CN109593917A - 一种高锰高铝汽车钢板坯连铸的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高锰高铝汽车钢连铸板坯的生产方法，高锰高铝汽车钢HC450 950TW含Mn17‑18％，Al1.0‑2.0，要求Si≤0.10％、S≤0.03％、P≤0.025％、N≤0.05％，凝固温区宽,凝固时容易形成疏松、偏析等铸态缺陷，生产难度较大。高锰高铝汽车钢连铸板坯连铸方法，主要包括电炉初炼工序，钢包炉精炼工序以及连铸工序；所述钢包炉精炼工序中，精炼炉氩气搅拌，以搅拌面积大于钢液面40％为宜；吊包前加入稀土元素0.5‑1.5kg/t钢水，喂入钙线2.5‑3.5m/t钢水；连铸工序，中间包内钢液的过热度控制在38‑48℃内；所述二冷强度控制在0.10‑0.60L/kg；所述中间包气幕挡墙，氩气流量控制在10‑15L/min。本发明的板坯连铸生产方法适合于于高锰高铝钢种板坯连铸生产，可以有效保证铸坯质量。

Description

一种高锰高铝汽车钢板坯连铸的生产方法

技术领域

本发明涉及冶金行业合金钢冶炼-浇铸领域，具体涉及高锰高铝汽车钢板坯的浇铸生产方法。

背景技术

汽车工业已成为发达国家的支柱产业，推动了经济的发展和社会的进步。目前，排放和安全问题已逐渐成为车身设计的最大约束。据统计，车身质量每减少10％，油耗降低8％，排放减少4％，目前汽车用钢的发展趋势是通过高强度汽车钢替代传统汽车钢。宝钢开发的高锰高铝汽车钢是新型汽车高强钢系列，属于孪晶诱导塑性钢，其含有较多的锰、铝、碳、等元素，具有高强度、高塑性、高应变硬化率和高能量吸收能力，可有效提高汽车的轻量化水平并缓解碰撞时的能量冲击。

某公司生产的高锰高铝汽车钢(HC450 950TW)含Mn17-18％，Al1.0-2.0，要求Si≤0.10％、S≤0.03％、P≤0.025％、N≤0.05％，凝固温区宽，凝固时容易形成疏松、偏析等铸态缺陷，生产难度较大。

目前国内高锰高铝汽车钢的生产，普遍采取模铸锻造工艺。典型高锰高铝汽车钢的成分如表1所示。

相比于一般的弧形连铸机，立式连铸机由于没有铸坯的弯曲和矫直所产生的应变，在浇铸过程中产生裂纹的几率大大减少。本公司08年引进一台奥钢联全新立式连铸机，专门生产高要求的特钢和不锈钢连铸板坯。通过立式连铸机生产高锰高铝汽车钢连铸板坯，填补了国内连铸生产高锰高铝汽车钢的空缺，因此开展高锰高铝汽车钢板材的研制很有必要。

表1.典型高锰高铝汽车钢(HC450 950TW)化学成分(％)

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种用板坯连铸来生产高锰高铝汽车钢(HC450 950TW)的方法，确保板坯连铸生产高锰高铝汽车钢(HC450 950TW)的表面无缺陷。

本发明的技术方案是，一种高锰高铝汽车钢板坯连铸的生产方法，主要包括电炉初炼工序，钢包炉精炼工以及连铸工序，

所述钢包炉精炼工序中，精炼炉开氩气搅拌，搅拌面积大于钢液面40％为宜；

所述钢包炉精炼工序中，吊包前加入混合稀土元素0.5-1.5kg/t钢水，弱搅拌时间≧20min后，喂入实芯金属钙包芯线2.5-3.5m/t钢水；

在所述连铸工序中，中间包内的钢液的过热度控制在38-48℃内；连铸工序中冷却二冷强度控制在0.1-0.6L/kg；

在所述连铸工序中，中间包采用中间包气幕挡墙，氩气流量控制在10-15L/min。

以上方案中，弱搅拌时间过短，稀土元素氧化物无法充分上浮，影响钢水纯净度，从而恶化连铸可浇性。

在所述连铸工序中，中间包内的钢液的过热度控制在38-48℃内(如果过热度超过48℃，则容易在连铸生产过程中发生漏钢等事故；过热度低于38℃，则易引起水口冻结，迫使浇铸中断)；

