CN111411197A - 一种稀土处理细化超低碳IF钢铸轧全过程Al2O3夹杂物的方法 - Google Patents

一种稀土处理细化超低碳IF钢铸轧全过程Al2O3夹杂物的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种稀土处理细化超低碳IF钢铸轧全过程Al2O3夹杂物的方法，在RH精炼工序处理末期加入稀土Ce，使钢水中Ce含量达到15ppm，加入稀土合金后5min复压，复压后软吹8min以上，用于降低铸坯各厚度方向Al2O3夹杂物的平均尺寸。本发明通过在RH精炼工序处理末期加入稀土Ce，使钢水中Ce含量达到15ppm,Ce与钢中活度O结合具有更低的吉布斯自由能，降低铝、氧元素的浓度及过饱和度，减小了单颗粒Al2O3聚集形成大尺寸的团簇夹杂物的能力，降低了铝、氧元素的浓度及过饱和度，减小了单颗粒Al2O3聚集形成大尺寸的团簇夹杂物的能力。

Description

一种稀土处理细化超低碳IF钢铸轧全过程Al2O3夹杂物的方法
技术领域
本发明涉及炼钢技术领域，尤其涉及一种稀土处理细化超低碳IF钢铸轧全过程Al2O3夹杂物的方法。
背景技术
根据汽车外板的应用特点，要求IF钢具有较高的洁净度以保证钢板具备良好的表面质量及深冲性能。近年来广大研究院所及钢铁企业一直致力于通过优化传统冶炼工艺来提高铝脱氧IF钢洁净度的研究。对于BOF-RH-CCM生产铝脱氧IF钢的常规工艺，为了避免破坏渣钢平衡，造成高氧化性渣中氧回传到钢液，因此在RH精炼末期的铝脱氧后，不能采取像LF精炼一样通过钙处理及氩气搅拌的方式去除钢中Al2O3夹杂。学者一致认为，铝脱氧IF钢中大尺寸的、形貌为三角形、链状、树枝状的典型的Al2O3夹杂物会在后续轧制压延过程中暴露于带钢表面，形成条状、针孔状表面缺陷，同时该类型夹杂物的存在也会影响组织的连续性，造成产品冲压开裂等问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种稀土处理细化超低碳IF钢铸轧全过程Al2O3夹杂物的方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明一种稀土处理细化超低碳IF钢铸轧全过程Al2O3夹杂物的方法，在RH精炼工序处理末期加入稀土Ce，加入稀土合金后5min复压，复压后软吹8min以上，使钢水中Ce含量达到15ppm，用于降低铸坯各厚度方向Al2O3夹杂物的平均尺寸。
进一步的，RH真空处理时，极限真空度≤0.106Kpa，真空处理时间总共为30min；铝脱氧后，在RH真空处理过程中顺序加入Mn铁、Ti铁，Nb铁、硼铁进行合金化，合金化结束后循环3min时添加稀土铈铁合金，加入稀土合金后5min复压，复压后软吹8min以上，RH处理结束后镇静时间大于15min。
进一步的，所述稀土铈铁合金Ce含量为10％。
进一步的，连铸过程采用严格的防止二次氧化的保护浇铸措施，防止增氮增氧。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
本发明解决了RH精炼末期的铝脱氧后，不能采取像通过钙处理及氩气搅拌的方式去除钢中Al2O3夹杂的难题。
通过在RH精炼工序处理末期加入稀土Ce，使钢水中Ce含量达到15ppm,Ce与钢中活度O结合具有更低的吉布斯自由能，极易生成CeAlO3,Ce2O2S,Ce2O3,等稀土氧化物、稀土铝酸盐、稀土氧硫化物。降低了铝、氧元素的浓度及过饱和度，减小了单颗粒Al2O3聚集形成大尺寸的团簇夹杂物的能力。降低了铝、氧元素的浓度及过饱和度，减小了单颗粒Al2O3聚集形成大尺寸的团簇夹杂物的能力。铸坯各厚度方向Al2O3夹杂物平均尺寸由5～7μm降低为2～5μm，夹杂物形貌由长条状，尖角状，团簇状，变性为球形、纺锤型，表面圆润。同时Al2O3夹杂物面积密度降低。未加入稀土钢中Al2O3夹杂物尺寸多为大尺寸长条状，并在在轧制过程中压延碎化，暴露表面产生质量缺陷。
钢中加入稀土后，钢中夹杂物变性为小尺寸圆形的稀土类夹杂物，且分布弥散。
其弹性模量同钢基体接近，不会对带钢组织连续性造成影响，有利于产品各相关性能。从而减少由于该大型夹杂物导致的表面现状缺陷及冲压开裂问题，为IF钢洁净度控制提供的新思路。
附图说明
下面结合附图说明对本发明作进一步说明。
