氮化釩鐵強(qiáng)化高強(qiáng)鋼翹皮缺陷分析

張文濤，劉劍鋒，王景寧

（河鋼股份有限公司承德分公司河北  承德 067102）

摘  要：針對(duì)釩氮強(qiáng)化的高強(qiáng)鋼板表面翹皮缺陷，通過連鑄、熱送、加熱工藝參數(shù)分析與優(yōu)化，提出了典型翹皮缺陷的控制措施，使軋制鋼板表面翹皮發(fā)生率得到了有效控制，軋制過程中翹皮產(chǎn)生率大幅度降低。

關(guān)鍵詞：高強(qiáng)鋼，釩氮強(qiáng)化，加熱制度

Analysis of Skin Warping Defect of High Strength Steel Strengthened by Ferric Vanadium Nitride

ZHANG Wentao, CHENG Yujun*, ZHANG Mingbo，LI Jingbin

  (Chengde Branch of Hebei Iron and Steel Group Co.,Ltd，Chengde，Hebei，067102)

Abstract：Defects of surface warping for high strength steel plate reinforced with vanadium nitrogen，analysis and optimization of process parameters for continuous casting, heat delivery and heating，The control measures of typical warping defect are proposed.The rate of warping on the surface of rolling steel plate is effectively controlled，in the process of rolling, the production rate of warping is greatly reduced.

Key word：High strength steel，Vanadium nitrogen fortification，Heating system

前言

承鋼公司150t轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)高強(qiáng)度合金鋼，在完成產(chǎn)量的同時(shí)，對(duì)生產(chǎn)質(zhì)量、成本的控制非常重視。因錳鐵價(jià)格持續(xù)上漲，為控制成本，對(duì)合金鋼成分進(jìn)行調(diào)整，將錳鐵合金料改為氮化釩鐵合金料，控制加入量，合金化效果得到了有效的提升；但是隨著氮化釩鐵的加入，在后期的生產(chǎn)軋制過程中，卷板出現(xiàn)翹皮的問題尤為嚴(yán)重，因此在保證釩氮強(qiáng)化高強(qiáng)鋼成分、性能達(dá)到要求的同時(shí)，降低翹皮產(chǎn)生率是提高鋼材綜合成材率的關(guān)鍵。通過缺陷形貌觀察與分析，分析了其產(chǎn)生機(jī)理，并從連鑄、加熱、軋制工藝等方面分別提出控制措施。

1.工藝流程

150t熱軋鋼板的生產(chǎn)工藝流程為：脫硫－轉(zhuǎn)爐提釩－轉(zhuǎn)爐煉鋼－LF精煉－連鑄保護(hù)澆注－熱送－軋制－層冷－卷取。冶煉生產(chǎn)過程中對(duì)氮化釩鐵合金料加入量為噸鋼0.5kg左右，在出鋼1/3時(shí)加入，后期吹氬攪拌，在LF爐進(jìn)行微調(diào)，鋼水成分中V含量控制在0.02%~0.03%左右。

表1 連鑄機(jī)主要工藝參數(shù)

目前釩氮強(qiáng)化高強(qiáng)鋼月產(chǎn)量約為40000t，約合2000卷左右，每月因翹皮缺陷導(dǎo)致的判廢或者降級(jí)品占比約為3.37％左右，軋制翹皮缺陷已經(jīng)成為影響產(chǎn)品質(zhì)量和成材率的重要因素。

表2  4-6月份生產(chǎn)情況

2. 翹皮形貌

通過成品鋼卷表面缺陷觀察和電鏡分析如圖1所示，鋼卷表面翹皮缺陷產(chǎn)生位置為基體產(chǎn)生，判斷為鑄坯表面存在裂紋，經(jīng)過軋制過程，由于厚度變薄，使裂紋擴(kuò)大，在鋼卷表面產(chǎn)生翹皮缺陷。

3.1  澆注條件影響影響

3.1.1非穩(wěn)態(tài)澆注影響

生產(chǎn)過程中鑄坯拉速控制在0.9~1.1 m/min,圖2為不同工況條件下對(duì)應(yīng)產(chǎn)生翹皮缺陷鑄坯數(shù)量統(tǒng)計(jì)，由圖2可以看出：在拉速波動(dòng)情況下鑄坯出現(xiàn)翹皮缺陷的數(shù)量明顯增加。

鑄坯的表面質(zhì)量都是在結(jié)晶器內(nèi)產(chǎn)生，由于拉速的波動(dòng)，造成塞棒控流不穩(wěn)定，導(dǎo)致結(jié)晶器內(nèi)鋼水液位發(fā)生波動(dòng)，影響保護(hù)渣化渣效果，造成保護(hù)渣溶化后渣膜不均勻，影響傳熱，使鑄坯容易出現(xiàn)表面微小裂紋，經(jīng)過扇形段二次冷卻后裂紋長大，造成鑄坯表面裂紋，在軋制過程中出現(xiàn)翹皮缺陷。

3.1.2  浸入式水口影響

圖3為浸入式水口使用次數(shù)以及換渣線、換水口次數(shù)與產(chǎn)生翹皮次數(shù)的關(guān)系。圖3表明：浸入式水口使用爐數(shù)＞6爐時(shí)產(chǎn)生翹皮32支，使用爐數(shù)≤5爐時(shí)共計(jì)20支，換渣線、換水口共產(chǎn)生翹皮21支。

