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CSP高強(qiáng)鋼冶煉工藝技術(shù)優(yōu)化與生產(chǎn)實(shí)踐

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2015-07-09  作者:李具中,杜秀峰,王春鋒,劉先同,吳維軒,朱志強(qiáng)  瀏覽次數(shù):267
 
核心提示:目前,薄規(guī)格高強(qiáng)鋼因其能在滿足安全要求的同時(shí)達(dá)到減重、降耗、減排的目的,成為新一代環(huán)境友好型材料,市場(chǎng)應(yīng)用前景廣闊。常規(guī)熱軋產(chǎn)品受鑄坯厚度制約,其帶鋼厚度在1.6mm以上;薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線因鑄坯厚度薄,已能批量生產(chǎn)厚度在1.0mm~1.5mm的熱軋薄帶鋼,但其屈服強(qiáng)度級(jí)別主要為235MPa或345MPa。屈服強(qiáng)度550MPa以上、厚度2.0mm以下的薄規(guī)格高強(qiáng)鋼目前主要還是依靠冷軋,因此,開展熱軋高強(qiáng)薄材的品種開發(fā),有利于提高CSP產(chǎn)線產(chǎn)品的綜合競(jìng)爭(zhēng)力。
 CSP高強(qiáng)鋼冶煉工藝技術(shù)優(yōu)化與生產(chǎn)實(shí)踐

李具中,杜秀峰,王春鋒,劉先同,吳維軒,朱志強(qiáng)

目前,薄規(guī)格高強(qiáng)鋼因其能在滿足安全要求的同時(shí)達(dá)到減重、降耗、減排的目的,成為新一代環(huán)境友好型材料,市場(chǎng)應(yīng)用前景廣闊。常規(guī)熱軋產(chǎn)品受鑄坯厚度制約,其帶鋼厚度在1.6mm以上;薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線因鑄坯厚度薄,已能批量生產(chǎn)厚度在1.0mm~1.5mm的熱軋薄帶鋼,但其屈服強(qiáng)度級(jí)別主要為235MPa或345MPa。屈服強(qiáng)度550MPa以上、厚度2.0mm以下的薄規(guī)格高強(qiáng)鋼目前主要還是依靠冷軋,因此,開展熱軋高強(qiáng)薄材的品種開發(fā),有利于提高CSP產(chǎn)線產(chǎn)品的綜合競(jìng)爭(zhēng)力。

工藝優(yōu)勢(shì)與技術(shù)考驗(yàn)

為適應(yīng)高強(qiáng)薄材的生產(chǎn),武鋼CSP產(chǎn)線進(jìn)行了相關(guān)工藝設(shè)計(jì)創(chuàng)新,主要表現(xiàn)在:均熱爐設(shè)備均按較高出坯溫度設(shè)計(jì),比同類CSP產(chǎn)線高100℃左右;為保證薄材生產(chǎn)負(fù)荷的均衡分配,特意配置了大能力七機(jī)架熱連軋機(jī);為了滿足高強(qiáng)度薄材控軋控冷工藝的需要,層冷冷卻為分段式冷卻,具備5種冷卻方式;為實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度鋼的卷取,保證卷形,配置了大功率的卷取機(jī)。

 

由于采取了上述特殊設(shè)計(jì),武鋼CSP在生產(chǎn)高強(qiáng)極薄材時(shí)更具有優(yōu)勢(shì)。但是,CSP生產(chǎn)線工藝、設(shè)備上的先天缺陷仍對(duì)生產(chǎn)高強(qiáng)極薄材造成了影響。高強(qiáng)鋼中一般合金元素高,裂紋敏感性強(qiáng),由于連鑄機(jī)采用的是漏斗形的結(jié)晶器,高拉速下坯殼承受應(yīng)力大,容易出現(xiàn)鑄坯表面質(zhì)量缺陷甚至漏鋼,在成分設(shè)計(jì)上更是要避開裂紋敏感系數(shù)高的包晶鋼的范圍;與之匹配的是特殊設(shè)計(jì)的浸入式水口,出口厚度僅為27mm左右,在澆鑄過程中一旦出現(xiàn)夾雜物在水口內(nèi)壁的富集,水口流通面積很快減少,導(dǎo)致鋼水流量不足而斷機(jī)。此外,長(zhǎng)期大負(fù)荷的薄材生產(chǎn),也給軋鋼工序的穩(wěn)定生產(chǎn)帶來嚴(yán)峻考驗(yàn)。因此,如何控制鋼水純凈度,提高鋼水的可澆性,提升鑄坯表面質(zhì)量,控制鑄機(jī)漏鋼實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定澆鑄,以及確保軋機(jī)在長(zhǎng)期大負(fù)荷下的穩(wěn)定軋制,是生產(chǎn)高強(qiáng)極薄材需要解決的關(guān)鍵生產(chǎn)技術(shù)難題。
 