所述冷却二冷强度控制在0.1-0.6L/kg(二冷强度过大，连铸坯表面易出现纵向裂纹；二冷强度过小，达不到冷却效果)；

所述连铸工序中，中间包采用中间包气幕挡墙，氩气流量控制在10-15L/min。氩气流量小于10L/min，则减弱了中间包气幕吸附夹杂物上浮的能力；氩气流量大于15L/min，则容易造成涡流，对钢水造成二次污染；

表2实芯金属钙包芯线成分

根据本发明的高锰高铝汽车钢板坯连铸的生产方法，优选的是，对于中间包浇入结晶器中的钢液，采用浸入式水口保护；优选的是，所述结晶器中的钢液用保护渣覆盖。其目的是使高温钢水始终与大气隔离(浸入式水口插入到结晶器钢液面下一定的深度，隔绝了注流与空气的接触，防止钢液注流冲击钢液面上形成飞溅，杜绝了二次氧化)。用保护渣覆盖可以进一步使高温钢水始终与大气隔离。

根据本发明的高锰高铝汽车钢板坯连铸的生产方法，优选的是，所述结晶器浸入式水口侧孔角度α为10°-20°。

所述保护渣优选为SPH-SL 188/K 10。保护渣SPH-SL 188/K 10为Metallurgica生产的保护渣类型，我们仅为选择使用。其成分性质如下：

优选的是，所述电炉初炼工序中，在40吨及以上的交流电弧炉中进行初炼钢液的低磷化。

根据本发明的高锰高铝汽车钢板坯连铸的生产方法，优选的是，所述电炉初炼中，钢液温度控制在1650～1680℃。

优选的是，所述钢包炉精炼工序中，钢液温度控制在1520～1570℃。该温度使钢液之上的固体渣料熔化成液态，一边使钢液和炉渣均匀化，一边通过热交换和钢包底部的氩气气泡的不断沸腾上升，使钢渣之间发生化学反应，同时，钢中的脱氧反应及其产物不断吸附上升，达到钢液脱硫的目的。

根据本发明的高锰高铝汽车钢板坯连铸的生产方法，优选的是，所述冷却水流量是：板坯厚度*板坯宽度为200mm*1100～1300mm的断面，宽面冷却水流量2200-2400L/分钟，窄面冷却水流量290-330L/分钟。结晶器由四块铜板组合形成，其中两两对称，形成无底的四边形，较长的边形成的面称为宽面，较短的边形成的面称为窄面。

根据本发明的高锰高铝汽车钢板坯连铸的生产方法，优选的是，所述混合稀土元素是指混合稀土元素RE，所述混合稀土元素RE中，Ce元素含量45-85％，其余为La系稀土元素。

进一步地，所述混合稀土元素RE中Ce元素含量60-70％，其余为La系稀土元素。

加入混合稀土RE是为了净化晶界，提高钢种冷热加工塑性，与市场普通汽车钢板坯相比，冷热加工塑性得到了提高，从而提高了成材率，改善了经济性。

根据本发明的高锰高铝汽车钢板坯连铸的生产方法，优选的是，在所述连铸工序中，板坯厚度*板坯宽度为200mm*1100～1300mm(板坯厚度*板坯宽度)的断面，连铸拉速控制在0.50-0.70m/min。对于板坯拉速，拉速高于0.70m/min，连铸坯不能均匀冷却，容易产生纵向裂纹；如拉速低于0.50m/min，则影响连铸机生产能力。

