CN115029508B - 一种提升if钢镁改质效果的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提升IF钢镁改质效果的方法，在RH精炼过程中调控精炼渣系成分至低熔点区，渣碱度为5～8，CaO/Al₂O₃在1.5～2.0之间，曼内斯曼指数MI为0.25～0.35，在RH精炼末期镁处理前控制Mg改质关键影响因素，以分段式精准喂线方法将含镁包芯线喂入钢液中，将IF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被TiN包裹，形成复合夹杂，使TiN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IF钢镁改质效果的方法

技术领域

本发明涉及IF钢生产技术领域，特别是涉及一种提升IF钢镁改质效果的方法，应用于钢铁冶金技术领域。

背景技术

IF钢是一种极优异的深冲钢，具有低的屈服强度、高的延伸率、高的垂直塑性各项异性应变比(r)、高的应***化指数(n)和无时效性等特点，是当前冲压级别最高的钢板，广泛用于汽车制造、家电、日用品和建筑等行业。然而，钢中的夹杂物，尤其是大尺寸Al₂O₃夹杂是影响钢的深冲性能和表面质量的重要因素。

在IF钢的生产中，为保证IF钢的钢质纯净，C、N、O等元素含量低的特点，生产过程中需经RH真空脱碳处理。在RH真空处理过程中，为获得较低的C、O含量及适宜的温度，采用吹氧脱碳升温及加铝脱氧工艺，当脱氧结束后再加Ti、Nb进行合金化。RH精炼过程中由于铝氧反应形成大量的Al₂O₃夹杂，一部分在钢包和中间包内上浮，另一部分则在水口内壁聚集生长，形成结瘤物。在IF钢浇铸过程中，中间包上水口和浸入式水口时常发生结瘤现象，严重时导致整个钢水通道堵死。结瘤物在钢水冲刷作用下进入结晶器，形成大尺寸夹杂物。此外Al₂O₃自身也极易相互聚合形成团簇类夹杂，在浇铸过程中被凝固坯壳所捕捉。在后续的凝固降温过程中，TiN从钢液中析出，以Al₂O₃为异质形核点，形成Al₂O₃-TiN复合夹杂，使夹杂物尺寸进一步增大。钢中的Al₂O₃夹杂物，尤其是大尺寸Al₂O₃夹杂，对钢的塑性、韧性和疲劳性能等产生危害作用。有研究显示，由Al₂O₃夹杂引起的产品质量缺陷在冷轧板中可占29％，在镀锌板中可达62％。IF钢中的Al₂O₃夹杂严重恶化了IF钢的冲压性能、表面质量及涂镀质量，成为IF钢质量缺陷的重要成因。

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凝固过程中TiN以及钢基体的异质形核点，促进TiN以及晶粒的细化，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，从而提高了强度和韧性。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”，设计了一种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CN110117694B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”，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CN112195305A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。

因此，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，上述现有技术中均未明确涉及这两方面，这也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IF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IF钢镁改质效果的方法，在IF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RH精炼渣系；在RH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IF钢中Al₂O₃夹杂改质为细小弥散分布的MgO-Al₂O₃，使改质后MgO-Al₂O₃被TiN包裹，形成复合夹杂，以及单独MgO-Al₂O₃、TiN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；并使全部夹杂物平均尺寸为2～4μm，且尺寸小于2μm的夹杂占比40％以上，大于10μm夹杂比例在0.5％以下。

优选地，IF钢的生产工艺为：

转炉冶炼→RH真空精炼→Mg处理→板坯连铸→铸坯高温加热→粗轧→精轧→卷取→冷轧→退火→热镀锌；IF钢成品成分按质量百分比为：C≤0.004％，Si≤0.03％，Mn:0.09～0.18％，P≤0.015％，S≤0.009％，Al:0.025～0.050％，Ti:0.05～0.07％，N≤0.0035％，Mg:0.0005～0.0050％，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RH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RH精炼过程中，加入造渣料，使精炼渣成分按质量百分比满足：

CaO:38～48％，SiO₂:4～9％，MgO:5～8％，Al₂O₃:25～35％，FeO:5～8％，MnO≤3％，CaF₂≤6％；且渣碱度为5～8，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RH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w_S≤0.008％，w_Al+w_S≤0.055％，w_Ca≤4ppm，活度氧需满足a_O≤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；使MgO-Al₂O₃中MgO的质量百分比为22～100％；所述纯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Mg定量添加范围为：

