圖 1DR材中夾雜物情況統(tǒng)計(jì)
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河鋼集團(tuán)衡水薄板有限責(zé)任公司，河北 衡水 053000
基金項(xiàng)目:高潔凈鋼工藝技術(shù)研發(fā)平臺(tái)的建立(ZD17-05)。
近年來(lái)，以高附加值、高潔凈度為主要屬性的高端產(chǎn)品開(kāi)發(fā)日益成為先進(jìn)鋼鐵企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的主要技術(shù)領(lǐng)域，熱門(mén)鋼種包括高潔凈度軟鋼及高強(qiáng)鋼，涵蓋汽車(chē)、家電、食品罐用鋼等[1-2]。某公司為全面實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)升級(jí)調(diào)整，提升綜合創(chuàng)效能力，也加快了汽車(chē)用鋼、高檔次鍍錫用鋼等高端產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，這就急需探索一套科學(xué)有效的尖端產(chǎn)品開(kāi)發(fā)模式和開(kāi)發(fā)流程，使產(chǎn)品質(zhì)量滿(mǎn)足用戶(hù)多樣化和個(gè)性化要求。同時(shí)，與該公司高強(qiáng)汽車(chē)板產(chǎn)線(xiàn)配套的不銹鋼產(chǎn)線(xiàn)的轉(zhuǎn)爐容量只有100 t，使得轉(zhuǎn)爐容量小使得過(guò)程溫降大，且非穩(wěn)態(tài)澆注時(shí)間比例大，給潔凈鋼的生產(chǎn)造成較大困難，因此急需摸索出一套高端潔凈鋼生產(chǎn)工藝。
目前，行業(yè)內(nèi)還沒(méi)有中小型轉(zhuǎn)爐流程生產(chǎn)高品質(zhì)汽車(chē)鋼的先例，在不銹鋼產(chǎn)線(xiàn)升級(jí)改造的基礎(chǔ)上，開(kāi)展一系列潔凈鋼生產(chǎn)技術(shù)研究，以搭建高潔凈鋼工藝技術(shù)研發(fā)平臺(tái)，為高端汽車(chē)鋼的開(kāi)發(fā)提供基礎(chǔ)，可以為國(guó)內(nèi)、省內(nèi)大量的中小型轉(zhuǎn)爐鋼廠(chǎng)轉(zhuǎn)型升級(jí)、結(jié)構(gòu)調(diào)整提供直接借鑒。
本文以高檔次鍍錫用DR材（Double reduced tin-plate）深沖用鋼為主要研發(fā)目標(biāo)，建立起一套科學(xué)有效的品種開(kāi)發(fā)流程，搭建起基于100 t轉(zhuǎn)爐流程的高潔凈鋼工藝技術(shù)研發(fā)平臺(tái)，不僅可以有效提升公司產(chǎn)線(xiàn)能力和整體技術(shù)水平，促進(jìn)其他汽車(chē)用鋼等高附加值產(chǎn)品的快速開(kāi)發(fā)，同時(shí)對(duì)公司樹(shù)立品牌形象、實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)意義重大。
1. 高端DR材的開(kāi)發(fā)
1.1 DR材的特點(diǎn)
DR材是通過(guò)壓下率為15%~40%二次冷軋技術(shù)生產(chǎn)的高檔鍍錫用基板，厚度減小到0.1~0.17 mm，甚至可以達(dá)到0.08 mm以下。DR材具有規(guī)格薄、強(qiáng)度高、精度高的特點(diǎn)，充分體現(xiàn)了鋼質(zhì)包裝材料的優(yōu)勢(shì)[2-5]。目前，我國(guó)的鍍錫板需求量較大，國(guó)內(nèi)鍍錫原板供應(yīng)不足，僅有少部分的企業(yè)能夠自供，大多數(shù)企業(yè)依靠進(jìn)口。因此，大力發(fā)展DR材是當(dāng)前鋼鐵企業(yè)的主流趨勢(shì)。