根据本发明的高锰高铝汽车钢板坯连铸的生产方法，优选的是，在所述连铸工序的钢包浇铸中，浇铸速度为1.5-2.5吨钢液/分钟。浇铸速度过快，钢液溢出中间包；浇铸速度太慢，钢液流动不稳定，降低连铸拉速，使浇铸时间延长，钢液的二次氧化程度增加，不利于控制钢中氧含量。

本发明的工艺流程为：

40吨及以上的交流电弧炉初炼——相应吨位的钢包炉精炼(底吹氩)——立式板坯连铸高锰高铝汽车钢板坯(立式板坯连铸机)。

电炉初炼工序，在40吨及以上的交流电弧炉中进行初炼钢液的低磷化。通过通入交流电流和吹入氧气(氧气流量控制在20—40立方米/吨钢)，并在过程中补充石灰，间歇性的流出氧化性炉渣，使装入的炉料熔化为1650-1680℃温度范围内的钢液，并使得钢液中残余磷的含量降至0.010％以下。

在钢包炉精炼工序(容量与交流电弧炉相匹配)中，主要是进行精炼钢液的低硫化(精炼钢液的硫含量降低到0.01％以下)，合金成分的微调以及钢液进入连铸工序温度的控制。

钢包炉吊包前加入稀土元素0.5-1.5kg/t钢水，弱搅拌时间≧20min后(弱搅拌时间过短，稀土元素氧化物无法充分上浮，影响钢水纯净度，从而恶化连铸可浇性)，喂入实芯金属钙包芯线2.5-3.5m/t钢水；

当钢液合金成分符合钢种要求，温度符合连铸生产工序要求，连铸工序在中间包烘烤、引锭头安装等准备工作完成后，可进入连铸工序。首先将钢包内的钢液流入盛钢量16吨(盛钢量控制在16吨，如盛钢量过小，钢中大颗粒夹杂上浮时间不够，易产生卷渣，盛钢量过大，则钢水温降较快，浇注后期易产生低温钢水)、完全清理且内表面耐火涂层不得有裂缝的T型中间包(所谓T型中间包是指接受钢包注入的钢液，然后再由中间包水口分配至结晶器的耐材容器)，其钢水流入速度控制在1.5～2.5吨钢液/分钟。(浇铸速度过快，钢液溢出中间包；浇铸速度太慢，钢液流动不稳定，降低连铸拉速，使浇铸时间延长，钢液的二次氧化程度增加，不利于控制钢中氧含量)。对钢包中钢液浇入到中间包的液流，采用吹氩密封长水口加以保护，以达到高温钢水始终与大气隔离。同时，对中间包中的钢液，用中间包保护渣覆盖，以达到高温钢水始终与大气隔离的目的。然后使中间包内的钢液通过浸入式水口进入结晶器内(浸入式水口是指将中间包钢液流入结晶器的水口插入到结晶器钢液面下一定的深度，隔绝了注流与空气的接触，防止钢液注流冲击钢液面上形成飞溅，杜绝了二次氧化)，同时结晶器冷却水和结晶器规则振动中，钢液凝固形成的初始坯壳逐步下移，出结晶器后，在二冷段通过电磁搅拌、二冷水冷却，逐渐凝固成电阻合金板坯，连铸电阻合金板坯尺寸范围为200mm(板坯厚度)*1100～1300mm(板坯宽度)。

本发明，连铸工序主要控制点为：

1、在连铸工序中，中间包内的钢液的过热度控制在38-48℃内(如果过热度超过48℃，则容易在连铸生产过程中发生漏钢等事故；过热度低于38℃，则易引起水口冻结，迫使浇铸中断)；

2、200mm*1100～1300mm(板坯厚度*板坯宽度)板坯尺寸，连铸拉速控制在0.50-0.70m/min(对于板坯拉速，拉速高于0.70m/min，连铸坯不能均匀冷却，容易产生纵向裂纹；如拉速低于0.50m/min，则影响连铸机生产能力)；

