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Ti微合金三级锚链钢的生产试验
刘丽霞;孔凡杰;王世俊;周云
【期刊名称】《安徽工业大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2007(024)004
【摘要】为提高三级锚链钢质量,设计该钢种化学成份,优化炼钢过程的脱氧、合金化及连铸工艺,结合钛微合金化及铸坯进保温坑缓慢冷却的工艺进行工业试验.结果表明,工艺过程控制较为合理,生产的三级锚链钢各项性能指标均达到国家标准要求,解决了三级锚链钢纵裂纹的问题.
【总页数】3页(P374-376)
【作者】刘丽霞;孔凡杰;王世俊;周云
【作者单位】安徽工业大学,冶金与资源学院,安徽,马鞍山,243002;南京钢铁联合有限公司,南京,210035;安徽工业大学,冶金与资源学院,安徽,马鞍山,243002;安徽工业大学,冶金与资源学院,安徽,马鞍山,243002
【正文语种】中文
【中图分类】TF769.9
【相关文献】
1.钛微合金化CM690三级船用锚链钢的开发 [J], 刘丽霞;孔凡杰;王世俊;周云;彭军
2.真空精炼生产Ti微合金化Q345B热轧板生产实践 [J], 张炯;文亮;王泉;黄传根;范海宁;张立鑫;周亚辉
3.Nb-V-Ti 微合金化低合金钢SG610E 250 mm×2 000 mm连铸尾坯封顶工艺试
验与实践 [J], 曹磊;马保振;黄伟青;韩立浩;石永亮
4.Ti微合金化在L360M管线钢生产中的应用 [J], 乔大海;王军;肖彦忠;娄军魁
5.CSP生产线生产Ti微合金化高强耐候钢铸态组织研究 [J], 苏亮;毛新平;田乃媛;林振源
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CM690锚链钢淬透性研究锚链作为舰船和海洋工程的主要部件,其机械性能关系到舰船的装载量和航速,决定了海洋作业的安全性,由于锚链自重大且服役环境恶劣,要求锚链用钢不仅要具有高的强度和韧性,还应具有耐海水腐蚀、抗冲击和耐疲劳等特性。
CM690在三级锚链钢中应用十分广泛,在实际生产使用中,CM690三级锚链钢力学性能是通过材料的化学成分和热处理条件两方面来保证的,大型CM690锚链钢直径最长可达280mm,其尺寸过大,在调质处理时心部不易淬透,生成的非马氏体组织在回火后抗疲劳性能和硬度、强度都大幅下降,使CM690锚链钢使用性能变差,因此对CM690锚链钢淬透性进行系统研究对于理论探究、相应加工工艺的发展以及实际应用性能的改善都具有重要意义。
本课题设计了 800℃、840℃、880℃、920℃、960℃的升温淬火和 960℃、920℃、880℃、840℃、800℃的降温淬火10组末端淬火方案以及960℃、920℃、880℃、840℃、800℃的降温淬火和800℃保温1h、2h、4h的8组直接淬火方案,通过光学显微组织分析、硬度试验、扫描组织分析等方法系统研究了 CM690锚链钢的淬透性,探究了奥氏体化温度、奥氏体晶粒度对CM690锚链钢淬透性的影响以及CM690锚链钢淬火过程中的组织演变规律。
分析试验结果可知,在奥氏体化温度为800℃～960℃时,CM690锚链钢的淬透性随着温度上升而得到提高,奥氏体化温度为960℃时淬透性最好,良好的淬透性是获得理想强韧性的条件之一,但最佳强韧性的获得还取决于钢中组织亚结构等其他因素,960℃时马氏体组织变得粗大,马氏体评级已经属于过热组织,其强度、韧性和耐磨性等降低,不宜采用。
奥氏体化温度为880℃～920℃,淬火后得到的组织以细小的板条马氏体和较细针状马氏体组成,其淬深度和组织性能都表现优良,880℃～920℃是CM690锚链钢适宜的奥氏体化温度。
CM690锚链钢在末端淬火试验中组织和硬度变化更加明显,随着水冷端高度上升,冷却速度下降,组织中依次发生马氏体转变、贝氏体转变、铁素体析出和珠光体转变,硬度逐渐降低。
高品质船舶及海洋工程用钢的开发简介钢是船舶及海洋工程中最重要的材料之一，其质量和性能的优劣直接关系到船舶的安全和使用寿命。