含镁包芯线喂入钢液后所得镁含量w_Mg满足0.0031w_Al+5.3×10^-6至0.0066w_Al+2.6×10^-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w_Mg范围为0.0031w_Al+5.3×10^-6至0.003w_Al+1.2×10^-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是将含镁包芯线喂入钢液中，若包芯线喂入量小于200m，则分2次喂入含镁包芯线，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；若包芯线喂入量大于400m，则可分3次喂入含镁包芯线，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，喂线速度的确定方法如下：

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v＝(h-0.15)·δ^-1·(1-δ/D)^-1·D^-0.5。

本发明原理：

在IF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，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，可促进大尺寸夹杂的吸附去除。在RH精炼过程中，适当加入一定量造渣料，使精炼渣成分按质量百分比满足：CaO:38～48％，SiO₂:4～9％，MgO:5～8％，Al₂O₃:25～35％，FeO:5～8％，MnO≤3％，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5～8％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。渣中含5～8％的FeO时，可促进钢液脱碳，但过高的FeO含量易造成渣向钢液传氧，导致钢液的二次氧化。在保证渣流动性的前提下，渣碱度控制为5～8，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，提高钢的深冲性能。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元素可将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RH精炼末期，Mg处理时，应严格限制钢中Ca和S含量，确保钢液S、Ca元素质量百分比满足w_S≤0.008％，w_Ca≤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w_Al+w_S≤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a_O≤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w_Mg满足0.0031w_Al+5.3×10^-6至0.0066w_Al+2.6×10^-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w_Mg范围为0.0031w_Al+5.3×10^-6至0.003w_Al+1.2×10^-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w_Mg含量低于0.0031w_Al+5.3×10^-6，将会有Al₂O₃夹杂生成，造成欠改质，若w_Mg含量高于0.0066w_Al+2.6×10^-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的收得率将显著降低，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)·D^0.5   (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，TiN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。当将钢中Al₂O₃调控为MgO-Al₂O₃后，会形成MgO-Al₂O₃与TiN的复合夹杂，以及一定量单独MgO-Al₂O₃、TiN夹杂，另外还有少量Al₂O₃、TiO₂等夹杂。由于MgO-Al₂O₃比Al₂O₃更加细小弥散分布，可提供更多的TiN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。采用该技术，可显著减少IF钢中夹杂物的危害，提升产品品质。此外，细小的夹杂物可作为钢液凝固过程中的形核核心，促进晶粒的细化，且细小夹杂物可钉扎奥氏体晶界，抑制晶粒的长大，从而使组织更加细小均匀，使钢的各项力学性能得到提升。

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.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TiN的复合夹杂存在，以及单独MgO-Al₂O₃、TiN夹杂等；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，夹杂物面积占比低，洁净度高；

3.由本发明方法生产的IF钢，产品表面质量良好，缺陷率低，性能优异。

附图说明

图1为对比例一和实施例一至四控制的精炼渣系成分在含5％MgO的CaO-SiO₂-Al₂O₃渣系三元相图中的成分点。

图2对比例一常规Mg处理工艺下IF钢中典型夹杂物扫描电镜图。

图3为本发明实施例一工艺下IF钢中典型夹杂物扫描电镜图。

具体实施方式

以下结合具体的实施例子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：

IF钢整体生产工艺流程为：转炉冶炼→RH真空精炼→Mg处理→板坯连铸→铸坯高温加热→粗轧→精轧→卷取→冷轧→退火→热镀锌；IF钢成品成分按质量百分比为：C≤0.004％，Si≤0.03％，Mn:0.09～0.18％，P≤0.015％，S≤0.009％，Al:0.025～0.050％，Ti:0.05～0.07％，N≤0.0035％，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RH精炼过程中，适当加入其他造渣料，RH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5～8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。对比例一和实施例一至四精炼渣成分在含5％MgO的CaO-SiO₂-Al₂O₃三元相图中的位置如附图1所示。5个条件下的渣成分均在1500℃左右的低熔点液相线附近，相差不大，渣都具有较低的熔点，但对比例一曼内斯曼指数MI偏低，渣的流动性和吸附Al₂O₃夹杂能力欠佳，且渣中FeO含量较高，易造成钢液的二次氧化，对钢的洁净度不利。

