一种碳素结构钢及其冶炼方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属于冶金技术领域，具体设及一种碳素结构钢及其冶炼方法。
【背景技术】
[0002] 普碳钢是我国钢铁工业主要的钢种，在国民经济发展中发挥着重要的作用。据统 计，普碳钢钢板在板材中的比例在70% W上，同样，攀钢每年也生产大量的普碳钢钢板，其 中Q235B等钢种占50万吨左右。如何在运一轮经济调整中，根据自身装备特点、钢水特性实 现技术升级和成本控制成了决定攀钢经营盈亏的关键。根据自身的V、Ti特色降低微合金钢 中的Mn、Si添加量并得到高质量的产品，成为攀钢冶金工作者关注的重要课题。
[0003] 随着人们对钢铁材料性能要求的不断提高，在保证高强度的同时要具有良好的塑 初性，钢中加入微合金元素成为生产高性能钢必不可少的一部分。研究表明，钢中加入微量 的V、Ti、Nb等合金元素，析出细小弥散的碳、氮化物对晶粒细化、析出强化、控制再结晶等方 面均有重要作用，不仅可有效提高钢的强度而且能改善塑初性，满足高性能钢综合性能的 要求。现有技术中有W普通C-Mn钢Q235B为原料生产Q345级中厚钢板的研究，该文献通过采 用未再结晶区累积大变形，得到变形的相变前奥氏体晶粒，同时在晶内产生大量"形变带"， 增加作为铁素体相变形核点的有效"缺陷"面积，在快速冷却工艺的配合下，得到细小的铁 素体晶粒，称为CCR+ACC工艺，该工艺途径可W在细化晶粒尺寸的同时，实现多种强化机制。 该工艺在东大Gleeblel500热模拟实验机上，利用热膨胀法测出Ar3溫度;通过双道次实验 确定Q235B钢未再结晶区溫度范围；在酒钢450中厚板实验社机进行模拟工业试验，12~ 20mm厚度规格完全满足GB/T 1591-94中Q345C级钢板力学性能要求。该方法存在W下不足： 1、设备要求高，需要安装超快速冷却系统，现有连社生产线设置需要做大的改动;2、效果不 稳定，对高Nb钢和高Ti钢比较明显，对含V钢和低Nb、低Ti钢作用不太明显。
[0004] 低压管网用钢是Q235中的一种，主要针对普通流体输送，一般用于建筑等居民输 送水管等，一般承受压力不超过3.5MPa，冶炼低压管网用钢只需满足国标GB/T700-2006对 Q235B钢中屈服强度，抗拉强度和断后生长率的要求即可。攀钢炼钢生产中，由于攀西地区 的特殊性，炼钢完成后钢水中还残存有V:〇.005~0.015%，Ti :0.003~0.008%，Cr:0.01~ 0.03 %，Ni : 0.02~0.04%，如何将其充分利用W降低冶炼成本，具有重要的现实意义。
【发明内容】
[0005] 本发明提供一种碳素结构钢及其冶炼方法，该方法能利用攀钢钢水中残存的V、 Ti、Cr、Ni生产出具有攀钢特色的饥、铁微合金化低压管网用钢，有效的减少了微合金钢中 的Mn、Si添加量，从而降低了炼钢成本，所炼钢的屈服强度，抗拉强度和断后生长率均满足 国标GB/T700-2006对Q235B钢的要求，满足低压管网用钢的性能要求。
[0006] 本发明要解决的技术问题是提供一种碳素结构钢，其成分为:按重量百分比计，C: 0.13~0.20%，Si:0.10~0.15%，Mn:0.10~0.15%，P:0~0.035%，S:0~0.035%，V: 0.005~0.015%，Ti :0.003~0.008%，Cr:0.01 ~0.03%，Ni :0.02~0.04%，余量为化和不 可避免的杂质。
[0007] 其中，上述碳素结构钢，优选的成分为：按重量百分比计，C:0.15~0.18%，Si: 0.11~0.13%，Mn:0.12~0.14%，P:0~0.015%，S:0~0.015%，V:0.007~0.013%，Ti: 0.005~0.007%，Cr:0.015~0.025%，Ni:0.025~0.035%，余量为化和不可避免的杂质。