为了满足不断增长的航运行业的需求，并提升远洋航行和海洋工程的可靠性，钢材生产厂家不断努力改进钢材的质量和性能。
本文介绍了高品质船舶及海洋工程用钢的开发。
钢材的特性钢材的特性包括其强度、可塑性和韧性等。
高品质船舶及海洋工程用钢的特性需具备以下几个方面：高强度高品质船舶及海洋工程用钢需要具备足够的强度，以确保船体或其他结构件能够承受极端的力和压力，保证其在恶劣的海洋环境下具有足够的稳定性和可靠性。
在船舶建造中，钢材通常用于船体的外壳、龙骨和桁架等。
良好的可塑性船舶及海洋工程中的钢材需要具备良好的可塑性，这意味着钢材可以被加工成各种形状和尺寸，以适应不同的结构需求。
通过钢材的可塑性，可以实现船体和其他海洋结构的轻量化设计。
出色的耐腐蚀性在海洋环境中，钢材需要能够长期抵御海水、氧化和腐蚀等因素的侵蚀，以确保结构件的安全和可靠性。
船舶及海洋工程用钢的耐腐蚀性也是必不可少的一个特性。
钢材的制造高品质船舶及海洋工程用钢的制造需要采用严格的工艺和先进的制造设备。
下面介绍一些钢材制造中常用的技术：热轧技术热轧是钢材制造中最基本的技术之一，也是最常用的技术之一。
通过高温加热和辊压，可以将钢材加工成各种形状和尺寸，达到不同的性能要求和结构设计需求。
冷轧技术冷轧技术也是一种重要的钢材制造技术，通过冷轧可以得到更高的精度和更良好的表面光洁度。
对于要求更高表面光洁度的船舶外壳，冷轧技术是不可或缺的。
熔炼技术熔炼技术是制造高品质船舶及海洋工程用钢的必备技术之一。
通过熔炼技术，可以得到更纯净、更均匀、更稳定的钢材，提高钢材的强度、可塑性和耐腐蚀性。
高品质船舶及海洋工程用钢的研究和开发高品质船舶及海洋工程用钢的研究和开发是一项长期的技术探索过程。
为了满足不断增长的航运需求和提高海洋工程的可靠性，现代科学技术已经不断改进和创新钢材的制造技术，以适应不断变化的市场需求。
船用锚链圆钢选用标准湖北华神锚链有限公司2012年6月1.说明1.1本标准适用于直径¢16-¢180(含加大环\未端环用料)船用电焊锚链及附件用钢(以下简称圆钢)1.2引用标准电焊锚链圆钢技术条件YB897-85船用锚链圆钢GB/T18669-2002热轧圆钢和方钢尺寸\外形\重量及允许允许偏差GB702-86锚链国家标准GB549/T-20082分类及代号2.1圆钢按强度级别分为一级\二级\三级,其强度等级代号为M1\M2\M32.2圆钢的强度等级及对应的牌号和圆钢直径应符合表1规定表13．尺寸、外形及允许偏差（含定倍尺）3．1圆钢尺寸及允许偏差见表23．2圆钢不圆度应符合表3规定表33．3圆钢定倍尺要求3．3．1定尺长度是指两个料头长度加N个棒料长度（即倍尺长度）加N 个锯缝宽度。
两个料头长度与N个锯缝宽度之和控制在40～50 mm。
通常定尺长度应在6m-8m范围内。
例如；¢50圆钢，其倍长度为613 mm，其定尺长度应为N*613+40～50 mm，即定尺长度为为6170～6180 mm（N=10）或6780～6790 mm（N=11）或7400～7410 mm（N=12）（锯缝宽度取B=1.2～1.3 mm）3.3.2整支圆钢长度达不到定尺要求,则必须符合倍尺要求,即总长度等于两个料头长度加N个棒料长度(即倍尺长度)加N个锯缝宽度.两个料头长度之和控制在40～50 mm.例如: ¢50圆钢,其长度可以为:4944～4954 mm(即N=8,8*613+40～50 mm)3.3.3倍尺规定见表43.4外形3.4.1圆钢的弯曲度应符合表5规定4.圆钢技术要求4.1材料牌号及化学成份4.1.1圆钢化学成份应符合表6规定4.4.1.1钢中允许加入V\Ti\Nb等细化晶粒的微量元素。
4.1.1.2 Mn的含量不应控制在下限，以确保力学性能符合本标准规定的要求。
钛合金及其在船舶领域的应用船舶121 120617106 金伟摘要:在海洋环境测验下,钛及钛合金有着非常广阔的前景,也是船舶建造工业合适的材料.钛合金应用,船舶建造工业领域钛合金研究的发展,以及其前景发展将在本论文中。
