高鈦焊絲鋼生產(chǎn)工藝優(yōu)化

摘 要：本鋼北營煉鋼廠在冶煉高鈦焊絲鋼時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)鈦收得率低、熔渣性能惡化、鑄坯卷渣等問題，特別是鑄坯卷渣導(dǎo)致軋制后的盤條存在結(jié)疤缺陷，嚴(yán)重影響高鈦焊絲鋼的性能及質(zhì)量。引起上述問題的主要原因是鋼中的金屬元素Ti和非金屬元素O、N結(jié)合生成高熔點(diǎn)、團(tuán)簇狀的TiN、TiO2非金屬夾雜物。通過轉(zhuǎn)爐工藝優(yōu)化、精煉工藝優(yōu)化和連鑄工藝優(yōu)化，有效控制了氮氧含量、改善了鑄坯卷渣缺陷等嚴(yán)重問題，實(shí)現(xiàn)了小方坯生產(chǎn)高鈦焊絲鋼的目標(biāo)，優(yōu)化效果顯著。

關(guān)鍵詞：高鈦焊絲鋼；鈦系夾雜物；工藝優(yōu)化

Abstract：There are some problems in the high titanium welding wire steel production by Beiying Steelmaking Plant of Bensteel Group Corporation， including the low yield of titanium， the deteriorating slag performance and slag entrapment in casting blank. Especially the billet slag leading to scar defect on rolled wire rod after rolling， which greatly affect the property and quality of high titanium welding wire steel. Because the metallic element Ti is easy to combine with the nonmetallic elements O and N to form high melting point TiN and TiO2 inclusion clusters， there have a large number of problems that affecting high titanium welding wire steel production. Based on the converter process optimization， refining process optimization and continuous casting process optimization， the nitrogen and oxygen content were effectively controlled， and the problems that affecting high titanium welding wire steel production were effectively solved， including the slag entrapment in casting blank. The target of high titanium welding wire steel production by billet was successfully realized and the optimization result was remarkable.

Key words：high titanium welding wire steel; titanium inclusion; process optimization

0 前 言

高鈦焊絲鋼因其優(yōu)異的高強(qiáng)度和高韌性等特性，在焊接材料、能源動(dòng)力、航空航天等尖端產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[1-3]。然而，由于含鈦焊絲鋼中鈦含量較高，鋼中將形成大量高熔點(diǎn)、大尺寸的團(tuán)簇TiO2及TiN夾雜物[4-5]。Ti系夾雜物將會(huì)對(duì)鋼材的產(chǎn)品性能造成顯著影響。本鋼北營煉鋼廠利用小方坯連鑄機(jī)冶煉高鈦焊絲鋼時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)水口結(jié)瘤、鑄坯卷渣、盤條結(jié)疤等問題，嚴(yán)重影響鑄坯質(zhì)量。因此，對(duì)高鈦焊絲鋼生產(chǎn)進(jìn)行工藝探索與優(yōu)化，具有重要意義。

1 高鈦焊絲鋼化學(xué)成分及生產(chǎn)工藝

本鋼北營煉鋼廠對(duì)高鈦焊絲鋼ER50-TiJQ進(jìn)行試制，其化學(xué)成分見表1。本鋼北營煉鋼廠高鈦焊絲鋼的生產(chǎn)工藝流程為：鐵水預(yù)處理→頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐→LF精煉→小方坯連鑄[6]。

2 制約高鈦焊絲鋼生產(chǎn)的因素

2.1 鈦的收得率低

北營煉鋼廠在生產(chǎn)高鈦焊絲鋼ER50-TiJQ時(shí)，共試制5個(gè)澆次，鈦的收得率如圖1所示。結(jié)果表明，高鈦焊絲鋼中鈦的收得率最小為45.27%，鈦的收得率最大為63.45%，鈦的收得率平均為53.44%，這表明高鈦焊絲鋼中鈦的收得率較低且不穩(wěn)定。鋼中鈦的收得率主要受到鈦的加入方式的影響。北營煉鋼廠在試制過程中，通過加入鈦鐵來生產(chǎn)高鈦鋼，而鈦鐵中鈦的收得率較低，僅為40%。因此，高鈦焊絲鋼中鈦的平均收得率較低。