[0008] 其中，上述碳素结构钢，所述钢的晶体结构为铁素体+珠光体。
[0009] 其中，上述碳素结构钢，W钢的晶体结构总体积为基准，所述铁素体的体积百分比 为60~80%。
[0010] 其中，上述碳素结构钢，由下述冶炼方法制得，包括转炉炼钢、小平台炉外处理和 连铸步骤;所述转炉炼钢阶段的脱氧合金化工艺为:转炉冶炼钢水终点碳含量^ 0.04%时， 当钢水铺满钢包罐底部时加入碳粉、增碳剂脱氧，待出钢重量占总重量的1/^3~1/2时，再依 次加入增碳剂、娃儘合金和娃铁合金;转炉冶炼钢水终点碳含量>0.04 %时，在出钢重量占 总重量的~1/2时直接加入增碳剂、娃儘合金和娃铁合金;所述小平台炉外处理阶段控 制酸溶侣含量为〇.〇1~〇.〇3%，氧含量<20口口111。
[0011] 本发明要解决的第二个问题是提供一种碳素结构钢的冶炼方法，包括转炉炼钢、 小平台炉外处理和连铸步骤；
[0012] 所述转炉炼钢阶段的脱氧合金化工艺为:转炉冶炼钢水终点碳含量含0.04%时， 当钢水铺满钢包罐底部时加入碳粉、增碳剂脱氧，待出钢重量占总重量的1/^3~1/2时，再依 次加入增碳剂、娃儘合金和娃铁合金;转炉冶炼钢水终点碳含量>0.04 %时，在出钢重量占 总重量的l/^3~l/^2时直接加入增碳剂、娃儘合金和娃铁合金；
[OOU]所述小平台炉外处理阶段控制酸溶侣含量为0.01~0.03%，氧含量。Oppm。
[0014] 其中，上述碳素结构钢的冶炼方法中，所述碳粉添加量为0.15~0.30kg/t钢。
[0015] 其中，上述碳素结构钢的冶炼方法中，所述娃儘合金为Mn:60.0~67.0wt%、Si : 14.0~17.0wt%的娃儘合金，添加量为1.6~2.0kg/t钢。
[0016] 其中，上述碳素结构钢的冶炼方法中，所述娃铁合金添加量为:转炉冶炼钢水终点 碳含量<0.05时，加入2.0~2.5kg/t钢，转炉冶炼钢水终点碳含量>0.05时，加入1.3~ 1.8kg/t钢，所述娃铁组成为:按重量百分比计，Si : 74.0~80.0，A1:0~2.0%，余量为化。
[0017] 其中，上述碳素结构钢的冶炼方法中，所述增碳剂的添加量为:碳含量含0.04时， 第一次增碳剂添加量为0.2~0.45kg/t钢，第二次增碳剂添加量为0.8~1.化g/t钢;碳含量 > 0.04 %时，加入增碳剂1.0~1.95kg/t钢。
[0018] 其中，上述碳素结构钢的冶炼方法中，出钢结束时，加入活性石灰3~化g/t钢;所 述活性石灰组成为:按重量百分比计，化0 90~100%，化C〇3 0~10%。
[0019] 其中，上述碳素结构钢的冶炼方法中，所述脱氧合金化过程全程吹入惰性气体。
[0020] 本发明要解决的第Ξ个技术问题是提供一种上述碳素结构钢的用途，用于低压管 网业。
[0021] 与现有技术相比，本发明的有益效果为：充分利用了攀钢炼钢后钢水中残留有平 均0.01 %的V、0.005%的Ti、0.02%的化及0.03%的Ni运一特点，减少了冶炼过程中娃儘合 金添加量，冶炼出符合标准的低压管网用钢，降低了冶炼成本。
【具体实施方式】
[0022] 本发明提供一种碳素结构钢及其冶炼方法，通过利用攀钢冶炼钢水中残留的饥、 铁等物质，来减少娃儘合金的添加量，同时能达到标准的屈服强度、抗拉强度和断后伸长 率，从而为炼钢出钢微合金化提供一种新的成本更低的方法。
[0023] 在700°C溫度下计算钢水中的VC、TiC平衡值，计算结果如下表1所示。
[0024] 表1与VC、TiC平衡的V、Ti含量
[0025]