关键词：钛，船舶，应用，前景。
人类在陆地上活动发展至今，面临着人口剧增、资源枯竭、能源危机、环境恶化等基本问题。
而海洋占地球表面积的71%，蕴藏着丰富的矿藏和能源，因此海洋空间与资源不仅是世界军事和经济竞争日益激烈的重要领域，而且将成为人类赖以生存、社会藉以发展的战略空间和基地。
大力开发海洋是人类的必然选择，海洋在21世纪及未来必将成为激烈的国际竞争场所。
我国有18 000 km海岸线，有300万km 2 的专属管辖海域，资源丰富。
因此开发海洋关系到国家经济、社会的发展，关系到国家主权和权益，是21世纪我国面临的重大课题。
随着海洋意识的觉醒，我国也开始并不断重视海洋开发。
十六大提出了“实施海洋开发”；十七大五中全会把发展海洋经济提高到国家战略的高度；十八大指出“提高海洋资源开发能力，发展海洋经济，保护海洋生态环境，坚决维护国家海洋权益，建设海洋强国”，并将海洋作为未来陆、海、空、天四大战略空间的首位。
船舶是人类认知海洋、开发海洋、利用海洋、维护海洋权益的基础装备与手段，船舶技术对世界市场的形成、国际贸易的增长、工业化的拓展、刺激科学技术（特别是军事技术）的发展，起到了重要的牵引作用。
因此，我国要实现“建设海洋强国”的目的，增强控制海洋、维护海洋权益和疆土完整的综合制海能力及开发利用海洋空间的能力，必须大力发展先进船舶技术和材料。
钛及钛合金具有重量轻、比强度高、耐蚀、无磁、透声、抗冲击等特性，尤其是在如海水、海洋那样的氯化物气氛中具有优异的耐蚀性。
在船舶上应用可以减少舰船的维修成本和寿命周期成本，减轻船体的重量、增加有效载荷、提高舰船的可靠性和战术性，是船舶工业的理想材料。
[1]1 钛及钛合金作为造船材料的优点1.1 质轻，比强度高比强度是指材料强度与密度的比值。
钛微合金化CM690三级船用锚链钢的开发*刘丽霞1，孔凡杰2，王世俊1，周云1，彭军3（1 安徽工业大学冶金与资源学院，安徽马鞍山 243002；2 南京钢铁联合有限公司，江苏南京 210035；3 北京科技大学冶金与生态学院，北京 100083）摘要：为提高三级锚链钢的各项机械性能，改善钢的质量，将钛微合金化技术应用于CM690三级船用锚链钢的生产试验中。
结果表明，在钛含量为0.020%～0.030%时，所生产的CM690三级船用锚链钢各项机械性能指标不仅达到了国家标准要求，而且其抗拉强度远高于国家标准要求。
提高了钢的质量，同时开发出钛微合金化CM690三级船用锚链钢新钢种。
关键词：CM690；锚链钢；钛；微合金化；机械性能中图分类号：TG142；TG335.6+2 文献标识码：A 文章编号：1004-4620（2007）06-0026-03Development of Ti Microalloyed CM690 Grade Three Anchor Chain Steel forShipLIU Li-xia1, KONG Fan-jie2, WANG Shi-jun1, ZHOU Yun1, PENG Jun3（1 School of Metallurgy and Resource, Anhui University of Technology, Maanshan 243002, China;2 Nanjing Iron and Steel Unite Co., Ltd., Nanjing 210035, China;3 Metallurgy and Ecology School, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083,China）Abstract: In order to increase the mechanical properties of grade three anchor chain steel for ship and to improve the quality of steel, the technology of Ti micro-alloying was applied in producing grade three anchor