高鋁雙相鋼生產(chǎn)實(shí)踐及鑄坯質(zhì)量控制

路博勛  李夢(mèng)英  侯明山  李夢(mèng)龍  毛文文

（河鋼唐鋼技術(shù)中心）

摘  要：高鋁鋼在連鑄生產(chǎn)過程中，渣鋼反應(yīng)將導(dǎo)致連鑄保護(hù)渣成分和性能發(fā)生顯著變化，從而影響生產(chǎn)穩(wěn)定性及鑄坯質(zhì)量。唐鋼不銹鋼公司通過潔凈度控制、連鑄保護(hù)渣優(yōu)化以及動(dòng)態(tài)輕壓下等工藝技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)了高鋁雙相鋼11爐穩(wěn)定連澆。鑄坯質(zhì)量良好，中包全氧可控制在9ppm以下，完全滿足下游工序?qū)Ω邼崈舳�、無缺陷鑄坯的質(zhì)量要求。

關(guān)鍵字：高鋁鋼；保護(hù)渣；鑄坯質(zhì)量

Production practice and slab quality control of high aluminum dual phase steel

Abstract：During the continuous casting process of high aluminum steel, the slag-steel reaction will lead to a significant change in the composition and properties of mold flux, thus affecting the production stability and slab quality. Through cleanliness control, mold flux optimization and dynamic soft reduction, the stainless steel company of Tangsteel Company has realized 11 heats steady continuous casting of high alumina dual phase steel. The slabs are of good quality, the content of T.O can be controlled below 9ppm. It fully meets the quality requirements of downstream process for high cleanliness and no defects slab.

Keywords: high aluminum steel; mold flux; slab quality

1 前言

隨著汽車行業(yè)的快速發(fā)展，能源、環(huán)境等問題日益凸顯，汽車輕量化得到廣泛關(guān)注。而高強(qiáng)雙相鋼的使用則是其最佳解決途徑之一，在提高車身強(qiáng)度、塑性的基礎(chǔ)上減輕車身重量，從而實(shí)現(xiàn)汽車輕量化，并提高安全性能。高強(qiáng)雙相鋼具有多種成分體系，其中最常見的是C-Mn-Si體系，此成分體系鋼種具有成本優(yōu)勢(shì)，但較高的Si含量嚴(yán)重影響鍍鋅表面質(zhì)量。從而有學(xué)者提出使用Al代替Si元素，在提高表面質(zhì)量的同時(shí)，還能進(jìn)一步降低重量。同時(shí)鋁屬于封閉奧氏體相區(qū)元素，能夠擴(kuò)大鐵素體與奧氏體兩相區(qū)，加大熱處理工藝的靈活性，有助于雙相鋼性能的穩(wěn)定性與重現(xiàn)性。因此高鋁雙相鋼逐漸得到廣泛關(guān)注與發(fā)展^[1-2]。

2 生產(chǎn)情況

唐鋼不銹鋼公司高品質(zhì)汽車板生產(chǎn)線包括1座100t轉(zhuǎn)爐、1座100tLF精煉爐、1座110tRH精煉爐，1臺(tái)200mm厚直弧形1機(jī)1流板坯連鑄機(jī)，配備LOMAS煙氣分析自動(dòng)煉鋼系統(tǒng)、精煉二級(jí)模型自動(dòng)控制系統(tǒng)、結(jié)晶器專家系統(tǒng)等，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)煉鋼、結(jié)晶器液面自動(dòng)控制、在線調(diào)寬、漏鋼預(yù)報(bào)及鑄坯動(dòng)態(tài)輕壓下等，具備生產(chǎn)高品質(zhì)高強(qiáng)雙相鋼的生產(chǎn)能力。

高鋁雙相鋼主要化學(xué)成分如表1所示。采用“鐵水預(yù)處理-LF精煉-RH真空處理-板坯連鑄”的生產(chǎn)工藝路線進(jìn)行生產(chǎn)。冶煉與連鑄工藝穩(wěn)定，克服了高鋁鋼生產(chǎn)難題，可實(shí)現(xiàn)多爐連澆，處于先進(jìn)水平。

表1 高鋁雙相鋼主要化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)%）

3 高鋁鋼保護(hù)渣的選用

高鋁鋼在連鑄生產(chǎn)過程中，鋼中的Al會(huì)和保護(hù)渣中的SiO₂等成分發(fā)生渣鋼反應(yīng)，致使保護(hù)渣的堿度、熔點(diǎn)、粘度以及結(jié)晶性能發(fā)生顯著變化，保護(hù)渣使用性能惡化，易發(fā)生粘結(jié)，甚至漏鋼等問題，鑄坯凹陷、裂紋缺陷嚴(yán)重，連鑄難以順行。因此高鋁鋼保護(hù)渣成為限制該類鋼種生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。

