高潔凈鋼工藝技術研發與拓展驗證

供稿|史永振，周慎，馮哲 / SHI Yong-zhen, ZHOU Shen, FENG Zhe

內容導讀

以高附加值、高潔凈度為主要屬性的高端產品開發日益成為先進鋼鐵企業競爭的主要技術領域。某鋼廠借鑒電池殼用鋼開發與生產經驗，改進了鍍錫板用鋼生產工藝流程，實現了夾雜物尺寸小、潔凈度高的高端DR材基料的開發。充分利用基于DR材生產所建立的工藝技術平臺，并拓展其范圍及功能，工藝技術研發平臺由單獨RH流程、LF流程拓展到LF+RH流程。開發出700L高強汽車大梁鋼，對雙相鋼WL780X和W780QX以及超低碳鋼的潔凈度實現了穩定控制。

近年來，以高附加值、高潔凈度為主要屬性的高端產品開發日益成為先進鋼鐵企業競爭的主要技術領域，熱門鋼種包括高潔凈度軟鋼及高強鋼，涵蓋汽車、家電、食品罐用鋼等[1-2]。某公司為全面實現產品結構升級調整，提升綜合創效能力，也加快了汽車用鋼、高檔次鍍錫用鋼等高端產品的開發，這就急需探索一套科學有效的尖端產品開發模式和開發流程，使產品質量滿足用戶多樣化和個性化要求。同時，與該公司高強汽車板產線配套的不銹鋼產線的轉爐容量只有100 t，使得轉爐容量小使得過程溫降大，且非穩態澆注時間比例大，給潔凈鋼的生產造成較大困難，因此急需摸索出一套高端潔凈鋼生產工藝。

目前，行業內還沒有中小型轉爐流程生產高品質汽車鋼的先例，在不銹鋼產線升級改造的基礎上，開展一系列潔凈鋼生產技術研究，以搭建高潔凈鋼工藝技術研發平臺，為高端汽車鋼的開發提供基礎，可以為國內、省內大量的中小型轉爐鋼廠轉型升級、結構調整提供直接借鑒。

本文以高檔次鍍錫用DR材(Double reduced tinplate)深沖用鋼為主要研發目標，建立起一套科學有效的品種開發流程，搭建起基于100 t轉爐流程的高潔凈鋼工藝技術研發平臺，不僅可以有效提升公司產線能力和整體技術水平，促進其他汽車用鋼等高附加值產品的快速開發，同時對公司樹立品牌形象、實現轉型升級意義重大。

高端DR材的開發

DR材的特點

DR材是通過壓下率為15%~40%二次冷軋技術生產的高檔鍍錫用基板，厚度減小到0.1~0.17 mm，甚至可以達到0.08 mm以下。DR材具有規格薄、強度高、精度高的特點，充分體現了鋼質包裝材料的優勢[2-5]。目前，我國的鍍錫板需求量較大，國內鍍錫原板供應不足，僅有少部分的企業能夠自供，大多數企業依靠進口。因此，大力發展DR材是當前鋼鐵企業的主流趨勢。

DR材工藝技術開發

由于DR材最終成品厚度非常薄，其對鋼水潔凈度和表面質量要求也極高。參照電池殼鋼的開發經驗，充分利用基于電池殼鋼生產所建立的工藝技術平臺，進行了DR材的批量開發生產。

鍍錫板基料原生產工藝為鐵水預處理→轉爐→LF→連鑄→熱軋，潔凈度可以滿足一般用途[6]。根據電池殼鋼開發與生產經驗，針對高端用途的馬口鐵、DR材基料，重新設計了鐵水預處理→轉爐→RH→連鑄→熱軋的生產工藝流程，過程控制要求參考電池殼用鋼，鋼水潔凈度更高，實現了高端DR材基料的開發，滿足高端用戶的使用要求?；谶@兩種工藝路線，一方面實現了根據用戶使用要求進行潔凈度“定制化”設計，另一方面對這兩種精煉工藝路線生產潔凈鋼均有直接的指導意義。

