CN112442631A - 一种含钛超低碳钢冷轧钢质缺陷的控制方法 - Google Patents

Abstract

一种含钛超低碳钢冷轧钢质缺陷的控制方法，该含钛超低碳钢的成分重量百分比为：C≤0.005％，Si≤0.05％，Mn 0.05‑0.3％，Al 0.05‑0.1％，Ti 0.008‑0.05％，P≤0.05％，S≤0.02％，N≤0.003％，T.O 0.0010‑40％，余Fe和不可避免杂质，Al含量≥Ti含量；RH真空脱碳结束后，先加入Ti，Ti加入量控制在成品值下限值；再添加Al，加入量控制在成品值中间值，钢液循环时间≥3min；按照成品规格添加其他合金元素和/或调整钢液成分，钢液循环时间≥2min；加入稀土金属Ce、La，加入量按照质量比REM/T.O＝0.6‑3.0，稀土REM质量单位kg，钢中总氧T.O，单位ppm；钢液循环时间≥2min，钢液中生成氧化物Ce₂O₃·Al₂O₃或La₂O₃·Al₂O₃。

Description

一种含钛超低碳钢冷轧钢质缺陷的控制方法

技术领域

本发明涉及炼钢工艺技术，特别涉及一种含钛超低碳钢冷轧钢质缺陷的控制方法。

背景技术

随着技术的进步，用户对钢质量的要求越来越高。对超低碳钢而言，已经出现对薄至0.05mm厚度冷轧成品板的需求。冷轧成品厚度越薄，冷轧轧制过程中越容易出现脱氧夹杂物(Al₂O₃)所引起的钢质缺陷，用户冲压使用过程中也极易发生脱氧夹杂物所导致的开裂问题。

超低碳钢冶炼时，转炉冶炼加入的氧(自由氧和化合态氧)是整个冶炼过程最主要的氧源，随后出钢过程中，含大量氧的钢液和钢渣进入钢包。钢液中的氧除用于真空循环精炼脱碳外，在随后Al脱氧过程中形成Al₂O₃夹杂，这些Al₂O₃常常粘附和富集在水口内壁，影响浇注过程的稳定；保留在钢中的Al₂O₃夹杂，在冷轧过程中极易造成损害钢基体，形成缺陷。特别地，对含Ti超低碳钢，钢液中Ti会加重浇注过程浸入式水口堵塞情况的发生。

对于上述问题，存在两种解决思路。从冶炼的角度来看，须将钢中的夹杂物总量降至极低水平且控制钢中中无大颗粒夹杂物存在。从夹杂物特性控制的角度，须将残留在钢中夹杂物的危害尽可能降低。现阶段，广泛采用LD-RH-CC工艺流程生产超低碳钢，钢中成品氧可以控制至低于20ppm甚至更低，对应钢中夹杂物总量已达到极低水平，但冷轧成品薄钢板中仍然大量存在由钢中残留Al₂O₃夹杂所导致的钢质封锁。即第1种思路并不能彻底解决冷轧钢质缺陷问题。

特别地，含钛超低碳钢生产时，除存在前述由大颗粒Al₂O₃所致的冷轧钢质缺陷外，连铸过程中极易发生浸入式水口堵塞，结晶器液面波动幅度大，且结晶器液面波动幅度随着钢中钛含量的升高，呈加剧趋势，降低了板坯的合格率，增加了后续冷轧钢质缺陷发生率。

为此，对含钛超低碳钢，需控制钢中氧化物夹杂的特性，且保证冶炼时浇注过程的稳定性，从而降低Al脱氧产物(Al₂O₃)对冷轧钢质的危害。

中国专利公开号CN1678761B，其强调向Al脱氧钢中加入稀土金属(REM)，加入量为质量比REM/T.O＝0.05-0.5(最终氧化物中稀土类氧化物占比0.5-15％)，从而减少钢中相邻Al₂O₃颗粒之间FeO或FeO·Al₂O₃的数量，抑制Al₂O₃颗粒的团聚，最终能够提高成品质量。该专利的理论基础：钢中相邻Al₂O₃颗粒之间存在FeO或FeO·Al₂O。但本发明人发现，两者在钢液中呈液态，致使钢中Al₂O₃夹杂团聚成大尺寸颗粒，这些大尺寸夹杂物颗粒是后续成品质量恶化的重要原因。