1.2 DR材工藝技術(shù)開(kāi)發(fā)
由于DR材最終成品厚度非常薄，其對(duì)鋼水潔凈度和表面質(zhì)量要求也極高。參照電池殼鋼的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，充分利用基于電池殼鋼生產(chǎn)所建立的工藝技術(shù)平臺(tái)，進(jìn)行了DR材的批量開(kāi)發(fā)生產(chǎn)。
鍍錫板基料原生產(chǎn)工藝為鐵水預(yù)處理→轉(zhuǎn)爐→LF→連鑄→熱軋，潔凈度可以滿(mǎn)足一般用途[6]。根據(jù)電池殼鋼開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)高端用途的馬口鐵、DR材基料，重新設(shè)計(jì)了鐵水預(yù)處理→轉(zhuǎn)爐→RH→連鑄→熱軋的生產(chǎn)工藝流程，過(guò)程控制要求參考電池殼用鋼，鋼水潔凈度更高，實(shí)現(xiàn)了高端DR材基料的開(kāi)發(fā)，滿(mǎn)足高端用戶(hù)的使用要求。基于這兩種工藝路線(xiàn)，一方面實(shí)現(xiàn)了根據(jù)用戶(hù)使用要求進(jìn)行潔凈度“定制化”設(shè)計(jì)，另一方面對(duì)這兩種精煉工藝路線(xiàn)生產(chǎn)潔凈鋼均有直接的指導(dǎo)意義。
1.3 潔凈度評(píng)價(jià)
DR材的夾雜物控制統(tǒng)計(jì)情況如圖1所示，從圖中可以看出，DR材所含夾雜物中硫化物尺寸均小于2 μm，Al2O3尺寸稍大，但也均小于10 μm，有效地避免了高端DR材多次減薄后夾雜物露出表面，造成沖壓砂眼缺陷。
1.4 DR材使用情況
開(kāi)發(fā)的高端DR材基料發(fā)往江蘇友富、廣東鐵生輝等下游廠(chǎng)家使用后，其潔凈度控制、表面質(zhì)量、產(chǎn)品性能和尺寸精度等完全滿(mǎn)足用戶(hù)要求，使用效果良好。
高端DR材目前國(guó)內(nèi)需求旺盛，利潤(rùn)空間也較高，這些高端品種通常對(duì)潔凈度和性能均勻性均有很高的要求。基于DR材生產(chǎn)，搭建起經(jīng)RH工藝流程的低碳、超低碳鋼高潔凈鋼工藝技術(shù)研發(fā)平臺(tái)，使低碳類(lèi)、超低碳類(lèi)鋼種的潔凈度得到提高并保持穩(wěn)定。
2. 潔凈鋼技術(shù)研發(fā)成果的拓展及驗(yàn)證
在開(kāi)發(fā)出滿(mǎn)足用戶(hù)使用要求的DR材產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，充分利用基于DR材生產(chǎn)所建立的工藝技術(shù)平臺(tái)，并拓展其范圍及功能，工藝技術(shù)研發(fā)平臺(tái)由單獨(dú)RH流程、LF流程拓展到LF+RH流程。
2.1 高強(qiáng)汽車(chē)大梁鋼700L的開(kāi)發(fā)
熱軋高強(qiáng)鋼700L主要應(yīng)用于汽車(chē)大梁類(lèi)零部件的制造，根據(jù)使用部位和條件不同，分為主梁和邊梁兩大類(lèi)[7-8]。通過(guò)單獨(dú)LF精煉流程生產(chǎn)工藝路線(xiàn)，完成了邊梁用700L的開(kāi)發(fā)，滿(mǎn)足了用戶(hù)對(duì)邊梁的需求。但主梁作為關(guān)鍵零部件，對(duì)產(chǎn)品的力學(xué)性能、服役性能要求更高，特別是要求具有良好的抗疲勞性能，因此需要盡量降低鋼中夾雜物數(shù)量和尺寸。根據(jù)用戶(hù)對(duì)主梁的高端要求，結(jié)合潔凈鋼平臺(tái)研究結(jié)果，通過(guò)優(yōu)化工藝參數(shù)及生產(chǎn)流程實(shí)現(xiàn)了高潔凈度主梁用700L的開(kāi)發(fā)。
