高鋁鋼板坯連鑄保護(hù)渣研究與優(yōu)化

劉海春 李陽 李會(huì)亞 趙鐵成 余作朋 張燕平 武學(xué)強(qiáng) 劉占禮

（河鋼唐鋼不銹鋼公司，唐山，063000）

摘  要：針對(duì)高鋁TRIP鋼W780QX澆注中保護(hù)渣性能適應(yīng)性差，鑄坯經(jīng)常出現(xiàn)窄面粘鋼、深振痕缺陷等問題，連續(xù)澆注困難，在改進(jìn)連鑄保護(hù)渣化學(xué)成分和物理性能指標(biāo)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)生產(chǎn)。結(jié)果表明，改進(jìn)保護(hù)渣后，澆注過程中結(jié)晶器熱流穩(wěn)定，鑄坯振痕均勻一致，鑄坯表面質(zhì)量得到改善，并且提高生產(chǎn)穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)11爐次連澆。

關(guān)鍵詞：高鋁TRIP鋼；W780QX；連鑄保護(hù)渣；鑄坯質(zhì)量

Optimization of continuous casting powder for high aluminum TRIP steel W780QX

，

(Stainless Steel Co.Ltd, Tangshan 063105, China)

Absrtact: Aiming at the poor adaptability of the mold powder in continuous pouring of the W780QX. There were often narrow-surface sticky steel, cracks in the crack defects and other problems. Combined with continuous casting process, with the improvement of powder chemical composition and physical performance control index,the industrial tests started. The results show that in the pouring process , the mold heat flux is stable, the billet vibration mark is uniform, the surface quality of the billet is improved, and with the production stability improved, the number of high casting sequence has reached 11.

Key words: high aluminum TRIP steel; W780QX;  casting powder; casting billet quality

1 前言

高鋁TRIP鋼W780QX，是主要用于高強(qiáng)度級(jí)別并且折彎性能要求高的零件，該鋼種在汽車板主流應(yīng)用領(lǐng)域中，屬于高強(qiáng)度級(jí)別雙相鋼[1]，具有優(yōu)良的成形性、焊接性，噸鋼附加值較高等優(yōu)點(diǎn)[2]。不銹鋼公司自2017年開始高鋁TRIP鋼W780QX的工業(yè)試制，經(jīng)過不斷調(diào)試和開發(fā)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)該產(chǎn)品的批量化生產(chǎn)。但由于澆注過程中結(jié)晶器熱流不穩(wěn)定，鑄坯頻繁出現(xiàn)粘鋼、深振痕等缺陷，中包連澆爐數(shù)僅能到達(dá)4-5爐的水平。因此，需通過改善并穩(wěn)定高鋁鋼生產(chǎn)過程的結(jié)晶器傳熱量，以控制鑄坯缺陷、提高連澆爐數(shù)，持續(xù)提升高鋁鋼的質(zhì)量控制能力。

2 鑄坯表面缺陷分析

2.1 高鋁TRIP鋼W780QX生產(chǎn)工藝

不銹鋼公司生產(chǎn)高鋁TRIP鋼W780QX采用“鐵水預(yù)處理→脫碳轉(zhuǎn)爐→LF精煉→RH精煉→直弧型板坯連鑄機(jī)”生產(chǎn)工藝，W780QX成分如表1，連鑄機(jī)主要設(shè)備參數(shù)如表2所示。

表1 W780QX成分表

表2 直弧型板坯連鑄機(jī)主要設(shè)備參數(shù)

2.2 連續(xù)澆注主要問題

高鋁TRIP鋼W780QX連鑄生產(chǎn)過程中，多爐次鑄坯側(cè)面存在粘鋼、振痕深的表面缺陷，開澆第一爐次，結(jié)晶器熱流曲線波動(dòng)偏大，熱流升高不均勻，在拉速提高到1.2m/min時(shí)，結(jié)晶器寬面熱流曲線和窄面熱流曲線趨于穩(wěn)定，但窄面和寬面熱流比較低，平均值為0.72，并且隨著澆注時(shí)間的增加，寬窄面熱流會(huì)發(fā)生明顯波動(dòng)如圖1所示。

整澆次連澆結(jié)束后，鑄坯表面缺陷質(zhì)量情況如圖2、圖3所示，主要缺陷為鑄坯側(cè)面粘鋼、窄面振痕深。鑄坯的表面缺陷數(shù)量情況如圖4所示，在開澆第1爐，存在表面缺陷的鑄坯比例較高，在第2爐開始下降，之后在第3、4爐鑄坯產(chǎn)生缺陷的數(shù)量變化不大，在第5、6爐又逐漸增加，板坯缺陷率上升，導(dǎo)致連續(xù)澆注困難。

