CN115232914B - 一种提升船板钢镁改质效果的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提升船板钢镁改质效果的方法，在LF精炼过程中调控精炼渣系成分至低熔点区，渣碱度为4～7，CaO/Al2O3在1.5～2.0之间，曼内斯曼指数MI为0.25～0.35，在LF精炼末期镁处理前控制Mg改质关键影响因素满足wS≤0.008％，wAl+wS≤0.055％，wCa≤4ppm，活度氧满足aO≤5ppm，并根据钢中Al含量添加的镁含量wMg满足0.0028wAl+8.8×10‑6至0.006wAl+4.1×10‑5之间，以分段式精准喂线方法将含镁包芯线喂入钢液中，将船板钢中Al2O3夹杂改质为细小弥散分布的MgO‑Al2O3夹杂，MgO‑Al2O3中MgO的质量百分比为22～100％，氧化物夹杂类型主要为MgO·Al2O3和MgO，改质后MgO‑Al2O3可被MnS或(Mn,Mg)S包裹，形成复合夹杂，使硫化物夹杂也得到细化。采用本发明方法可保证喂线过程平稳，水口内壁无明显结瘤现象，可顺利实现多炉连浇。产品表面质量良好，缺陷率低，性能优异。

Description

一种提升船板钢镁改质效果的方法
技术领域
本发明涉及船板钢生产技术领域，特别是涉及一种提升船板钢镁改质效果的方法，应用于钢铁冶金技术领域。
背景技术
船板钢，即船体结构用钢，主要用于制造远洋、沿海和内河航运船舶的船体、甲板。船舶航行环境恶劣，船体外壳不仅在服役过程中要承受海水的化学、电化学和海生物、微生物的腐蚀，承受较大的风浪冲击和交变负荷作用，而且在制造和组装船体的过程中，材料本身会产生较大的内应力。因此，要求船板用钢要求密质比小、强度高、韧性好、耐腐蚀、可焊接性能好等性能。而船板钢中的杂质元素和夹杂物是影响钢各方面性能的重要因素，所以在生产过程中，要提高钢水质量，包括纯净度、成分、气体含量等，并采用合理的夹杂物调控手段，以满足船舶钢的质量要求。
船板钢生产过程中通常采用Al脱氧，从而产生大量Al2O3夹杂物。Al2O3易聚集长大形成团簇类夹杂，或者在浇铸过程中容易粘附在水口内壁，造成水口结瘤现象，严重时导致水口堵死断浇，影响生产顺行，降低生产效率。在水口粘附聚集的团簇状Al2O3在钢水冲刷作用下还会进入结晶器，在连铸过程中被凝固坯壳捕获，成为铸坯中大尺寸夹杂。在产品质量检测时，经常出现因Al2O3夹杂超标导致探伤不合的问题。Al2O3夹杂熔点高，硬度大，变形能力差，与钢基体性质存在较大差异，在轧制过程不易随基体变形，从而在夹杂物周围形成空隙，成为裂纹源。钢中的Al2O3夹杂，尤其是大尺寸Al2O3夹杂是导致成品板材探伤合格率低、性能稳定性差、成材率低的重要因素，对钢的各方面性能产生危害，降低产品质量。
镁处理技术是目前调控Al2O3夹杂的有效措施之一，可将Al2O3夹杂改质为细小弥散分布的夹杂，消除大尺寸Al2O3的危害。细小弥散分布的夹杂可作为钢液凝固过程中的异质形核点，促进晶粒的细化，此外，细小的夹杂物可钉扎奥氏体晶界，抑制晶粒的长大，并可诱导晶内针状铁素体的形成，从而进一步细化组织。在进行大线能量焊接时，在焊接冷却过程中，经镁处理的钢在焊接热影响区组织得到细化，从而提高了焊接接头及热影响区的强度和韧性，从而提高焊接性能。然而，在进行Mg处理过程中，会存在反应剧烈，元素收得率低，产品质量不稳定等问题，此外Mg处理过程若添加量不合理或工艺控制不当，还存在水口结瘤风险，导致镁处理技术的应用受到限制。
