酸洗鋼夾渣缺陷分析與控制

供稿|吳平生 / WU Ping-sheng

作者單位：寶山鋼鐵股份有限公司制造管理部，上海 200941

酸洗鋼在汽車行業(yè)一般加工成結(jié)構(gòu)件。在沖壓加工時(shí)，酸洗薄板內(nèi)的夾渣易脫落或開(kāi)裂，給結(jié)構(gòu)件的安全性能帶來(lái)較大的隱患。隨著消費(fèi)者對(duì)汽車的安全系數(shù)的重視，汽車企業(yè)對(duì)結(jié)構(gòu)件的質(zhì)量要求越來(lái)越高，因而對(duì)寶鋼酸洗板的夾渣控制提出了更高的要求。為提升酸洗鋼整體質(zhì)量水平，寶鋼廠內(nèi)相關(guān)單位組成攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，分析酸洗板的保護(hù)渣缺陷產(chǎn)生原因，采取相應(yīng)的控制措施，以降低酸洗板板坯的夾渣鋼質(zhì)缺陷。

缺陷封鎖及分析

酸洗鋼種C401機(jī)組的夾渣缺陷為典型的保護(hù)渣，形貌主要是雙黑線狀。如圖1所示，每個(gè)鋼卷基本上有1~2條黑線。

對(duì)缺陷卷取樣分析，雙黑線表面SEM形貌及能譜分析結(jié)果如圖2所示。能譜分析表明，雙黑線主要成分是Al、Ca、Na，雙黑線缺陷主要是氧化鋁夾渣顆粒。這是澆鑄時(shí)保護(hù)渣的卷渣與鋼中Al反應(yīng)生成的。因此，為控制酸洗鋼種的雙黑線夾渣封鎖，需重點(diǎn)做好關(guān)注保護(hù)澆鑄和鋼種與保護(hù)渣的匹配性。

圖1 缺陷形貌

圖2 缺陷表面SEM形貌及EDS分析

酸洗鋼種鋼質(zhì)改進(jìn)

煉鋼過(guò)程總氧控制

煉鋼純凈度對(duì)夾渣物的形成有著至關(guān)重要的影響，鋼液中氧含量是鋼水純凈度的重要指標(biāo)。一般煉鋼生產(chǎn)過(guò)程中用鋁脫氧，鋼液中的溶解氧與鋼中溶解的鋁元素互相平衡，其含量很低且波動(dòng)較小，鋁結(jié)合氧則以?shī)A渣物的形式分布在鋼液中，因此全氧含量可以代表鋼液中夾渣物的水平[1，2]。

控制板坯夾渣物的途徑首先是減少冶煉及澆鑄工藝操作過(guò)程中夾渣物的產(chǎn)生和外來(lái)夾渣物對(duì)鋼水的污染，因此轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)時(shí)的工藝參數(shù)需要重點(diǎn)控制。為了減少夾渣物的數(shù)量，需從源頭上降低轉(zhuǎn)爐停吹氧含量。相對(duì)于轉(zhuǎn)爐停吹氧，RH精煉的OB量(吹氧量)及脫碳終游離氧的控制更為重要。吹氧升溫會(huì)使得鋼渣全體系夾渣物數(shù)量增加，若生成的夾渣物數(shù)量過(guò)多則會(huì)影響鋼渣夾渣物的飽和度，從而影響精煉后期夾渣吸附能力。因此，降低或避免精煉過(guò)程吹氧升溫是提高鋼水純凈度的基礎(chǔ)。

酸洗鋼種OB量以不超過(guò)130 m3/min為目標(biāo)控制，以提高鋼水純凈度。從2017年1月開(kāi)始嚴(yán)格控制酸洗鋼種RH精煉過(guò)程O(píng)B量，1—4月的OB量均未超標(biāo)，見(jiàn)圖3，確保爐次過(guò)程吹氧量得到有效管控。

保護(hù)渣種類的選擇

圖3 2017年酸洗鋼種吹氧量

保護(hù)渣性能對(duì)連鑄生產(chǎn)的順行和鑄坯質(zhì)量有著至關(guān)重要的影響，尤其是鑄坯表面缺陷，基本都是在結(jié)晶器內(nèi)形成，與保護(hù)渣有直接關(guān)系。選擇保護(hù)渣一般根據(jù)澆鑄的鋼種、斷面、溫度、拉速和結(jié)晶器震動(dòng)頻率等因素[3]。