潔凈度評價

DR材的夾雜物控制統計情況如圖1所示，從圖中可以看出，DR材所含夾雜物中硫化物尺寸均小于2 μm，Al2O3尺寸稍大，但也均小于10 μm，有效地避免了高端DR材多次減薄后夾雜物露出表面，造成沖壓砂眼缺陷。

圖1 DR材中夾雜物情況統計

DR材使用情況

開發的高端DR材基料發往江蘇友富、廣東鐵生輝等下游廠家使用后，其潔凈度控制、表面質量、產品性能和尺寸精度等完全滿足用戶要求，使用效果良好。

高端DR材目前國內需求旺盛，利潤空間也較高，這些高端品種通常對潔凈度和性能均勻性均有很高的要求?；贒R材生產，搭建起經RH工藝流程的低碳、超低碳鋼高潔凈鋼工藝技術研發平臺，使低碳類、超低碳類鋼種的潔凈度得到提高并保持穩定。

潔凈鋼技術研發成果的拓展及驗證

在開發出滿足用戶使用要求的DR材產品的基礎上，充分利用基于DR材生產所建立的工藝技術平臺，并拓展其范圍及功能，工藝技術研發平臺由單獨RH流程、LF流程拓展到LF+RH流程。

高強汽車大梁鋼700L的開發

熱軋高強鋼700L主要應用于汽車大梁類零部件的制造，根據使用部位和條件不同，分為主梁和邊梁兩大類[7-8]。通過單獨LF精煉流程生產工藝路線，完成了邊梁用700L的開發，滿足了用戶對邊梁的需求。但主梁作為關鍵零部件，對產品的力學性能、服役性能要求更高，特別是要求具有良好的抗疲勞性能，因此需要盡量降低鋼中夾雜物數量和尺寸。根據用戶對主梁的高端要求，結合潔凈鋼平臺研究結果，通過優化工藝參數及生產流程實現了高潔凈度主梁用700L的開發。

邊梁用700L的生產工藝路線為BOF—LF—CC—1580，LF出站后鋼水進行鈣處理，以改善夾雜物、提高可澆性。通過優化工藝路線為BOF—LF—RH—CC—1580，取消了鈣處理，優化了加料控制，鋼中夾雜物類型、數量、尺寸大大改善，而鋼水可澆性保持較好狀態。

選取兩種不同工藝700L的典型爐次進行對比研究，成分控制見表1。

表1 700L樣品主要化學成分(質量分數，%)

對兩組樣品進行了INCA夾雜物全掃觀察和記錄，將觀察結果中夾雜物數據換算為單位面積的情況。圖2給出了不同工藝流程單位面積夾雜物的數量，由圖2可知，優化工藝后，經RH真空處理的高強鋼中夾雜物數量明顯少于單LF精煉工藝的產品。BOF-LF-CC工藝產700L夾雜物單位面積數量相對較多，為45.99個/mm2，而新開發的BOF-LFRH-CC工藝產700L中，夾雜物數量降低至12.61個/mm2，夾雜物數量降低了72.58%，工藝改進效果明顯。

圖2 不同工藝處理的高強鋼中夾雜物數量對比

不同工藝流程圖鋼中夾雜物尺寸分布情況如圖3所示。單獨LF流程生產的700L所含夾雜物尺寸為≤30 μm，達到了一定的潔凈化程度，并滿足使用要求。而LF+RH工藝流程生產的700L中，不僅夾雜物數量明顯下降，夾雜物的尺寸也呈減小趨勢，且不存在≥15 μm的夾雜物。

圖3 不同工藝處理的高強鋼夾雜物尺寸分布

與國內領先鋼廠生產的700L進行關鍵指標分析對比，該鋼廠700L夾雜物控制水平相當，且部分力學性能指標領先，新開發的高端主梁用700L取得了用戶的認可。

通過700L夾雜物控制技術研究，形成了高強、高合金含量鋼種潔凈度控制系列技術。對于邊梁用700L，采用單獨LF流程生產，滿足潔凈度要求的前提下，降低成本；對于主梁用700L，采用LF+RH流程生產，進一步提高潔凈度，滿足更高端的使用要求。這樣就可以根據用戶不同的使用要求，實現滿足不同潔凈度要求的“定制化”生產，達到高效低成本潔凈鋼的生產目標。