綜合比較，因換水口、換渣線、使用爐數(shù)過長共計(jì)產(chǎn)生翹皮53支，水口使用時(shí)間長，水口分流孔沖刷嚴(yán)重，造成流場(chǎng)變化，影響鑄坯質(zhì)量，鑄坯質(zhì)量受到影響，增加了翹皮產(chǎn)生的幾率。

3.2  加熱制度影響

3.2.1熱裝鑄坯在爐時(shí)間

表3為不同熱裝在爐時(shí)間產(chǎn)生翹皮支數(shù)。由表2可以看出：在爐時(shí)間小于130min時(shí)產(chǎn)生翹皮比例為3.27%，在爐時(shí)間為130~200min時(shí)產(chǎn)生的翹皮比例為4.31%，在爐時(shí)間在200~300min時(shí)產(chǎn)生翹皮比例為10.00%，在爐時(shí)間大于300min時(shí)產(chǎn)生翹皮比例為43.48%。

表3 不同熱裝在爐時(shí)間產(chǎn)生翹皮支數(shù)表

根據(jù)表2數(shù)據(jù)繪制得到的熱裝在爐時(shí)間與翹皮比例的關(guān)系圖如圖4所示

由圖4可以直觀的看出，隨著熱裝鑄坯在爐時(shí)間的增加，鑄坯發(fā)生翹皮的比例明顯增加，并且當(dāng)熱裝在爐時(shí)間超過300min以后，翹皮比例明顯增加，因此控制適當(dāng)?shù)臒嵫b在爐時(shí)間小于300min能有效改善翹皮出現(xiàn)比例

3.2.2  熱裝鑄坯入爐溫度

表4為不同入爐溫度下產(chǎn)生翹皮的數(shù)量與所占比例。由表3可以看出：入爐溫度小于450℃時(shí)產(chǎn)生翹皮比例為1.69%，入爐溫度在450~600℃時(shí)產(chǎn)生翹皮比例為1.32%，入爐溫度在600~650℃時(shí)產(chǎn)生翹皮比例為11.11%，入爐溫度大于650℃產(chǎn)生翹皮比例為7.26%。

表4 不同入爐溫度下產(chǎn)生翹皮比例

根據(jù)表3數(shù)據(jù)繪制得到的熱裝鑄坯入爐溫度與翹皮產(chǎn)生比例的關(guān)系圖如圖5所示。

由圖可以看出：當(dāng)入爐溫度超過600℃時(shí)翹皮比例顯著增高，因此適當(dāng)降低入爐溫度能夠有效降低產(chǎn)生翹皮的比例。

分析認(rèn)為，釩與C、N、O有很強(qiáng)的親和力，與C、N形成的化合物沿奧氏體晶界的鐵素體中沉淀析出，使得晶界處結(jié)合力減弱，表面張力較弱，在高溫加熱過程中極易形成裂紋，熱裝坯在爐時(shí)間長，入爐溫度增高，導(dǎo)致翹皮產(chǎn)生幾率明顯增加。

4. 改進(jìn)措施

1）生產(chǎn)過程中，協(xié)調(diào)前后工序，確保鋼水溫度滿足工藝要求，鋼水過熱度控制在15~30℃，保證鑄機(jī)拉速穩(wěn)定，避免因?yàn)楦鞣N原因造成的鑄機(jī)拉速波動(dòng)。生產(chǎn)高強(qiáng)合金鋼1300mm以下斷面工作拉速控制為1.1m/min， 1300mm以上斷面工作拉速為1.0m/min, 針對(duì)拉速波動(dòng)0.1、0.2的鑄坯進(jìn)行在線檢查，發(fā)現(xiàn)表面問題下線處理，有計(jì)劃按定尺換水口,到定尺后降拉速至換水口拉速更換，鑄坯換水口部分甩廢。

2）自動(dòng)澆鋼液面波動(dòng)范圍控制在±3mm，如出現(xiàn)液面波動(dòng)大情況，通過降低鋼水過熱度或調(diào)節(jié)零段二次冷卻水量等方式進(jìn)行控制，對(duì)于的大于±3mm鑄坯下線檢查表面質(zhì)量，合格坯過加熱爐軋制，不合格鑄坯下線扒皮處理后進(jìn)行軋制。

3）規(guī)范換水口操作及保證浸入式水口對(duì)中，水口使用過程中不進(jìn)行換渣線操作，使用壽命應(yīng)不超過6爐。澆注過程中應(yīng)保證合適的插入深度，1400mm以上斷面插入深度為165~175mm，1200~1400斷面插入150~160mm，保證結(jié)晶器內(nèi)流場(chǎng)穩(wěn)定，換水口時(shí)液面保持平穩(wěn)，保證鑄坯質(zhì)量。

表5 不同斷面浸入式水口插入深度要求

4）針對(duì)氮化釩鐵合金鋼生產(chǎn)時(shí)，要求板坯下線堆冷至鑄坯表面溫度≤600℃時(shí)再進(jìn)加熱爐安排軋制，加熱爐熱裝坯在爐時(shí)間控制在200min以內(nèi)，以保證軋制成材率。

通過以上措施，大大降低了使用氮化釩鐵合金料生產(chǎn)高強(qiáng)合金鋼在軋制時(shí)出現(xiàn)翹皮缺陷問題。

5. 結(jié)論

通過提高非穩(wěn)態(tài)澆注過程控制、強(qiáng)化水口操作與使用規(guī)范、優(yōu)化熱送與加熱制度等控制措施，軋制成品卷翹皮缺陷數(shù)量明顯改善，為生產(chǎn)合格鋼卷提供保障。

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