一种铬氮微合金化中碳锰系气瓶用钢及其制备方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种铬氮微合金化中碳锰系气瓶用钢及其制备方法。

背景技术

37Mn作为一种中碳锰系气瓶用钢用途极为广泛，由于在其正火后性能不稳定，不能满足用户使用标准要求，因此通过加入微量合金元素以合理的工艺控制手段提高、稳定其性能是十分必要的。

中国专利申请CN103114258A公开了“一种含稀土的37Mn高压气瓶坯及其生产方法”，采用“高炉铁水-铁水预处理-转炉冶炼-LF精炼-VD真空脱气-钙处理-加入稀土-大方坯连铸-轧制200mm×200mm规格成品坯-取样-试样热处理-检验”生产工艺制成。

中国专利申请CN105331885A公开了一种气瓶用钢37Mn圆坯的生产方法，高炉→顶底复吹转炉→LF精炼炉→VD真空炉→圆坯连铸机→检验→入库。生产气瓶用钢37Mn圆坯化学成分控制严格，整批供货均匀、波动小；采用顶底复吹技术，吹炼平稳，成分和温度命中率高；LF、VD精炼工序配有钢包全过程底吹氩及钢包喂丝设备，可以有效脱除钢中气体，降低钢中夹杂物含量，提高钢水纯净度；连铸工序采用结晶器电磁搅拌、低过热度浇注来保证圆坯质量。

中国专利CN105695659B公开了一种生产断面尺寸为

中国专利CN105586531B公开了一种可有效控制37Mn圆管坯钢铸坯质量的生产方法，包括依次进行的转炉冶炼、LF炉精炼、RH真空处理和连铸步骤；连铸步骤中，结晶器电磁搅拌参数为搅拌电流300～400A，频率2～4Hz；凝固末端电磁搅拌参数为搅拌电流100～250A，频率4.0～7.0Hz；过热度控制在20～35℃；拉速控制在0.75～0.90m/min；结晶器冷却控制在2400～2500L/min；二冷比水量控制在0.21～0.30L/kg钢。

中国专利CN107747041B公开了一种正火态锰系气瓶钢及其制备方法，所述气瓶钢按照质量百分比计所述气瓶钢的组成包括：C 0.36～0.40％，Si 0.17～0.37％，Mn 1.55～1.70％，Cr≤0.25％，Mo≤0.10％，V≤0.05％，S≤0.005％，P≤0.015％，N 40～100ppm，余量为Fe。所述正火态锰系气瓶钢及其制备方法使用“转炉+精炼(LF+VD)+连铸”的生产工艺，在气瓶钢中加入Cr、Mo、V和N元素，通过精炼过程中合理的造渣制度，显著提高并稳定气瓶钢在正火态下的屈服强度及冲击韧性，节约后续热处理成本。

上述专利申请所公开气瓶用钢的成分与本发明不同，最后能达到的性能也不相同。本发明的气瓶用钢给出其成分、低倍、夹杂物、性能要求等具体指标数值，还公开了生产此类钢种的生产方法。

发明内容

本发明的目的在于，提供了一种铬氮微合金化中碳锰系气瓶用钢及其制备方法，本发明钢种通过向中碳锰钢中加入Cr、Mn、N、Al元素，制定合适的连铸、轧制工艺，提高了钢材的正火后性能，保证了气瓶的屈服强度、低温冲击韧性、断后伸长率、满足用户要求。

为达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种铬氮微合金化中碳锰系气瓶用钢，按质量百分含量计，所述铬氮微合金化中碳锰系气瓶用钢的化学组分包括：C：0.34～0.38％、Si：0.17～0.37％、Mn：1.60～1.70％、Cr：0.10～0.30％、N：0.007～0.010％、Al：0.02～0.05％、P≤0.015％、S≤0.010％、O≤20×10

本发明中，所述铬氮微合金化中碳锰系气瓶用钢的低倍组织级别均≤1.0级；钢中夹杂物细系≤1.0级、粗系≤1.0级；力学性能：抗拉强度≥700MPa，屈服强度≥520MPa，A≥16，-20℃冲击功KV