3、连铸工序结晶器冷却采用冷却水进行，在200mm*1100～1300mm(板坯厚度*板坯宽度)断面(断面是指生产板坯的尺寸规格)，宽面冷却水流量2100-2400L/分钟，窄面冷却水流量280-330L/分钟；

4、连铸工序二冷水二冷强度控制在0.1-0.6L/kg。控制在该二冷强度内可以使连铸坯的表面质量更好，二冷强度过小，则达不到冷却效果。二冷强度过大，连铸坯表面易出现纵向裂纹；

5、连铸工序中，中间包采用中间包气幕挡墙，氩气流量控制在10-15L/min(氩气流量小于10L/min，则减弱了中间包气幕吸附夹杂物上浮的能力；氩气流量大于15L/min，则容易造成涡流，对钢水造成二次污染)。

本发明提供一种连铸高锰高铝汽车钢(HC450 950TW)板坯的生产方法，这种方法通过采用精确的钢水过热度、合理的连铸拉坯速度、合理的冷却制度、中间包气幕挡墙等，从而生产出无表面缺陷的连铸高锰高铝汽车钢(HC450 950TW)板坯。

用板坯连铸的方法生产高锰高铝汽车钢(HC450 950TW)板材，可以提高企业的综合竞争力，同时也为以后进一步生产高强度、轻量化的汽车用钢等产品积累宝贵的生产研发经验。

和现有技术相比，本发明具有下列有益效果：

1、连铸生产高锰高铝汽车钢(HC450 950TW)相对于模铸生产，收得率将大幅提高，提高了产能，降低了生产成本；

2、工艺适用性广：适合于一般高锰高铝钢种连铸板坯的生产。

附图说明

图1是本发明结晶器浸入式水口侧孔角度示意图。

具体实施方式

实施例1

采用板坯连铸的生产方法生产高锰高铝汽车钢(HC450 950TW)：

其工艺流程为：40吨及以上的交流电弧炉(槽式炉出钢，添加渣料、各种必需的合金、增碳剂和铝脱氧剂)─→相应吨位的钢包炉精炼(底吹氩)─→板坯连铸生产高锰高铝汽车钢(HC450 950TW)(200mm*1250mm)(板坯厚度*板坯宽度)

电弧炉初炼工序，在40吨及以上的交流电弧炉中进行初炼钢液的低磷化。通过通入交流电流和吹入氧气，并在过程中补充石灰，间歇流出氧化性炉渣，得钢液中残余磷含量降至0.010％以下，并使装入的炉料熔化变成1660℃温度范围内的钢液。

在钢包炉精炼(容量与交流电炉相匹配)上，主要进行精炼钢液的低硫化(精炼钢液的硫含量降到0.010％以下)、合金成分的微调。吊包前加入混合稀土元素1.5kg/t钢水，弱搅拌时间25min后，喂入实芯金属钙包芯线3.5m/t钢水；保证足够的镇静时间，来利于夹杂物的上浮。

中间包小车到位后，调节中间包气幕挡墙氩气流量为15L/min，然后将钢包内的钢液以2t/min钢液的速度流进使用前完全清理、内表面为耐火涂层且不得有裂缝的盛钢量在16吨的T型中间包中；通过浸入式水口(水口尺寸80x 40mm 15°向下)，将中间包内钢水注入结晶器，并在结晶器内添加结晶器保护渣(SPH-SL 188/K 10)，在结晶器冷却水和结晶器规则振动中，钢液凝固形成的初始坯壳逐步下移，出结晶器后，在二冷段通过电磁搅拌、二冷水冷却，逐渐凝固成高锰高铝汽车钢板坯，板坯尺寸为200mm*1250mm(板坯厚度*板坯宽度)。

中间包内钢液过热度控制在47℃，连铸拉速控制在0.52m/min，结晶器冷却水宽面流量2400L/分钟，窄面冷却水流量320L/分钟，二冷水冷却强度控制在0.6L/kg。