专利文献公告号为CN106399633B的中国专利公开了“一种船板钢钢液镁处理工艺”，在LF工序合金微调后或在RH工序真空处理后加入Mg-Al-Fe合金包芯线，包芯线中成分质量百分比为Mg：5～15％，Al：40～65％，余量为Fe和不可避免的杂质，在一定的包芯线结构下，按照2.5～4.0m/s的喂线速率喂入距钢包中心1/3～1/2半径处，之后再进行一定的软吹，达到控制船板钢洁净度和钢中夹杂物成分、数量、粒度及其分布的目的，从而改善船板钢的力学性能及其稳定性。该技术为常规的喂线工艺，且喂线目标控制不够精准，没有考虑渣系对镁添加效果的影响，仍然存在反应剧烈、产品质量不稳定、易水口结瘤等风险或问题。
公开号为CN 109536840A的中国专利公开了“一种用微镁处理提升连铸高品质模具钢及其制备方法”，设计了含镁模具钢成分并提出了相应的生产工艺，在VD炉真空脱气处理后加入镁合金线，合金线成分Al：30％～50％，Mg:10％～25％，余量为Fe，线芯重量为180～220g/m。以一定的喂线速度和喂入量加入钢液中，以起到脱氧净化及改质夹杂物的作用，从而改善钢的纯净度和韧性。该技术为常规的喂线工艺，且喂线目标控制不够精准，没有考虑渣系对镁添加效果的影响，仍然存在反应剧烈、产品质量不稳定、易水口结瘤等风险或问题。
专利文献公告号为CN 110117694B的中国专利公开了“含镁易切削钢的镁添加工艺方法”，在精炼末期，除镁以外的其它成分调整完成后，进行含镁包芯线的添加，具体步骤为：
1)喂线前生产条件的控制，控制钢液的渣层、温度和氧活度；
2)含镁包芯线的喂入；
3)喂线结束后的处理。
该工艺为改善钢中硫化锰夹杂物形态，减小其轧制过程变形，从而进一步提高钢的切削性能，适用于易切削不锈钢的生产，钢中硫含量为0.15～0.35％。该技术注重镁添加工艺方法，细化了镁添加过程中的条件控制，但夹杂物控制目标的喂线量不够精准，易造成水口结瘤的元素相互关系控制不够明确，渣系对镁处理效果的重要性没有引起足够重视，产品质量稳定性无法得到保证。
公开号为CN 113278763A的中国专利公开了“一种对钢液进行镁或镁钙处理的产品及方法”，该发明利用钢液温度促使封装于密封外壳内的复合还原剂将镁氧化物还原并与稀释剂结合形成互溶合金熔体，从而稳定、稀释和分散金属镁，可有效抑制在对钢中夹杂物进行镁改质变性处理过程中镁的急剧蒸发，减少镁的气化和氧化损失，提高和稳定钢中镁元素的收得率，并保证镁处理后钢液的纯净度。该技术借助镁氧化物与复合还原剂的反应来生成镁源，并结合稳定稀释剂达到降低反应剧烈程度及减少镁的气化和氧化损失的目的，但引入的镁氧化物造成钢液增氧，对钢液洁净度不利，且喂线量控制不够精准，目标夹杂物不够明确，没有考虑渣系对镁添加效果的影响，仍存在产品质量不稳定、易水口结瘤等风险或问题。
公开号为CN 112195305A的中国专利公开了“一种细化含硫非调质钢晶粒度的方法”，该发明在VD或RH精炼工序对其他成分调整结束后，确保钢中活度氧为5～15ppm，喂入一定量的镁硅包芯线，使钢中镁含量达到0.001％～0.003％，利用Mg元素对MnS夹杂物改质，形成细小弥散分布的硫化锰与镁铝氧化物复合夹杂物，作为铁素体形核核心，诱导形成等轴铁素体，细化晶粒。该技术喂线量控制不够精准，目标夹杂物不够明确，没有考虑渣系对镁添加效果的影响，仍存在产品质量不稳定、易水口结瘤等风险或问题。
镁处理技术在提升钢液洁净度，改质钢中Al2O3和MnS夹杂，细化晶粒等方面具有显著作用，然而现有技术仅着重于Mg的有利作用，忽略了不利因素，导致产品质量不稳定，工业生产仍受到较大限制，其中两个主要问题是水口结瘤及镁的添加效果稳定性问题，现有技术中均未明确涉及这两方面，这成为急需解决的技术问题。
发明内容
为了解决现有技术问题，本发明提供一种提升船板钢镁改质效果的方法。在Mg处理前对钢中Al、S、Ca元素的控制以防止水口结瘤的发生，通过控制钢液氧活度以及提出Mg与Al含量的关系式以确定最佳Mg添加量，明确夹杂物控制类型及组元质量比例，保证良好的Mg处理效果。此外，结合精炼渣系优化，吸附去除过多的大尺寸夹杂，提高钢液洁净度，稳定Mg处理工艺和产品质量。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现：
