低成本制管用钢AL690ZG-1B的研发与应用.pdf

2023年2 月第3 1卷第1期河南冶金HENANMETALLURGYFeb.2023Vol.31No.1低成本制管用钢AL690ZG-1B的研发与应用刘伟云厚健龙李堃焦政华于萌尚立立（安阳钢铁集团有限责任公司）摘要制管用钢AL690ZG-1B主要用于生产挂车车厢上的方形管，对载重量、耐磨性以及成形性能有较高的要求。主要介绍了制管用钢AL690ZG-1B的研发机理及全流程生产工艺，重点对化学成分、热轧工艺、酸轧工艺等进行了研究，摸索出了一套低成本且满足用户要求的生产工艺。研发结果表明，该产品生产成本低，力学性能、表面质量均满足用户使用要求。关键词低成本方形管抗拉强度延伸率RESEARCHAND APPLICATION OF LOW COSTPIPE STEEL AL690ZG-1BLiu Weiyun Hou Jianlong Likun Jiao Zhenghua Yu Meng Shang Lili(Anyang Iron and Steel Group Co.,Ltd)ABSTRACT The steel AL690ZG-1B used for pipe making is mainly used for producing square pipes on trailer carriages,with high requirements for load capacity,wear resistance and formability.This article mainly introduces the research anddevelopment mechanism,full process production process of pipe steel AL690ZG-1B,focusing on the chemical composition,hot rolling process,acid rolling process and other aspects.A low-cost production process that meets users requirements hasbeen explored.The research and development results show that the product has low cost,mechanical properties,and surfacequality can meet users requirements.KEY WORDS Low-cost square Tube Tensile strength Elongation0前言随着汽车工业的快速发展，对汽车用钢的需求量越来越大，冷硬高强钢产品逐渐得到下游汽车用户的青睐，其不仅能够满足用户对于高强度的要求，而且相比热轧卷板而言，表面质量更好，尺寸精度更高，同时成本较低，价格相对便宜。制管用钢AL690ZG-1B主要用于生产挂车车厢上的方形管，冷连轧冷硬产品抗拉强度需达到8 0 0 MPa以上，断后伸长率大于3%，以满足汽车结构用钢载重量、耐磨性以及成形性能的要求。为此，笔者通过分析制管用钢AL690ZG-1B的技术要求，采用冶炼、连铸、热连轧、酸洗、五机架冷连轧等生产工序，优化成分体系设计和生产过程控制，用3.55.0 m m 的热轧钢卷经冷轧生产，成功开发了牌号AL690ZG-1B1.21.5mm制管用钢AL690ZG-1B。1成分设计制管用钢AL690ZG-1B对产品的抗拉强度和延伸率均有较高的要求，在成分设计时考虑了两种成分体系，分别为C、M n 成分体系和C、M n+Nb 成分体系。