首钢京唐公司高品质汽车板冶金工艺研究

【摘要】：汽车钢板除要具备良好的机械性能外,还必须具备优良的表面品质,以满足汽车厂愈发严苛的表面质量控制要求。由于汽车钢板表面缺陷很大部分是由炼钢生产原因(如钢中非金属夹杂物)所造成的,汽车钢板冶金工艺一直是国内外高水平钢厂汽车钢板生产的科研重点。首钢是国内重要汽车钢板生产厂,年产各类汽车钢板300万吨左右,用户包括宝马、奔驰、大众、通用、福特、菲亚特、现代、一汽、二汽、北汽、长城等汽车厂。近年来为提升汽车钢板生产水平(品质、效率、成本)组织开展了一系列试验研究。针对其中的冶金工艺技术对汽车板表面缺陷形貌特点与成因、钢包渣改质等关键工艺、汽车钢板生产采用高拉速、不同非稳态条件对铸坯表层大型夹杂物的影响等进行了深入研究,得到了以下主要结果:1、通过科研攻关开发了以下关键技术:(1)转炉炉后顶渣改质工艺,在详细分析顶渣改质理论的基础上,提出采用动态调整铝渣球与石灰加入量与加入方式,实现了最终精炼渣FeO含量小于6%比例达80%以上。(2)得到了京唐公司RH精炼纯循环时间对钢水洁净度影响,综合考虑工序温降与精炼节奏控制,确定将纯循环时间控制在6～8min。(3)针对TiOx-Al2O3复合夹杂物对连铸水口粘接堵塞带来的不利影响,制定了 Ti合金化制度,改善了复合夹杂物的聚集行为,减少了大型簇群状夹杂物的数量,改善了浇铸过程水口粘接堵塞。(4)在连铸中间包覆盖剂中添加了 10%左右的CaF2,降低了中包覆盖剂的熔点65°C左右,并将中包覆盖渣CaO/Al2O3比增加至1.5,改善了中包覆盖渣吸收A1203夹杂的条件,提高了钢水洁净度。(5)提高了结晶器保护渣粘度与熔化速度,减少了汽车板缺陷发生率。2、开发了采用ASPEX扫描电镜对大型试样进行夹杂物大面积检测的方法。对正常稳定浇铸铸坯表层试样大型夹杂物数量进行了系统研究,研究发现:正常稳定浇铸铸坯表层中大型夹杂物主要为簇状A1203夹杂物,大于50μm夹杂物数量在0.201～0.434个/cm2范围,平均为0.315个/cm2,少于JFE公司报道的高拉速浇铸汽车钢板铸坯大于50μm夹杂物数量密度(0.48～0.51个/cm2);正常稳定浇铸坯中未检测到来源于保护渣卷入形成的大尺寸夹杂物;拉速从1.Om/min增大至1.5m/min,正常坯中夹杂物数量密度(大于50μm)显著减少。3、对不同非稳态浇铸铸坯表层试样(开浇阶段、结束浇铸阶段、大包交换、快换水口等非稳态浇铸)大型夹杂物数量进行了分析检测研究,发现:与正常稳定浇铸坯相比,非稳态浇铸坯试样中大型夹杂物数量多且波动较大。在各种非稳态条件浇铸铸坯试样中均发现有来源于结晶器保护渣的夹杂物存在(正常浇铸坯中未发现);开浇头坯品质降低程度远远大于其它非稳态浇铸铸坯;表明钢水严重二次氧化造成的不良影响比结晶器内钢水流动状态发生波动要大得多。4、根据不同非稳态浇铸铸坯表层试样大型夹杂物分析检测结果,弄清了不同非稳态条件对汽车钢板铸坯质量的影响(影响浇铸长度和质量下降程度),为首钢京唐公司制定非稳态铸坯质量控制对策提供了重要依据(判据),对京唐公司汽车钢板提高质量和减少“带出品”发挥了重要作用。5、与连铸中间包内提取的钢水试样相比,铸坯试样中较小尺寸夹杂物(20～50μm)数量明显减少,而大尺寸夹杂物数量(50μm)则显著增加,这主要是由于连铸结晶器钢水中微小夹杂物发生聚集、上浮、去除所造成的。6、水模型和工业试验发现:采用凹底、出口倾角20°浸入式水口、适当增大水口浸入深度至170mm,能够降低高拉速连铸结晶器钢水液面波动和表面速度,减少保护渣卷渣量。浇铸实践表明:综合采用FC结晶器、20°倾角凹底水口,能保证拉速2.4m/min时将结晶器液面波动控制在±2mm。7、高拉速连铸坯表层夹杂物可分成:(1)簇群状A1203,(2)气泡+簇状A1203,(3)块状氧化铝,(4)CaO-Al203-MgO夹杂物。研究发现:铸坯表层夹杂物数量随拉速增大而减小;高拉速连铸坯内大于50微米的夹杂物数量在0～3.5mm内逐渐增大,在厚度3.5～6mm数量迅速增大至最大值,厚度增大至6～10mm,夹杂物数量迅速降低。铸坯表层夹杂物分布与枝晶偏转规律对应。铸坯厚度0～3.5mm,对应弯月面距离为0～60mm,此处凝固前沿钢液流速为0.17m/s,铸坯表层夹杂物数量较少,铸坯厚度3.5～6mm,对应弯月面距离为60～180mm,钢液流速较小(～0.03m/s),表层夹杂物数量高达0.25个/cm2;铸坯厚度6～10mm,对应离弯月面距离为180～450mm,此处凝固前沿钢液流速为0.07m/s,夹杂物数量密度为0.05个/cm2。根据结晶器内双股流特点,分析了高拉速连铸坯表层夹杂物分布机理。8、京唐公司生产LCAK钢,拉速提高至2.5m/min,达到国际前三位。IF钢拉速提高至2.0m/min,达到JFE公司生产IF钢拉速水平(国际最高)。出钢温度由拉速1.6m/min时的1690℃降低至拉速2.5m/min时的1660℃,RH精炼周期由拉速2.0m/min的35min降低至2.5m/min的25min以下。9、本研究在以下方面取得了重要意义的创新:(1)对正常浇铸铸坯和开浇、终浇、大包换包、快速更换浸入式水口等非稳定条件下铸坯沿浇铸长度方向长距离连续取样,通过对铸坯表层大型夹杂物定量分析,掌握了不同非稳态条件对铸坯表层大型夹杂物的影响程度和影响浇铸长度,对首钢制定非稳态铸坯品质判据、大幅减少汽车钢板生产“带出品”发挥了重要作用。(2)开发了铸坯大型试样夹杂物分析测定的新方法:采用ASPEX扫描电镜对大型试样表面进行夹杂物分析检测扫描,得到夹杂物各自位置、尺寸、图像、成分等。为了解决ASPEX电镜难以区分单颗粒A1203与组成簇群的A1203颗粒问题,本研究开发了簇群状夹杂物“再定位”分析研究方法。(3)浇铸厚度237mm板坯,将拉速增加至2.5m/min,由于弯月面区域钢液温度随拉速增加而提高,钩状坯壳发达程度减弱,高拉速铸坯表层大型夹杂物数量反而低于常规低拉速铸坯。本研究据此提出,生产对表面品质极高要求的汽车钢板,连铸可以采用高拉速。