9+384*0.31+29.0*0.30=
308 屈服强度大于 235 所以合适。

Abmin=328[C%]+81.8[Mn%]+365=328*0.1+81.8*0.55+365=4 43Mpa
Abmix=328[C%]+81.8[Mn%]+365=328*0.18+81.8*0.8+365=4 90Mpa
抗拉强度在国标 400-520Mpa 范围内。

由于(w[AI])2*(w[O])3=k'AI
K'AI=4.0*10-14
把[O]=20ppm代入得出[AI]=0.0045% 所以规定[Al]
> 0.005
2．1 ． 2 冶炼要求转炉冶炼及出钢要求应符合前面论述的要求，吹氩时要喂 Ca-Si 合金包芯线来改善夹杂物形态，若不过 LF 炉就能保证 [O]20ppm 以下，吹氩也可不喂铝丝，否则喂铝丝最好在吹氩台喂入。

喂入的铝丝铝含量甾99%以上，喂入量可按
0.2kg/t 喂入，如果按 40%的回收率，吹氩喂丝后钢中AIs
可达 0 . 0 08% ，经过程的二次氧化到结晶器中时应能达到 0.005%以上。

要求杂质的含量按大西洋给的工艺规程上低合金钢的要求，具体如下：
[P] < 0.020% [S] < 0.020% [P]+[S] < 0.040%
[Cu] < 0.25% [H] < 5ppm [O] < 20PPM
[N] < 70ppm Sn+Als < 0.050%
2.1.3连铸要求
1）采用全程保护浇注，氩气密封，若能实现塞棒吹氩更好。

2）中包液面尽量保证高液面，减少大包水口烧氧次数，中包选用吸附夹杂能力较强的保护渣或覆盖剂。

3）结晶器保护渣选用吸附 AI2O3夹杂能力较强的中碳包晶钢保护渣。

4）结晶器采用Q235B的锥度即1-1.05%/m的锥度和开口度。

5）二冷水采用 0.7L/kg的比水量。

6 ）拉速按大西洋编的工艺规程上的低合金钢的拉速执行。

2. 2 B级船板的生产
2. 2. 1 B级船板的工艺设计
2.1.1成分设计
济钢B级钢的成分
济钢设计的成分的成本要低于我们设计的成本，国标上规定：当B级钢板做冲击试验时，锰含量下限可到0. 6 0%, 由于我们是初次生产，尽量按国标走，待技术成熟时，可降低 Mn含量,从而降低成本。

按内控成分的碳当量效核：
Ceqmin=C+Mn/6=0.08+0.80/6=0.21
Ceqmin=C+Mn/6=0.16+1.00/6=0.33
0.21 < Ceq< 0.33 碳当量合适
强度效核：
Asmin=179.9+384Ceq+29.0Si=179.9+384*0.21+29.0*0
.10=263
Asmix=179.9+384Ceq+29.0Si=179.9+384*0.33+29.0+0 .35=316
屈服强度大于235,所以合适。

Abmin=328[C%]+81.8[Mn %]+365=328*0.08+81.8*0.80+ 365=456Mpa Abmix=328[C%]+81.8[Mn %]+365=328*0.16+81.8*1.0+3 65=499Mpa
抗拉强度在国标 400-520Mpa范围内
2. 2. 2冶炼和连铸要求
冶炼与连铸要求同 A级钢板，只是由于Mn含量接近1%
所以浸入式水口要用铝碳水口；吹氩台喂铝线喂入量可按 0.3kg/t 喂入。

2. 3D级船板钢的生产
2. 3. 1成分设计
D、E级船板强度与A、B强度一样，但低温韧性要求高，所以D、E 钢板要求Als含量，为的是细化晶粒，提高低温韧性。

按内
控成分的碳当量效核：
Ceqmin=C+Mn/6=0.08+0.70/6=0.20
Ceqmin=C+Mn/6=0.16+1.00/6=0.33
0.20 < Ceq< 0.33 碳当量合适。

