CN109402321B

CN109402321B - 一种超低碳钢中氧化物夹杂的控制方法

Info

Publication number: CN109402321B
Application number: CN201811146115.6A
Authority: CN
Inventors: 胡汉涛; 马志刚; 王俊凯; 薛菲; 林顺财
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2018-09-29
Filing date: 2018-09-29
Publication date: 2020-11-17
Anticipated expiration: 2038-09-29
Also published as: DE112019004848T5; CN109402321A; WO2020063948A1

Abstract

一种超低碳钢中氧化物夹杂的控制方法，包括如下步骤：1)冶炼，转炉冶炼，保证停吹时钢液[O]＝450～600ppm，[C]＝0.01‑0.05％；出钢保证钢包渣厚≤50mm，出钢前期加入石灰2.0‑5.0kg/t钢，末期Al质改质剂0.5～2kg/t钢，对钢包顶渣进行改质、脱氧，使钢包顶渣中[(wt％CaO)+(wt％MgO)]/(wt％Al₂O₃)＝1.4‑1.9，氧化性组分(wt％FeO)+(wt％MnO)≤8；2)真空脱碳处理，RH炉中真空脱碳处理；真空脱碳处理结束，加入Al对钢液进行脱氧、合金化，钢液纯循环时间大于6min；再加入稀土金属Ce，钢液纯循环2‑10min，真空处理结束。本发明控制方法降低残留在钢中夹杂物的危害，改善冷轧成品表面质量，提高冷轧成品钢质封锁率。

Description

一种超低碳钢中氧化物夹杂的控制方法

技术领域

本发明涉及炼钢工艺，特别涉及一种超低碳钢中氧化物夹杂的控制方法。

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。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基体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，成品氧可以控制至低于20ppm甚至更低，相应钢中夹杂物总量已达到极低水平，但冷轧成品仍然大量存在由钢中残留Al₂O₃夹杂所导致的钢质封锁。为此，控制最终生成夹杂物(Al₂O₃)的特性，从而降低其对成品的危害，成为了一个必然选择。与冶炼中其他环节相比，RH炉具备真空环境、反应和流动动力学条件好，是最理想的氧化物夹杂控制场所。

中国专利公开号CN1678761B公开的技术方案中强调Al脱氧后，向钢液中添加Ce、La、Pr、Nd中的一种或两种以上的稀土元素，钢中稀土氧化物/(稀土氧化物+氧化铝)＝0.5-15％，REM/T.O＝0.05-0.5，通过减少Al脱氧产物Al₂O₃的团簇化，进而减小钢中夹杂物尺寸，提高产品质量。该专利强调其工艺效果是由于微量稀土加入Al脱氧后的钢液，抑制钢液中Al₂O₃的团聚，减少大颗粒Al₂O₃夹杂生成所致。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超低碳钢中氧化物夹杂的控制方法，以期降低残留在钢中夹杂物的危害，改善冷轧成品表面质量，提高冷轧成品钢质封锁率。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种超低碳钢中氧化物夹杂的控制方法，其包括如下步骤：

1)冶炼，

转炉冶炼，采用顶底复吹，保持底吹操作，保证停吹时钢液[O]＝450～600ppm，[C]＝0.01-0.05％；同时出钢保证钢包渣厚≤50mm，出钢前期加入石灰2.0-5.0kg/t钢，末期Al质改质剂0.5～2kg/t钢，对钢包顶渣进行改质和脱氧，使钢包顶渣中[(wt％CaO)+(wt％MgO)]/(wt％Al₂O₃)＝1.4-1.9，氧化性组分(wt％FeO)+(wt％MnO)≤8；

2)真空脱碳处理

RH炉中进行真空脱碳处理，使得钢液中的碳位于成品要求值以下；真空脱碳处理结束，加入Al对钢液进行脱氧，合金化，钢液纯循环时间大于6min；再加入稀土金属Ce，钢液纯循环2-10min，真空处理结束。

优选的，所述超低碳钢类产品的成分重量百分比为：C≤0.005％，Si≤0.05％，Mn0.4-0.9％，Al 0.02-0.1％，Ti≤0.01％，P≤0.05％，S≤0.02％，N≤0.003％及余Fe。