2.2 鑄坯及軋制缺陷

在試制高鈦含量的ER50-TiJQ鋼時(shí)，鑄坯皮下卷渣缺陷嚴(yán)重，軋制后的盤條存在結(jié)疤缺陷，如圖2所示。圖2a的結(jié)果表明，對(duì)鑄坯清理后發(fā)現(xiàn)鑄坯表面存在大量渣坑。表面渣坑的形成原因包括水口結(jié)瘤、熔渣性能惡化、澆筑速度大等原因。此外，大量鈦系夾雜物的形成導(dǎo)致成品盤條表面出現(xiàn)了大量的結(jié)疤缺陷，如圖2b所示。

對(duì)盤條試樣進(jìn)行顯微鏡檢驗(yàn)觀察，結(jié)果如圖3所示。中間圓坯和盤條的基體及缺陷部位的金相組織均由F+P組成，中間圓坯表面有脫碳，總脫碳最深約520 ～ 580 μm，盤條試缺陷有根結(jié)疤，呈翹皮狀，根部裂紋向基體延伸，試樣基體未見脫碳，翹皮外表面總脫碳最深約80 μm。缺陷是裂紋壓入式結(jié)疤，缺陷裂紋部位略有脫碳。

表2為盤條試樣的掃描電鏡結(jié)果。根據(jù)SEM-EDS檢測(cè)分析，缺陷部位夾雜檢測(cè)鈦含量22.56% ～ 40.57%，主要為鈦的氧化物及氮化物，同時(shí)含F(xiàn)、Na保護(hù)渣組份。

2.3 熔渣性能惡化

精煉渣和保護(hù)渣在冶金生產(chǎn)中發(fā)揮著極其重要的冶金功能，具有絕熱保溫，防止氧化，潤滑鑄坯和吸收夾雜等功能。在試制高鈦含量的ER50-TiJQ鋼時(shí)，由于鋼中的鈦含量較高，鋼中的Ti易與熔渣中的氧化物組元發(fā)生反應(yīng)，從而影響熔渣的性能。表3顯示了鋼液加鈦后的LF精煉渣的成分變化。結(jié)果表明，渣中的TiO2含量由0.363%增加到14.67%，渣中的SiO2含量由30.86%減少到16.43%。圖4顯示了鋼液加鈦后結(jié)晶器的“結(jié)魚”情況。由于鋼中存在大量的含鈦夾雜物，保護(hù)渣的性能快速惡化，發(fā)生“結(jié)魚”行為。

3 工藝優(yōu)化措施與效果

3.1 轉(zhuǎn)爐工藝優(yōu)化

在轉(zhuǎn)爐工序環(huán)節(jié)，產(chǎn)前檢查氧槍，禁用漏氮氧槍。保證出鋼口整潔、出鋼無散流現(xiàn)象，且嚴(yán)禁下渣。底吹全程氬氣，吹煉全程降罩。吹煉結(jié)束后底吹攪拌3 min，嚴(yán)禁點(diǎn)吹及過氧化。出鋼前檢查鋼包透氣性、潔凈度，且出鋼前強(qiáng)氬氣通入鋼包約3 min，出鋼過程吹氬≥3 min，氬站吹氬≥5 min，控制好氬氣流量，防止鋼水劇烈翻動(dòng)吸氮。

3.2 精煉工藝優(yōu)化

在精煉工序環(huán)節(jié)，提前清理爐蓋殘?jiān)?，確保生產(chǎn)時(shí)爐蓋與鋼包沿之間上下沒有間隙。冶煉過程關(guān)閉爐門，除測(cè)溫、取樣、觀渣況，方可打開爐門。渣面脫氧過程中，每次供電加入電石（2～3袋）確保埋弧效果，第一次供電以化渣、埋弧、升溫為主（石灰分批加入），化渣結(jié)束后采用低檔位高電流升溫，避免高檔位低電流反復(fù)升溫；第二次供電采用硅鐵粉、電石進(jìn)行渣中擴(kuò)散脫氧，造還原渣，同時(shí)升溫、合金微調(diào)；第三、四次供電根據(jù)渣還原狀況，判定是否繼續(xù)進(jìn)行渣中擴(kuò)散脫氧，造還原渣，同時(shí)進(jìn)行溫度、合金微調(diào)。

采用低鈣硅鐵、硅錳、低碳錳鐵、鈦鐵包芯線（FeTi70、含鋁lt;2%）進(jìn)行合金化，按照中下限目標(biāo)控制慮進(jìn)行白渣回硅、回錳，同時(shí)在白渣形成且供電結(jié)束后，加入鈦鐵包芯線（喂線速度4.5 m/s），吹氬3 ～ 5min取樣送檢。