强度效核：
Asmin=179.9+384Ceq+29.0Si=179.9+384*0.20+29.0*0
.10=259
Asmix=179.9+384Ceq+29.0Si=179.9+384*0.33+29.0+0
.35=316
屈服强度大于235，所以合适
Abmin=328[C%]+81.8[Mn %]+365=328*0.08+81.8*0.70+ 365=449Mpa Abmix=328[C%]+81.8[Mn %]+365=328*0.16+81.8*1.0+3 65=499Mpa 抗拉强度在国标 400-520Mpa范围内。

2. 3. 2冶炼及连铸要求
为更好地达到脱气，降低夹杂物和调节成分的效果，D、
E级钢水最好过LF炉，使其钢水要求达到规定的范围。

为了避免结瘤和AI2O3杂质生成，加铝分为精炼炉加铝线和结晶器喂铝丝两步，第一步精炼炉喂铝线喂入量可按哦 0.4kg/t喂入，使钢水的Als含量达到0.015%以上，第而步，结晶器喂铝丝按0.36kg/t 喂入，铝丝采用？3.2m m单重
21.55g/m,回收率按30%计算，最终钢坯中的 Als含量能达到 0.025%以上。

200*1600 断面、220*1600 断面和 200*1400 断面的喂速表见下：（单位为m/min）
铸机按规定调整喂线速度和方式，喂入点在水口侧 100-150mm，并在铸坯厚度中心线上；铝线应垂直插入液面; 每2-3炉更换一下保护渣，避免出
现渣团；严格按规定喂速
控制喂线，保证铸坯质量。

在喂丝的第一炉切割工在铸坯的角部割角样交质检化
验Al成分Al达不到要求(0.020%)的及时调整喂丝速度。

保护渣要用专用保护渣。

使用塞棒吹氩和氩封相接合以更好地防止水口结瘤、二
次氧化和改善结晶器内流场。

水口与塞棒同时吹气，供气量比为2： 1时，其流场最合理。

下表是武钢生产各拉速下最佳供气量：
鉴于武钢给的数据气量较大，现我车间暂定生产 220*1600 断面时，拉速为0.7m/min 时水口供气量为 12L/min(0.75m3/h)，塞棒供气量为
6L/min(0.37m3/h)。

实际生产中视结晶器液面波动情况而定，以液面有波动为目标。

原则上拉速升高降低供气量，拉速降低升高供气量。

比水量采用弱冷采用 0.65L/kg的比水量
其它工艺技术要求同B级船板钢
2. 4E级船板钢的生产
2. 4. 1成分设计
E级船板与D级船板相比较，继续减低 C含量，提高Mn
含量从而提高了低温韧性。

按内控成分的碳当量效核：
Ceqmin=C+Mn/6=0.06+0.80/6=0.19
Ceqmix=C+Mn/6=0.14+1。

10/6=0.32
0.19 < Ceq< 0.32 碳当量合适
强度效核
Asmin=179.9+384Ceq+29.0Si=179.9+384*0.19+29.0*0 .10=256
Asmix=179.9+384Ceq+29.0Si=179.9+384*0.32+29.0*0 .35=313
屈服强度大于 235，所以合适。

Abmin=328[C%]+81.8[Mn%]+365=328*0.06+81.8*0.80+ 365=450Mpa
Abmix=328[C%]+81.8[Mn%]+365=328*0.14+81.8*1.1+3 65=501Mpa
抗拉强度在国标 400-520Mpa 范围内。

2．3． 2 冶炼及连铸要求
冶炼及连铸要求同 D 级钢板。

2．5 A32(AH32) 船板的生产
GB712-2000
A32 A36
C< 0.18 Si < 0.50 Mn0.90-1.60 S
0.035 P < 0.035 Als > 0.015 Nb 0.02-0.05
V 0.05-0.10 Ti < 0.02
A32屈服强度不小于 315Mpa抗拉强度范围440-570Mpa；
A36屈服强度不小于 335Mpa,抗拉强度范围 490-630Mpa。

2. 5. 1成分设计
对于高强度船板钢 A32、A36，化学成分国标列入了 Al、
Nb V、Ti等细晶元素，并且在附注中指出，这些元素可以
单独或以任何一种组合形式加入钢中。

