KR-BOF-LF-CC生產汽車大梁鋼LG510L潔凈度的研究

彭其春，鄒 健，邱 雷，周明偉，彭明耀，畢建民

(1.武漢科技大學鋼鐵冶金及資源利用省部共建教育部重點實驗室，湖北 武漢，430081；2.湖南華菱漣源鋼鐵集團有限公司，湖南 婁底，417009)

汽車大梁鋼主要用于制造各類汽車大梁和汽車車廂縱、橫梁等，要求具有良好的成型性和機械性能[1]。隨著汽車工業的發展，根據汽車輕量化的要求，對汽車大梁鋼的綜合性能要求越來越高，不僅需要良好的強度，而且還需要良好的塑性、韌性以及優良的冷彎性能[2]，而鋼的潔凈度對這些性能有著直接性的影響，為此，本文針對湖南華菱漣源鋼鐵集團有限公司(以下簡稱“漣鋼”)目前生產汽車大梁鋼LG510L各工序中鋼的潔凈度展開研究。

1 生產工藝及取樣方案

漣鋼210 t廠主要采用KR-BOF-LF-CC工藝生產LG510L，鐵水預處理過程硫含量控制在0.002%以下，轉爐采用全程底吹氬模式，利用硅錳、低碳錳鐵、硅鐵和鋁鐵來進行預脫氧，出鋼溫度控制在1630～1680 ℃，出鋼1/3時根據終點情況加入500～700 kg石灰、200～400 kg復合精煉渣進行渣洗，出鋼時進行有效的擋渣，LF精煉進站溫度控制在1560～1600 ℃，采用喂鈣線方式進行鈣處理操作，鈣處理前3 min加入鈦鐵，喂鈣線時氬氣流量控制在500 L/min左右，出站溫度控制在1565～1585 ℃,連鑄過程采用普通型長水口，使用中碳鋼保護渣，液相線溫度為1524 ℃，中間包目標過熱度為15～35 ℃，開澆正常后，拉速控制在0.9～1.1 m/min。生產LG510L過程中鋼水成分如表1所示。

選取具有代表性的5個澆次在各個工序中取樣，小鋼樣和氣體樣每個澆次取4爐(非連續爐次)，分別用于顯微夾雜物檢測和氧氮分析；大樣每個澆次取1爐，用于大型夾雜物檢測。

表1 各工序LG510L鋼水成分(wB/%)

采用Tc500型氧氮分析儀對鋼中T[O]、氮含量進行分析，采用LIM-2000型圖像分析儀對試樣中顯微夾雜物的數量、尺寸分布進行統計分析，采用大樣電解法對試樣中大型夾雜物數量進行分析，采用XL30型掃描電鏡(SEM)及能譜分析(EDS)儀對夾雜物的成分及形貌進行分析。

2 結果與分析

2.1 T[O]和氮含量

表2所示為各工序鋼中T[O]和氮含量的變化。由表2中可知，經過出鋼過程預脫氧，T[O]含量大幅下降，至進LF精煉站時降幅達92.04%；在LF進站到鈣處理后過程中，w(T[O])減少量為19.65×10-6，表明LF精煉和鈣處理工藝去除氧的效果非常明顯；而在鈣處理后到中間包環節，w(T[O])出現了小幅升高，這主要是由于鋼水在運輸和澆鑄過程中發生二次氧化引起的。

由表2中還可知，從轉爐終點到鑄坯形成過程中，平均氮含量一直處于增長趨勢。由于轉爐全程采用底吹氬模式，故在轉爐終點時氮含量相對較低。在出鋼和運輸過程中，鋼水二次氧化和添加脫氧合金會增加鋼水中氮的攝入，另外出鋼過程中由于鋼液脫氧充分，氧活度低，動力學條件良好，吸氮傾向也非常明顯[3]，上述兩方面原因使得鋼水在轉爐終點至LF進站過程中增氮嚴重，氮含量增加量為6.93×10-6。在LF精煉過程中，平均氮含量增長也較明顯，這可能是由電極電離增氮造成，還有可能是鈣氣化所形成的氣泡將鋼水液面吹開，裸露的鋼液從空氣中吸氮而產生增氮[4]。鈣處理后到鑄坯形成過程中的增氮主要與保護澆鑄水平有關，由圖1(b)中可知，此過程各環節平均增氮量為5.70×10-6，表明保護澆鑄水平有待改善。

表2 各工序鋼中的T[O]和氮含量

2.2 顯微夾雜物

各工序鋼中顯微夾雜物數量及其分布如表3所示。由表3可見，從LF進站到形成鑄坯整個過程中，鋼中絕大部分的顯微夾雜物粒徑都小于15 μm；單位面積顯微夾雜物個數大體呈下降趨勢，僅在鈣處理后到中間包過程中有所增加，這是由于鋼液的二次氧化造成的；整個過程中鈣處理前后顯微夾雜物個數降幅最為明顯，達25%左右，這主要是因為通過采用鈣處理工藝和底吹氬技術，能夠將Al2O3轉變為低熔點的夾雜物并促進其聚合長大后上浮去除[5]。