目前，國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)對(duì)于高鋁鋼保護(hù)渣的研究主要集中在兩大類，反應(yīng)性保護(hù)渣和非反應(yīng)性保護(hù)渣。反應(yīng)性保護(hù)渣即以CaO-SiO₂系為基礎(chǔ)的常規(guī)保護(hù)渣，其設(shè)計(jì)思路是原渣為低堿度、低粘度、結(jié)晶性能很弱的保護(hù)渣，為保護(hù)渣成分變化預(yù)留出空間，期望渣鋼反應(yīng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡后的保護(hù)渣性能滿足連鑄使用要求。而非反應(yīng)性保護(hù)渣是從源頭上抑制渣鋼反應(yīng)，采用CaO-Al₂O₃系為基的保護(hù)渣，保護(hù)渣不含SiO₂或SiO₂含量極低。同時(shí)為平衡保護(hù)渣的熔點(diǎn)、粘度等高溫性能，一般會(huì)在其中添加B₂O₃、LiO₂等成分^[3]。

由于CaO-Al₂O₃系保護(hù)渣還處于理論研究階段，實(shí)際應(yīng)用很少，尚不成熟；再考慮到此鋼種的主要成分，最終選擇了CaO-SiO₂系常規(guī)保護(hù)渣。其主要成分及高溫性能如下表所示。

表2 保護(hù)渣主要成分及高溫性能

從表中可知，此保護(hù)渣屬于典型的非反應(yīng)性保護(hù)渣，具有低堿度、低熔點(diǎn)、低粘度等特征。通過熱絲法對(duì)保護(hù)渣的結(jié)晶性能進(jìn)行了檢測(cè)，此渣的臨界冷卻速度為0.1℃/s，結(jié)晶溫度1050℃，結(jié)晶性能較弱。各項(xiàng)指標(biāo)均符合高鋁鋼保護(hù)渣的設(shè)計(jì)思路，因此把其作為專用保護(hù)渣用于高鋁鋼的生產(chǎn)。

4 鋼水潔凈度控制

采用“鐵水預(yù)處理-LF精煉-RH真空處理-板坯連鑄”的工藝路線生產(chǎn)此高鋁雙相鋼，目前可穩(wěn)定連澆11爐，通過對(duì)保護(hù)渣液渣成分、連鑄溫度及熱流曲線及鑄坯質(zhì)量等分析，此鋼種還具有更多爐數(shù)的連澆潛力，而這也得益于鋼水的潔凈度控制。

4.1 潔凈度控制關(guān)鍵要點(diǎn)

1）采用鐵水預(yù)處理+LF脫硫的工藝，將鋼水S含量穩(wěn)定控制在0.003%以下；

2）轉(zhuǎn)爐爐后先加Al，采用強(qiáng)脫氧方式；

3）采用高溫出鋼或直接出鋼方式，減少LF冶煉升溫時(shí)間，降低過程鋁損；

4）精煉渣TFe+MnO含量控制在1.0%以下；

5）RH真空度≤2mbar，純循環(huán)時(shí)間≥8min

6）連鑄工序確保動(dòng)態(tài)輕壓下功能投入，并做好保護(hù)澆注。

4.2 連鑄澆注情況

高鋁雙相鋼采用此生產(chǎn)工藝先后實(shí)現(xiàn)了4爐連澆、7爐連澆和11爐連澆，典型澆注曲線如圖1所示。

圖1 典型澆注曲線情況

澆注過程結(jié)晶器液位波動(dòng)穩(wěn)定，一般按≤±3mm控制；塞棒趨勢(shì)平穩(wěn)，無明顯漲涮桿現(xiàn)象；水口內(nèi)壁干凈，無水口絮流問題，水口情況如圖2所示。

圖2 浸入式水口情況

4.3 全氧和夾雜物控制情況

   高鋁雙相鋼由于鋼中Al含量較高，脫氧比較徹底，鋼中夾雜物種類主要是Al₂O₃類夾雜。通過一系列潔凈度控制手段，可將中包全氧控制在9ppm以下，平均7.2ppm。鋼中夾雜物尺寸可控制在20μum以下，主要集中在2-5μm的范圍。

圖3 中包全氧及夾雜物尺寸數(shù)量控制情況

5 鑄坯質(zhì)量控制

由于使用的是非反應(yīng)性保護(hù)渣，渣鋼反應(yīng)無法避免，因此開澆爐次頭兩塊鑄坯連鑄傳熱不穩(wěn)定，鑄坯存在一定的凹陷與淺裂紋，經(jīng)修磨處理后可滿足軋制要求。其余爐次鑄坯質(zhì)量良好，澆注狀態(tài)穩(wěn)定，鑄坯可滿足冷軋雙相鋼高潔凈度、高表面質(zhì)量的要求。