一种提升船板钢镁改质效果的方法，在船板钢生产过程中调控有利于镁处理的低熔点、高Al2O3吸收率、低Mg消耗率的LF精炼渣系，在LF精炼末期镁处理前控制镁改质关键影响因素Al、S、Ca、O含量及过热度，并根据钢中Al含量确定适宜的Mg定量添加范围，以分段式精准喂线方法，将含镁包芯线喂入钢液中，通过镁处理将船板钢中Al2O3夹杂改质为细小弥散分布的MgO-Al2O3，改质后MgO-Al2O3大多被MnS或(Mn,Mg)S包裹，形成复合夹杂；MgO-Al2O3的尺寸主要为0.5～3μm，整体复合夹杂物尺寸主要为0.5～6μm；此外，全部夹杂物平均尺寸为2～4μm，尺寸小于2μm的夹杂占比40％以上，大于10μm夹杂比例在0.5％以下。
优选地，船板钢的生产工艺为：转炉→LF精炼→Mg处理→连铸；船板钢成品成分按质量百分比为：C:0.05～0.09％，Si:0.1～0.3％，Mn:1.2～1.5％，P≤0.015％，S≤0.01％，Nb:0.02～0.04％，Ti:0.01～0.02％，Al:0.02～0.05％，Mg:0.0005～0.005％，余量为铁及不可避免的杂质。
优选地，调控有利于镁处理的低熔点、高Al2O3吸收率、低Mg消耗率的LF精炼渣系的方法为：
在转炉出钢过程中，加入石灰及顶渣改质剂，在LF精炼过程中，加入造渣料，使精炼渣成分按质量百分比满足如下配比：
CaO:42～55％，SiO2:5～12％，MgO:6～10％，Al2O3:20～30％，MnO+FeO≤1％，CaF2≤6％；
且渣碱度为4～7，CaO/Al2O3在1.5～2.0之间，曼内斯曼指数MI为0.25～0.35。渣具有较低的熔点，较好的脱硫能力及良好的流动性，以利于夹杂物吸附去除且可避免由渣氧化性造成的钢液的二次氧化。
优选地，镁处理前控制镁改质关键影响因素Al、S、Ca、O含量及过热度满足如下要求：
在LF精炼末期，喂含镁包芯线前确保钢液Al、S、Ca元素质量百分比满足wS≤0.008％，wAl+wS≤0.055％，wCa≤4ppm，活度氧满足aO≤5ppm，过热度在40～65℃。
优选地，MgO-Al2O3为纯MgO·Al2O3相或固溶Al2O3或MgO的MgO·Al2O3，或为MgO·Al2O3与MgO的混合相；MgO-Al2O3中MgO的质量百分比为22～100％；纯MgO·Al2O3相为MgO与Al2O3化学计量比为1:1的镁铝尖晶石。
优选地，根据钢中Al含量确定适宜的Mg定量添加范围如下：
含镁包芯线喂入钢液所得镁含量wMg满足0.0028wAl+8.8×10-6至0.006wAl+4.1×10-5之间，钢中形成的夹杂物MgO-Al2O3中MgO的质量百分比为22～100％，氧化物夹杂类型主要为MgO·Al2O3和MgO。
进一步优选地，镁含量wMg范围为0.0028wAl+8.8×10-6至0.0029wAl+1.5×10-5之间，钢中形成的夹杂物MgO-Al2O3中MgO的质量百分比为22～35％，氧化物夹杂类型主要为MgO·Al2O3。
优选地，分段式精准喂线方法将含镁包芯线喂入钢液中的步骤如下：
喂线时，若包芯线喂入长度小于200m，则分2次喂入，按照黄金分割比例两次喂入量分别占总喂线长度的0.382和0.618；
若包芯线喂入长度大于400m，则可分3次喂入，三次喂入量分别占总喂线长度的1/4、1/3、5/12；
包芯线喂入量在200～400m，则分2次或3次喂入均可；喂入含镁包芯线时喂线速度为50～200m/min，每两次喂入时间间隔为10～20s，确保喂线过程平稳；喂线结束后软吹5～15min后，钢水进行连铸浇铸。
