提高BZJ60-Ti焊絲鋼鑄坯質(zhì)量的研究

姚志龍

(北營鋼鐵(集團)股份有限公司煉鋼廠,遼寧 本溪 117017 )

隨著我國焊接自動化技術(shù)推廣應(yīng)用和焊接質(zhì)量要求的不斷提高,用戶對焊絲提出了更高的要求。一些較重要的構(gòu)件, 要求焊縫成形好、飛濺小、低溫沖擊韌性高。焊接飛濺的大小成為焊接材料工藝性能的一項重要指標。根據(jù)北營公司的品種結(jié)構(gòu)優(yōu)化總體思路,將含鈦焊絲鋼作為北營公司主導(dǎo)產(chǎn)品。開發(fā)生產(chǎn)前期,部分焊絲品種(如BZJ60-Ti)因其鈦含量較高[1],鋼水可澆性差,澆注過程液面波動大,鑄坯質(zhì)量不好導(dǎo)致出現(xiàn)軋制結(jié)疤以及用戶拉拔斷絲情況,另外在焊接時經(jīng)常出現(xiàn)焊花飛濺現(xiàn)象,嚴重影響了焊接質(zhì)量及效率。對煉鋼廠品種開發(fā)、社會及經(jīng)濟效益產(chǎn)生較大影響。

1 設(shè)備裝備和工藝路線

本鋼集團北營煉鋼廠裝備有荷蘭達涅利康利斯公司生產(chǎn)的鐵水預(yù)處理設(shè)備三套,鐵水罐容量140～145 t,可將鐵水w([S])脫至0.001%以下;公稱容量為120 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐三座,平均出鋼量140～145 t,配有副槍,可對轉(zhuǎn)爐終點碳含量和溫度進行精確測定,同時后部分別有一套鋼水吹氬裝置,具有對鋼水進行吹氬攪拌、合金微調(diào)等簡易功能;精煉設(shè)備主要有:雙工位精煉LF兩座,公稱容量120 t。奧鋼聯(lián)制造RH真空精煉設(shè)備一套;連鑄設(shè)備有:六機六流和八機八流方坯連鑄機各一臺,單流板坯鑄機一臺,雙流板坯鑄機兩臺。

冶煉BZJ60-Ti鋼種的主要工藝路線為:

混鐵爐—鐵水預(yù)處理(脫S、扒渣)—120 t轉(zhuǎn)爐(頂?shù)讖?fù)吹)—鋼包底吹氬—LF爐精煉—150 mm×150 mm方坯連鑄機。

2 化學(xué)成分要求

BZJ60-Ti化學(xué)成分要求如表1所示。

表1 BZJ60-Ti化學(xué)成分要求 %

3 影響B(tài)ZJ60-Ti鑄坯質(zhì)量的原因分析

BZJ60-Ti開發(fā)生產(chǎn)時,為確保用戶使用時不出現(xiàn)焊花飛濺現(xiàn)象,控制鋼水中鈣含量成為重點控制因素;鑒于此因素,利用低鈣硅鐵進行合金化,有效的控制合金增鈣;另外LF出站執(zhí)行不鈣處理工藝,為了有效的控制鈣處理增鈣問題。LF出站執(zhí)行不鈣處理工藝,這就大大的影響了鋼水中的夾雜物改質(zhì)(尤其是Al2O3),降低了鋼水可澆性,給生產(chǎn)帶來了大量困難,如連澆爐次少,澆注過程絮流現(xiàn)象嚴重,鑄坯卷渣嚴重[2];另外由于保護渣熔化不合適,造成連鑄過程中大量鑄坯出現(xiàn)縱向裂紋和縱向凹陷滲鋼及橫向凹陷、振痕深、夾渣等缺陷[3](見圖1)。

圖1 BZJ60-Ti焊絲鋼缺陷圖片

3.1 鑄坯缺陷原因分析

通過對軋制結(jié)疤試樣進行檢測分析,金相檢測結(jié)果如圖2所示[4]。

圖2 金相檢驗照片

通過試樣的金相檢驗照片可以看出:試樣盤條結(jié)疤均為有根結(jié)疤,并有延伸裂紋缺陷;即盤條結(jié)疤是由于鑄坯表面結(jié)疤類缺陷引起的。并對鑄坯凹坑處物質(zhì)進行能譜分析,具體如圖3所示。

圖3 缺陷部分能譜分析照片

根據(jù)A、B點能譜分析得出凹坑處的異物為保護渣,引起缺陷原因是由于澆注過程絮流、液面波動大、保護渣熔化效果差導(dǎo)致卷入保護渣,所以控制絮流以及提高保護渣性能是解決鑄坯質(zhì)量的主要問題[5]。