3.3 連鑄工藝優(yōu)化

在連鑄工序環(huán)節(jié)，開澆前需保證氬氣吹掃中包≥2 min，全程保護(hù)澆注。產(chǎn)前對(duì)保護(hù)澆注系統(tǒng)進(jìn)行檢查，確認(rèn)中包通氬氣設(shè)備完好、管路暢通。采用含鈦鋼專用套管（一用一備，使用前均進(jìn)行烘烤），并佩戴密封圈。大包開澆后落至低位，待液面漲至保護(hù)套管下口后，投放無碳覆蓋劑覆蓋，禁止加鈣線，當(dāng)渣厚≥80 mm，進(jìn)行排渣操作。開澆正常后測(cè)量水口插入深度，插入深度為90 ～ 125 mm（目標(biāo)110 ～ 120 mm），不合格應(yīng)及時(shí)調(diào)整。采用含鈦鋼（高鈦）專用保護(hù)渣，每爐檢測(cè)液渣層，標(biāo)定保護(hù)渣單耗，同時(shí)關(guān)注鑄坯表面質(zhì)量，檢查保護(hù)渣是否存在惡化現(xiàn)象。

3.4 工藝優(yōu)化效果

工藝優(yōu)化前后的氮含量對(duì)比如圖5所示，圖中A1 ～ A5表示工藝優(yōu)化前試制5次的結(jié)果，B1 ～ B5表示工藝優(yōu)化后試制5次的結(jié)果。工藝優(yōu)化前平均氮含量為0.004 7%，工藝優(yōu)化后平均氮含量為0.003 4%，工藝優(yōu)化降低了0.001 3%氮含量。

工藝優(yōu)化前后的鈦的收得率對(duì)比如圖6所示。圖中A1 ～ A5表示工藝優(yōu)化前試制5次的結(jié)果，B1 ～ B5表示工藝優(yōu)化后試制5次的結(jié)果。工藝優(yōu)化前鈦的平均收得率為55.34%，工藝優(yōu)化后鈦的平均收得率為78.47%，工藝優(yōu)化提升了25%的收得率。

4 結(jié) 論

1）生產(chǎn)高鈦焊絲鋼時(shí)，鋼中的金屬元素Ti和非金屬元素O、N結(jié)合生成高熔點(diǎn)、團(tuán)簇狀的TiN、TiO2非金屬夾雜物，導(dǎo)致鈦的收得率低、鑄坯及軋制缺陷、熔渣性能惡化。

2）通過轉(zhuǎn)爐工藝優(yōu)化、精煉工藝優(yōu)化、連鑄工藝優(yōu)化等有效措施，有效地控制了鋼液中的氮氧含量，提升鈦的收得率，改善鑄坯卷渣缺陷嚴(yán)重的問題。

3）基于工藝優(yōu)化措施，焊絲鋼的平均氮含量降低了0.0 013%，鈦的平均收得率提升了25%，實(shí)現(xiàn)了小方坯生產(chǎn)高鈦焊絲的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙帥， 李旭， 潘瑞寶， 等. 高鈦焊絲鋼氮含量的控制[J]. 鞍鋼技術(shù)， 2020 （6）： 47-51.

[2] 張行利， 亓奉友， 蘇永澤， 等. 高鈦焊絲鋼ER70S-G冶煉工藝優(yōu)化實(shí)踐[J]. 金屬制品， 2024， 50（1）： 39-43.

[3] 王時(shí)松， 張旭彬， 王云波， 等. 高鈦焊絲鋼保護(hù)渣吸收TiN的研究[J]. 特殊鋼， 2023， 44（3）： 46-52.

[4] 王時(shí)松， 王云波， 唐慶， 等. 高鈦鋼液面溫度及“結(jié)魚”形成的控制[J]. 鋼鐵， 2024， 59（1）： 58-66+74.

[5] 胡井濤， 王顯， 崔寶民. ER70S-G高鈦焊絲鋼LF爐冶煉工藝優(yōu)化[J]. 山西冶金， 2020， 43（1）： 7-9+15.

[6] 李田茂， 倪勤盛， 劉真海. 含鈦焊絲鋼冶煉工藝優(yōu)化[J]. 鞍鋼技術(shù)， 2016 （1）： 51-54.

第一作者：赫英利，男，48歲，首席工程師

收稿日期：2024-06-28