但通过试生产发现,采用C、M n 成分体系，成本较低，断后延伸率稍高，但产品的抗拉强度稍低；采用C、M n+Nb 成分体系，产品抗拉强度高，但成本相对较高。综合考虑AL690ZG-1B的加工应用特性、使用效果以及经济性等因素，最终选择采用C、M n 元素成分体系。同时,要求钢中的P、S、AL元素尽可能低，避免因这些元素过量，而降低钢卷的焊接和成型性能。AL690ZG-1B钢的化学成分见表1。表1AL690ZG-1B钢化学成分控制范围（质量分数）CSi0.14 0.170.12 0.25%MnP0.25 0.450.025S0.025A10.010联系人：刘伟云，高级工程师，河南.安阳（4550 0 4），安阳钢铁集团有限责任公司技术中心；收稿日期：2 0 2 2-0 9-0 9442性能要求AL690ZG-1B冷硬卷的力学性能要求见表2。表2 AL690ZG-1B冷硬卷力学性能要求屈服强度/牌号MPaAL690ZG-1B3工艺路线工艺路线：优质铁水转炉冶炼一LF精炼一连铸一铸坏加热一粗轧一精轧一层流冷却一卷取一焊接一酸洗一五机架冷连轧一取样一检验一包装一人库。4生产工艺4.1冶炼工艺经150 t顶底复吹转炉冶炼，要求高炉铁水温度不小于12 50，铁水脱硫扒渣干净；出钢挡渣采用滑板挡渣，严格控制下渣量。脱氧时要先加强脱氧剂，保证沉淀脱氧完全。合金化选用硅锰铁、硅铁，出钢1/5开始加人合金，出钢4/5前加完。精炼炉正常到站温度不小于1550，精炼时间大于25min，白渣保持时间大于15min，软搅拌时间大于6min。LF控制连铸到站参考温度：第一炉156 51585；连浇炉156 0 158 0。正常浇注过程中，拉速控制在1.0 1.4m/min，尽可能确保拉速和结晶器液面稳定。铸坏尺寸为（2 10 2 3 0）mm（8 0 0 16 50）mm（450 0 110 0 0）mm。最终成分控制良好，各元素质量分数均控制在设计范围内。4.2热轧工艺4.2.1加热工艺铸坏加热温度的高低决定着奥氏体的原始晶粒度和合金元素的固溶程度，并直接影响钢板的最终性能。加热温度过高不但浪费燃料，降低产品表面质量，还会使晶粒异常长大，晶间结合力变差，影响产品的焊接和成型性能；加热温度过焊接功率/kW12采用表3 中的焊接工艺参数对AL690ZG-1B进行焊接，焊缝质量较好，对焊缝处进行杯凸试验检测，没有发现因脆断而产生的裂口，焊缝质量如图1所示。4.3.2酸洗工艺带钢的酸洗工艺参数包括酸洗温度、酸洗速度和酸洗浓度。酸轧机组采用浅槽紊流酸洗工艺，能够使酸溶液在高速运行的带钢带动下，在酸洗槽内形成紊流通道加速向带钢氧河南冶金低会使钢材的变形抗力增加，在轧制过程中增加能源动力消耗。对于制管用钢AL690ZG-1B,铸坏的加热温度既要保证合金元素的充分固溶，又抗拉强度/延伸率/MPa%8003表3 焊接工艺参数焊接速度/间隙距离(m:min)mm5.6-1.0化铁皮内部渗透，促进带钢表面氧化铁皮的剥落。由于制管用钢AL690ZG-1B的碳含2023年第1期要能减少能源消耗、降低成本，综合考虑最终确定加热温度为1190 12 3 0，均热温度为1 190 1 220。4.2.2轧制与卷取工艺为保证制管用钢AL690ZG-1B在轧后获得符合客户要求的性能指标，首先在热轧过程中就要获得均匀的热轧组织。热轧终轧温度采用高温终轧，高温终轧不仅可以增大相变驱动力，而且可以保证卷板在轧后获得均匀的晶粒，避免产生混晶组织；卷取温度采用低温卷取，轧后采取适当的冷却速度对卷板进行冷却，细化晶粒，保证产品塑韧性的同时使产品具有一定的强度，提高产品的实物力学性能，从而满足用户的制管要求。综合考虑上述因素，制管用钢AL690ZG-1B终轧温度为8 6 0 90 0，卷取温度为6 50 6 7 0。