实施例2

采用板坯连铸的生产方法生产高锰高铝汽车钢(HC450 950TW)：

其工艺流程为：40吨及以上的交流电弧炉(槽式炉出钢，添加渣料、各种必需的合金、增碳剂和铝脱氧剂)─→相应吨位的钢包炉精炼(底吹氩)─→板坯连铸生产高锰高铝汽车钢(HC450 950TW)(200mm*1250mm)(板坯厚度*板坯宽度)

电弧炉初炼工序，在40吨及以上的交流电弧炉中进行初炼钢液的低磷化。通过通入交流电流和吹入氧气，并在过程中补充石灰，间歇流出氧化性炉渣，得钢液中残余磷含量降至0.010％以下，并使装入的炉料熔化变成1660℃温度范围内的钢液。

在钢包炉精炼(容量与交流电炉相匹配)上，主要进行精炼钢液的低硫化(精炼钢液的硫含量降到0.010％以下)、合金成分的微调。吊包前加入混合稀土元素1.2kg/t钢水，弱搅拌时间22min后，喂入实芯金属钙包芯线3.0m/t钢水；保证足够的镇静时间，来利于夹杂物的上浮。

中间包小车到位后，调节中间包气幕挡墙氩气流量为13L/min，然后将钢包内的钢液以2t/min钢液的速度流进使用前完全清理、内表面为耐火涂层且不得有裂缝的盛钢量在16吨的T型中间包中；通过浸入式水口(水口尺寸80x 40mm 15°向下)，将中间包内钢水注入结晶器，并在结晶器内添加结晶器保护渣(SPH-SL 188/K 10)，在结晶器冷却水和结晶器规则振动中，钢液凝固形成的初始坯壳逐步下移，出结晶器后，在二冷段通过电磁搅拌、二冷水冷却，逐渐凝固成高锰高铝汽车钢板坯，板坯尺寸为200mm*1250mm(板坯厚度*板坯宽度)。

中间包内钢液过热度控制在45℃，连铸拉速控制在0.66m/min，结晶器冷却水宽面流量2250L/分钟，窄面冷却水流量310L/分钟，二冷水冷却强度控制在0.4L/kg。

实施例3

采用板坯连铸的生产方法生产高锰高铝汽车钢(HC450 950TW)：

其工艺流程为：40吨及以上的交流电弧炉(槽式炉出钢，添加渣料、各种必需的合金、增碳剂和铝脱氧剂)─→相应吨位的钢包炉精炼(底吹氩)─→板坯连铸生产高锰高铝汽车钢(HC450 950TW)(200mm*1250mm)(板坯厚度*板坯宽度)

电弧炉初炼工序，在40吨及以上的交流电弧炉中进行初炼钢液的低磷化。通过通入交流电流和吹入氧气，并在过程中补充石灰，间歇流出氧化性炉渣，得钢液中残余磷含量降至0.009％以下，并使装入的炉料熔化变成1660℃温度范围内的钢液。

在钢包炉精炼(容量与交流电炉相匹配)上，主要进行精炼钢液的低硫化(精炼钢液的硫含量降到0.010％以下)、合金成分的微调。吊包前加入混合稀土元素0.5kg/t钢水，弱搅拌时间23min后，喂入实芯金属钙包芯线2.5m/t钢水；保证足够的镇静时间，来利于夹杂物的上浮。

中间包小车到位后，调节中间包气幕挡墙氩气流量为10L/min，然后将钢包内的钢液以2t/min钢液的速度流进使用前完全清理、内表面为耐火涂层且不得有裂缝的盛钢量在16吨的T型中间包中；通过浸入式水口(水口尺寸80x 40mm 15°向下)，将中间包内钢水注入结晶器，并在结晶器内添加结晶器保护渣(SPH-SL 188/K 10)，在结晶器冷却水和结晶器规则振动中，钢液凝固形成的初始坯壳逐步下移，出结晶器后，在二冷段通过电磁搅拌、二冷水冷却，逐渐凝固成高锰高铝汽车钢板坯，板坯尺寸为200mm*1250mm(板坯厚度*板坯宽度)。