邊梁用700L的生產(chǎn)工藝路線(xiàn)為BOF—LF—CC—1580，LF出站后鋼水進(jìn)行鈣處理，以改善夾雜物、提高可澆性。通過(guò)優(yōu)化工藝路線(xiàn)為BOF—LF—RH—CC—1580，取消了鈣處理，優(yōu)化了加料控制，鋼中夾雜物類(lèi)型、數(shù)量、尺寸大大改善，而鋼水可澆性保持較好狀態(tài)。
選取兩種不同工藝700L的典型爐次進(jìn)行對(duì)比研究，成分控制見(jiàn)表1。
表 1700L樣品主要化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）
對(duì)兩組樣品進(jìn)行了INCA夾雜物全掃觀(guān)察和記錄，將觀(guān)察結(jié)果中夾雜物數(shù)據(jù)換算為單位面積的情況。圖2給出了不同工藝流程單位面積夾雜物的數(shù)量，由圖2可知，優(yōu)化工藝后，經(jīng)RH真空處理的高強(qiáng)鋼中夾雜物數(shù)量明顯少于單LF精煉工藝的產(chǎn)品。BOF-LF-CC工藝產(chǎn)700L夾雜物單位面積數(shù)量相對(duì)較多，為45.99個(gè)/mm2，而新開(kāi)發(fā)的BOF-LF-RH-CC工藝產(chǎn)700L中，夾雜物數(shù)量降低至12.61個(gè)/mm2，夾雜物數(shù)量降低了72.58%，工藝改進(jìn)效果明顯。
不同工藝流程圖鋼中夾雜物尺寸分布情況如圖3所示。單獨(dú)LF流程生產(chǎn)的700L所含夾雜物尺寸為≤30 μm，達(dá)到了一定的潔凈化程度，并滿(mǎn)足使用要求。而LF+RH工藝流程生產(chǎn)的700L中，不僅夾雜物數(shù)量明顯下降，夾雜物的尺寸也呈減小趨勢(shì)，且不存在≥15 μm的夾雜物。
與國(guó)內(nèi)領(lǐng)先鋼廠(chǎng)生產(chǎn)的700L進(jìn)行關(guān)鍵指標(biāo)分析對(duì)比，該鋼廠(chǎng)700L夾雜物控制水平相當(dāng)，且部分力學(xué)性能指標(biāo)領(lǐng)先，新開(kāi)發(fā)的高端主梁用700L取得了用戶(hù)的認(rèn)可。
通過(guò)700L夾雜物控制技術(shù)研究，形成了高強(qiáng)、高合金含量鋼種潔凈度控制系列技術(shù)。對(duì)于邊梁用700L，采用單獨(dú)LF流程生產(chǎn)，滿(mǎn)足潔凈度要求的前提下，降低成本；對(duì)于主梁用700L，采用LF+RH流程生產(chǎn)，進(jìn)一步提高潔凈度，滿(mǎn)足更高端的使用要求。這樣就可以根據(jù)用戶(hù)不同的使用要求，實(shí)現(xiàn)滿(mǎn)足不同潔凈度要求的“定制化”生產(chǎn)，達(dá)到高效低成本潔凈鋼的生產(chǎn)目標(biāo)。
2.2 雙相鋼WL780X和W780QX潔凈度控制
高強(qiáng)雙相鋼WL780X和W780QX（高鋁含量）主要用于汽車(chē)的結(jié)構(gòu)件和安全件等，對(duì)潔凈度的要求非常高，同時(shí)其對(duì)鋼中H、N含量比較敏感。參考潔凈鋼技術(shù)研發(fā)平臺(tái)研究結(jié)果，采用LF+RH流程生產(chǎn)，然后檢驗(yàn)其潔凈度情況如圖4所示。WL780X中單位面積的夾雜物數(shù)量6.05個(gè)/mm2，W780QX中單位面積的夾雜物數(shù)量5.61個(gè)/mm2。