4.3酸轧工艺4.3.1焊接工艺与其他冷轧产品相比，制管用钢AL690ZG-1B的碳当量相对较高，会对焊接稳定性造成较大影响，在酸轧机组生产时易在拉矫机和轧机处造成断带，影响生产节奏。因此，在制管用钢AL690ZG-1B研发初期，首先根据碳当量的计算公式（Cep(%)=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14(%)），计算出该钢种的平均碳当量，约为0.21%，根据焊机操作规范，选择焊接代码为2 号。之后根据焊机模型给出的焊接功率、焊接速度、焊接电流、退火速度等工艺参数，进行多次焊接和杯突试验，最终找出了最佳的焊接参数，具体数据见表3。退火速度/(m min)2.4图1AL690ZG-1B焊缝焊接电流/A1782023年第1期量为0.14%0.17%，与低碳钢相比碳含量较高，所以带钢表面氧化铁皮较厚而且分布不均匀。为了保证酸洗带钢的表面质量，通拉矫机延伸/%0.504.3.3冷连轧工艺冷轧压下率对冷硬卷的组织性能有很大影响，在其他条件相同的情况下，冷轧压下率是影响冷硬卷性能的主要因素之一 2。冷轧压下率越大，冷硬卷晶粒破碎的越充分，位错密度增大，形变储能增加 3，钢卷强度越高，延伸率降低。为了满足厚度/编号mm14.0023.5035.0044.5044.5054.2564.7575.005产品实物质量5.1力学性能经多次生产实践，制管用钢AL690ZG-1B性能指标控制良好，用户在使用过程中焊接和成型性能良好，满足了制管用钢的技术要求。统计了10 0 卷制管用钢AL690ZG-1B的拉伸性能，性能合格率10 0%，具体的数据见表6。表6 AL690ZG-1B成品实际性能屈服强度/项目MPa最小值720最大值763平均值7415.2金相组织按照设定工艺生产的制管用钢AL690ZG-1B，对其热轧和冷硬组织进行了检测，热轧卷板组织为铁素体+珠光体的组织，晶粒度8 级，冷硬卷组织为纤维状组织。因冷连轧是在带钢在再结晶温度以下进行的轧制，所以晶粒不发生转变，只发生晶粒形状的变化，主要是轧制方向的拉长与晶粒的转动，热轧卷板在冷连轧后的组织都是纤维状组织，与热轧基板组织对应。具体金相组织如图2 所示。河南冶金过反复的摸索试验，得出最佳的酸洗工艺参数，带钢酸洗后表面质量良好，符合客户对表面质量的要求。具体的酸洗工艺参数见表4。表4AL690ZG-1B酸洗工艺参数酸洗速度/酸洗温度/mpm50 2007085客户对AL690ZG-1B冷硬卷性能指标的要求，先进行不同冷轧压下率的所对应的拉伸性能指标分析对比，具体数据见表5。经多次实验得知，冷轧压下率越高，强度越高，但断后伸长率越低。为满足用户技术标准和实际使用要求，最终确定最佳的冷轧压下率为6 0%7 0%。表5不同压下率AL690ZG-1B对应的钢卷性能宽度/目标厚度/mmmm12701.5012701.2012701.5012701.2512701.2012701.1012701.2012701.20抗拉强度/延伸率/MPa%8963.09413.39253.145酸液浓度/(gL)1#槽游离酸2#槽游离酸30 10080:130压下率/屈服强度/%MPa62.776365.776170.074172.283473.386274.185974.784376.0850图2 AL690ZG-1B金相组织6结语（1）制管用钢AL690ZG-1B主要用于生产挂车车厢上的方形管，在（下转第49页）3#槽游离酸130:180抗拉强度/伸长率/MPa%9253.29203.28963.39132.39192.19251.89351.79431.930um(a）热轧卷板30um(b)冷硬卷2023年第1期（1）提高保护浇注效果，采用长水口加密封垫，确保钢包下水口与长水口之间密封良好；同时确保长水口对中良好，保持液面稳定，从而减少钢水的二次氧化和卷渣；（2）大包浇注末期剩余钢水46 t时，起大包观察下渣情况，防止下渣及过早抬起造成钢水二次氧化；（3）浇注过程中中间包采用双层覆盖剂，下层为中间包专用覆盖剂，上层为碳化稻壳。