一种大厚度抗层状撕裂钢板的冶炼方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种大厚度抗层状撕裂钢板的冶炼方法。
背景技术
随着钢结构、设备向大型化发展，大厚度、抗层状撕裂钢板得到了越来越广泛的应用。钢板的抗层状撕裂性能是指钢板受到来自厚度方向的外力作用时，其具备的抵抗该外力而本身不被破坏的能力。抗层状撕裂钢板主要应用于钢板厚度方向承受拉伸应力的钢结构，如海上采油平台导管架结点、水轮机蜗壳座环和起重机械底盘以及焊接钢结构和水电站压力钢管岔管等。由于钢的凝固特性，其最后凝固的部分存在成分逐渐升高、夹杂物逐渐增多的趋势，即最后凝固的部分，其内部质量相对较差，因此，随着钢板厚度的增大，其抗层状撕裂性能也随之降低，且达到某一厚度时，钢板抗层状撕裂性能会急剧降低，出现拐点。也就是说，对于厚度达到200mm左右的钢板，其抗层状撕裂性能保证能力较低。
提高钢材抗层状撕裂的主要措施有：降低钢中硫含量，减少硫化锰等非金属夹杂物；控制硫化锰等非金属夹杂物的形状，采取钙处理等手段，使硫化锰非金属夹杂物球化和细化，令其在高温下热加工时不易形成片状和条状硫化锰夹杂。目前存在的主要问题：一是钢中硫含量难以降低至更低的水平；二是钢中的硫易形成MnS夹杂物，在轧制时易变形拉长，对钢材的抗层状撕裂产生不利影响。
本发明通过强化电炉初炼、LF精炼、VD真空处理操作，使钢中P、S有害元素含量及气体含量均达到较低的水平，钢水纯净度提高，并通过Ca处理使硫形成球状不变形夹杂物等措施，较好地解决了以上技术难题，提高了大厚度钢板的抗层状撕裂性能，满足了国民经济建设的需要。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种大厚度抗层状撕裂钢板的冶炼方法，本发明采用的技术方案如下：
一种大厚度抗层状撕裂钢板的冶炼方法，所述冶炼方法包括电炉初炼、LF精炼、VD真空处理、钢锭浇铸工序。
本发明所述电炉初炼工序，控制钢中P≤0.005%。
本发明所述LF精炼工序，加入石灰9.0～11.0kg/t钢、莹石1.5～2.5kg/t钢造渣，加入Al线2.0～4.5kg/t钢脱氧，渣白后取样分析，调整合金成分进入内控，白渣精炼时间≥30min，总精炼时间≥60min，控制钢中S≤0.003%。
本发明所述VD真空处理工序，真空度≤66Pa，保持时间≥20min，真空后喂入Ca线150～200m；控制终点钢中P≤0.010%。
本发明所述钢锭浇铸工序，吊包过热度40～55℃，钢锭本体浇铸时间13～20min，钢锭帽口浇铸时间7～11min；所述钢锭的非金属夹杂物A、B、C、D类评级均≤1.0级。
本发明所述钢板厚度为180～250mm。
本发明所述钢板轧制后的抗层状撕裂性能满足Z35级别要求。
本发明非金属夹杂物评级标准参考GB/T10561-2005《钢中非金属夹杂物含量的测定》，抗层状撕裂性能检验标准参考GB/T5313-2010《厚度方向性能钢板》。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、本发明通过强化电炉初炼、LF精炼、VD真空处理操作，使钢中P、S有害元素含量及气体含量均达到严于标准要求的更低的水平，钢水纯净度提高，喂入Ca线，对硫化物进行球化处理。2、本发明生产工艺简单，生产成本较低。3、本发明所轧制钢板的抗层状撕裂性能满足Z35级别要求，满足了国民经济建设的需求。
附图说明
图1为实施例1钢锭的D类夹杂物显微图；
图2为实施例3钢锭的D类夹杂物显微图；
图3为实施例8钢锭的D类夹杂物显微图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
本实施例大厚度抗层状撕裂钢板的冶炼方法，所述钢板厚度为180mm，所述方法包括电炉初炼、LF精炼、VD真空处理、钢锭浇铸工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）电炉初炼工序：控制钢中P含量0.005%；
（2）LF精炼工序：加入石灰9.0kg/t钢、莹石1.5kg/t钢造渣，加入Al线3.0kg/t钢脱氧，渣白后取样分析，调整合金成分进入内控，白渣精炼时间30min，总精炼时间60min，控制钢中S含量0.003%；
（3）VD真空处理工序：真空度66Pa，保持时间20min，真空后喂入Ca线180m，终点钢中P含量0.010%；
（4）钢锭浇铸工序：吊包过热度40℃，钢锭本体浇铸时间15min，钢锭帽口浇铸时间9min。
本实施例所得钢锭的纯净度高：P：0.010%、S：0.003%；内部组织致密：中心疏松0.5级、中心偏析0.5级；非金属夹杂物评级：A类（硫化物类）0级、B类（氧化铝类）0级、C类（硅酸盐类）0.5级、D类（球状氧化物类）1.0级；评定为优质钢锭。