2.3 連續(xù)澆注問題原因分析

高鋁鋼連鑄生產(chǎn)中，開澆第1爐和第2爐前期，由于此類鋼中Al含量極高，為傳統(tǒng)鋁鎮(zhèn)靜鋼的10~50倍，鋼中Al極易與渣中SiO2等氧化性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)使得渣中SiO2含量減少、Al2O3含量增加，保護(hù)渣變性明顯，保護(hù)渣流入不充分，液渣層厚薄不均，結(jié)晶器熱流不穩(wěn)定，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)漏鋼預(yù)報(bào)。

在澆注中期，鋼渣反應(yīng)達(dá)到平衡，保護(hù)渣性能趨于穩(wěn)定，鑄坯表面缺陷減少，但是隨著連續(xù)澆注進(jìn)行，保護(hù)渣成分及性能發(fā)生較大變化，結(jié)晶器內(nèi)液渣層厚度改變，潤(rùn)滑性能變差，鑄坯與結(jié)晶器摩擦力增大，保護(hù)渣成為提高連續(xù)澆注的限制性環(huán)節(jié)。

3 高鋁TRIP鋼W780QX保護(hù)渣優(yōu)化方向

高鋁TRIP鋼W780QX中鋁含量為0.55~0.70%，碳含量0.07~0.09%，除了具有高鋁鋼的基本特點(diǎn)外，還具有包晶鋼的特性。因此，在優(yōu)化保護(hù)渣的時(shí)候應(yīng)兼顧這兩個(gè)方面的特性，結(jié)合連鑄工藝，改進(jìn)高鋁TRIP鋼連鑄保護(hù)渣化學(xué)成分和物理性能的控制目標(biāo)。

3.1 保護(hù)渣堿度的優(yōu)化

因鋼中[Al]易與液渣中SiO2反應(yīng)消耗SiO2，反應(yīng)后渣中SiO2含量降低，引起保護(hù)渣堿度增加，所以設(shè)計(jì)低堿度保護(hù)渣。同時(shí)兼顧該鋼種具有包晶鋼和高合金鋼的特性，易出現(xiàn)裂紋、凹陷問題，所以堿度不易過低。

3.2 保護(hù)渣熔點(diǎn)的優(yōu)化

由于鋼渣反應(yīng)產(chǎn)生的Al2O3進(jìn)入到熔渣中，使熔渣的熔點(diǎn)急劇升高，當(dāng)熔點(diǎn)升高到大于1300℃時(shí)，出結(jié)晶器下口熔渣已完全凝固，摩擦阻力急劇增大，導(dǎo)致不具有可澆性，故初始熔渣必須控制較低的熔化溫度，盡可能的延長(zhǎng)熔渣變性到不可澆的時(shí)間，此外熔點(diǎn)的控制采用多種熔點(diǎn)不同的熔劑搭配，從而有利于保證熔化溫度的穩(wěn)定。

3.3 保護(hù)渣粘度的優(yōu)化

由于鋼渣反應(yīng)產(chǎn)生的Al2O3進(jìn)入到熔渣中，使熔渣的粘度急劇升高，粘度升高后嚴(yán)重影響保護(hù)渣的導(dǎo)入，當(dāng)導(dǎo)入量過低時(shí)，摩擦阻力急劇增大，粘結(jié)傾向急劇升高，導(dǎo)致不具有可澆性，故初始熔渣必須控制較低的粘度，盡可能的延長(zhǎng)熔渣變性到不可澆的時(shí)間，從保證澆次的順利進(jìn)行。

3.4 保護(hù)渣部分化學(xué)成分含量的優(yōu)化

Li2O，具有很強(qiáng)的降低熔渣熔化溫度、粘度、增加渣流動(dòng)性的能力，對(duì)提高渣的流動(dòng)性及渣耗有明顯的作用，當(dāng)其含量大于2%，熔渣存在明顯拐點(diǎn)，結(jié)晶率增大[3]，因此為獲得低熔點(diǎn)、低粘度、好的玻璃潤(rùn)滑性須控制Li2O的加入量，一般要求其含量≥0.8%。

