汽車穩定桿用鋼煉鋼生產工藝研究

邢金棟，張燕平，郭銀濤，張玉秀

（河鋼集團唐山不銹鋼有限責任公司，河北063105）

0 引言

穩定桿鋼34MnB5 屬于合金結構鋼，主要用于生產汽車穩定桿，是汽車懸掛中的一種輔助彈性元件，它的作用是防止車身在轉彎時發生過大的橫向側傾，目的是防止汽車橫向傾翻和改善平順性。國內空心穩定桿用鋼需求量每年可達30 萬噸，主要依賴于進口[1]。目前，國內的汽車空心穩定桿用鋼主要進口于林茨鋼廠，但每年能投放至國內的量僅有1 萬余噸量，遠遠不能滿足國內汽車行業的需求。基于此，唐山不銹鋼有限責任公司（下稱不銹鋼公司）以34MnB5 鋼為研究對象，研發汽車空心穩定桿用鋼的生產工藝，助力于國產汽車輕量化。

本文介紹不銹鋼公司34MnB5 鋼的生產工藝流程，分析了目前生產的汽車穩定桿產品潔凈度不高、夾雜物控制水平較低、中包T.O 含量不穩定的原因，并對煉鋼全流程工藝進行了優化研究，確定了工藝改進措施。

1 穩定桿用鋼生產現狀及問題

不銹鋼公司生產的穩定桿用鋼成分如表1 所示。生產工藝流程為：DES-BOF-LF-RH-CC 的雙聯工藝流程。目前生產的汽車穩定桿產品潔凈度不高，夾雜物控制水平較低，中包T.O 含量處于10～35 ppm 之間，波動較大；熱軋板卷中串鏈狀夾雜物尺寸大、數量多，最大的鏈長接近700 μm，數量密度為6.19 個/mm2，是先進企業的3 倍多（如圖1 所示）。因此，不銹鋼公司圍繞著降低鋼中“氧”、“氮”含量兩條主線展開對鋼水潔凈度的研究，提高穩定桿用鋼夾雜物和帶狀組織的控制水平。

圖1 串鏈狀夾雜物長度分布對比

表1 烘烤硬化鋼成分標準 /%

2 工藝控制改進措施

2.1 轉爐過程控制改進措施

2.1.1 轉爐終點氧控制

為了轉爐冶煉過程有效控制鋼水終點[O]含量，特采取了以下改進措施：

（1）嚴格控制轉爐入爐鐵水和廢鋼等原料的成分和結構，提高轉爐終點碳、磷和溫度的命中率，減少和杜絕后吹，以控制鋼水終點[O]含量，防止鋼水過氧化；

（2）對轉爐底吹管支管進行優化調整，改變爐底底吹管路“一托二”設計，保證轉爐底吹壓力和底吹效果；

（3）濺渣護爐及爐底維護時，底吹流量的大小對轉爐底吹效果的影響較大，通過實踐摸索，針對不同情況制定了不同的底吹流量，以確保轉爐冶煉過程底吹效果良好；

（4）通過前檔抹泥擋渣塞和后檔擋渣標加滑板的雙擋渣模式，以及下渣紅外檢測系統，減少鋼渣回磷現象的發生，實現高拉碳和低磷控制。

通過上述措施，最終轉爐終點鋼水氧位可降低至650 ppm，大大改善了鋼水的純凈度并降低了煉

鋼成本。

2.1.2 轉爐終點氮控制

為了轉爐冶煉過程有效控鋼制水終點[N]含量，特采取了以下防范措施：

（1）轉爐冶煉過程中采用全程底吹氬，并確保底吹效果；

（2）根據鐵水[Si]含量情況，開吹前可加入一定量的硅鐵，以保證快速形成具有一定量、流動較好初的期渣，防止吹煉過程增氮；

（3）提高轉爐終點命中率，減少后吹增氮；

（4）出鋼前，提前1 min 開啟鋼包底吹系統以排出鋼包內的空氣，防止出鋼過程增氮；

（5）出鋼過程采用鍛煤增碳劑增碳，以防止增碳劑增氮；

（6） 鋼水增氮與鋼中的氧活度存在著一定關系，因此出鋼過程中宜采用弱脫氧方式，要求包樣Als 含量控制在100～300 ppm。

通過以上措施的實施，LF 進站[N]含量能控制在20 ppm 以內。

2.2 精煉過程控制改進措施

2.2.1 LF 精煉白渣處理

精煉采用LF+RH 雙精煉的方法，以降進一步低鋼水夾雜物和氣體含量，提高鋼水潔凈度。

LF 精煉進站時，鋁線和鋁粉配合使用，快速造成白渣。結合鋼-渣反應熱力學平衡圖（見圖2），基于加強夾雜物吸附能力和脫硫能力考慮，LF 爐精煉渣的SiO2控制在5%左右，CaO/Al2O3控制在1.7 左右，MgO 控制在4～8%。2.2.2 RH 過程去除夾雜

