脫氧合金化順序對大梁鋼氮含量控制的影響分析

徐劍 徐正彪 趙任 游加偉 李強剛 盛凱英

摘要：根據日照鋼鐵板材制造部生產實際，研究了轉爐脫氧合金化順序對大梁鋼轉爐工序氮含量控制的影響，提出改進意見并進行工業試驗，為高品質大梁鋼控氮給予指導意見。

關鍵詞：轉爐;脫氧合金化;氮含量

引言

隨著我國汽車制造業水平的快速發展，對鋼鐵原材料的質量也提出了更高的要求，提升鋼材潔凈度是當前鋼鐵企業的主要目標之一。除了耐熱和不銹鋼外，氮在大多數鋼種中被視為一種有害元素，其在鋼中的危害是多方面的[1]。

尤其是用于制造汽車縱梁、橫梁、加強梁、油箱掛梁、槽鋼或矩形管、橋殼、保險桿等構件的大梁鋼，該鋼種要求具有足夠的強韌性、良好的耐疲勞性、冷成型性和焊接性能，因此對雜質元素含量要求嚴格。對于大梁鋼而言，當氮含量較高時，氮與鐵原子結合生成Fe4N質點，并在α-Fe中以微細彌散的形式析出，增加了鋼材時效性趨勢，導致藍脆等現象發生，進而使鋼材的延展性、韌性、冷態加工等性能都得到不同程度的降低[2]。另一方面較高的氮含量易與鋼中的[Al]、[Ti]等元素形成夾雜物簇群，影響鋼的抗疲勞性能。因此，必須嚴格控制大梁鋼中氮含量。

本文根據日鋼板材制造部汽車大梁鋼生產數據，研究分析轉爐脫氧合金化順序對氮含量控制的影響，為優化合金加入順序、降低鋼中氮含量提供必要的技術支撐和指導。

1大梁鋼生產工藝狀況及氮含量控制水平

1.1轉爐工藝狀況

當前日鋼板材制造部大梁鋼生產工藝路線：轉爐→LF精煉→連鑄。

其中，轉爐工序吹煉末期脫氧及合金化主要合金為鋁錠及硅/錳系合金，其加入順序為：鋁錠→硅/錳系合金。

1.2大梁鋼氮含量控制水平

為反映大梁鋼氮含量控制水平，以610L一個澆次20爐的生產數據進行分析，在工藝過程的選取四個節點（轉爐氬站、LF出站、連鑄中包、鑄坯材樣）分別取氣體樣，使用美國LECO ONH-836型氧氮氫分析儀分析試樣中氮的質量分數，同一工序取整個澆次的平均值，繪制成氮含量變化趨勢，如圖1所示。

由圖1可見，日鋼610L成品氮含量較高，整體控制在56ppm～67 ppm。其中轉爐出鋼氮含量平均50ppm，是導致610L成品氮含量偏高的主要原因。

2脫氧合金化順序對氮含量控制的影響分析

2.1鋼水吸氮的理論基礎

2.1.1鋼水吸氮熱力學理論

鋼中氮原子在鋼液中的溶解過程為吸熱反應，由于氮最終以離子態存在于鋼液當中，因此氮在鋼液中會發生溶解反應，但氮的溶解和鋼液中碳相似，多以氮原子形式進行計算，且氮在鋼液中的溶解度服從西華特定律。[3]氮在鋼液中溶解過程，可以按照下式進行描述：

由公式（8）可見，隨著鋼液中鋁元素活度的增加，氮與鋁能夠形成比較穩定的AlN，從而促進了吸氮的發生。

3調整脫氧合金化順序后鋼液氮含量變化

為降低氬站氮含量，日鋼板材制造部對轉爐脫大梁鋼氧合金化順序進行了調整由鋁錠→硅/錳系合金調整為硅/錳系合金→鋁錠，且鋁錠量≤150kg/爐。

調整后，同樣以610L一個澆次的生產數據進行分析，轉爐氬站氣體樣氮含量控制情況如圖3所示。

脫氧合金化順序調整后，610L轉爐氬站氮含量均值由之前的50ppm將至32ppm，降幅顯著，對610L成品的低氮控制起到了至關重要的作用。

4結論

轉爐吹煉結束后優先加入鋁錠脫氧再加入硅/錳系合金，會導致鋼水嚴重增氮，不利于大梁鋼低氮控制。冶煉大梁鋼時，轉爐吹煉結束后先加入硅/錳系合金后加入鋁錠脫氧，可以有效地控制轉爐出鋼氮含量，確保大梁鋼產品的性能穩定性。

參考文獻：

[1]高海潮.氫、氮、氧對鋼的危害來源及對策[J].內蒙古科技大學學報，1999，18（0Z1）：373.

[2]李田茂，倪勤盛，劉賀華，等.鋼水氮含量影響因素及控制措施[J].鞍鋼技術，2015，（3）：43～46.

[3]梁英教，車蔭昌編，無機物熱力學數據手冊[M]，東北大學出版社，1993，p.506.

[4]劉光銀.鋼液吸氮的熱力學和動力學分析[J].四川冶金，1989，（2）：24～29.

[5]項長祥，GammalT.鋼液和鐵液的吸氮脫氮動力學研究[J].河北冶金，1997（1）：20～24.

作者簡介：徐劍，1985年11月，男，漢族，湖北荊門，日照鋼鐵控股集團有限公司，本科，工程師，潔凈鋼控制技術。