优选的，所述稀土金属Ce加入量的上限为稀土加入质量与钢中总氧比，REM/T.O＝3.40，稀土加入量的下限确定为REM/T.O＝0.80。

优选的，所述稀土金属Ce组成质量百分比为：Ce>90％，La<5％，O<0.015％。

优选的是，步骤1)中出钢过程采用滑板挡渣操作，保证钢包渣厚≤50mm。

在本发明控制方法中：

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，都在随后脱氧过程中形成氧化物夹杂，对钢的品质有害。因此，本发明要求转炉保持良好的底吹操作(顶底复吹)，以保证停吹时钢液[O]＝450～600ppm([C]＝0.01-0.05)。同时出钢过程采用滑板挡渣操作，保证钢包渣厚≤50mm(未加渣料)，出钢前期加入石灰2.0-5.0kg/t钢，末期Al质改质剂0.5～2kg/t钢，对钢包顶渣进行改质和脱氧，使得真空处理前钢包顶渣中[(wt％CaO)+(wt％MgO)]/(wt％Al₂O₃)＝1.4-1.9，氧化性组分(wt％FeO)+(wt％MnO)≤8。

在RH炉中，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Al对钢液进行脱氧，合金化。钢液纯循环时间大于6min，以保证钢中脱氧产物Al₂O₃充分上浮至钢包顶渣。加入稀土金属Ce，钢液纯循环2-10min，真空处理结束。

Al₂O₃晶体具备多种晶型结构，其中α-Al₂O₃是Al₂O₃的高温结构晶型，结构最紧密，活性低，是其多种同质异型晶体中最稳定的晶型。钢中脱氧生成的Al₂O₃属于α晶型，为六方晶胞结构，硬度非常大，莫氏硬度9级。CeO₂为立方晶系，具备CaF₂型晶体结构，莫氏硬度为6。几个典型材料的硬度如表1所示。

表1

材料	莫氏硬度
		α-Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	9
熟铁	4
		铸铁	〉7
CeO<sub>2</sub>	6

可以看出，与超低碳钢相比较，Al₂O₃的硬度大得多，而CeO₂与之相近。

加入钢液中的稀土金属Ce，与未排除钢液的脱氧产物Al₂O₃发送如下反应：

3[Ce]+2(A₂O₃)＝3(CeO₂)+2[Al]

一部分Al₂O₃颗粒或团簇部分被还原，生成的稀土氧化物包裹Al₂O₃；一部分Al₂O₃颗粒(<3μm)完全被还原，随着Ce合金浓度的均匀化，钢液中[Ce]、[Al]、(Al₂O₃)和(CeO₂)再次化学平衡，小颗粒Al₂O₃被完全还原所生成的CeO₂发生如下反应：

3(CeO₂)+2[Al]＝3[Ce]+2(A₂O₃)

从而生成固溶体mAl₂O₃·nCeO₂。参见图1，其所示为典型的被CeO₂半包覆复合夹杂物。

与原始Al₂O₃相比，生成的复合夹杂物固溶体或为稀土氧化物包覆的Al₂O₃表面硬度下降，塑性增加。后续轧制时，含稀土的夹杂物固溶体有沿轧制方向延展的趋势，且划伤钢板基体的几率降低(对应原始夹杂中的单纯Al₂O₃)，从而减轻对钢板基体的损失程度，改善成品表面质量。

关于稀土加入量，存在一合理的区间。本发明稀土加入量的上限确定为稀土加入质量与钢中总氧比，REM/T.O＝3.40。稀土金属加入量过高，存在两种可能的不良后果：

1)稀土比重较大，生成的氧化物在随后钢液静置和浇铸过程中，不易上浮；

2)钢液中的稀土与耐材反应，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＝0.80。稀土加入量过低，Al₂O₃转化成的含稀土复合夹杂中稀土氧化物含量不够，氧化物类夹杂硬度仍然太高，进而影响稀土对氧化夹杂的改性效果，无法充分体现冷轧产品质量提高的冶金效果。

本发明与中国专利CN1678761B相比：

该对比专利微量稀土对产品质量改善的机理为：微量稀土加入Al脱氧后的钢液，抑制钢液中Al₂O₃的团聚，减少大颗粒Al₂O₃夹杂生成；其加入的稀土为Ce/La/Pr/Nd的一种或两种以上，加入量为：1、Re_xO_y/(Re_xO_y+Al₂O₃)＝0.5-15％；2、REM/T.O＝0.05-0.5。