5.1 保護(hù)渣液渣變化情況

   分別取原粉渣、各澆次停澆爐次的保護(hù)渣液渣進(jìn)行主要成分分析，結(jié)果如表3所示。由于液渣中常�；煊性�粉渣和燒結(jié)層渣，因此檢測(cè)結(jié)果存在一定的誤差。

表3 澆鋼過程保護(hù)渣成分變化

由表可知，由于渣鋼反應(yīng)的原因，渣中Al2O3與SiO2成分變化明顯，MnO含量稍有降低，而隨著連澆爐數(shù)的增多二元堿度R逐步增加，Na2O含量有逐漸增多的趨勢(shì)。第1爐液渣成分中Al2O3含量比其他爐次明顯偏高，其原因可能是首次生產(chǎn)時(shí)拉速偏低，保護(hù)渣消耗低，保護(hù)渣液渣層更新較慢，導(dǎo)致渣中Al2O3含量聚集增多。其余爐次Al2O3含量大約在12-15%的范圍內(nèi)，其他成分基本穩(wěn)定不變。隨著連澆爐次的增多，渣中Al2O3和SiO2含量變化減緩，并逐漸趨于穩(wěn)定，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，從而保證了澆鑄過程中保護(hù)渣性能的穩(wěn)定。保護(hù)渣液渣中主要成分變化趨勢(shì)圖如圖4所示。

圖4 保護(hù)渣液渣中主要成分變化趨勢(shì)圖

   礦相分析表明，保護(hù)渣的礦相組成主要為CaF₂和少量MeO·Al₂O₃·SiO₂，經(jīng)查閱文獻(xiàn)該結(jié)果與其他企業(yè)高鋁鋼保護(hù)渣礦相基本一致。

圖5 高鋁鋼保護(hù)渣礦相組成

高鋁鋼由于保護(hù)渣反應(yīng)劇烈，同時(shí)該鋼種處于包晶區(qū)，鑄坯表面易于出現(xiàn)凹陷缺陷，澆鑄過程易發(fā)生粘結(jié)、漏鋼報(bào)警等問題；對(duì)拉速頻繁波動(dòng)比較敏感，拉速過快，液面波動(dòng)會(huì)變大，而拉速過低，保護(hù)渣更新較慢，液渣層易富集Al₂O₃從而惡化高溫性能。為此考慮表面質(zhì)量和生產(chǎn)穩(wěn)定性，需嚴(yán)格控制拉速，最好恒拉速控制，避免打破動(dòng)態(tài)平衡和澆注穩(wěn)定性，實(shí)踐表明，拉速處于1.2m/min-1.4m/min較為合適。

5.2 鑄坯內(nèi)外部質(zhì)量

通過合理的冶煉及連鑄工藝參數(shù)控制，高鋁雙相鋼鑄坯表面質(zhì)量良好，除開澆頭坯前部有些明顯凹陷需修磨處理外，其余鑄坯表面質(zhì)量良好，可滿足熱軋、冷軋等后道工序?qū)Ρ砻尜|(zhì)量的要求。

圖6 冷態(tài)鑄坯表面

圖7 鑄坯低倍情況

鑄坯低倍顯示內(nèi)部質(zhì)量良好，未見裂紋、縮孔等缺陷。偏析類別為C類0.5，鑄坯偏析控制較好，為后續(xù)帶狀控制提供的良好的基礎(chǔ)。此外采用原位分析儀對(duì)鑄坯偏析進(jìn)行了半定量分析，分析檢測(cè)了C、Mn、S、P、Si、Al的偏析情況，結(jié)果表明所有元素偏析度在1.0左右，最大偏析度在1.1左右，結(jié)果較好。其中易偏析元素C、Mn、S和Al的偏析情況如表4所示。

表4 偏析情況

6 結(jié)論

針對(duì)高鋁雙相鋼成分特點(diǎn)，通過合理的工藝路線設(shè)計(jì)、制定潔凈度控制關(guān)鍵要點(diǎn)以及合適的保護(hù)渣選用等，克服了高鋁鋼生產(chǎn)難點(diǎn)，保證了冶煉和連鑄工藝的穩(wěn)定性，目前實(shí)現(xiàn)了11爐穩(wěn)定連澆。鋼水潔凈度高，中包全氧可控制在9ppm以內(nèi)，夾雜物控制在20μm以內(nèi)。鑄坯內(nèi)外部質(zhì)量較好，鑄坯可滿足冷軋高強(qiáng)雙相鋼高潔凈度、無缺陷鑄坯的質(zhì)量要求，為公司高端高強(qiáng)雙相鋼的增量奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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