Cr的主要作用：提高钢的淬透性能，使钢具有良好的综合力学性能。在原气瓶钢中Cr作为残余元素控制，实际以0.10～0.30％为宜。同时，Cr和Fe形成连续固溶体，与C形成多种碳化物，Cr的复杂如碳化物(Cr，Fe)23C6可以提高钢的强度，以弥补正火处理后导致的气瓶强度偏低。

N的主要作用：N能部分溶于铁中，有固溶强化和提高淬透性的作用，在铁素体中可促使A形成，可减小晶粒粗化倾向，改善钢的韧性和淬透性。但N含量不宜过高，要控制与其他合金元素生成氮化物的可能，形成非金属夹杂。气瓶钢中将N的质量百分含量实际控制为0.007～0.010％。

Al的作用：作为脱氧剂或合金化元素加入钢中，脱氧能力比硅、锰强得多。Al在钢中的主要作用是细化晶粒、固定钢中的氮，从而显著提高钢的冲击韧性。

本发明还提供了一种铬氮微合金化中碳锰系气瓶用钢的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

电炉/转炉冶炼→LF炉精炼+VD/RH真空脱气处理→连铸→热送/缓冷→轧制成材→正火处理→检验。

优选地，所述电炉/转炉冶炼：

冶炼过程造好泡沫渣、均匀脱碳，终渣碱度控制在2.8～3.4，出钢终点C≥0.10％，P≤0.015％，残余元素含量符合标准要求；出钢温度：1620～1680℃。

优选地，所述LF炉精炼：

控制炉渣碱度大于3.0，加强脱硫操作，白渣取样分析。

优选地，所述VD/RH真空脱气处理：保证真空纯处理时间≥12分钟，软吹时间≥10分钟。

优选地，所述轧制成材：采用

现有技术中，连铸坯经热轧穿管，并加工成无缝气瓶。在化学成分相同的情况下，气瓶在加工完毕后，使用调质热处理生产工艺，拉伸性能、冲击韧性完全符合国标要求。但正火态37Mn钢材质的气瓶力学性能不稳定，屈服强度及冲击功不能同时达到现有技术指标。本发明通过适当增加微量元素、调整生产工艺，生产出采用正火热处理工艺，性能稳定、满足技术指标的气瓶，解决了钢厂、钢管厂家及各气瓶生产企业需要共同解决的一个问题。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益进步：

本发明通过运用合理成分设计及冶炼、轧制、探伤工序等操作工艺，生产出性能稳定、达到技术要求的高压气瓶用圆管坯，满足了用户采用正火热处理的工艺需求。

附图说明

图1为实施例1所得高压气瓶用圆管坯的低倍组织图；

图2为实施例1所得高压气瓶用圆管坯的金相组织图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。

一种铬氮微合金化中碳锰系气瓶用钢，按质量百分含量计，包括：C：0.34～0.38％、Si：0.17～0.37％、Mn：1.60～1.70％、Cr：0.10～0.30％、N：0.007～0.010％、Al：0.02～0.05％、P≤0.015％、S≤0.010％、O≤20×10

其制备方法如下：

本发明是采用“电炉/转炉冶炼→LF炉精炼+VD/RH真空脱气处理→连铸(电磁搅拌)→热送/缓冷→轧制成材→正火处理→检验”生产工艺制成的，关键工艺如下：

电炉/转炉冶炼：冶炼过程造好泡沫渣、均匀脱碳，终渣碱度控制在2.8～3.4，出钢终点C≥0.10％，P≤0.015％，残余元素含量符合标准要求；出钢温度：1620～1680℃。