[0026] 能够与碳结合形成TiC、VC的铁、饥称为有效铁、有效饥。攀钢钢水中残存平均 0.01 %的V、0.005 %的Ti，根据上表计算钢水中的有效V大概是0.004%，有效Ti大概是 0.0048%。除去在高溫时形成少量的TiN、VN，多余的V、Ti将形成TiC、VC，社制及冷却过程中 晶内析出，析出粒子细小弥散，尺寸小于lOnm，细小弥散的的TiC、VC能有效的阻止位错的运 动，起到强烈的沉淀强化效果。
[0027] 为了充分利用攀钢钢水中残留的￥、11、吐、化，生产出力学性能满足要求的微合金 钢，并且降低生产成本，发明人做了如下的研究。
[0028] 试验方案设计目标值及实物控制范围见表2。
[0029] 表2低压管网用钢化学成分及力学性能控制
[0030]
[0032]本发明提供了一种碳素结构钢的冶炼方法，包括转炉炼钢、小平台炉外处理和连 铸步骤；
[0033] 所述转炉炼钢阶段的脱氧合金化工艺为:转炉冶炼钢水终点碳含量含0.04%时， 当钢水铺满钢包罐底部时加入碳粉、增碳剂脱氧，待出钢重量占总重量的1/^3~1/2时，再依 次加入增碳剂、娃儘合金和娃铁合金;转炉冶炼钢水终点碳含量>0.04 %时，在出钢重量占 总重量的l/^3~l/^2时直接加入增碳剂、娃儘合金和娃铁合金；
[0034] 所述小平台炉外处理阶段控制酸溶侣含量为0.01~0.03%，氧含量<20ppm。
[0035] 此外，本发明还提供了一种碳素结构钢，其成分为：按重量百分比计，C:0.13~ 0.20%，Si :0.10~0.15%，Mn:0.10~0.15%，P:0~0.035%，S:0~0.035%，V:0.005~ 0.015%，Ti :0.003~0.008%，吐:0.01 ~0.03%，Ni :0.02~0.04%，余量为化和不可避免 的杂质。
[0036] 优选的成分为:按重量百分比计，C:0.15~0.18%，Si :0.11~0.13%，Mn:0.12~ 0.14%，P:0~0.015%，S:0~0.015%，V:0.007~0.013%，Ti :0.005~0.007%，吐:0.015 ~0.025%，Ni:0.025~0.035%，余量为化和不可避免的杂质。
[0037] 其中，上述碳素结构钢，所述钢的晶体结构为铁素体+珠光体。
[0038] 其中，上述碳素结构钢，W钢的晶体结构总体积为基准，所述铁素体的体积百分比 为60~80%。
[0039] 本发明的碳素结构钢充分利用了攀钢钢水中残留的￥、11、吐、化，降低了娃儘合金 添加量，在降低成本的同时，得到了力学性能满足要求的碳素结构钢。发明人在研究中发 现，钢的屈服强度与铁含量呈线性递增关系，每0.01 %的有效铁对屈服强度的贡献大约 33.6Mpa，本发明设计的低压管网用钢的有效铁含量在大概0.0048%，可W产生约16.13Mpa 的强度增量;另外，发明人研究发现，每0.01 %的有效饥对屈服强度的贡献大约47.048Mpa， 本发明设计的低压管网用钢的有效饥含量在大概0.004%，可W产生约18.82Mpa的强度增 量。每降低1%的固溶儘强度降低约40~60Mpa。因此，发明人利用攀钢钢水中残留的微量的 饥、铁可弥补由儘含量降低带来的对钢强度的影响。攀钢钢水中残留有微量的饥、铁，能减 少娃儘合金添加量从而降低冶炼成本;对于钢水本身不含有饥、铁等微合金的时候，可在钢 水中按上述比例添加适量的饥、铁来增加钢的强度，减少娃儘合金添加量，从而降低成本。
[0040] 其中，上述碳素结构钢的冶炼方法中，添加的碳粉即是墨粉，由树脂和炭黑、电荷 剂、磁粉等组成。本发明中碳粉的优选添加量为0.15~0.30kg/t钢，加入碳粉的目的是进行 预脱氧，本发明采用碳粉运种非金属脱氧材料进行脱氧，能够显著降低金属脱氧材料的用 量，碳粉的脱氧效率和纯侣的脱氧效率可W按1:1换算，通过推广使用转炉碳脱氧工艺，相 对于原