冷軋深沖鋼夾雜控制技術的研究與應用

高龍永

（山東鋼鐵集團日照有限公司，山東 日照 276800）

冷軋深沖鋼具有優異的可成形性和性能均勻性，廣泛應用于汽車制造、家電制造領域。目前，深沖鋼生產工藝比較成熟，但受到鋼卷表面夾雜影響導致的成材率偏低嚴重制約著深沖鋼的生產。能夠造成冷軋深沖鋼表面缺陷的夾雜物主要是簇群狀Al2O3，氬氣泡+Al2O3和結晶器保護渣卷入形成的大型夾雜物[1]。鋼中非金屬夾雜物在軋制過程沿長度方向延伸后在鋼板表面形成細直條狀黑線或亮線，影響沖壓性能，嚴重的甚至會造成沖壓開裂。眾多學者對于結晶器卷渣夾雜研究較多，但是Al2O3系夾雜造成的細直條狀線性夾雜研究卻少見報道。

1 深沖鋼生產現狀

1.1 工藝概況

山東鋼鐵集團日照有限公司（以下簡稱日照公司）煉鋼廠配備4 座210 t 轉爐，2 座210 t LF 精煉爐、3 座210 t RH 真空精煉爐，2 臺230 mm×1 950 mm 雙流板坯連鑄機。日照公司深沖鋼主要生產DC03-06 系列、DX53-56 系列鋼種，工藝路線為KR-BOF-RH-CCM。

1.2 深沖鋼卷夾雜問題

實際生產發現，深沖鋼鋼卷軋制過程常有夾雜缺陷，部分出現在熱軋工序，大多數出現在冷軋連退、鍍鋅工序。經過統計調查分析，影響深沖鋼質量的夾雜問題主要分為：在鋼卷上偶然出現孔洞；鋼卷上下表面出現細直條紋夾雜，正觀可見，觸摸無手感；鋼卷表面起皮。

2 形成機理探討

在實際生產中，運用金相顯微鏡、SEM 掃描電鏡對深沖鋼夾雜物的分類、成分進行研究，并結合煉鋼廠生產過程控制參數對深沖鋼夾雜缺陷形成機理進行了探討。

2.1 孔洞

圖1 顯示了深沖鋼孔洞缺陷的典型特征，此種缺陷在鋼卷上分布無規律，零星出現。經過調查分析，在缺陷處難以找到與鋼卷基體不同的元素成分，因此可以判斷此種缺陷出現的原因為異物壓入經過軋制后脫落造成。

圖1 深沖鋼孔洞缺陷典型圖片

2.2 細直條紋夾雜

深沖鋼鋼卷上下表出現細直條紋夾雜，在鋼卷上顏色通常為黑色或者白色，正觀可見，觸摸無手感。此種缺陷通常寬度1～5 mm、長度100～500 mm 不等，在鋼卷上下表多處出現。

連鑄坯中存在的Al2O3夾雜以簇群狀形式存在，在經過軋制之后，簇群狀夾雜物受軋制力影響破碎，隨后沿著軋制方向延伸，當軋制成品卷厚度較薄（0.6～1.0 mm）時暴露于鋼卷表面形成細直條狀夾雜。因此，控制此種夾雜的重點在于控制鋼水中Al2O3含量，以及做好連鑄澆注過程的保護澆注工作。

2.3 表面起皮

深沖鋼鋼卷偶爾會出現表面起皮現象，主要表現為沿鋼卷軋制方向出現寬度約2～3 mm 的規則長方形缺陷，部分存在褶皺，起皮處與鋼卷基體結合不緊密。

利用SEM 掃描電鏡對此種缺陷進行研究。結果顯示，分離基體的翹皮和翹皮連接基體部分，含有O、Si、Al、Mg、Na、Ca、F、K 等元素。這表明該處缺陷處發生了卷渣，在軋制過程中，由于卷入的保護渣與基體結合不緊密，導致軋制后出現了分離現象。

3 控制措施

3.1 鋼中Al2O3 夾雜研究控制

3.1.1 轉爐冶煉操作控制

根據轉爐壽命不同，在轉爐不同階段選擇動態控制模式。當轉爐處于爐役前、中期時，轉爐碳氧積較低，控制轉爐終點碳不大于0.3%、終點氧不大于700×10-6；當轉爐處于爐役后期時，控制轉爐終點碳不大于0.4%、終點氧不大于800×10-6，為RH 冶煉創造良好的條件。

結合前人研究經驗，轉爐使用雙擋渣模式，嚴控轉爐出鋼過程下渣，防止鋼渣過氧化，影響RH 精煉過程夾雜物的控制。轉爐采用雙擋渣后，下渣量可以保持在不大于600 kg 范圍，有效降低了渣中氧含量，為頂渣改質創造條件。