LF精炼：控制炉渣碱度大于3.0，加强脱硫操作，白渣取样分析。

VD/RH真空脱气处理：保证真空纯处理时间≥12分钟，软吹时间≥10分钟。

轧制：采用

无损检测：按照GB/T4162标准进行超声波检验，合格级别为B级，按照GB/T32547标准进行漏磁检验，合格级别为3级。

检验成材：成分、低倍、夹杂物级别、性能。

实施例1：

一种铬氮微合金化中碳锰系气瓶用钢的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

电炉/转炉冶炼→LF炉精炼+VD/RH真空脱气处理→连铸→热送/缓冷→轧制成材→正火处理→检验。

采用电炉冶炼，冶炼过程造好泡沫渣、均匀脱碳，出钢终点C：0.12％，P：0.011％；出钢温度：1639℃。

LF精炼：控制炉渣碱度3.5，加强脱硫操作，白渣取样分析。

VD真空脱气处理：55Pa真空度处理时间13分钟，软吹时间15分钟。

轧制成材：采用

无损检测：超声波检验级别为B级，漏磁检验级别为3级。

检验：成分、低倍、夹杂物级别、性能。

低倍组织图如图1所示，金相组织图如图2所示，化学成分见表1，气体元素及有害元素见表2，低倍组织级别见表3，非金属夹杂级别见表4，力学性能见表5。

表1化学成分(熔炼分析)％

表2气体元素及有害元素

表3低倍组织级别

表4非金属夹杂级别

表5力学性能

实施例2：

一种铬氮微合金化中碳锰系气瓶用钢的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

电炉/转炉冶炼→LF炉精炼+VD/RH真空脱气处理→连铸→热送/缓冷→轧制成材→正火处理→检验。

采用电炉冶炼，冶炼过程造好泡沫渣、均匀脱碳，出钢终点C：0.15％，P：0.013％；出钢温度：1646℃。

LF精炼：炉渣碱度3.6，加强脱硫操作，白渣取样分析。

VD真空脱气处理：43Pa真空度处理时间13分钟，软吹时间15分钟。

轧制：

无损检测：超声波检验级别为B级，漏磁检验级别为3级。

检验：成分、低倍、夹杂物级别、性能。

化学成分见表6，气体元素及有害元素见表7，低倍组织级别见表8，非金属夹杂级别见表9，力学性能见表10。

表6化学成分(熔炼分析)％

表7气体元素及有害元素

表8低倍组织级别

表9非金属夹杂级别

表10力学性能

成分、组织、性能均匀，塑性优良，保证了高压气瓶的成材率，生产的37Mn高压气瓶的性能稳定、冲击性能储备裕度较高，综合力学性能优良。

实施例3：

一种铬氮微合金化中碳锰系气瓶用钢的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

电炉/转炉冶炼→LF炉精炼+VD/RH真空脱气处理→连铸→热送/缓冷→轧制成材→正火处理→检验。

采用电炉冶炼，冶炼过程造好泡沫渣、均匀脱碳，出钢终点C：0.13％，P：0.010％；出钢温度：1620℃。

LF精炼：控制炉渣碱度3.3，加强脱硫操作，白渣取样分析。

VD真空脱气处理：55Pa真空度处理时间15分钟，软吹时间16分钟。

轧制成材：采用

无损检测：超声波检验级别为B级，漏磁检验级别为3级。

检验：成分、低倍、夹杂物级别、性能。

低倍组织图如图1所示，金相组织图如图2所示，化学成分见表11，气体元素及有害元素见表12，低倍组织级别见表13，非金属夹杂级别见表14，力学性能见表15。

表11化学成分(熔炼分析)％

表12气体元素及有害元素

表13低倍组织级别

表14非金属夹杂级别

表15力学性能

实施例4：

一种铬氮微合金化中碳锰系气瓶用钢的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

电炉/转炉冶炼→LF炉精炼+VD/RH真空脱气处理→连铸→热送/缓冷→轧制成材→正火处理→检验。

采用电炉冶炼，冶炼过程造好泡沫渣、均匀脱碳，出钢终点C：0.14％，P：0.011％；出钢温度：1670℃。

LF精炼：炉渣碱度3.5，加强脱硫操作，白渣取样分析。

VD真空脱气处理：53Pa真空度处理时间14分钟，软吹时间18分钟。

轧制：

无损检测：超声波检验级别为B级，漏磁检验级别为3级。

检验：成分、低倍、夹杂物级别、性能。

化学成分见表16，气体元素及有害元素见表17，低倍组织级别见表18，非金属夹杂级别见表19，力学性能见表20。

表16化学成分(熔炼分析)％

表17气体元素及有害元素

表18低倍组织级别

表19非金属夹杂级别

表20力学性能

成分、组织、性能均匀，塑性优良，保证了高压气瓶的成材率，生产的37Mn高压气瓶的性能稳定、冲击性能储备裕度较高，综合力学性能优良。

本发明的工艺参数(如温度、时间等)区间上下限取值以及区间值都能实现本法，在此不一一列举实施例。

本发明未详细说明的内容均可采用本领域的常规技术知识。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。