轧制成钢板的抗层状撕裂性能见表1。
实施例2
本实施例大厚度抗层状撕裂钢板的冶炼方法，所述钢板厚度为200mm，所述方法包括电炉初炼、LF精炼、VD真空处理、钢锭浇铸工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）电炉初炼工序：控制P含量0.004%；
（2）LF精炼工序：加入石灰11.0kg/t钢、莹石2.5kg/t钢造渣，加入Al线2.0kg/t钢脱氧，渣白后取样分析，调整合金成分进入内控，白渣精炼时间35min，总精炼时间62min，控制钢中S含量0.002%；
（3）VD真空处理工序：真空度66Pa，保持时间22min，真空后喂入Ca线150m；终点钢中P含量0.008%；
（4）钢锭浇铸工序：吊包过热度：46℃，钢锭本体浇铸时间13min，钢锭帽口浇铸时间7min。
本实施例所得钢锭的纯净度高：P：0.008%、S：0.003%；内部组织致密：中心疏松0.5级、中心偏析0.5级；非金属夹杂物评级：A类（硫化物类）0级、B类（氧化铝类）0.5级、C类（硅酸盐类）1.0级、D类（球状氧化物类）0.5级；评定为优质钢锭。
轧制成钢板的抗层状撕裂性能见表1。
实施例3
本实施例大厚度抗层状撕裂钢板的冶炼方法，所述钢板厚度为230mm，所述方法包括电炉初炼、LF精炼、VD真空处理、钢锭浇铸工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）电炉初炼工序：控制P含量0.003%；
（2）LF精炼工序：加入石灰10.0kg/t钢、莹石2.0kg/t钢造渣，加入Al线4.5kg/t钢脱氧，渣白后取样分析，调整合金成分进入内控，白渣精炼时间35min，总精炼时间70min，控制钢中S含量0.001%；
（3）VD真空处理工序：真空度≤66Pa，保持时间≥20min，真空后喂入Ca线200m；终点钢中P含量0.006%；
（4）钢锭浇铸工序：吊包过热度：55℃，钢锭本体浇铸时间20min，钢锭帽口浇铸时间11min。
本实施例所得钢锭的纯净度高：P：0.006%、S：0.001%；内部组织致密：中心疏松0.5级、中心偏析0.5级；非金属夹杂物评级：A类（硫化物类）0级、B类（氧化铝类）0.5级、C类（硅酸盐类）0.5级、D类（球状氧化物类）0.5级；评定为优质钢锭。
轧制成钢板的抗层状撕裂性能见表1。
实施例4
本实施例大厚度抗层状撕裂钢板的冶炼方法，所述钢板厚度为250mm，所述方法包括电炉初炼、LF精炼、VD真空处理、钢锭浇铸工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）电炉初炼工序：控制P含量0.002%；
（2）LF精炼工序：加入石灰10.5kg/t钢、莹石2.2kg/t钢造渣，加入Al线4.0kg/t钢脱氧，渣白后取样分析，调整合金成分进入内控，白渣精炼时间33min，总精炼时间66min，控制钢中S含量0.002%；
（3）VD真空处理工序：真空度60Pa，保持时间25min，真空后喂入Ca线170m；终点钢中P含量0.005%；
（4）钢锭浇铸工序：吊包过热度：50℃，钢锭本体浇铸时间18min，钢锭帽口浇铸时间10min。
本实施例所得钢锭的纯净度高：P：0.005%、S：0.002%；内部组织致密：中心疏松0.5级、中心偏析0.5级；非金属夹杂物评级：A类（硫化物类）0.5级、B类（氧化铝类）0.5级、C类（硅酸盐类）0.5级、D类（球状氧化物类）0.5级；评定为优质钢锭。
轧制成钢板的抗层状撕裂性能见表1。
实施例5
本实施例大厚度抗层状撕裂钢板的冶炼方法，所述钢板厚度为190mm，所述方法包括电炉初炼、LF精炼、VD真空处理、钢锭浇铸工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）电炉初炼工序：控制P含量0.001%；
（2）LF精炼工序：加入石灰9.9kg/t钢、莹石1.6kg/t钢造渣，加入Al线4.3kg/t钢脱氧，渣白后取样分析，调整合金成分进入内控，白渣精炼时间30min，总精炼时间65min，控制钢中S含量0.002%；
（3）VD真空处理工序：真空度58Pa，保持时间25min，真空后喂入Ca线154m；终点钢中P含量0.005%；
（4）钢锭浇铸工序：吊包过热度：41℃，钢锭本体浇铸时间20min，钢锭帽口浇铸时间8min。
本实施例所得钢锭的纯净度高：P：0.005%、S：0.002%；内部组织致密：中心疏松0.5级、中心偏析0.5级；非金属夹杂物评级：A类（硫化物类）0.5级、B类（氧化铝类）1.0级、C类（硅酸盐类）0级、D类（球状氧化物类）0.5级；评定为优质钢锭。