图1为铈铁合金在冶炼过程的具体加入时机说明图；
图2为1#和2#铸坯不同位置Al2O3夹杂物尺寸及数量统计结果；
图3为铸坯不同位置Al2O3数量密度及面积密度统计结果；
图4为未加稀土铸坯中典型的Al2O3夹杂物形貌；
图5为典型的稀土夹杂物形貌；
图6为1#铸坯电解后夹杂物形貌；
图7为2#铸坯电解后夹杂物形貌；
图8为热轧板、冷轧板、连退板Al2O3数量密度以及面积密度统计结果；
图9为轧制各工序Al2O3数量密度以及面积密度统计结果；
图10为轧制各工序1#和2#带钢中典型夹杂物二维形貌对比；
图11为轧制各工序1#和2#带钢中典型夹杂物三维形貌对比。
具体实施方式
在热连轧生产线进行同浇次相邻炉次含磷强化IF钢生产对比试验，生产工序流程及稀土加入时机如图1所示。RH真空处理时，极限真空度≤0.106Kpa，真空处理时间总共为30min。因稀土具有较强的氧化性，为避免合金化过程中被其他合金带入的氧氧化，同时为保证钢中有效的硼含量，铝脱氧后，在RH真空处理过程中合金的加入顺序为Mn铁，Ti铁，Nb铁，硼铁。合金化结束后循环3min时添加110kg稀土铈铁合金(Ce含量为10％)。RH处理结束后镇静时间大于15min，以确保夹杂物充分上浮。稀土Ce收得率为55％，试验钢最终成分如表1所示，稀土含量为15ppm。
连铸过程采用严格的防止二次氧化的保护浇铸措施，防止增氮增氧。选取的钢种及其中包成分如表一所示，铸轧过程各工序具体工艺如图2所示。在生产全过程中除添加稀土外，其他工艺完全相同，定义未加稀土全系列试样为1#，加稀土全系列试样为2#。
产出铸坯规格为230*1550mm，加稀土与不加稀土铸坯试样分别选择在每炉第2流第2块铸坯尾部切取。为对比统计铸轧全流程夹杂物的类型与尺寸，同时保证检测数据的代表性及分析的准确性，选择在铸坯宽度1/4处，铸坯厚度方向1/8、1/2及7/8等3处，分别选取10*10*10mm大小的铸坯样。热轧板、冷轧板、连退成品板取样位置与铸坯相对应，位于钢板宽度方向1/4处，试样尺寸分别为4.3*10*10mm、1.15*10*10mm、0.7*10*10mm。对所取的试样进行切割、镶样、磨抛处理，然后用ASPEX扫描电镜对夹杂物进行检测统计，本研究检测时避开金相试样边部，圈定视场区域面积≥50mm2。由于稀土夹杂物灰度与基体不一样，且容易复合粘结，因此稀土类夹杂物不在统计范围内。此外，由于在SEM下稀土夹杂物与其他夹杂物能更好辨别，之后用SEM-EDS分别对上述试样中发现的典型夹杂物进行形貌及成分的观测。
为更加全面地对比观测稀土对夹杂物形貌及演变，在铸坯宽度1/4处，厚度1/4处，取Ф5*20mm大小的圆柱试样，通过电解、酸侵、过滤、干燥等一系列夹杂物提取工艺，最终得到了不同类型的三维形貌的夹杂物，通过SEM-EDS对铸坯中典型的三维夹杂物形貌进行观察对比。
针对轧制各工序的试样分别用3％硝酸酒精对试样表面腐蚀1分钟，采取原貌分析对夹杂物进行原貌提取，用SEM-EDS对夹杂物三维形貌及成分进行观测。通过以上试验结果的对比，分析稀土添加对IF钢铸轧全过程夹杂物形貌及分布的影响。
表1试验钢化学成分(Wt％)
Figure BDA0002476064480000051
通过ASPEX扫描电镜对不同厚度铸坯试样中各类夹杂物数量、尺寸、比例等进行统计，铸坯试样中夹杂物类型主要有Al2O3、Al-O-Ti、Al-O-Ti-N、TiN、MnS等。铸坯不同位置Al2O3夹杂物统计结果的对比如图2所示，可以看出，1#铸坯厚度1/8、1/2，7/8位置的Al2O3夹杂物平均尺寸分别为5.5μm、7.6μm和7.1μm，明显大于2#铸坯同样位置的尺寸2.8μm、2.5μm、2.3μm。而稀土加入之后铸坯中各位置Al2O3夹杂物个数为29，12,16较不加稀土8,7,10,显著增加。
如图3为Al2O3数量密度以及面积密度分布图，由图可以看出，2#铸坯各位置夹杂物的总面积密度(2.1μm2/mm2，3.87μm2/mm2与1.39μm2/mm2)均低于1#铸坯(8.2μm2/mm2，8.38μm2/mm2与10.5μm2/mm2)。说明加入稀土后Al2O3成为小尺寸夹杂物，分布更加弥散，但总面积占比降低。
由图4可见，1#铸坯中典型的Al2O3夹杂物形貌多为链状、长条状，相互搭桥，整体尺寸可达20μm。