3.1.2 RH 精煉過程控制

RH 精煉過程中，主要關注到站氧和真空處理時間，通過研究分析，控制RH 到站氧（質量分數）（500～600）×10-6之間，真空精煉時間控制在45 min以內，可以平穩保持RH 脫碳后碳含量（質量分數）不大于15×10-6，確保成分合格。

通過頂渣動態加入和頂渣改質，RH 到站鋼水頂渣w（TFe）可以控制在不大于7%，爐渣氧化性降低明顯，經過RH 真空處理后的鋼水可澆性良好。

3.1.3 連鑄機澆注技術研究與應用

3.1.3.1 大中包的保護澆注

日照公司連鑄機為雙流板坯連鑄機，中間包容量70 t±5 t，目前煉鋼廠大包、中包澆注采用全密封澆注，大包-中間包澆注采用液壓機械手+保護套管密封澆注，套管碗口吹氬，氬氣流量由60 L/min 提高到100 L/min，有效實現套管碗口區域的微正壓，控制了空氣吸入。

中間包采用超低碳高堿度覆蓋劑，密封隔絕空氣接觸，包蓋澆注孔、烘烤孔全部覆蓋，實現中包密封澆注；中間包第一爐采用氬氣管路吹氬，排空氬氣。

中間包到結晶器澆注，塞棒、上水口、上水口與浸入式水口板間全部采用吹氬密封，減少鋼水二次氧化，并確保吹氬管路無漏氣。

連鑄機澆注過程中須勤測中間包渣厚，渣層厚度≤60 mm，否則必須溢渣。

3.1.3.2 連鑄機恒速拉鋼工藝

連鑄機根據斷面合理控制拉速，參照工序銜接周期，RH 單聯不脫氧鋼，目標過熱度按25～40 ℃控制，確定恒速澆注周期32 min±1 min，由生產調度室組織確定澆次拉速，采用“直線”恒拉速進行澆注，確保生產工藝穩定。

3.2 保護渣卷渣控制措施

3.2.1 中間包流場控制

通過中間包的合理設計，在設計安裝擋墻、壩、穩流器，有效控制鋼水流動軌跡，促進夾雜上浮去除；其次嚴格控制中間包噸位，控制合適的液面高度，采用恒噸位澆注，中間包最低噸位40 t，可以有效控制旋渦形成，減少卷渣帶來的危害。

3.2.2 結晶器流場控制

通過采用合理拉速、穩定水口插入深度范圍，精確控制結晶器液面波動；采用恒速拉鋼減少拉速波動；提高鋼水可澆性減少浸入式水口內部結瘤、偏流；提高設備點檢運行精度，可有效控制結晶器液面穩定，減少卷渣帶來的夾雜。

3.3 連鑄坯精整工藝優化

目前存在的問題為連鑄開澆、終澆、交換鋼包、快換水口等非穩態澆鑄階段一直存在，由于拉速波動、液面波動造成較多卷渣。此類鑄坯定義為非穩態鑄坯，對中包第一爐頭坯、頭+1 坯、尾坯全部采用雙扒皮工藝，全部采用火清機清理，清理深度≥4 mm，有效控制夾雜深沖；其他非穩態鑄坯采用間隔扒皮方式清理鑄坯表面。

4 取得的效果

經過這些控制措施的實施，鍍鋅產線夾雜改判率整體呈現下降趨勢，9 月降低至0.69%，較最高降低70.39%；連退產線夾雜改判率也呈現下降趨勢，9月降低至0.46%，較最高降低41.77%，整體深沖鋼生產過程夾雜控制改善效果明顯。

5 結論

1）深沖鋼生產過程出現的孔洞缺陷主要原因是異物壓入，經過軋制后脫落；細直條狀夾雜產生的原因主要是連鑄坯中Al2O3含量高，軋制過程破碎、延伸造成；表面翹皮缺陷產生的原因是連鑄機澆注過程卷渣造成。

2）通過對轉爐吹煉過程、RH 真空精煉過程、連鑄機保護澆注、連鑄坯精整工藝進行優化，有效減少了深沖鋼表面細條狀夾雜，鍍鋅產線夾雜改判率降低至0.69%以下、連退產線夾雜改判率降低至0.53%以下，改善作用明顯。

3）通過對連鑄機澆注過程恒速、中間包流場、結晶器流場進行優化，能夠有效緩解連鑄坯卷渣，進而減少了深沖鋼鋼卷起皮缺陷的發生。