[发明专利]碳素钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳素钢及其制造方法，特别涉及一种可用于高压锅炉的碳素钢及其制造方法。

背景技术

20G钢是中国国家标准GB5310-2008(高压锅炉用无缝钢管)中的一种典型高压锅炉用优质碳素结构钢，其按重量计包含0.17％～0.23％的C、0.17％～0.37％的Si、0.35％～0.65％的Mn、不大于0.025％的P、不大于0.015％的S、不大于0.20％的Cu、不大于0.25％的Cr、不大于0.25％的Ni、不大于0.15％的Mo和不大于0.08％的V。

研究和生产实践表明，钢中的铝对20G钢的质量影响很大，生产20G钢的关键是如何控制钢中Alt(全铝)。例如，“20g高压锅炉用无缝管的质量控制”(《轧钢》第19卷第4期第20-22页)报道了生产20g高压锅炉钢的质量控制情况，在该文中，为防止和避免碳钢和低碳钢的石墨化以及钢中铝酸盐夹杂对产品冷加工性能的影响，应限制钢中残Al含量w(Als(酸溶铝))≤0.010％，且有必要进一步稳定残Al含量，并控制在0.006％～0.008％的范围内，改善管坯表面质量。“100t电炉生产20G工艺实践”(《南钢科技与管理》2007年第1期第21-23页)也认为在穿管过程中钢中的[Als]易造成“粘钢”，故20G管坯钢要求[Als]小于0.010％，因此脱氧工艺选择为沉淀脱氧以Si为主，少用或不用Al脱氧。总之，就目前20G高压锅炉钢生产技术来看，化学组分中的Alt是控制的重点，GB5310-2008中推荐的Alt不大于0.015％是最基本的要求，很多生产厂家甚至要求控制Alt到0.010％以下。

众所周知，即使采用转炉流程冶炼钢，钢中也残留有0.004％～0.006％的氮(电炉流程更高)，该部分氮是用铝给予固定的，否则氮会以自由态的形式存在于钢中，增大钢材时效性，降低耐冲击性能，严重的还会造成钢材过早失效。

如上所述，在现有20G钢的生产技术中，应采取低Alt路线。然而，过低的Alt会造成钢中存在一定量的自由氮，增大钢材时效性，降低耐冲击性能，严重的还会造成钢材过早失效。

发明内容

本发明提供了一种碳素钢及其制造方法，从而克服了上述技术问题中的一个或多个技术问题。

根据本发明的碳素钢按重量计包含0.17％～0.23％的C、0.17％～0.37％的Si、0.35％～0.65％的Mn、0.006％～0.010％的Ti、0.008％～0.015％的Als，余量为Fe和不可避免的杂质，其中Als表示酸溶铝。

碳素钢中不可避免的杂质可包括不大于0.20％的Cu、不大于0.25％的Cr、不大于0.25％的Ni、不大于0.15％的Mo、不大于0.007％的N、不大于0.025％的P和不大于0.015％的S。

碳素钢的Ti含量和Als含量之和可不低于0.018％。

根据本发明的碳素钢的制造方法包括以下步骤：(a)初炼钢水；(b)在钢水的C含量为0.05％～0.10％，P含量不大于0.015％，S含量不大于0.020％时，向钢包出钢；(c)在出钢过程中，调整钢水的Si含量为0.17％～0.37％，Mn含量为0.35％～0.65％，并调整钢水的氧含量在0.0020％以下；(d)控制钢水的Als含量为0.02％～0.03％，Als表示酸溶铝；(e)在钢包精炼炉中调整钢水的氧含量在0.0010％以下，并调整钢水的C含量为0.17％～0.23％；(f)对钢水进行循环真空脱气处理，并调整钢水的Ti含量为0.006％～0.010％，从而得到碳素钢，该碳素钢包含0.17％～0.23％的C、0.17％～0.37％的Si、0.35％～0.65％的Mn、0.006％～0.010％的Ti、0.008％～0.015％的Als，余量为Fe和不可避免的杂质，碳素钢中各元素的含量均为重量百分比含量。

在步骤(a)中可采用转炉来初炼钢水。

在步骤(c)中可采用铝锰铁、铝铁、硅铁、金属锰和低碳锰铁中的至少一种调整钢水的氧含量在0.0020％以下。

在步骤(c)中可采用硅铁来控制钢水的Si含量，可采用金属锰、铝锰铁和低碳锰铁中的至少一种来控制钢水的Mn含量。

在步骤(d)中可向钢水加入铝来控制钢水的Al含量。

在步骤(e)中可采用CaC₂或CaC₂与铝的组合调整钢水的氧含量在0.0010％以下。