圖2 鋼-渣反應平衡圖

隨著純循環時間的延長，鋼水中的夾雜物數量先降低，在純循環時間8 min 時，降低至最低，而隨后再延長純循環時間，夾雜物數量不降反升，這可能與耐材的熔損、爐渣的污染有關。因此，將純循環時間規定在8 min。

RH 真空處理結束后的鋼包軟吹流量控制在4～6 Nm3/h，軟吹時間控制在5 min，此時渣面微微蠕動，無劇烈翻卷現象，可最大程度地降低爐渣卷入和二次氧化的風險，有利于顯微夾雜物被氣泡攜帶去除。

2.3 連鑄過程控制改進措施

2.3.1 保護澆注控制

連鑄澆注過程中易出現鋼水二次氧化和增氮，惡化鋼水質量。因此，采用全過程保護澆注的方法，提高保護澆注效果，減少鋼水二次氧化、控制鋼中增氮、提高鋼水純凈度，以減少鋼中夾雜物，尤其是大顆粒夾雜物的數量。

（1）大包采用喇叭形長水口，長水口出口距沖擊杯沿＜200 mm，縮短鋼流敞開澆注時間。

（2）大包下水口與長水口的接觸形式改為錐面接觸，降低吸氣風險，同時增加大包長水口機械臂壓力13 MPa。每爐使用丙烷火焰在大包長水口與大包下水口連接處進行試氣，加強過程監控。

（3）中包采用吹氬包蓋，烘烤結束后立即開啟氬氣，采用流量計進行流量監控，連澆過程中全程吹氬。在上線前，中包包蓋與中包之間的縫隙用耐火泥封閉。澆注過程中，沖擊區、取樣孔等開放處均用石棉氈遮蓋。

（4）對中包覆蓋劑的加入方法進行優化。當中包重量達到12 噸時在沖擊區和塞棒區分別加入15袋覆蓋劑，第二爐各加入10 袋覆蓋劑，第三爐各加入5 袋覆蓋劑，隨后每爐加入2 袋覆蓋劑。

通過加強保護澆注，連鑄過程平均鋁損可控制在30 ppm 以內，中包氮含量控制在25 ppm 以內。

2.3.2 二冷區強冷控制

為減弱TiN 夾雜在凝固過程中的析出動力，二冷區在原冷卻強度基礎上，適當加強了冷卻強度，優化前后鑄坯表面的目標溫度曲線如圖3 所示。

圖3 二冷曲線的優化

在鋼水Ti、N 含量保持不變的情況下，二冷區冷卻強度適當加強后，軋材中TiN 夾雜的數量密度由50 個/mm2降低至37 個/mm2，TiN 夾雜面積分數由123.44 ppm 降低至98.87 ppm，TiN 夾雜的平均直徑由3.43 μm 降低至3.38 μm，對TiN 夾雜的改善效果顯著，提高了汽車穩定桿鋼水潔凈度。

3 工藝改進效果跟蹤

對煉鋼工藝全流程進行優化后，建立了起了控制夾雜物種類和降低夾雜物含量的技術方法，生產的汽車穩定桿用鋼T.O ≤15 ppm 的比例達到100%，串鏈狀夾雜長度≤60 μm 的比例達到90%以上，中包氮含量控制在25 ppm 以內，TiN 夾雜數量降低26%，提高汽車穩定桿鋼水潔凈度，實現了汽車穩定桿用鋼生產工藝的優化控制。

4 結語

本文通過對唐山不銹鋼公司汽車穩定桿用鋼冶煉工藝現狀的分析，從煉鋼、精煉、連鑄方面制定并實施了一系列工藝改進措施，實現了汽車穩定桿用鋼的質量控制目標。

（1）通過改進轉爐冶煉過程控制，轉爐終點鋼水氧位降至650 ppm；出鋼過程中采用弱脫氧方式，包樣Als 含量控制在100～300 ppm，可有效改善鋼水的純凈度、減少鋼水增氮，并降低煉鋼成本。

（2）LF 采用SiO2在5%左右，CaO/Al2O3在1.7左右，MgO 在4～8%的精煉渣，有利于脫硫和去除夾雜；RH 純循環時間規定在8 min，RH 真空處理結束后的鋼包軟吹流量控制在4～6 Nm3/h，軟吹時間控制在5 min，有利于夾雜的上浮去除。

（3）連鑄采用全保護澆注，酸溶鋁損失可控制在30 ppm 以內，中包氮含量可控制在25 ppm 以內；二冷區采用強冷操作，對TiN 夾雜的改善效果顯著，可提高汽車穩定桿鋼水潔凈度。