进一步优选地，喂线速度确定方法如下：根据钢包熔池深度h米，包芯线直径D毫米，包芯线铁皮厚度δ毫米，确定喂线速度为v＝(h-0.15)·δ-1·(1-δ/D)-1·D-0.5。
本发明原理：
在船板钢的精炼过程中，采用Al脱氧生成的Al2O3与钢液的润湿角较大，易聚集长大，形成大尺寸夹杂。此外，在连铸过程中，Al2O3易粘附在水口内壁发生结瘤现象，产生水口堵塞。结瘤物在钢水冲刷作用下进入结晶器，形成更大尺寸的夹杂物，被凝固坯壳捕获，成为钢中的缺陷。Al2O3夹杂熔点高，硬度大，对钢的质量和性能产生非常不利的影响，如何调控Al2O3夹杂是减小其危害的关键。
Mg对Al2O3夹杂改质过程通常是从夹杂物外表面向内部转变的过程，夹杂物尺寸越大，Mg元素向Al2O3内部扩散阻力越大，改质越不容易。为充分改质钢中Al2O3夹杂，应在Mg加入前，尽可能使钢中Al2O3夹杂物为中小尺寸夹杂，大尺寸夹杂得以去除。根据斯托克斯公式，大尺寸夹杂上浮速度更快，更容易上浮到渣钢界面。通过调控渣系，可以促进大尺寸夹杂的吸附去除。在LF精炼过程中，适当加入造渣料，使精炼渣成分按质量百分比满足：CaO:42～55％，SiO2:5～12％，MgO:6～10％，Al2O3:20～30％，MnO+FeO≤1％，CaF2≤6％。该成分范围可使渣具有较低的熔点及良好的流动性，液渣层均匀覆盖在钢液表面，一方面对于吸收Al2O3夹杂提供了良好的动力学条件，同时也在后续喂包芯线过程中，可减少Mg蒸气挥发路径，减少Mg的烧损，提高Mg的收得率。
渣中含6～10％的MgO，一方面使渣中MgO尽可能达到饱和，减少对炉衬镁碳砖的侵蚀，另一方面较高MgO的活度，减少喂线过程合金元素Mg在渣钢间的反应，减少钢中溶解Mg的损失，提高Mg的收得率。过高的MgO含量将使渣的熔点升高，而过低的MgO含量易侵蚀炉衬耐材，并且增加渣钢间Mg的反应损失。在保证渣流动性的前提下，渣碱度控制为4～7，可起到较好的脱硫作用，过高的渣碱度将使渣的熔点升高流动性变差，过低的渣碱度对脱硫不利。此外，控制渣中CaO/Al2O3在1.5～2.0之间，曼内斯曼指数MI为0.25～0.35，则可使渣具有适宜的粘度及较强的Al2O3吸附能力，可有效去除大尺寸Al2O3，提升洁净度，有利于后续Mg对Al2O3夹杂的充分改质。
当Al2O3改质成MgO-Al2O3后，若MgO-Al2O3中MgO含量为28.2％时，其为MgO与Al2O3化学计量比1:1的纯镁铝尖晶石MgO·Al2O3相。当MgO-Al2O3中MgO含量为22～35％时，镁铝尖晶石MgO·Al2O3可固溶一定量的MgO或Al2O3。当MgO-Al2O3中MgO含量低于22％时，将会有非固溶态的Al2O3产生。当MgO-Al2O3中MgO含量高于35％时，将会有MgO·Al2O3和MgO。
MgO·Al2O3或MgO的临界形核半径比Al2O3小，形核率高，在钢液中以更加细小弥散的状态分布。MgO·Al2O3或MgO与钢水的界面能要比Al2O3与钢水的界面能小，润湿角也小，颗粒之间的吸引力也比Al2O3小，不容易聚集长大，避免了团簇状夹杂物的形成，因此在最终的产品中也呈更加细小弥散分布，减少了由大颗粒夹杂引起的质量缺陷，而小尺寸夹杂通常对钢的性能无不利影响。此外，MgO·Al2O3或MgO也不容易在水口蓄积，减少了水口堵塞的风险，保证了连浇。在钢液凝固过程中，由于MgO·Al2O3与δ-Fe之间的错配度1.2％或MgO与δ-Fe之间的错配度3.8％均比Al2O3与δ-Fe之间的错配度16.1％的更小，MgO·Al2O3或MgO更容易诱导晶内针状铁素体的形成，从而细化晶粒，改善组织，改善低温冲击韧性、焊接性能等。当MgO-Al2O3中MgO含量低于22％时，由于有Al2O3的存在，Al2O3可能与MgO·Al2O3烧结，会使夹杂物尺寸增大以及在水口粘附烧结，对钢的性能和质量会产生不利影响。因此MgO-Al2O3中MgO含量应为22～100％。