chain steel. The industrial practice shown that all mechanical properties of produced anchor chain steel, especially the tensile strength, meet the requirement of national standards when the content of Ti is between 0.020%～0.030%. So producing high quality new type Ti micro-alloyingtertiary anchor chain steel was got.Key words: CM690; anchor chain steel; Ti; microalloy; mechanical property1概述随着海洋、河流航运及海上石油开采业的发展，对锚链钢的生产研究日益占据重要地位。
工业发达国家船用锚链钢大多使用抗拉强度为690 MPa的CM690三级锚链钢，有的强度甚至达到890 MPa级的四级锚链钢[1-2]。
因此，推广应用CM690三级船用锚链钢是当前我国锚链用钢技术进步的需要，也是推进船运业和钢铁工业两大产业发展的要求。
开发CM690锚链钢并提高钢质量主要有两种途径，一是通过控轧控冷工艺提高钢的强度；二是通过加入微合金元素改善钢的各项性能。
本研究主要针对第二种情况。
微合金化可以提高钢材强度、塑性和韧性，优化产品性能，从而可以在不降低性能前提下减少产品钢材的使用量，达到降低成本的目的；同时世界钛资源比较丰富，供应和价格比较稳定[3]。
因此，钛的自身特点决定了钛微合金钢广泛应用于锚链钢生产中是可行的。
2钛微合金化在CM690钢中的应用利用微合金化技术生产CM690三级锚链钢，钢中有了微合金元素，可保证钢在碳当量较低的情况下，通过微合金元素的碳、氮化物质点的弥散析出、元素的固溶及细化晶粒，极大地提高钢的强度、韧性，特别是低温韧性，使钢具有良好的可焊性、使用性。
在生产CM690钢时可采用的微合金元素有多种，包括铌、钒和钛等，比较几种元素，在保证生产工艺稳定性及产品质量效果的前提下，钛铁价格最低，且钛铁矿资源丰富[4]。
因此，采用钛微合金生产CM690钢是比较经济有效的手段。
微合金化高强度锚链钢所采用的炼钢、轧钢生产工艺与目前低合金钢的基本相同，可在现有设备水平及工艺水平的基础上进行。
微合金元素钛在轧制阶段可抑制回复及再结晶的进行，从而细化相变晶粒。
因此为了充分发挥微钛的作用，达到最佳的强韧化效果，微合金CM690钢的生产应采用控制轧制技术，其轧制工艺与普碳钢和高强度低合金钢的轧制工艺相似。
在降碳的同时选择合理的加热温度，保证全部或至少大部分钛在轧钢前固溶到奥氏体中。
在轧钢过程中的一部分钛以TiC析出，阻止再结晶和晶粒长大，得到晶粒细小的室温组织，具有较好的韧性和可弯曲性。
固溶钛在随后的冷却过程中均匀析出，进一步强化室温组织。
大量研究表明，在合理的工艺条件下，为保证提高CM690钢的抗拉强度、屈服强度及控制晶粒尺寸，合适的钛含量为0.01 %～0.03%[5]。
3 利用钛微合金化开发CM690钢生产实践3.1 工艺流程用于生产锚链钢的设备为：电弧炉、LF炉和连铸机。
冶炼工艺流程为：电炉冶炼→出钢脱氧合金化→喂Al线→LF炉精炼加TiFe合金、CaSi线、软吹→小方坯全保护浇注→棒材轧制。
3.2 生产工艺分析电炉与LF炉精炼配合使用，所以电炉的主要任务为脱碳和脱磷，炉内为强氧化性气氛。
冶炼过程中氧枪和碳枪配合使用造好泡沫渣，实现埋弧操作，同时增大脱磷反应的界面，改善脱磷反应的动力学条件，从而及早完成脱磷任务。
具体操作为：熔清后开始测温，当温度t≥1 550 ℃时取样，电炉终点控制P质量分数≤0.018%，其它成份符合要求时，出钢。
出钢时钢中氧含量高且渣中FeO含量也较高，如果脱氧和合金化任务全部放到精炼阶段则精炼任务较重、处理周期长，不利于充分发挥精炼的作用，所以出钢时加入合金脱氧并预合金化。