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CSP開發(fā)高強(qiáng)薄材的主要工藝技術(shù)

成分的設(shè)計(jì)和工藝流程選擇。根據(jù)CSP產(chǎn)線的工藝特點(diǎn),考慮現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)穩(wěn)定性和帶鋼的焊接與成型性能,其主要成分設(shè)計(jì)參照以下原則:為回避結(jié)晶器內(nèi)鋼水包晶反應(yīng)給鑄機(jī)澆鑄過程帶來的漏鋼風(fēng)險(xiǎn),通過中碳和低碳成分體系的對(duì)比工藝試驗(yàn)結(jié)果,選擇低碳成分體系(C:0.03%~0.07%);為保證薄材軋制過程穩(wěn)定,選擇高溫控軋合金元素Ti,采用高Ti輔助添加一定量的Cr、V成分,取消Nb、Mo等合金元素,以降低軋制負(fù)荷,同時(shí)利用細(xì)晶強(qiáng)化和TiC的析出強(qiáng)化作用保證帶鋼的強(qiáng)度(Ti:0.03%~0.15%);Mn和Si為主要固溶強(qiáng)化元素,但Si、Mn加入會(huì)增加高溫軋制負(fù)荷,且Mn過高導(dǎo)致珠光體條帶的形成,Si過高不利于表面氧化鐵皮的去除,因此,Mn含量控制在1.3%~1.9%,Si含量控制在0.1%~0.4%。同時(shí),為保證產(chǎn)品的成型和焊接性能,充分發(fā)揮Ti的微合金化作用,對(duì)鋼中有害元素P、S、N等元素含量提出嚴(yán)格要求。

在工藝流程的選擇方面,武鋼根據(jù)LF和RH工藝成分控制的特點(diǎn),綜合考慮鋼種化學(xué)成分特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的實(shí)際狀況,將LF+RH雙聯(lián)工藝作為高強(qiáng)鋼批量生產(chǎn)的工藝路線。因?yàn)長(zhǎng)F+RH工藝即雙聯(lián)工藝的合金收得率和成分命中率高,且過程增氮少、成品氮低,對(duì)過程成分控制更有利。

夾雜物及改質(zhì)處理技術(shù)。鑒于鈦對(duì)改善鋼材性能方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì),且從經(jīng)濟(jì)效益方面考慮,為提高鈦收得率,高強(qiáng)鋼采用先加A1進(jìn)行預(yù)脫氧,再加入Ti進(jìn)行微合金化處理。為提高連澆爐數(shù),武鋼還對(duì)精煉工藝進(jìn)行了部分調(diào)整,在RH鋼水精煉結(jié)束后對(duì)鋼水進(jìn)行微鈣處理,達(dá)到對(duì)鋼中A12O3夾雜進(jìn)行變性的目的,以減少鋼中大顆粒夾雜、提高鋼水質(zhì)量和可澆性,通過輕鈣處理工藝后,連澆爐數(shù)由4爐提高至7爐。

穩(wěn)定澆鋼技術(shù)。這主要包括鑄機(jī)漏鋼控制技術(shù)和鑄坯質(zhì)量控制技術(shù)。

在鑄機(jī)漏鋼控制技術(shù)方面,武鋼在試生產(chǎn)WYS700的過程中,漏鋼事故主要為開澆階段的縱裂漏鋼和正常澆鋼階段的粘連漏鋼。

開澆時(shí)縱裂漏鋼的控制。開澆縱裂漏鋼發(fā)生時(shí),澆鑄長(zhǎng)度一般為5m~9m,鑄坯未出扇形段(10.25m),漏鋼發(fā)生在出結(jié)晶器后的扇形1段內(nèi)。發(fā)生漏鋼的部位先是出現(xiàn)了縱向凹陷,凹陷加重后形成縱裂,直至漏鋼??v向凹陷部位晶粒較正常部位明顯粗化。開澆縱裂漏鋼的主要原因有:開澆鋼水的過熱度高,起步拉速偏高,二冷強(qiáng)度大以及鋼水的碳含量接近包晶鋼范圍(0.07%~0.17%)。