在理想状态下，无其他元素干扰的情况下，Mg元素将Al2O3较好地改质为细小弥散分布的MgO-Al2O3，但实际生产过程中钢中不可避免地会存在一定量的Ca和S。Ca一部分以CaO的形式存在，与Al2O3结合形成高熔点CaO-Al2O3，或者与MgO和Al2O3结合形成复杂化学计量比的三元CaO-MgO-Al2O3夹杂，无论CaO-Al2O3还是三元夹杂CaO-MgO-Al2O3均失去了MgO·Al2O3或MgO表面张力、润湿角、临界形核半径等特性，使得CaO-Al2O3或CaO-MgO-Al2O3易相互聚集长大。另一方面，Ca与S结合形成的CaS易与MgO-Al2O3在水口内壁相互粘附烧结，造成水口结瘤。因此在LF精炼末期，Mg处理时，应严格限制钢中S和Ca含量，确保钢液S、Ca元素质量百分比满足wS≤0.008％，wCa≤4ppm。此外，S和Al含量同时过多时，也会更容易生成高熔点CaO-Al2O3、CaS、CaO-MgO-Al2O3等夹杂，因此S和Al总量需满足wAl+wS≤0.055％。Mg具有较强的化学活性，与氧具有很强的结合力。当钢中活度氧较高时，加入的Mg会产生剧烈反应，造成大量的Mg用于脱氧，无法起到夹杂物改质效果，因此钢液中活度氧需满足aO≤5ppm。
喂入含镁包芯线时，根据钢中Al含量确定适宜的Mg定量添加范围，喂线后钢液所得镁含量wMg满足0.0028wAl+8.8×10-6至0.006wAl+4.1×10-5之间，钢中形成的夹杂物MgO-Al2O3中MgO的质量百分比为22～100％，氧化物夹杂类型主要为MgO·Al2O3和MgO。优选的镁含量wMg范围为0.0028wAl+8.8×10-6至0.0029wAl+1.5×10-5之间，钢中形成的夹杂物MgO-Al2O3中MgO的质量百分比为22～35％，氧化物夹杂类型主要为MgO·Al2O3。若wMg含量低于0.0028wAl+8.8×10-6，将会有Al2O3夹杂生成，造成欠改质，若wMg含量高于0.006wAl+4.1×10-5，将只有MgO生成，此时Mg过量添加，Mg来不及溶解扩散易挥发，导致Mg的收得率显著降低，且添加量过多，不可避免地使喂线反应激烈程度增加。无论欠改质还是过改质，均对Mg处理效果不利。
在喂线过程中，若包芯线喂入长度小于200m，则可分2次喂入，按黄金分割比例将2次喂线长度控制为0.382和0.618，每两次喂入时间间隔为10～20s。在第一次喂入时，钢中活度氧较高，喂入的包芯线主要起到脱氧作用，因此少量喂入避免反应过于剧烈，同时保证一定的局部Mg浓度，既起到初步的改质作用，同时使其到下一次喂线前的间隔期间逐渐扩散到钢液其他部位。第二次喂入时，喂入量增大，在平稳地加Mg过程中，使夹杂物得到充分改质。若包芯线喂入长度大于400m，则可分3次喂入，3次喂入量分别占总喂线长度的1/4、1/3、5/12。每两次喂入时间间隔为10～20s，第一次喂入量较少，第三次喂入量较多。在第一次喂入时，钢中活度氧较高，喂入的包芯线主要起到脱氧作用，因此少量喂入避免反应过于剧烈，第二次喂入时，适当增加喂入量，在进一步脱氧的同时，逐渐起到夹杂物改质效果，同时保证一定的局部Mg浓度，使其到下一次喂线前的间隔期间逐渐扩散到钢液其他部位，第三次喂入量进一步增加，在平稳地加Mg过程中，使夹杂物得到充分改质。若包芯线喂入量在200～400m，则分2次或3次喂入均可。