若從鋼種方面考慮，隨著鋼種含碳量的增加，應(yīng)選用熔化溫度、黏度都低些，熔化均勻性都好些的保護(hù)渣。對(duì)于高拉速大斷面的鑄坯，或者結(jié)晶器震動(dòng)頻率高和小振幅時(shí)，也選用黏度低，熔化速度快的保護(hù)渣以適應(yīng)高拉速的需要。

對(duì)酸洗鋼種進(jìn)行保護(hù)渣品種進(jìn)行效果對(duì)比實(shí)驗(yàn)，各保護(hù)渣后工序封鎖率見(jiàn)表1。B-5系保護(hù)渣的熔化溫度、黏度比B-2系相對(duì)較低，熔化均勻性相對(duì)好些。從使用效果看，B-2系封鎖率較高；B-5系封鎖率較低，效果較好。為此，酸洗鋼種澆鑄時(shí)優(yōu)先使用B-5系保護(hù)渣。從抽查的封鎖鋼卷的保護(hù)渣條數(shù)看，使用B-2保護(hù)渣的保護(hù)渣缺陷條數(shù)較多；使用B-51A保護(hù)渣時(shí)，投入電磁攪拌后保護(hù)渣條數(shù)少。

表1 保護(hù)渣種類對(duì)冷軋封鎖的影響

中間包鋁差情況

從各工序的鋁含量看，精煉工序的各爐次的全鋁、酸溶鋁差別不大；但從中間包的全鋁與酸溶鋁的差值可以看出，黑線封鎖的爐次對(duì)應(yīng)的中間包鋁差大于未封鎖爐次，推測(cè)中間包存在二次氧化情況。這從精煉酸溶鋁與中間包酸溶鋁的差值也可以反應(yīng)。故推測(cè)中間包的鋼液的二次氧化對(duì)鋼液的純凈度有影響。

從圖4的趨勢(shì)圖可以看出，中間包全鋁減去酸溶鋁的差值與爐次雙黑線封鎖率有一定關(guān)系。鋁差大，鋼種的氧化鋁相應(yīng)較高，鋼水純凈度不佳，容易導(dǎo)致水口堵塞而偏流。根據(jù)上述分析發(fā)現(xiàn)，雙黑線缺陷爐次鋼水純凈度差，導(dǎo)致中間包存在偏流情況。推測(cè)夾渣(氣泡)上浮不充分，是導(dǎo)致板坯缺陷的主要原因；澆鑄過(guò)程吹氬量大、過(guò)熱度低對(duì)應(yīng)的板坯黑線缺陷封鎖率偏高，過(guò)熱度低不利于氣泡上浮；通鋼量大的板坯對(duì)應(yīng)的雙黑線缺陷較少。通過(guò)對(duì)中間包密封、覆蓋劑的使用進(jìn)行規(guī)范，減少中間包二次氧化；對(duì)澆鑄過(guò)程的吹氬量、過(guò)熱度、通鋼量等參數(shù)進(jìn)行控制，雙黑線缺陷得到有效改善。

圖4 雙黑線封鎖率與中間包鋁差的關(guān)系

改進(jìn)效果

經(jīng)過(guò)酸洗鋼種做好保護(hù)性澆鑄和合適的保護(hù)渣選擇，酸洗鋼種的保護(hù)渣封鎖得到有效改善，后續(xù)工序的保護(hù)渣改判率明顯降低。2017年月鋼質(zhì)改判率均低于0.8%的設(shè)定目標(biāo)，全年累計(jì)鋼質(zhì)改判率為0.77%，達(dá)到了較好的改進(jìn)效果。

結(jié)束語(yǔ)

(1) 酸洗鋼種雙黑線缺陷形貌主要是氧化鋁夾渣顆粒。

(2) 煉鋼過(guò)程氧偏高是導(dǎo)致板坯夾渣物增多的主要原因，嚴(yán)格控制精煉過(guò)程的OB量，可以有效降低后續(xù)工序夾渣缺陷發(fā)生率。

(3) 酸洗鋼種澆鑄時(shí)，優(yōu)先使用B-5系保護(hù)渣可以有效降低后續(xù)工序保護(hù)渣封鎖。

(4) 通過(guò)對(duì)中間包密封、覆蓋劑使用進(jìn)行規(guī)范，減少中間包二次氧化，雙黑線缺陷得到有效改善。