项目优化前优化后1210426结论（1）冷镦钢10 B21连铸水口结瘤物主要是高熔点的A1203、Ca S、A 12 0，TiO,夹杂在浇注过程中附着在水口内壁，并不断地聚集长大，其主要来源为：未排除钢水的铝脱氧产物、钙处理不当形成的A120,高熔点物、CaS夹杂、A120，TiO2复合夹杂以及浇注过程不当造成的钢水二次氧化产物。（2）通过加强转炉操作和终点控制，炉后加大脱氧合金和渣料的加人量，实现10 B21冶炼工河南冶金5改进效果通过采取提高转炉终点控制、调整顶渣料与脱氧合金配比、优化精炼工艺、减少二次氧化等措施，钢水T0%含量平均值从0.0 0 2 7%降低至0.0 0 18%，T0%含量稳定控制在0.0 3 0%以下；连铸过程铝损平均降低0.0 0 2%，铝损最大值降低0.004%；钢水的流动性和可浇性得到了明显改善，具体数据见表4。通过一系列措施的改进，10 B21的连浇炉数得到明显提高，如图4所示。表4指标改善数据铝损/S含量/TOJ/%0.002 70.0060.001 80.004连浇炉数050图4连浇炉数对比49Ti收得率/连浇炉数/%0.008680.00582序脱氧、造渣前移；LF确保白渣精炼制度、优化钙处理工艺以及钢水软吹控制，保障钢水洁净度；连铸做好中间包和水口开浇前的各项工作、加强保护浇注防止钢水二次氧化等，有效改善了钢水的洁净度和可浇性，解决了冷镦钢10 B21在浇注过程中水口结瘤的问题。7参考文献100150200250300浇次号炉5.510.9【1孙振宇，唐雪峰，王洪涛，小方坏含铝冷镦钢水口结瘤分析与控制J.鞍钢技术，2 0 2 0（6）：43-46.【2 徐贤东，喻正强，董小明，基于过程参数调节的冷镦钢水口结瘤研究J.中国金属通报，2 0 2 1（3）：18 5-18 6.3 高长益，张毅，谢祥，等，WRCH22A冷镦钢10 0 tLF精炼造渣制度的分析和工艺优化J.特殊钢，2 0 16，37(3):35-38.【4姜茂发，张志祥，刘军，等.铝钛脱氧钢中夹杂物特征及水口结瘤问题分析J.工业加工，2 0 11，40（4）：60-63.【5任兵，宋万平，王小平，等.高强度冷镦钢ML20MnTiB浇注过程水口结瘤的成因分析J.冶金丛刊，2 0 12，(6):5-7.6 刘军.钛系夹杂物在CaO-SiO2-Al.O,-MgO-FeO渣系中溶解行为研究D沈阳：东北大学，2 0 11.（上接第45页）到成本和产品使用特性，最终采用C+Mn成分体系。在热轧和冷轧生产过程中采用了合理的工艺参数，其中主要参数为：热轧均热温度1190 1220，终轧温度8 6 0 9 0 0，卷取温度6506 7 0，酸轧压下率6 0%7 0%。（2）制管用钢AL690ZG-1B化学成分和拉伸性能指标满足用户的使用要求，冷硬卷整体抗拉强度平均值925MPa，断后延伸率3.2%，生产的汽车用方形管表面质量、拉伸性能及焊接性能良好，满足了研发过程中考虑到力。7参考文献【1王鹏，何召东，展英姿，等.冷硬制管用钢产品的开发J.四川冶金，2 0 2 0，42（2）：40-41.【2 杨丽芳，杨杰，王琛，影响唐钢冷轧硬钢带性能主要因素的分析与研究J冶金标准化与质量，2 0 0 7，45（6）：24-27.【3 白玉静，厚健龙，李，等.汽车用低合金冷轧高强钢HC420LA的开发生产J河南冶金，2 0 2 2，3 0（2）：35-36.客户的使用要求，目前该产品已具备批量生产能