中国专利公开号CN1218839A，其强调钢液脱碳完成后，依次使用Ti脱氧，合金化，加入CaSi合金或CaSi-REM合金，控制最终氧化物夹杂组成为Ti₂O₃-CaO或REM氧化物-Al₂O₃的复合夹杂，含少量SiO₂或MnO，其中CaO+REM氧化物质量百分比位于区间[5，50]，从而获得改善表面锈蚀率的钢板。该专利的理论依据：钢中残留的氧化物系夹杂物在特定组成范围内不会造成水口堵塞，而且可以是夹杂物微细分散化(发明人提出)，从而制造表面性能良好的钢板。对比专利强调其发明的工艺效果是由于控制加入脱氧用的Ti含量(Ti/Al比值)，加入的Ca或REM量，使其满足最终夹杂物的组成为含Ti、Ca/REM和Al的氧化物。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含钛超低碳钢冷轧钢质缺陷的控制方法，以期降低残留在钢中夹杂物的危害的同时，保证冶炼时浇注过程的平稳性，改善冷轧成品表面质量，提高冷轧成品钢质封锁率，以用于冶炼表面和内部质量良好的冷轧钢板。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种含钛超低碳钢冷轧钢质缺陷的控制方法，该含钛超低碳钢的成分重量百分比为：C≤0.005％，Si≤0.05％，Mn 0.05-0.3％，Al 0.05-0.1％，Ti 0.008-0.05％，P≤0.05％，S≤0.02％，N≤0.003％，T.O 0.0010～40％，其余为Fe和不可避免杂质，且，Al含量≥Ti含量；RH真空脱碳结束后，先加入Ti，Ti的加入量控制在成品值下限值，再添加Al，Al的加入量控制在成品值的中间值，然后钢液循环，时间≥3min；按照成品规格添加其他合金元素和/或调整钢液成分，钢液循环，时间≥2min；向钢液中加入稀土金属Ce、La，加入量按照质量比REM/T.O＝0.6-3.0，稀土金属REM质量，单位kg，钢中总氧T.O，单位ppm；钢液循环，时间≥2min，最终钢液中生成氧化物Ce₂O₃·Al₂O₃或La₂O₃·Al₂O₃，达到浇注顺行。

优选的，所述稀土金属的质量百分比为：Ce 60-70％，La 30-40％。

本发明在RH炉真空脱氧结束，向钢液中加入稀土金属Ce、La，控制最终氧化物的组成为Ce₂O₃·Al₂O₃或La₂O₃·Al₂O₃，达到浇注顺行，改善氧化物类夹杂性能，降低含钛超低碳钢冷轧钢质缺陷的目的。

本发明人研究发现，脱氧后的精炼后期，加入稀土金属(特指CeLa合金)至钢液中，与未排除钢液的脱氧产物Al₂O₃发送如下反应：

2[Re]+(Al₂O₃)＝(Re₂O₃·nAl₂O₃)+2[Al] (1)

这里n的可能取值为：11、1和0。与之对应，随着稀土加入量的增加，生成的反应产物依次为：Re₂O₃·11Al₂O₃(又称βAl₂O₃)、Re₂O₃·Al₂O₃和Re₂O₃。其中的生成物CeO₂·Al₂O₃，在1600℃钢液温度下呈液相，固相时边缘光滑无明显锐角，硬度与钢基体的接近。而常规铝脱氧钢中生成的Al₂O₃晶体属于α晶型，为六方晶胞结构，钢液温度下呈固相，边缘锐利，莫氏硬度为9级，远大于其他常见材料。在冷轧和后续冷加工时，与原始单一组分的Al₂O₃夹杂相比，本发明的钢中夹杂物Re₂O₃·Al₂O₃对钢板基体机械损伤的几率大大降低，从而减轻对钢板基体的损伤程度，改善成品表面和内部质量。本发明工艺生产的冷轧成品中典型夹杂物(主要组分确认为Re₂O₃·Al₂O₃)示于图2，同时图1给出了常规工艺生产的冷轧成品中单一脱氧产物Al₂O₃。与单一Al₂O₃相比，本发明控制生成的复合夹杂物，边缘相对光滑无明显棱角，经轧制本发明的夹杂物有沿轧制方向延展的趋势，塑性较好。