雙相鋼WL780X和W780QX潔凈度控制

高強雙相鋼WL780X和W780QX(高鋁含量)主要用于汽車的結構件和安全件等，對潔凈度的要求非常高，同時其對鋼中H、N含量比較敏感。參考潔凈鋼技術研發平臺研究結果，采用LF+RH流程生產，然后檢驗其潔凈度情況如圖4所示。WL780X中單位面積的夾雜物數量6.05個/mm2，W780QX中單位面積的夾雜物數量5.61個/mm2。

圖4 WL780X和W780QX雙相鋼夾雜物數量

雙相鋼WL780X和W780QX所含夾雜物尺寸如圖5所示，WL780X中≤10 μm夾雜物的數量達到95.86%，W780QX≤ 10 μm夾雜 物 的 數量 達 到97.33%，且最大夾雜物的尺寸均<20 μm。

圖5 雙相鋼中夾雜物尺寸分布

目前高牌號780 MPa及以上雙相鋼經RH真空脫氣處理后，可以實現 [H]≤1.5×10?6，[N]≤24×10?6。同時，為了減輕鑄坯偏析及軋制帶狀組織，在鐵水預處理和LF精煉脫硫的共同作用下，控制鋼中S含量實現最低≤0.001%。良好的潔凈度控制保證了高強雙相鋼質量和性能的穩定性。

超低碳鋼潔凈度控制

高潔凈鋼工藝技術研發平臺的建立推動了其他品種內在質量和生產穩定性的提高。在可澆性較差的加P高強超低碳鋼開發中，借助于高潔凈鋼工藝技術研發平臺，BOF-RH-CC流程過程鋼渣TFe含量由轉爐終點時的20%左右最終降低至RH出站時5%左右，鋼渣氧化性大大降低，鋼水潔凈度提高，該類鋼種可澆性改善明顯。RH工序優化合金物料加入順序，雜質元素含量高的合金于脫碳期或較早期加入，其余按金屬元素被氧化性難易程度順序加入，避免鋼水增碳及帶入雜質，提高合金收得率的同時，提高鋼水潔凈度，并改善鋼水可澆性[9]。通過保證凈循環時間≥8 min，可以有效促進鋼中Al2O3的聚集與上浮去除，配合RH出站至連鑄開澆合理的靜置時間控制，保證夾雜物充分上浮。連鑄進一步提高了保護澆鑄效果，防止鋼水二次氧化及夾雜物去除效果顯著，鋼中TO和增氮控制情況如圖6所示。由圖6可知，鋼中TO在RH出站可以控制在≤30×10?6，中包降低至≤25×10?6，成品降低至15×10?6左右，連鑄增 N≤1×10?6。由此可以看出，高潔凈鋼工藝技術研發平臺取得明顯成效。

圖6 不同澆次超低碳鋼中全氧(a)和氮(b)含量變化

結束語

(1)根據電池殼鋼開發與生產經驗，針對高端用途的馬口鐵、DR材基料，重新設計了鐵水預處理→轉爐→RH→連鑄→熱軋的生產工藝流程，鋼水潔凈度更高，實現了高端DR材基料的開發，滿足高端用戶的使用要求。

(2)對于邊梁用700L，采用單獨LF流程生產，滿足潔凈度要求的前提下，降低成本；而主梁用700L，采用LF+RH流程生產，進一步提高潔凈度，滿足更高端的使用要求。

(3)雙相鋼WL780X中≤10 μm夾雜物的數量達到95.86%，W780QX≤10 μm夾雜物的數量達到97.33%，且最大夾雜物的尺寸均未超過20 μm。

(4)通過優化RH工序合金物料的加入順序，有效避免了鋼水增碳及帶入雜質，提高合金收得率，同時也提高鋼水的潔凈度，改善鋼水可澆性。