開澆鋼水的過熱度及起步拉速優(yōu)化。薄板坯的凝固過程屬于快速凝固,由于冷卻速率快,其包晶反應(yīng)區(qū)域和包晶點(diǎn)的位置會(huì)發(fā)生變化。對(duì)于WYS700鋼種,碳含量范圍為0.03%~0.07%,由于合金元素的加入,其碳當(dāng)量范圍在0.05%~0.09%,已經(jīng)進(jìn)入包晶區(qū)。高溫澆鑄更容易因?yàn)榘Х磻?yīng)以及熱收縮的加劇而導(dǎo)致坯殼收縮加劇,坯殼與結(jié)晶器脫離導(dǎo)致傳熱不均勻,傳熱差的地方就會(huì)形成凹陷及裂紋。

二冷水的優(yōu)化。由于WYS700的成分設(shè)計(jì),液固兩相溫度差較大,約為30℃,是普碳鋼的2倍,兩相區(qū)較寬。因此,該鋼種在澆鑄過程中容易出現(xiàn)冷卻不足而導(dǎo)致鑄坯在扇形段內(nèi)出現(xiàn)鼓肚,從而引起結(jié)晶器液面波動(dòng)。如果二次冷卻太強(qiáng),又會(huì)導(dǎo)致結(jié)晶器內(nèi)形成的鑄坯凹陷、縱裂等缺陷嚴(yán)重?cái)U(kuò)展甚至漏鋼。因此,二冷的合適控制很重要。

倒錐度的優(yōu)化。對(duì)于WYS700,由于包晶反應(yīng)凝固收縮大,倒錐度過小,鑄坯窄邊得不到結(jié)晶器的支撐,寬邊坯殼會(huì)因鋼水靜壓力產(chǎn)生縱裂紋,但如果倒錐度過大,又會(huì)導(dǎo)致已經(jīng)形成的鑄坯凹陷加劇。

正常澆鋼時(shí)粘連漏鋼的控制。WYS700在澆鋼時(shí)發(fā)生粘連的部位在鑄坯的兩個(gè)寬面的中心。漏鋼發(fā)生后,結(jié)晶器內(nèi)通常留有“V”形的坯殼,結(jié)晶器下方的扇形1段上面有大量殘鋼。WYS700的粘連漏鋼主要受保護(hù)渣變性、結(jié)晶器流場(chǎng)的影響。

保護(hù)渣的優(yōu)化。為控制粘連漏鋼,他們對(duì)保護(hù)渣進(jìn)行了優(yōu)化。優(yōu)化后的保護(hù)渣,堿度、黏度、熔點(diǎn)降低,而熱流、耗量增加。堿度降低后,熱流增加,有利于坯殼厚度的增加,增強(qiáng)坯殼強(qiáng)度,以抵抗保護(hù)渣潤(rùn)滑效果變差后摩擦力的增加。黏度、熔點(diǎn)的降低,有利于緩解液渣中Ti氧化物增加導(dǎo)致保護(hù)渣變黏,惡化保護(hù)渣的潤(rùn)滑,同時(shí),黏度、熔點(diǎn)降低后,保護(hù)渣的耗量增加,有利于保護(hù)渣變性后的及時(shí)更新,防止保護(hù)渣變性加重。

結(jié)晶器流場(chǎng)的優(yōu)化。武鋼CSP連鑄機(jī)主要采用的是兩種類型的水口,分別為Ⅰ型和Ⅱ型,使用Ⅰ型水口粘連漏鋼率大幅提高。其原因應(yīng)是Ⅰ型SEN的流場(chǎng)上回流較Ⅱ型SEN弱,一方面,不利于鋼水與保護(hù)渣的換熱,熔化效果變差;另一方面,也不利于吸附了Ti氧化物的液渣的更新、消耗,導(dǎo)致液渣中含Ti的氧化物含量增多,保護(hù)渣的析晶作用導(dǎo)致傳熱性能變差。二者共同作用,惡化了保護(hù)渣的熔化潤(rùn)滑和傳熱,促進(jìn)了粘連的發(fā)生。除了對(duì)保護(hù)渣及浸入式水口進(jìn)行優(yōu)化外,他們針對(duì)此鋼種在生產(chǎn)過程中結(jié)晶器內(nèi)熱電偶的溫度變化特點(diǎn),優(yōu)化了漏鋼預(yù)報(bào)軟件系統(tǒng)的參數(shù),使粘連現(xiàn)象發(fā)生后能及時(shí)、準(zhǔn)確預(yù)報(bào),自動(dòng)緊急降速?gòu)亩苊饴╀摗Mㄟ^采取上述綜合措施,武鋼CSP連鑄機(jī)在生產(chǎn)WYS700時(shí),漏鋼事故大幅減少,綜合漏鋼率從1.9%降至0.35%。