如图5所示为典型的稀土夹杂物形貌，其为典型Al-O-Ce型夹杂物面扫描结果，2#铸坯中典型的稀土夹杂物类型主要包括Ce的氧化物、Ce硫化物、Al-O-Ce类及复合夹杂物。稀土夹杂物形貌为球形，椭圆型，尺寸为3～6μm，弥散分布，未发现搭桥、聚集现象。从图中可以看出，当稀土加入钢中，部分Ce吸附周围的Al2O3，由内到外反应生成Al-O-Ce复合夹杂物。
图7为2#铸坯电解后夹杂物形貌，其为Al-O-Ce-S-Mn型稀土型夹杂物面扫结果，从图中可以看出，当稀土加入钢中，稀土Ce会首先对与Al2O3反应，由内到外反应生成Al-O-Ce复合夹杂物，说明Ce对Al2O3夹杂物起到了变性作用。
通过SEM-EDS对电解的铸坯试样中夹杂物进行对比观察。如图6为1#铸坯试样夹杂物整体三维形貌，夹杂物组成包括：大尺寸长条状的Al2O3、MnS，方形的Ti-C、Ti-N，以及其它复合夹杂物，最大尺寸可达20μm左右。其中典型的Al2O3夹杂物形貌多为长条状，尖角状，珊瑚状，团簇状，且尺寸较大。
夹杂物类型包括：小尺寸颗粒的Al-O-Ce类、S-O-Ce类及Al2O3等。夹杂物整体形貌为球形、纺锤型，表面圆润无尖角，长条状夹杂物比例较少。大多数夹杂物尺寸为4-10μm左右。
轧制各工序试样Al2O3夹杂物检测结果统计如图8所示，1#热轧板、冷轧板、连退板统计视场下Al2O3平均尺寸分别为7.33μm、4.98μm、7.34μm，2#试样各工序Al2O3平均尺寸分别为为3.38μm、2.07μm、3.13μm，可以看出加稀土后Al2O3在轧制全过程中尺寸整体都有所降低，而在数量上明显增加。
图9为热轧板、冷轧板、连退板Al2O3数量密度以及面积密度统计，从图中可以看出，1#试样中Al2O3平均面积密度为18.45μm2/mm2，2#试样平均Al2O3面积密度分别为76.11μm2/mm2，说明加入稀土后Al2O3成为小尺寸夹杂物，数量增多但总体面积占比降低，分布更加弥散,均化程度提高。其演变趋势与铸坯相同，有利成品钢板的表面质量及冲压性能。
如图10为轧制各工序二维形貌对比分析，由图可以看出，1#试样中热轧、冷轧、连退板典型Al2O3夹杂物形貌为团簇状带尖角，尺寸可达10μm左右，经过轧制变形及退火工艺，大尺寸的Al2O3夹杂物具有遗传性，形态压延变长，但没有碎化弥散。2#试样中Al2O3夹杂物各工序形貌为圆形无尖角，尺寸明显降低，且独立弥散分布。
如图11为轧制各工序三维形貌对比分析，1#试样轧制各工序Al2O3夹杂物呈尖角状，尺寸为10μm左右，并且在轧制压延后成为了链状分布。该类型大型Al2O3夹杂物容易暴露在带钢表面造成表面缺陷，同时也容易划伤基体，产生裂纹源，导致冲压开裂问题。2#试样夹杂物类型为Ce的铝酸盐和稀土氧硫化物，尺寸大多为2～5μm左右，且弥散分布。这类稀土夹杂的热膨胀系数和弹性模量同钢基体接近，因此周围不易产生大的应力集中。圆润形貌及较小尺寸的夹杂物在冲压变形过程中，具备弹性模量及抵抗裂纹的延展，可降低夹杂物对钢材组织连续性的影响。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种稀土处理细化超低碳IF钢铸轧全过程Al2O3夹杂物的方法，其特征在于：在RH精炼工序处理末期加入稀土Ce，加入稀土合金后5min复压，复压后软吹8min以上，使钢水中Ce含量达到15ppm，用于降低铸坯各厚度方向Al2O3夹杂物的平均尺寸。
2.根据权利要求1所述的稀土处理细化超低碳IF钢铸轧全过程Al2O3夹杂物的方法，其特征在于：RH真空处理时，极限真空度≤0.106Kpa，真空处理时间总共为30min；铝脱氧后，在RH真空处理过程中顺序加入Mn铁、Ti铁，Nb铁、硼铁进行合金化，合金化结束后循环3min时添加稀土铈铁合金，加入稀土合金后5min复压，复压后软吹8min以上，RH处理结束后镇静时间大于15min。
3.根据权利要求1所述的稀土处理细化超低碳IF钢铸轧全过程Al2O3夹杂物的方法，其特征在于：所述稀土铈铁合金Ce含量为10％。
4.根据权利要求1所述的稀土处理细化超低碳IF钢铸轧全过程Al2O3夹杂物的方法，其特征在于：连铸过程采用严格的防止二次氧化的保护浇铸措施，防止增氮增氧。
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