为保证喂线过程平稳进行，并确保Mg的收得率，需合理设置喂线参数。通常喂含镁包芯线的速度为50～200m/min。若喂线速度太慢，则包芯线在熔池上部熔化，合金元素来不及溶解就挥发烧损，导致反应剧烈，收得率低。若喂线速度太快，则包芯线会划伤熔池底部耐火材料。更为精确的喂线速度与钢包熔池深度h(单位m)及包芯线铁皮熔化时间t(单位s)相关，通常最佳的包芯线端部熔化位置位于距钢包底部100～200mm处，此处取150mm。最佳的喂线速度v(单位m/s)如式1所示。包芯线铁皮熔化时间t与包芯线直径D(单位mm)，包芯线铁皮厚度δ(单位mm)相关，其相应的关系如式2所示。由此可确定优选的喂线速度如式3所示，确保喂线过程平稳进行。
v＝(h-0.15)/t                                    (1)
t＝δ·(1-δ/D)·D0.5                                 (2)
v＝(h-0.15)·δ-1·(1-δ/D)-1·D-0.5                        (3)
在随后的连铸过程及凝固后的冷却过程中，MnS会从钢中析出。由于MnS塑性较好，在轧制过程中，MnS易随基体变形，形成长条形夹杂，影响船板钢的冲击韧性，还会降低钢材的抗HIC性能。当钢中含有氧化物夹杂时，MnS会从钢中析出并以钢中的氧化物夹杂为异质形核点，形成复合夹杂。氧化物夹杂作为MnS的硬质核心，可有效抑制MnS夹杂在轧制过程中的变形，使其保持长宽比较小的纺锤形。当将钢中Al2O3调控为MgO-Al2O3后，会形成MgO-Al2O3与MnS的复合夹杂。由于MgO-Al2O3比Al2O3更加细小弥散分布，可以提供更多的MnS异质形核点，使得复合夹杂物比例提升，钢中整体夹杂物尺寸均减小，大尺寸比例显著降低。复合夹杂可使更多的MnS夹杂抗变形能力提升，使轧制后整体夹杂物长宽比减小。此外，Mg可固溶到MnS中，形成(Mn,Mg)S固溶体，使MnS硬度提升，轧制过程中也不易变形，同样可减少MnS夹杂对钢性能的危害，提升产品品质。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
1.采用本发明方法，可保证喂线过程平稳，不产生剧烈反应，Mg元素收得率高，连铸过程塞棒曲线平稳，水口内壁无明显结瘤现象，可顺利实现多炉连浇；
2.本发明方法可准确调控夹杂物生成类型，夹杂物大多以细小弥散分布MgO-Al2O3与MnS或(Mn,Mg)S的复合夹杂存在，MgO-Al2O3的尺寸大多为0.5～3μm，整体复合夹杂物尺寸大多为0.5～6μm；此外，全部夹杂物平均尺寸为2～4μm，尺寸在2μm以下的夹杂占比40％以上，大于10μm夹杂比例在0.5％以下；
3.由本发明技术生产的船板钢，产品表面质量良好，缺陷率低，性能优异；本发明方法制备的轧材按照国标GB/T 10561中B类评级粗系和细系均不高于1.0级；按ASTM E45方法A进行测定，夹杂物1.0级合格率达95％以上。
附图说明
图1为对比例一传统Ca处理工艺下船板钢中CaO-Al2O3夹杂物照片。
图2为对比例二Mg处理工艺下船板钢中CaO-Al2O3-MgO+CaS夹杂物照片。
图3为本发明实施例一Mg处理工艺下船板钢中MgO-Al2O3夹杂物照片。
具体实施方式
以下结合具体的实施例对上述方案做进一步说明，以下的实施例仅是示例性的用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为是对本发明技术方案的限定，其中对比例一为传统Ca处理工艺，对比例二为非本发明技术的Mg处理工艺，实施例一至四为本发明技术的Mg处理工艺，本发明的优选实施例详述如下：
船板钢的生产工艺为：转炉→LF精炼→Mg处理→连铸；船板钢成品成分按质量百分比为：C:0.05～0.09％、Si:0.1～0.3％、Mn:1.2～1.5％、P≤0.015％、S≤0.010％、Nb:0.02～0.04％、Ti:0.01～0.02％、Al:0.02～0.05％、Mg:0.0003～0.0020％，余量为铁及不可避免的杂质。