雙相鋼WL780X和W780QX所含夾雜物尺寸如圖5所示，WL780X中≤10 μm夾雜物的數(shù)量達(dá)到95.86%，W780QX≤10 μm夾雜物的數(shù)量達(dá)到97.33%，且最大夾雜物的尺寸均<20 μm。
目前高牌號(hào)780 MPa及以上雙相鋼經(jīng)RH真空脫氣處理后，可以實(shí)現(xiàn)[H]≤1.5×10−6，[N]≤24×10−6。同時(shí)，為了減輕鑄坯偏析及軋制帶狀組織，在鐵水預(yù)處理和LF精煉脫硫的共同作用下，控制鋼中S含量實(shí)現(xiàn)最低≤0.001%。良好的潔凈度控制保證了高強(qiáng)雙相鋼質(zhì)量和性能的穩(wěn)定性。
2.3 超低碳鋼潔凈度控制
高潔凈鋼工藝技術(shù)研發(fā)平臺(tái)的建立推動(dòng)了其他品種內(nèi)在質(zhì)量和生產(chǎn)穩(wěn)定性的提高。在可澆性較差的加P高強(qiáng)超低碳鋼開(kāi)發(fā)中，借助于高潔凈鋼工藝技術(shù)研發(fā)平臺(tái)，BOF-RH-CC流程過(guò)程鋼渣TFe含量由轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)時(shí)的20%左右最終降低至RH出站時(shí)5%左右，鋼渣氧化性大大降低，鋼水潔凈度提高，該類(lèi)鋼種可澆性改善明顯。RH工序優(yōu)化合金物料加入順序，雜質(zhì)元素含量高的合金于脫碳期或較早期加入，其余按金屬元素被氧化性難易程度順序加入，避免鋼水增碳及帶入雜質(zhì)，提高合金收得率的同時(shí)，提高鋼水潔凈度，并改善鋼水可澆性[9]。通過(guò)保證凈循環(huán)時(shí)間≥8 min，可以有效促進(jìn)鋼中Al2O3的聚集與上浮去除，配合RH出站至連鑄開(kāi)澆合理的靜置時(shí)間控制，保證夾雜物充分上浮。連鑄進(jìn)一步提高了保護(hù)澆鑄效果，防止鋼水二次氧化及夾雜物去除效果顯著，鋼中TO和增氮控制情況如圖6所示。由圖6可知，鋼中TO在RH出站可以控制在≤30×10−6，中包降低至≤25×10−6，成品降低至15×10−6左右，連鑄增N≤1×10−6。由此可以看出，高潔凈鋼工藝技術(shù)研發(fā)平臺(tái)取得明顯成效。
3. 結(jié)束語(yǔ)
（1）根據(jù)電池殼鋼開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)高端用途的馬口鐵、DR材基料，重新設(shè)計(jì)了鐵水預(yù)處理→轉(zhuǎn)爐→RH→連鑄→熱軋的生產(chǎn)工藝流程，鋼水潔凈度更高，實(shí)現(xiàn)了高端DR材基料的開(kāi)發(fā)，滿(mǎn)足高端用戶(hù)的使用要求。
（2）對(duì)于邊梁用700L，采用單獨(dú)LF流程生產(chǎn)，滿(mǎn)足潔凈度要求的前提下，降低成本；而主梁用700L，采用LF+RH流程生產(chǎn)，進(jìn)一步提高潔凈度，滿(mǎn)足更高端的使用要求。
（3）雙相鋼WL780X中≤10 μm夾雜物的數(shù)量達(dá)到95.86%，W780QX≤10 μm夾雜物的數(shù)量達(dá)到97.33%，且最大夾雜物的尺寸均未超過(guò)20 μm。
（4）通過(guò)優(yōu)化RH工序合金物料的加入順序，有效避免了鋼水增碳及帶入雜質(zhì)，提高合金收得率，同時(shí)也提高鋼水的潔凈度，改善鋼水可澆性。
來(lái)源：金屬世界