当单独加入时，元素的含量必须大于等于规定的下限；若加入两种或两种以上的元素时，则表中单一元素含量的下限的规定不适用。

Nb V、
Ti的含量还应符合 Nb+V+Tiw 0.12%。

鉴于我厂 Nb钢生产经验比较成熟，因此 A32、A36采用Nb+AI微合金化。

按内控成分的碳当量效核：
Ceqmin=C+Mn/6=0.1+1.0/6=0.26
Ceqmix=C+Mn/6=0.16+1。

1.3/6=0.38
0.26 < Ceq< 0.38 碳当量合适
强度效核
Asmin=179.9+384Ceq+29.0Si=179.9+384*0.26+29.0*0
.20=286
Asmix=179.9+384Ceq+29.0Si=179.9+384*0.38+29.0*0 .5=340
按每加 0.01%Nb,屈服强度 As提高 3-4kg/mm2即 (30-40Mpa) 计
算 , Asmin=286+30=316Mpa ,
Asmix340+30=370Mpa正火处理后，屈服强度还可提高 0.5-2kg/mm2，所以屈服强度满足要求。

Abmin=328[C%]+81.8[Mn %]+365=328*0.10+81.8*1.0+3 65=480Mpa Abmix=328[C%]+81.8[Mn %]+365=328*0.16+81.8*1.3+3 65=524Mpa 由于微合金化，所以抗拉强度会比算的要高一点，抗拉强度在国标440-570Mpa范围内。

2. 5. 2冶炼及连铸要求
冶炼及连铸工艺同 D、E级钢板。

保证矫直温度在950 C 以上，所以0.65L/kg 的比水量如果出现横裂纹，则该为 0.6L/kg。

2. 6 A36船板的生产
2. 6. 1成分设计
按内控成分的碳当量效核
Ceqmin=C+Mn/6=0.1+1.2/6=0.30
Ceqmix=C+Mn/6=0.16+1.5/6=0.41
0.30 < CeqW 0.41 碳当量合适
强度效核
Asmin=179.9+384Ceq+29.0Si=179.9+384*0.30+29.0*0 .20=301
Asmix=179.9+384Ceq+29.0Si=179.9+384*0.41+29.0*0 .5=352
按每加 0.01%Nb,屈服强度As提高 3-4kg/mm2即
(30-40Mpa) 计算，Asmin=301+60=361Mpa ，
Asmix352+60=412Mpa 正火处理后，屈服强度还可提高 0.5-2kg/mm2 ，所以屈服强度满足要求。

Abmin=328[C%]+81.8[Mn%]+365=328*0.10+81.8*1.2+3 65=496Mpa
Abmix=328[C%]+81.8[Mn%]+365=328*0.16+81.8*1.5+3 65=540Mpa
由于微合金化，所以抗拉强度会比算的要高一点，抗拉强度在国标490-630Mpa 范围内。

2．5． 2 冶炼及连铸要求
冶炼及连铸工艺同 A32 级钢板。

由于 A36 要求的 Als 低，所以在精炼炉喂丝时按喂入量 0.25kg/t 喂入。

3 总结
3．1 各钢种的温度控制如下
3.2综述
总的来说，船板钢的生产主要是夹杂物的控制、二次氧
化的控制、纯净度的控制和Als的控制。

从工艺来说，同普
碳钢比较，A、B级钢板要求了控制低的［0］，在A B的基础上D、E要求了［Als］以细化晶粒来提高钢的低温韧性，A32、
A36是用Nb Al微合金化了的高强度钢。

一般强度的A、B
级船板通过普通轧制即可满足其工艺，力学性能。

而生产D、
E级及高强度船板 A32、A36时，需要在具备较完善的设备装备下，通过控冷工艺或热处理工艺等手段实现。

从我们实际来出发，把大包长水口，浸入式水口氮气密封该为氩气密封、实现塞棒吹氩和增加结晶器喂铝丝的设备是生产船板钢的关键。