BaO，屬于堿金屬，可以改善渣的玻璃化程度，降低保護(hù)渣的熔化溫度和粘度作用顯著，同時(shí)還能改善保護(hù)渣的潤(rùn)滑性能，增大熱通量，減少渣圈的生成，但由于堿金屬熔點(diǎn)較高易于其它組分結(jié)合生成高熔點(diǎn)結(jié)晶礦相[4]。

B2O3硼屬于酸性氧化物，易與鋼水中Al發(fā)生反應(yīng)，含量控制較低。另外可以降低保護(hù)渣的熔化溫度和粘度。

鋼水中產(chǎn)生的MnO易被保護(hù)渣吸附同化，造成熔渣粘度的降低，因此在保護(hù)渣中添加MnO，降低保護(hù)渣同化、吸附MnO的飽和度，減少熔渣變性的可能。此外隨著MnO含量（≤10%）的增加固態(tài)渣膜的導(dǎo)熱系數(shù)和輻射傳熱量降低，也起到緩冷的目的[5]。

3.5 高鋁鋼保護(hù)渣優(yōu)化指標(biāo)

通過優(yōu)化現(xiàn)有保護(hù)渣，得出改進(jìn)后的低堿度、低粘度的CaO-SiO2渣系保護(hù)渣，通過提高反應(yīng)后保護(hù)渣的堿度，進(jìn)而提高渣膜的結(jié)晶率，控制渣膜傳熱，改善鑄坯表面質(zhì)量問題，如表3。

表3 原保護(hù)渣和現(xiàn)保護(hù)渣主要成分

4 改進(jìn)效果

4.1表面質(zhì)量

改進(jìn)保護(hù)渣成分和性能后，進(jìn)行高鋁鋼連澆生產(chǎn)，開澆第1爐和第2爐前期熱流如圖5所示，在拉速提高到1.2m/min后，結(jié)晶器寬面熱流曲線和窄面熱流曲線趨于穩(wěn)定，且窄面熱流得到提高，窄面和寬面熱流比由原來的0.72提高到0.83，并且澆注過程中熱流波動(dòng)幅度較小。

拉速穩(wěn)定在1.2m/min后，隨著連續(xù)澆注爐數(shù)增加，熱態(tài)下觀察鑄坯表面，鑄坯表面質(zhì)量良好，未見明顯缺陷，對(duì)鑄坯進(jìn)行冷檢，鑄坯窄面振痕均勻一致，未見明顯粘鋼、深振痕等缺陷，板坯缺陷率從平均16.7%降到6%以內(nèi)，板坯表面質(zhì)量如圖6、圖7所示。

4.2連澆爐數(shù)

優(yōu)化保護(hù)渣后，隨著澆鑄的進(jìn)行，結(jié)晶器熱流變化較小，寬窄面熱流比趨于穩(wěn)定，板坯連續(xù)澆鑄表面質(zhì)量良好，成功將最高連澆爐數(shù)提升到11爐，如圖8所示。

5 結(jié)論

結(jié)合連鑄工藝，在改進(jìn)高鋁TRIP鋼連鑄保護(hù)渣化學(xué)成分和性能后，工業(yè)性試驗(yàn)生產(chǎn)結(jié)果表明，澆注過程中，結(jié)晶器熱流穩(wěn)定，窄寬面熱流比例得到提高，保護(hù)渣填充得到改善，鑄坯振痕均勻一致，鑄坯表面質(zhì)量得到改善，并且提高生產(chǎn)穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)11爐次的連澆。

參考文獻(xiàn)

[1]李激光, 張金棟, 黃海亮,等. 高強(qiáng)汽車用鋼的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J]. 材料導(dǎo)報(bào), 2012(s1):397-401.

[2]莊昌凌. 低碳TWIP鋼冶煉凝固基礎(chǔ)研究[D]. 北京科技大學(xué), 2015.

[3]張晨, 蔡得祥. 高鋁鋼用低Li2O保護(hù)渣的開發(fā)研究[J]. 煉鋼, 2017, 33(3):51-55.

[4]王強(qiáng), 仇圣桃, 趙沛,等. 高鋁鋼連鑄保護(hù)渣的研究現(xiàn)狀[J]. 煉鋼, 2012, 28(1):74-78.

[5]王歡, 唐萍, 文光華,等. MgO對(duì)高鋁鋼非反應(yīng)性保護(hù)渣理化性質(zhì)的影響[J]. 過程工程學(xué)報(bào), 2010,    10(5):905-910.