轧制成钢板的抗层状撕裂性能见表1。
实施例6
本实施例大厚度抗层状撕裂钢板的冶炼方法，所述钢板厚度为242mm，所述方法包括电炉初炼、LF精炼、VD真空处理、钢锭浇铸工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）电炉初炼工序：控制P含量0.005%；
（2）LF精炼工序：加入石灰10.7kg/t钢、莹石2.5kg/t钢造渣，加入Al线2.2kg/t钢脱氧，渣白后取样分析，调整合金成分进入内控，白渣精炼时间31min，总精炼时间73min，控制钢中S含量0.003%；
（3）VD真空处理工序：真空度65Pa，保持时间23min，真空后喂入Ca线165m；终点钢中P含量0.009%；
（4）钢锭浇铸工序：吊包过热度48℃，钢锭本体浇铸时间14min，钢锭帽口浇铸时间11min。
本实施例所得钢锭的纯净度高：P：0.009%、S：0.003%；内部组织致密：中心疏松1.0级、中心偏析1.0级；非金属夹杂物评级：A类（硫化物类）0级、B类（氧化铝类）0.5级、C类（硅酸盐类）1.0级、D类（球状氧化物类）1.0级；评定为优质钢锭。
轧制成钢板的抗层状撕裂性能见表1。
实施例7
本实施例大厚度抗层状撕裂钢板的冶炼方法，所述钢板厚度为215mm，所述方法包括电炉初炼、LF精炼、VD真空处理、钢锭浇铸工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）电炉初炼工序：控制P含量0.004%；
（2）LF精炼工序：加入石灰9.2kg/t钢、莹石1.5kg/t钢造渣，加入Al线3.6kg/t钢脱氧，渣白后取样分析，调整合金成分进入内控，白渣精炼时间37min，总精炼时间75min，控制钢中S含量0.001%；
（3）VD真空处理工序：真空度62Pa，保持时间26min，真空后喂入Ca线190m；终点钢中P含量0.010%；
（4）钢锭浇铸工序：吊包过热度43℃，钢锭本体浇铸时间16min，钢锭帽口浇铸时间10.5min。
本实施例所得钢锭的纯净度高：P：0.010%、S：0.001%；内部组织致密：中心疏松1.5级、中心偏析1.0级；非金属夹杂物评级：A类（硫化物类）1.0级、B类（氧化铝类）0.5级、C类（硅酸盐类）1.0级、D类（球状氧化物类）1.0级；评定为优质钢锭。
轧制成钢板的抗层状撕裂性能见表1。
实施例8
本实施例大厚度抗层状撕裂钢板的冶炼方法，所述钢板厚度为183mm，所述方法包括电炉初炼、LF精炼、VD真空处理、钢锭浇铸工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）电炉初炼工序：控制P含量0.002%；
（2）LF精炼工序：加入石灰9.5kg/t钢、莹石1.8kg/t钢造渣，加入Al线2.7kg/t钢脱氧，渣白后取样分析，调整合金成分进入内控，白渣精炼时间32min，总精炼时间60min，控制钢中S含量0.004%；
（3）VD真空处理工序：真空度61Pa，保持时间26min，真空后喂入Ca线196m；终点钢中P含量0.004%；
（4）钢锭浇铸工序：吊包过热度53℃，钢锭本体浇铸时间19min，钢锭帽口浇铸时间7min。
本实施例所得钢锭的纯净度高：P：0.004%、S：0.004%；内部组织致密：中心疏松0.5级、中心偏析1.0级；非金属夹杂物评级：A类（硫化物类）0.5级、B类（氧化铝类）0.5级、C类（硅酸盐类）0.5级、D类（球状氧化物类）0.5级；评定为优质钢锭。
轧制成钢板的抗层状撕裂性能见表1。
实施例9
本实施例大厚度抗层状撕裂钢板的冶炼方法，所述钢板厚度为185mm，所述方法包括电炉初炼、LF精炼、VD真空处理、钢锭浇铸工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）电炉初炼工序：控制P含量0.003%；
（2）LF精炼工序：加入石灰10.2kg/t钢、莹石2.4kg/t钢造渣，加入Al线2.5kg/t钢脱氧，渣白后取样分析，调整合金成分进入内控，白渣精炼时间38min，总精炼时间67min，控制钢中S含量0.003%；
（3）VD真空处理工序：真空度64Pa，保持时间20min，真空后喂入Ca线160m；终点钢中P含量0.007%；
（4）钢锭浇铸工序：吊包过热度52℃，钢锭本体浇铸时间13min，钢锭帽口浇铸时间8min。
本实施例所得钢锭的纯净度高：P：0.007%、S：0.003%；内部组织致密：中心疏松1.0级、中心偏析1.0级；非金属夹杂物评级：A类（硫化物类）1.0级、B类（氧化铝类）1.0级、C类（硅酸盐类）0级、D类（球状氧化物类）1.0级；评定为优质钢锭。
轧制成钢板的抗层状撕裂性能见表1。
表1 各实施例钢板轧制后的规格及抗层状撕裂性能