在转炉出钢过程中，加入石灰及顶渣改质剂，在LF精炼过程中，适当加入其他造渣料，LF出站时精炼渣成分如表1所示，各成分在本发明所述含量范围内，且渣碱度在4～7之间，CaO/Al2O3在1.5～2.0之间，曼内斯曼指数MI在0.25～0.35之间。渣具有较低的熔点，较好的脱硫能力及良好的流动性。
LF精炼末期，喂含镁包芯线前S、Al、Ca元素含量、活度氧值及过热度如表2所示，各成分及温度满足喂线条件。根据Al的含量，按照0.0028wAl+8.8×10-6至0.0029wAl+1.5×10-5范围喂入含镁包芯线，包芯线铁皮厚度0.3mm，包芯线直径为9mm，熔池深度约2.2m，包芯线喂线速度、喂入次数及喂入量如表3所示，每两次喂入时间间隔为15s，喂线过程平稳，喂线结束后软吹5～15min后，钢水上连铸浇铸，最终钢中Mg含量如表2所示。
表1.LF出站精炼渣成分及控制指标
Figure BDA0003644782070000091
表2.喂线前关键元素含量和过热度以及最终钢中镁含量
Figure BDA0003644782070000092
采用本发明上述实施例所述技术方案，喂线过程平稳，不产生剧烈反应，连铸过程塞棒曲线平稳，水口内壁无明显结瘤现象，顺利实现10炉连浇，Mg元素收得率较常规镁处理工艺得到显著提升，如表3所示。夹杂物大多以细小弥散分布MgO·Al2O3或MgO·Al2O3与MnS、(Mn,Mg)S的复合夹杂存在，MgO·Al2O3的尺寸大多为0.5～3μm，整体复合夹杂物尺寸大多为0.5～6μm。此外，全部夹杂物平均尺寸为2～4μm，大于10μm夹杂比例在0.5％以下。由本发明技术生产的船板钢，产品表面质量良好，缺陷率低，性能优异。轧材按照国标GB/T10561中B类评级粗系和细系均不高于1.0级，多数情况下可达0.5级。按ASTM E45方法A进行测定，夹杂物1.0级合格率达95％以上，具体检测结果如表4所示。
表3.关键生产工艺参数
Figure BDA0003644782070000101
表4.钢中夹杂物检测结果
Figure BDA0003644782070000102
上述实施例提升船板钢镁改质效果的方法，在LF精炼过程中调控精炼渣系成分至低熔点区，渣碱度为4～7，CaO/Al2O3在1.5～2.0之间，曼内斯曼指数MI为0.25～0.35，在LF精炼末期镁处理前控制Mg改质关键影响因素满足wS≤0.008％，wAl+wS≤0.055％，wCa≤4ppm，活度氧满足aO≤5ppm，并根据钢中Al含量添加的镁含量wMg满足0.0028wAl+8.8×10-6至0.006wAl+4.1×10-5之间，以分段式精准喂线方法将含镁包芯线喂入钢液中，将船板钢中Al2O3夹杂改质为细小弥散分布的MgO-Al2O3夹杂，MgO-Al2O3中MgO的质量百分比为22～100％，氧化物夹杂类型主要为MgO·Al2O3和MgO，改质后MgO-Al2O3可被MnS或(Mn,Mg)S包裹，形成复合夹杂，使硫化物夹杂也得到细化。采用本发明上述实施例方法，可保证喂线过程平稳，水口内壁无明显结瘤现象，可顺利实现多炉连浇。产品表面质量良好，缺陷率低，性能优异。
上面对本发明实施例结合附图进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种提升船板钢镁改质效果的方法，其特征在于：在船板钢生产过程中调控有利于镁处理的低熔点、高Al2O3吸收率、低Mg消耗率的LF精炼渣系，在LF精炼末期镁处理前控制镁改质关键影响因素Al、S、Ca、O含量及过热度，并根据钢中Al含量确定适宜的Mg定量添加范围，以分段式精准喂线方法，将含镁包芯线喂入钢液中，通过镁处理将船板钢中Al2O3夹杂改质为细小弥散分布的MgO-Al2O3，改质后MgO-Al2O3大多被MnS或(Mn,Mg)S包裹，形成复合夹杂；