其种类及加入量为：硅锰合金8～10 kg/t，锰铁6～8 kg/t，铝铁3～4 kg/t，同时加入石灰和萤石调整渣的碱度、黏度等，减轻精炼脱氧合金化和造渣负担，其加入量为石灰500～1 000 kg/t，萤石100～300 kg/t。
钛是极易氧化的元素，合金化工艺直接影响钛的回收率和在钢中的效果,并且在浇注过程中含钛钢水易在水口结瘤，主要是以凝固的钢为基体，富集大量含钛和铝的氧化物[6]。
所以，应从合金化工艺入手，避免终点钢液过氧化，控制合理的加钛量和加入时机。
LF精炼阶段脱氧是脱硫、合金化和减少钢中夹杂的关键。
LF精炼过程除了采用常规碳表面扩散脱氧、合金沉淀脱氧外，还喂入Al丝深脱氧，在LF深脱氧处理后随其他合金一起加入钛铁，加入量0.4～0.5 kg/t，钛的回收率为60％左右。
具体操作为：钢包抵LF位立即测温，根据初始温度和连铸需要钢水时间，决定供电制度。
加热至t≥1 550 ℃取试样1，并喂铝线对钢水深脱氧，保证LF 出钢前Alt质量分数为0.02%～0.06%。
再给电，根据样1分析结果造渣脱[S]，并按碳0.30%，锰1.60%，硅0.35%，铌0.020%～0.025%，钛0.020%～0.030%，进行成分质量分数调整。
合金化后进行吹氩处理，有足够的镇静时间，使夹杂物上浮，降低钢中夹杂物含量。
成份和温度合格后，钢包抵喂线工位，喂入CaSi 线对夹杂物改性，通过改性处理来减轻连铸水口结瘤的现象；喂线后软吹，软吹时间不小于8分钟，尽可能排除夹杂。
之后吊往连铸机全保护浇铸，浇注过程过热度控制在30℃以内，之后将铸坯进行棒材轧制。
3.3 产品性能检验及分析本次试验共生产了30炉，取生产时间比较集中、工艺控制较为严格的20炉进行分析，CM690钢成品力学性能列于表1。
表1 成品力学性能该批产品中共有5炉轧制厚度为62 mm，4炉为75 mm，3炉为64 mm，39、70、72 mm各为2炉，43、60mm各1炉。
各规格CM690钢力学性能试验统计结果见表2，各炉化学成分统计分析结果见表3。
表2 成品力学性能统计结果表3 试验钢化学成分%其中各炉铌含量为0.020%～0.025%，钛含量均为0.020%～0.030%。
试验钢化学成分、成品尺寸、重量偏差以及力学性能按GB/T18669—2002标准执行。
通过生产实践表明，当钢的成分中C、Si、Mn含量保持大致不变的前提下，在现有冶炼工艺条件下对于钛含量在0.03%左右的CM690钢，其屈服强度和抗拉强度可大大提高，达到GB/T18669—2002标准要求。
通过用户信息反馈，所生产的钛微合金化CM690钢力学性能、几何尺寸完全符合用户使用标准。
这是因为微合金钢在加热保温以及随后的冷却过程中发生元素的碳化物和氮化物的溶解、析出反应。
在热变形过程中利用强碳化物、氮化物或碳氮化物形成元素钛的碳氮化物的溶解析出规律，控制析出时机，达到细化奥氏体晶粒，进一步细化铁素体晶粒，对钢产生强韧化作用以及在铁素体相中的沉淀强化作用[7]。
高温析出的碳、氮化钛有抑制原始奥氏体晶粒长大的作用，可阻碍变形奥氏体再结晶；固溶钛有拖曳晶界移动的作用，抑制γ－α转变；在相变时或在相变后析出的钛，对铁素体有强烈的沉淀强化作用。
另外，钛形成的碳、氮化物固定了钢中自由氮，从而减轻了氮在钢中的危害[7]。
当微合金钛碳化物、氮化物溶解、析出过程达到平衡时，其溶解、析出量满足微合金碳化物、氮化物固溶度积公式。
钛的碳、氮化物在低碳钢的析出规律符合欧文公式[4，8]：lg(Ti)(C+12/14N)=2.26-6770/T利用该公式可计算一定化学成分的钛微合金钢在不同温度下钛的碳、氮化物溶解及析出达到平衡时，析出碳、氮化物的质量百分数及钛微合金碳、氮化物的固溶度，从而估计细化奥氏体晶粒和沉淀强化的两个分量，以及钢中自由氮的情况，以利于CM690三级锚链钢生产工艺控制和制定，进而初步确定钢中所需钛含量。
本试验证明钢中钛含量为0.020%～0.030%时，能够保证锚链钢的性能满足国家标准要求而且其抗拉强度远远高于标准，从而达到改善锚链钢质量的目的。