本发明微量稀土对产品质量改善的机理为：稀土与Al₂O₃反应生成mCeO₂·nAl₂O₃固溶体，其硬度与钢基体的接近，远低于单纯Al₂O₃的硬度，从而在冷轧和后续冷加工时，大大降低了Al₂O₃夹杂对钢板基体的机械损伤。所述稀土有效组分Ce(>90％)，其含量越高越好；稀土加入量REM/T.O＝0.8-3.40。

本发明的有益效果：

本发明控制方法中，稀土金属Ce加入Al脱氧后的钢液中，对冷轧薄板钢质的改善效果，是由稀土与Al₂O₃反应生成mCeO₂·nAl₂O₃固溶体，其硬度与钢基体的接近，远低于单纯Al₂O₃的硬度，从而在冷轧和后续冷加工时，大大降低了Al₂O₃夹杂对钢板基体的机械损伤。

1)有效降低冷轧钢质缺陷封锁率，降低幅度>35％；

2)有效降低Al₂O₃致冷轧钢质缺陷封锁率，降低幅度>25％；

3)对最终成品质量改善显著。

附图说明

图1为被CeO₂半包覆的复合夹杂物照片。

具体实施方式

下面结合实施例对发明做进一步说明：

超低碳钢的生产工艺路径为：铁水脱硫、脱磷-转炉脱碳-出钢，钢包顶渣顶渣改质-RH脱碳、脱氧和成分微调-连铸-热轧-酸洗-冷轧。

实施例1

转炉吹炼结束，[C]＝280ppm，[O]＝550ppm；挡渣出钢，出钢初期加入石灰3.32kg/t钢，末期加入铝渣0.87kg/t钢；真空处理前钢包顶渣成分(wt％FeO)+(wt％MnO)≤7.40，[(wt％CaO)+(wt％MgO)]/(wt％Al₂O₃)＝1.72，渣厚118mm。真空脱碳结束，加入Al对钢液进行脱氧、合金化，调整钢液成份至规格范围，[C]＝20ppm，[Si]＝0.01，[Mn]＝0.65，[S]＝120ppm，[Al]＝0.045，[Ti]＝0.004，钢液循环6.8min；稀土加入后，钢液循环4.2min，精炼结束，连铸，随后热轧、酸洗和冷轧。采用Apex-Utral55扫描电镜，统计铸坯中夹杂物，REM/T.O＝1.75。

实施例1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封锁率为1.75％，其中Al₂O₃所致为0，相邻前后炉次冷轧钢质封锁率分别为3.51％和3.22％，Al₂O₃所致的分别1.21％和0.72％。

表2为实际生产中一些应用本发明方法实施例的情况对比。

表2

本发明针对超低碳钢冷轧产品开发的氧化物夹杂控制方法，有效改善了钢中脱氧夹杂的性能，进而降低了冷轧成品钢质缺陷的发生率，适用于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

1.一种超低碳钢中氧化物夹杂的控制方法，其特征是，包括如下步骤：

1)冶炼，

2)真空脱碳处理

RH炉中进行真空脱碳处理，使得钢液中的碳位于成品要求值以下；真空脱碳处理结束，加入Al对钢液进行脱氧，合金化，钢液纯循环时间大于6min；再加入稀土金属Ce，钢液纯循环2-10min，真空处理结束；其中，所述稀土金属Ce加入量的上限为稀土加入质量与钢中总氧比，REM/T.O＝3.40，稀土加入量的下限确定为REM/T.O＝0.80。

2.如权利要求1所述的超低碳钢中氧化物夹杂的控制方法，其特征是，所述超低碳钢类产品的成分重量百分比为：C≤0.005％，Si≤0.05％，Mn 0.4-0.9％，Al 0.02-0.1％，Ti≤0.01％，P≤0.05％，S≤0.02％，N≤0.003％及余Fe。

3.如权利要求1所述的超低碳钢中氧化物夹杂的控制方法，其特征是，所述稀土金属Ce组成质量百分比为：Ce>90％，La<5％，O<0.015％。

4.如权利要求1所述的超低碳钢中氧化物夹杂的控制方法，其特征是，步骤1)中出钢过程采用滑板挡渣操作，保证钢包渣厚≤50mm。