中间包内钢液过热度控制在38℃，连铸拉速控制在0.70m/min，结晶器冷却水宽面流量2100L/分钟，窄面冷却水流量280L/分钟，二冷水冷却强度控制在0.3L/kg。

连铸生产高锰高铝汽车钢(HC450 950TW)，断面尺寸为200*1100-1300mm(板坯厚度*板坯宽度)，中间包过热度控制在38-48℃，连铸拉速控制在0.50-0.70m/min，结晶器冷却水：宽面冷却水流量2100-2400L/分钟，窄面冷却水流量280-330L/分钟，二冷区二冷强度控制在0.1-0.6L/kg，板坯质量可以得到保证，即可以生产无缺陷的高锰高铝汽车钢(HC450950TW)连铸板坯。

当中间包过热度控制在45℃，连铸拉速控制在0.66m/min，结晶器冷却水：宽面冷却水流量2250L/分钟，窄面冷却水流量310L/分钟，二冷区二冷强度控制在0.4L/kg，板坯质量最优。

本发明的板坯连铸生产方法适合于一般高锰高铝钢的生产，相对于模铸生产，连铸生产收得率大幅提高，提高了产能，降低了生产成本，增强了企业的综合竞争力。

Claims (10)

1.一种高锰高铝汽车钢板坯连铸的生产方法，主要包括电炉初炼工序，钢包炉精炼工以及连铸工序，其特征在于：

所述钢包炉精炼工序中，精炼炉开氩气搅拌，搅拌面积大于钢液面40％为宜；

所述钢包炉精炼工序中，吊包前加入混合稀土元素0.5-1.5kg/t钢水，弱搅拌时间≧20min后，喂入实芯金属钙包芯线2.5-3.5m/t钢水；

在所述连铸工序中，中间包内的钢液的过热度控制在38-48℃内；连铸工序中冷却二冷强度控制在0.1-0.6L/kg；

在所述连铸工序中，中间包采用中间包气幕挡墙，氩气流量控制在10-15L/min。

2.根据权利要求1所述的高锰高铝汽车钢板坯连铸的生产方法，其特征在于，对于中间包浇入结晶器中的钢液，采用浸入式水口保护；所述结晶器中的钢液用保护渣覆盖。

3.根据权利要求2所述的高锰高铝汽车钢板坯连铸的生产方法，其特征在于，所述结晶器浸入式水口侧孔角度α为10°-20°。

4.根据权利要求1所述的高锰高铝汽车钢板坯连铸的生产方法，其特征在于，所述电炉初炼工序中，在40吨及以上的交流电弧炉中进行初炼钢液的低磷化。

5.根据权利要求1所述的高锰高铝汽车钢板坯连铸的生产方法，其特征在于，所述电炉初炼中，钢液温度控制在1650～1680℃。

6.根据权利要求1所述的高锰高铝汽车钢板坯连铸的生产方法，其特征在于，所述钢包炉精炼工序中，钢液温度控制在1520～1570℃。

7.根据权利要求1所述的高锰高铝汽车钢板坯连铸的生产方法，其特征在于，所述冷却水流量是：板坯厚度*板坯宽度为200mm*1100～1300mm的断面，宽面冷却水流量2200-2400L/分钟，窄面冷却水流量290-330L/分钟。

8.根据权利要求1所述的高锰高铝汽车钢板坯连铸的生产方法，其特征在于，所述混合稀土元素是指混合稀土元素RE，其中Ce元素含量45-85％，其余为La系稀土元素。

9.根据权利要求8所述的高锰高铝汽车钢板坯连铸的生产方法，其特征在于，所述混合稀土元素RE中Ce元素含量60-70％，其余为La系稀土元素。

10.根据权利要求1所述的高锰高铝汽车钢板坯连铸的生产方法，其特征在于，在所述连铸工序中，板坯厚度*板坯宽度为200mm*1100～1300mm的断面，连铸拉速控制在0.50-0.70m/min。