表1RH出站精炼渣成分(％)

RH精炼末期，喂含镁包芯线前Al、S、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0.0031w_Al+5.3×10^-6至0.003w_Al+1.2×10^-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2喂线前关键元素含量和过热度以及最终钢中镁含量

表3关键生产工艺参数

采用本发明所述技术方案，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6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与TiN复合夹杂存在，以及一定量单独MgO-Al₂O₃、TiN夹杂等。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。对比例一常规镁处理工艺下钢中夹杂物的典型扫描电镜结果如附图2所示，本发明实施例一至四工艺下钢中典型夹杂物的扫描电镜结果如附图3所示。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，夹杂物面积占比低，洁净度高。由本发明技术生产的IF钢，产品表面质量良好，缺陷率低，性能优异。

表4钢中夹杂物检测结果

实施例一至实施例四各项成分和指标均符合本发明设定范围，具有较低的熔点，良好的流动性，较好的脱硫及吸附Al₂O₃夹杂的能力。

总之，本发明上述实施例公开了一种提升IF钢镁改质效果的方法，在RH精炼过程中调控精炼渣系成分至低熔点区，渣碱度为5～8，CaO/Al₂O₃在1.5～2.0之间，曼内斯曼指数MI为0.25～0.35，在RH精炼末期镁处理前控制Mg改质关键影响因素满足w_S≤0.008％，w_Al+w_S≤0.055％，w_Ca≤4ppm，活度氧满足a_O≤5ppm，并根据钢中Al含量添加的镁含量w_Mg满足0.0031w_Al+5.3×10^-6至0.0066w_Al+2.6×10^-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IF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被TiN包裹，形成复合夹杂，使TiN也得到细化。采用本发明上述实施例的方法，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 (7)

1.一种提升IF钢镁改质效果的方法，其特征在于：在IF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RH精炼渣系；

在RH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IF钢中Al₂O₃夹杂改质为细小弥散分布的MgO-Al₂O₃，使改质后MgO-Al₂O₃被TiN包裹，形成复合夹杂，以及单独MgO-Al₂O₃、TiN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；并使全部夹杂物平均尺寸为2～4μm，且尺寸小于2μm的夹杂占比40％以上，大于10μm夹杂比例在0.5％以下；

IF钢成品成分按质量百分比为：C≤0.004％，Si≤0.03％，Mn:0.09～0.18％，P≤0.015％，S≤0.009％，Al:0.025～0.050％，Ti:0.05～0.07％，N≤0.0035％，Mg:0.0005～0.0050％，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RH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w_S≤0.008％，w_Al+w_S≤0.055％，w_Ca≤4ppm，活度氧需满足a_O≤5ppm，过热度在40～65℃；

根据钢中Al含量确定Mg定量添加范围为：

含镁包芯线喂入钢液后所得镁含量w_Mg满足0.0031w_Al+5.3×10^-6至0.0066w_Al+2.6×10^-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。

2.根据权利要求1所述的提升IF钢镁改质效果的方法，其特征在于：IF钢的生产工艺为：转炉冶炼→RH真空精炼→Mg处理→板坯连铸→铸坯高温加热→粗轧→精轧→卷取→冷轧→退火→热镀锌。

3.根据权利要求1所述的提升IF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RH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RH精炼过程中，加入造渣料，使精炼渣成分按质量百分比满足：CaO:38～48％，SiO₂:4～9％，MgO:5～8％，Al₂O₃:25～35％，FeO:5～8％，MnO≤3％，CaF₂≤6％；且渣碱度为5～8，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IF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；使MgO-Al₂O₃中MgO的质量百分比为22～100％；所述纯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IF钢镁改质效果的方法，其特征在于：镁含量w_Mg范围为0.0031w_Al+5.3×10^-6至0.003w_Al+1.2×10^-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。

6.根据权利要求1所述的提升IF钢镁改质效果的方法，其特征在于：分段式精准喂线方法是将含镁包芯线喂入钢液中，若包芯线喂入量小于200m，则分2次喂入含镁包芯线，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；若包芯线喂入量大于400m，则可分3次喂入含镁包芯线，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。

7.根据权利要求6所述的提升IF钢镁改质效果的方法，其特征在于：喂线速度的确定方法如下：

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v＝(h-0.15)·δ^-1·(1-δ/D)^-1·D^-0.5。

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