本发明认为，含钛超低碳钢造成水口易结瘤、难以浇注的原因在于：一方面钢液中的Ti提高了Al₂O₃表层与钢液之间界面的润湿性，从而降低Al₂O₃夹杂物的大小，而氧化铝夹杂物颗粒越小，越容易结瘤；另一方面更好的润湿性使得结瘤物与耐材间传热效果更佳，从而造成冷钢在结瘤位置的形成，促使结瘤程度加重。

本发明进行的试验结果表明：

当向含Ti的铝脱氧钢中加入稀土金属后，这种水口结瘤情况呈现加剧趋势，结晶器液面波动率加大，严重影响了连铸过程的顺行，降低了合格板坯的比例，恶化了成品质量。经多次试验发现，调整Ti的加入时间，可以有效抑制钢液中Ti对钢液中Al₂O₃表面润湿性的影响，进而改善夹杂物的水口结瘤，保证结晶器液面平稳和连铸过程的顺行。图3为本发明冶炼含钛超低碳钢统计所得的结晶器液面波动率情况。常规工艺生产含钛超低碳钢的结晶器液面波动合格率、常规脱氧工艺(先Al后Ti脱氧工艺)结合稀土处理的结晶器液面波动率，一并示于图中。采用本发明技术后，结晶器液面波动与常规工艺处于同一水平。

由于原理不同，导致本发明的具体技术方案和稀土金属加入量的控制方法与对比专利有显著差异。

本发明适用的钢种为超低碳钢类产品，钢液组分中Al含量≥Ti含量，以保证稀土加入前钢液的终脱氧受钢液中Al所控制。

本发明要求，进行真空脱碳处理，使得钢液中的碳位于成品要求值以下，真空处理脱碳结束，加入一定量的Ti对钢液进行脱氧，紧随其后，加入一定量的Al进行终脱氧，钢液循环一定时间；调整、添加其他合金元素，钢液循环一定时间；最后加入稀土金属Ce/La，钢液继续循环一定时间，钢液真空处理结束。

加入稀土金属后，钢液循环时间为≥2min，使得钢中残留的夹杂物数量尽可能少。

本发明稀土加入量的上限确定为稀土加入质量(kg)与钢中总氧(ppm)比REM/T.O＝3.0。当稀土加入量超过一定值后，钢液中的Al₂O₃可被全部还原，钢液中的氧全部以Re₂O₃形式存在，存在2种可能的不良后果：1)生成的单一稀土氧化物Re₂O₃，比重大，不易上浮；2)钢中游离态Re含量急剧上升，与耐材反应，污染钢液，严重情况下会导致塞棒或水口熔损，致使浇铸异常或中断。

稀土加入量的下限确定为REM/T.O＝0.60。稀土加入量过低，钢中存在不稳定的Re₂O₃·11Al₂O₃(βAl₂O₃)，甚至单一的Al₂O₃。随着温度的降低，中低温不稳定的βAl₂O₃分解，发生共析反应：

Re₂O₃·11Al₂O₃(S)→Al₂O₃(S4)+Re₂O₃·Al₂O₃(S) (2)

生成两个稳定固相Al₂O₃(S4)和La₂O₃·Al₂O₃。这些残存于钢中的单一Al₂O₃，降低了稀土对Al₂O₃夹杂的改性效果，无法充分体现冷轧产品质量提高的冶金效果。

钢液中加Al后，钢液纯循环时间要求≥3min，以保证钢中脱氧产物Al₂O₃充分上浮至钢包顶渣，使得大部分生成的夹杂物上浮至钢包顶渣。

关于Ti的添加，首次加入量以脱碳终钢液中成品Ti值的下限值作为加入标准，如设计某成分的含钛超低碳成品钢，其成分中Ti 0.02-0.03％，则该成分钢真空处理脱碳后Ti的首次加入量为Ti 0.02-0.03％中的下限值0.02％。

关于Al的添加，首次加入量以成品Al值的中值作为加入标准，如设计某个成分的含钛超低碳钢，其成分中Al 0.06-0.09％，则该成分钢真空处理脱碳后Al的首次加入量为Al 0.06-0.09％中的中间值0.075％。