MgO-Al2O3的尺寸主要为0.5～3μm，整体复合夹杂物尺寸主要为0.5～6μm；
此外，全部夹杂物平均尺寸为2～4μm，尺寸小于2μm的夹杂占比40％以上，大于10μm夹杂比例在0.5％以下；
船板钢成品成分按质量百分比为：C:0.05～0.09％，Si:0.1～0.3％，Mn:1.2～1.5％，P≤0.015％，S≤0.01％，Nb:0.02～0.04％，Ti:0.01～0.02％，Al:0.02～0.05％，Mg:0.0005～0.005％，余量为铁及不可避免的杂质；
镁处理前控制镁改质关键影响因素Al、S、Ca、O含量及过热度满足如下要求：
在LF精炼末期，喂含镁包芯线前确保钢液Al、S、Ca元素质量百分比满足wS≤0.008％，wAl+wS≤0.055％，wCa≤4ppm，活度氧满足aO≤5ppm，过热度在40～65℃。
2.根据权利要求1所述的提升船板钢镁改质效果的方法，其特征在于：船板钢的生产工艺为：转炉→LF精炼→Mg处理→连铸。
3.根据权利要求1所述的提升船板钢镁改质效果的方法，其特征在于：调控有利于镁处理的低熔点、高Al2O3吸收率、低Mg消耗率的LF精炼渣系的方法为：
在转炉出钢过程中，加入石灰及顶渣改质剂，在LF精炼过程中，加入造渣料，使精炼渣成分按质量百分比满足如下配比：
CaO:42～55％，SiO2:5～12％，MgO:6～10％，Al2O3:20～30％，MnO+FeO≤1％，CaF2≤6％；
且渣碱度为4～7，CaO/Al2O3在1.5～2.0之间，曼内斯曼指数MI为0.25～0.35。
4.根据权利要求1所述的提升船板钢镁改质效果的方法，其特征在于：MgO-Al2O3为纯MgO·Al2O3相，或固溶Al2O3或MgO的MgO·Al2O3，或为MgO·Al2O3与MgO的混合相；MgO-Al2O3中MgO的质量百分比为22～100％；纯MgO·Al2O3相为MgO与Al2O3化学计量比为1:1的镁铝尖晶石。
5.根据权利要求1所述的提升船板钢镁改质效果的方法，其特征在于：根据钢中Al含量确定适宜的Mg定量添加范围如下：
含镁包芯线喂入钢液所得镁含量wMg满足0.0028wAl+8.8×10-6至0.006wAl+4.1×10-5之间，钢中形成的夹杂物MgO-Al2O3中MgO的质量百分比为22～100％，氧化物夹杂类型主要为MgO·Al2O3和MgO。
6.根据权利要求5所述的提升船板钢镁改质效果的方法，其特征在于：镁含量wMg范围为0.0028wAl+8.8×10-6至0.0029wAl+1.5×10-5之间，钢中形成的夹杂物MgO-Al2O3中MgO的质量百分比为22～35％，氧化物夹杂类型主要为MgO·Al2O3。
7.根据权利要求1所述的提升船板钢镁改质效果的方法，其特征在于：分段式精准喂线方法将含镁包芯线喂入钢液中的步骤如下：
喂线时，若包芯线喂入长度小于200m，则分2次喂入，按照黄金分割比例两次喂入量分别占总喂线长度的0.382和0.618；
若包芯线喂入长度大于400m，则可分3次喂入，三次喂入量分别占总喂线长度的1/4、1/3、5/12；
包芯线喂入量在200～400m，则分2次或3次喂入均可；喂入含镁包芯线时喂线速度为50～200m/min，每两次喂入时间间隔为10～20s，确保喂线过程平稳；喂线结束后软吹5～15min后，钢水进行连铸浇铸。
8.根据权利要求7所述的提升船板钢镁改质效果的方法，其特征在于：喂线速度确定方法如下：根据钢包熔池深度h米，包芯线直径D毫米，包芯线铁皮厚度δ毫米，确定喂线速度为v＝(h-0.15)·δ-1·(1-δ/D)-1·D-0.5。
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