表3 各工序LG510L鋼中顯微夾雜物分布狀況

LG510L生產各工序鋼中顯微夾雜物的種類如表4所示，鋼中典型顯微夾雜物形貌及能譜分析結果如圖1所示。由表4和圖1可以看出，LF進站和鈣處理前鋼中顯微夾雜物主要是Al2O3，呈無規則狀，還有少量的MgO-Al2O3和MnS夾雜；經過鈣處理后，夾雜物發生變性，在后續各工序中，鋼中的顯微夾雜主要是球狀的CaO-Al2O3和少量的CaO-MgO-Al2O3、MgO-Al2O3、MnS、TiO2，鈣處理后的鋼水中還含有少量的CaS夾雜。

鋼中Al2O3夾雜來源于鋼水的脫氧產物，而[Ti]夾雜的來源有3種方式：①鋼液自身中含有Ti；②合金化時所用的合金中含有的Ti以合金化的形式進入鋼中；③渣中含有少量的TiO2在鋼液循環流動時被帶入鋼液中。鈣處理后、中間包和鑄坯中的TiO2夾雜主要是以第二種方式進入鋼液中。

表4 顯微夾雜物的種類

(a)Al2O3

(b) CaO-Al2O3和MnS

2.3 大型夾雜物

LG510L生產各工序鋼中夾雜物的數量及分布如表5所示。由表5中可見，從LF進站到鑄坯形成過程中，50 μm以上大型夾雜物數量大體呈遞減趨勢，僅鈣處理后到中間包過程中有所增長;鈣處理過程大型夾雜物數量降幅最大，達29.46%，表明鈣處理工藝去除大型夾雜物效果較好。從表5中還可看出，大型夾雜物在各工序中均占夾雜物總量的50%以下，顯微夾雜都占較大比例。這是因為底吹氬去除鋼中夾雜物的效率主要取決于氬氣泡和夾雜物的尺寸以及吹入鋼液的氣體量，大顆粒夾雜物比小顆粒夾雜物更容易被氣泡捕獲而去除。

表5 各工序鋼中夾雜物數量及分布

鑄坯中大型夾雜物的SEM照片和EDS圖譜如圖2所示。由圖2可知，鑄坯中的大型夾雜物主要有：①SiO2夾雜，其輪廓清晰，呈橢球狀或多邊形；②硅鋁酸鹽夾雜，其輪廓清晰，呈圓球狀或正方形。其中SiO2夾雜主要是由Si脫氧產物SiO2在上浮過程中不斷聚集長大形成的，而硅鋁酸鹽則來源于SiO2與鋼液中的其他夾雜如Al脫氧產物Al2O3形成硅鋁酸鹽，或與耐火材料及鋼渣形成復合夾雜。

由圖2中還可發現，鑄坯中還含有少量的CaO-MgO-Al2O3、MnO、TiO2和K2O夾雜，其中K2O夾雜主要是由結晶器保護渣的卷入所致。

(a)SiO2

(b) CaO-Al2O3-SiO2 +TiO2

(c) Al2O3-SiO2+K2O

(d) CaO-MgO-Al2O3+MnO

3 結論

(1)采用KR-BOF-LF-CC工藝生產汽車大梁鋼LG510L的過程中，經過LF精煉和鈣處理工藝，鋼中w(T[O])相對LF進站時減少量為19.65×10-6，鈣處理到中間包過程中T[O]含量有所增加，鑄坯中w(T[O])為29.20×10-6；而平均氮含量呈增加趨勢，鑄坯中氮含量達到38.80×10-6。

(2)LF進站到鑄坯形成過程中鋼中顯微夾雜物數量呈遞減趨勢，經過鈣處理工藝，降幅達25%左右；LF進站和鈣處理前顯微夾雜物主要為脫氧產物Al2O3，經過鈣處理后，夾雜物變性為CaO-Al2O3類夾雜。

(3)LF進站到鑄坯形成過程中大型夾雜物數量呈下降趨勢；經過鈣處理，大型夾雜物數量下降了29.46%；鑄坯中的大型夾雜物主要為SiO2和硅鋁酸鹽，是由脫氧產物及其與耐火材料或爐渣反應形成的。

[1] 馬正偉，亓俊鴻，谷國華. 510L汽車大梁鋼板的研制[J].中國重型裝備，2010(1)：38-39.

[2] 向浪濤，黃艷，張增樞.熱軋汽車大梁鋼510L的研制[J].重鋼技術，2012，55(1)：25-26.

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