3.2 中包水口結(jié)瘤原因分析

針對出現(xiàn)中包絮流爐次的中間包絮流物進行取樣、外委進行電鏡掃描,結(jié)果如圖4所示。

圖4 絮流物電鏡掃描照片

通過掃描絮流物質(zhì),確定為物質(zhì)為氧化鈦以及Al2O3夾渣,則得出絮流的主要原因是氧化鈦以及Al2O3夾雜堵塞水口導(dǎo)致。

鑒于以上分析,控制氧化鈦、Al2O3夾雜成為控制絮流以及鑄坯質(zhì)量的主要因素。

4 控制BZJ60-Ti鑄坯質(zhì)量的措施

4.1 提高鈦鐵回收率

(1)優(yōu)化鈦鐵種類選擇,從開發(fā)前期使用TiFe28、TiFe30到后來使用的TiFe40、海綿鈦、TiFe70,目前使用TiFe40配合TiFe70提高鈦鐵回收率。

(2)由于Ti回收率不穩(wěn)定,因此選擇在精煉后期,白渣形成、脫氧良好的情況下在加入鈦鐵,優(yōu)化鈦鐵加入時機提高其回收率[5-6]。

(3)加入鈦鐵后,適量鈣處理并中吹氬3 min來加強鈦鐵熔化效果,提高其回收率。

(4)鈦鐵加入方式由原來的手投加入優(yōu)化至目前的料倉直接加入,利用料倉加入重力學(xué)性能,提高其鈦鐵回收率。

4.2 提高鋼水可澆性

(1)鋼包潔凈,且其前一爐不得用于含Al以及鈣處理鋼水盛裝。

(2)轉(zhuǎn)爐出鋼過程采用硅錳脫氧合金化。

(3)轉(zhuǎn)爐出鋼過程,嚴格控制合金加入時間、順序,含鈣、鋁高的物料出鋼前期加入,使其鈣、鋁充分氧化[8]。

(4)轉(zhuǎn)爐出鋼及LF精煉過程,嚴禁使用含鋁、鈣高的物料進行脫氧、造渣、合金化等工藝。

(5)LF精煉嚴格控制鋼水[Al]含量,杜絕[Al]含量高進行鈣化處理(即w([Alt])≥0.007%,易導(dǎo)致鋼水絮流,目前控制w([Alt])≤0.007%)[9]。

(6)精煉前期將成分控制內(nèi)控要求中下限,減少中后期成分調(diào)整的合金用量。

(7)LF精煉爐造好渣,確保渣的流動性,并且控制合適的爐渣堿度(≤2.0),有效控制夾雜物形態(tài)。

4.3 保護渣優(yōu)化選擇

結(jié)晶器保護渣在連鑄工藝中扮演著重要的角色,在發(fā)揮其功能過程中,結(jié)晶器保護渣必須發(fā)揮良好的性能。選擇和應(yīng)用優(yōu)質(zhì)的結(jié)晶器保護渣,利用它們的化學(xué)、物理、熱力學(xué)、動力學(xué)性能的最佳化,可以吸附夾雜,并可防止在連鑄生產(chǎn)過程中產(chǎn)生黏結(jié)漏鋼等事故。因此嚴格控制保護渣的熔化溫度、黏度、堿度等性能,對于容易出現(xiàn)鑄坯表面凹陷、裂紋的含鈦焊絲鋼應(yīng)采用低堿度的保護渣,熔化溫度適當(dāng)高一些。

5 應(yīng)用效果

通過一系列控制措施,BZJ60-Ti焊絲鋼鑄坯質(zhì)量有明顯改善,鑄坯低倍部缺陷的評定結(jié)果見圖5和表2,盤條的顯微組織和非金屬夾雜物檢驗結(jié)果見表3和圖6。

圖5 鑄坯低倍組織

圖6 盤條的顯微組織

表2 鑄坯低倍缺陷檢驗結(jié)果

表3 盤條的顯微組織和非金屬夾雜物

6 結(jié) 論

(1)通過理論與實驗驗證,找到了BZJ60-Ti焊絲鋼澆注絮流以及鑄坯質(zhì)量差的原因,通過工藝技術(shù)調(diào)整,鋼水中Al2O3等夾雜得到有效控制,提高了鋼水的可澆性,鋼水的純凈度與可澆性有明顯改善。

(2)通過合金優(yōu)化選擇、白渣精煉等措施,提高并穩(wěn)定了鈦鐵回收率,降低了氧化鈦、氮化鈦夾雜物的產(chǎn)生。

(3)通過一系列工藝優(yōu)化措施,BZJ60-Ti鑄坯質(zhì)量有明顯提高,鑄坯清理率降低75%,鋼水收得率大大提高。

(4)通過對BZJ60-Ti焊絲鋼開發(fā)生產(chǎn)技術(shù)的研究工作,BZJ60-TI熱軋盤條的化學(xué)成分、力學(xué)性能和組織狀態(tài)均達到了予定要求。