本发明的有益效果：

与常规工艺相比，本发明提出的含钛超低碳钢冷轧钢质缺陷的控制方法具有以下工艺效果：

1)钢中的氧化物夹杂组成由单纯的Al₂O₃转变为Re₂O₃·Al₂O₃；

2)冷轧钢质缺陷封锁率，降低幅度>45％；

3)Al₂O₃所引起的冷轧钢质缺陷封锁率，降低幅度>90％；

4)结晶器液面波动±5mm和±3mm符合率分别>85％和>25％，与常规工艺相当。

本发明上述工艺控制，对最终成品质量改善显著。

附图说明

图1为常规工艺下冷轧成品钢中典型夹杂物。

图2为本发明冷轧成品钢中典型夹杂物。

图3为结晶器液面波动符合率示意图。

具体实施方式

本发明所发明的含钛超低碳钢氧化物夹杂控制方法，能够保证炼钢生产的稳定顺行，改变钢中氧化物夹杂的物性，从而降低最终成品的冷轧钢质缺陷封锁率，显著地改善超低碳钢产品质量。

针对含钛超低碳钢的生产，本发明所采用的工艺路径为：铁水脱硫、脱磷-转炉脱碳-出钢，钢包顶渣改质-真空脱碳、Ti脱氧、加Al和成分微调-加入稀土金属-连铸-热轧-酸洗-冷轧。

采用本发明冶炼的典型炉次如下：

转炉吹炼结束，[％C]＝280ppm，[％O]＝550ppm；挡渣出钢，出钢初期加入石灰3.5kg/t钢，末期加入铝渣0.90kg/t钢；真空处理前钢包顶渣成分(％FeO)+(％MnO)≤6.50，[(％CaO)+(％MgO)]/(％Al₂O₃)＝1.70，渣厚110mm；真空脱碳结束，加入Ti对钢液进行脱氧、随后加入Al，钢液循环9min；合金化，调整钢液成份至规格范围，[％C]＝12ppm，[％Si]＝0.0065，[％Mn]＝0.12，[％Al]＝0.025，[％Ti]＝0.025，循环一定时间；稀土加入后，钢液循环5min，精炼结束；连铸，随后热轧、酸洗和冷轧；REM/T.O＝1.35；

工艺效果：对于最终工艺效果的判断，以同中间包且相邻的常规炉次作为比较对象，本发明实施例冷轧钢质缺陷的封锁率为1.55％，其中Al₂O₃所致的钢质缺陷为0，相邻前后炉次冷轧钢质缺陷封锁率分别为3.25％和2.95％，Al₂O₃所致的分别1.55％和0.75％。

表1为实际生产中一些应用本发明方法案例的情况对比。

本发明针对含钛超低碳钢冷轧产品，开发的冷轧钢质缺陷控制方法，有效地改善了钢中脱氧夹杂物的性能，同时能够稳定钢液的浇注顺行，进而降低了冷轧成品钢质缺陷的发生率，适用于含钛超低碳钢冷轧产品质量改善，在炼钢厂具有推广应用价值。

Claims (2)

1.一种含钛超低碳钢冷轧钢质缺陷的控制方法，其特征是，所述含钛超低碳钢的成分重量百分比为：C≤0.005％，Si≤0.05％，Mn 0.05-0.3％，Al 0.05-0.1％，Ti 0.008-0.05％，P≤0.05％，S≤0.02％，N≤0.003％，T.O 0.0010～40％，其余为Fe和不可避免杂质，且，Al含量≥Ti含量；

RH真空脱碳结束后，先加入Ti，Ti的加入量控制在成品值下限值；再添加Al，Al的加入量控制在成品值的中间值；然后钢液循环，时间≥3min；

按照成品规格添加其他合金元素和/或调整钢液成分，钢液循环，时间≥2min；

向钢液中加入稀土金属Ce、La，加入量按照质量比REM/T.O＝0.6-3.0，稀土金属REM质量，单位kg，钢中总氧T.O，单位ppm；钢液循环，时间≥2min，最终钢液中生成氧化物Ce₂O₃·Al₂O₃或La₂O₃·Al₂O₃，达到浇注顺行。

2.如权利要求1所述的含钛超低碳钢冷轧钢质缺陷的控制方法，其特征是，所述稀土金属的成分质量百分比为：Ce 60-70％，La 30-40％。

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