在鑄坯質(zhì)量控制技術(shù)方面,由于WYS700的成分設(shè)計(jì),以及采用CSP薄板坯連鑄工藝,生產(chǎn)出的WYS700的鑄坯極易出現(xiàn)夾雜、縱裂和橫裂等質(zhì)量缺陷。

為降低鑄坯夾雜缺陷,武鋼CSP除了做好夾雜物變性技術(shù)的攻關(guān)外,還要求嚴(yán)格做好澆鑄過程中的保護(hù)澆鑄。如果保護(hù)澆鑄做得不到位,二次氧化產(chǎn)生的夾雜物就會(huì)尺寸大,數(shù)量多。為此,生產(chǎn)人員采取了以下嚴(yán)格的全程保護(hù)澆鑄措施:大包加蓋保溫密封;長(zhǎng)水口采用專用石棉碗,并吹氬氣密封澆鑄;開澆前對(duì)中包進(jìn)行吹掃,清理包內(nèi)殘留物并進(jìn)行氬氣置換,全程氬氣保護(hù)澆鑄;每爐連澆進(jìn)行中包排渣操作,并添加中包覆蓋劑;澆鑄過程中保持中包滿包澆鑄,促進(jìn)夾雜物的上浮去除。

為減少鑄坯縱裂、橫裂缺陷,武鋼CSP通過綜合措施進(jìn)行控制,如精準(zhǔn)控制鋼中碳含量在0.04%~0.06%,硫含量不超過0.005%,控制鋼水過熱度在18℃~38℃范圍內(nèi)恒速澆鋼,優(yōu)化二冷配水,控制結(jié)晶器內(nèi)液位波動(dòng)在±2mm范圍內(nèi),控制結(jié)晶器弱冷,寬窄面冷卻水流量降低5%~8%,控制進(jìn)水溫度在35℃~42℃,保證結(jié)晶器窄、寬邊的熱流比在50%~90%的范圍內(nèi)等。通過技術(shù)攻關(guān),武鋼CSP鑄坯的質(zhì)量得到了顯著提升。

薄規(guī)格高強(qiáng)鋼的性能與應(yīng)用

武鋼CSP產(chǎn)線開發(fā)的批量高強(qiáng)鋼力學(xué)性能情況見附表,其薄規(guī)格高強(qiáng)鋼已經(jīng)形成耐候和非耐候兩大系列,厚度為1.2mm~3.0mm,屈服強(qiáng)度為500MPa~700MPa,具有厚度精度高、性能均勻、成型性好、板形平直和表面質(zhì)量?jī)?yōu)良等優(yōu)點(diǎn)。

非耐候系列主要應(yīng)用于汽車制造領(lǐng)域,其中厚度1.2mm、屈服強(qiáng)度700MPa的產(chǎn)品被大型客車生產(chǎn)企業(yè)用以替代同等強(qiáng)度級(jí)別冷軋板,主要用于制作安全結(jié)構(gòu)部件,為該行業(yè)大幅降低采購(gòu)成本。其他規(guī)格和強(qiáng)度的產(chǎn)品被載重汽車生產(chǎn)企業(yè)用來替代原先的厚規(guī)格、低強(qiáng)度熱軋帶鋼原料,對(duì)實(shí)現(xiàn)汽車輕量化和節(jié)能減排具有重要意義。

耐候系列應(yīng)用于集裝箱制造行業(yè),其中厚度1.2mm、屈服強(qiáng)度700MPa的產(chǎn)品因其優(yōu)良的實(shí)物性能及較低的采購(gòu)成本,已被世界最大集裝箱制造企業(yè)用以替代同等強(qiáng)度級(jí)別冷軋板。

 

 
 
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