降低中厚板非计划品的生产实践.doc

九江炼钢厂降低中厚板非计划品的生产实践段秋萍 尹飚 王宇平 彭陈摘 要：通过严格控制各类原材料水份和不断优化转炉冶炼、炉后吹氩、LF精炼工艺以及板坯连铸工艺、设备参数，钢水的洁净度和板坯质量得到有效地提高，优化后的钢水、，板坯的中心偏析和疏松均为B类0.51.0级，同时对钢板进行适当堆冷时效处理，中厚板的延伸合格率提高了4.42%，中厚板的非计划率由原来的2.0%左右下降到0.5%左右。关键词：优化；工艺；非计划；中厚板九江炼钢厂板坯连铸机自2009年9月份投产，浇铸断面为170、210、250mm13002100mm，钢种包括Q235B、Q345B、船体结构用钢、45碳板及锅炉压力容器钢如Q245R、Q345R等。2010年至2012年6月份板材非计划率一直徘徊在2.0%左右，影响了交货期和合同兑现率，增加了制造成本，特别是制约了公司开发附加值更高的品种钢。2012年6月份开始对炼钢生产工艺进行优化， 2012年7月份开始采用优化后的工艺进行生产。1 中厚板主要缺陷当前九钢板材非计划品主要分为延伸率不达标钢板、冷弯开裂板，以及少量的皮下气泡板，其中延伸率不达标和冷弯开裂钢板占了90%以上，经检验延伸率不达标和冷弯开裂主要因中厚板断口分层引起，根据检查结果，钢板中心存在硫化物夹杂，板厚中心处带状组织并有较长的连续的裂纹，裂纹边缘及附近有细条状夹杂，夹杂物主要是条形MnS。由此可见，钢坯的中心偏析、中心疏松和夹杂物的聚合是影响钢板质量、产生断口分层和延伸率不合格的主要因素。九江炼钢厂在检测配合下对板坯轧制后中厚板出现断口分层缺陷对典型试样（见图1）取样分析。在断口和距离拉伸断口1015mm处截取试样分析，发现该板的金相组织带状组织明显，板中心有微裂纹，同时有条状夹杂物，经能谱分析夹杂物为MnS（图37）。图1放大倍数：宏观位置： 宏观试样说明：91205749-Q345B35mm拉伸断口分层图片描述： 拉伸断口在中部及靠近中部位置有明显的分层现象，且可见明显的裂纹图2放大倍数：30位置： 裂纹试样说明：91205749-Q345B35mm拉伸断口分层图片描述 ：裂纹低倍形貌图3放大倍数：1200位置： 裂纹附近试样说明：91205749-Q345B35mm拉伸断口分层图片描述：裂纹附近的断口呈河流状，典型脆性解理形貌； 裂纹周围有大量的条状夹杂物。图4放大倍数：1000位置：裂纹附近试样说明： 91205749-Q345B35mm拉伸断口分层图片描述： 远离中部分层区域的断口形貌呈韧窝状形貌+1图5放大倍数：1000位置： 中心分层区域试样说明：91205749-Q345B35mm拉伸断口分层图片描述： 大量条状物质图6放大倍数：2000位置：中心分层区域试样说明：91205749-Q345B35mm拉伸断口分层图片描述 ：条状物质能谱分析为MnS+1Element Weight% AT% C 7.240 24.880 Si 0.869 1.277 S 10.438 13.438 Mn 16.484 12.385 Fe 64.969 48.020 图7能谱分析图谱位置： 图6条状区域试样说明：91205749-Q345B35mm拉伸断口分层图片描述：能谱分析图谱图8能谱分析结果位置：图6条状区域试样说明： 91205749-Q345B35mm拉伸断口分层图片描述： 主要元素为C，Si，S，Mn，Fe91205749-Q345B35mm拉伸断口试样，中心部位区域宏观可见明显的分层且开裂（图1）；扫描电镜显微观察可见：分层区域断口形貌呈典型河流状脆性解理形貌，裂纹附近存在大量的条状夹杂物MnS（图2，3）；远离分层区域的断口形貌呈现韧窝状韧性断口形貌（图4）；整个断口面存在大量如图5、6条状区域，能谱分析其为MnS(硫化锰)的聚集产生（图7，8）；将断口试样背面加工成金相试样，试样的非金属夹杂物等级i=C3.5,D1.0等级严重（图9）；4%硝酸酒精腐蚀后金相显微镜观察可见，中心部位存在明显的中心偏析带，偏析带中存在大量的条状夹杂物且发现粒状贝氏体与马氏体组织；将试样扫描电镜观察可清晰的观察到裂纹沿条状夹杂物萌生与扩展，条状夹杂物的能谱分析再次显示为MnS夹杂；对中心微裂纹区域进行能谱面分析，可见Mn，S在中心区域的偏析十分的明显（图17、18、19）从钢板低倍看中心偏析也较严重（图9）。图9 中心偏析2 改进措施2.1 钢水质量控制2.1.1 铁水预处理采用喷吹钝化颗粒镁+石灰粉深脱硫工艺，镁粉消耗0.64kg/t，石灰消耗1.54kg/t，终点控制目标0.015%，平均=0.010%。2.1.2 转炉炼钢为了满足中厚板对钢水洁净度的要求，转炉冶炼部分主要措施：1）严格按国标控制入炉废钢和脱氧合金化原材料的含水量；2）入炉铁水S0.030%经过IR脱硫后，铁水中硫质量分数控制在0.010%以下；3）采用有效CaO80%、活性度290的生石灰造渣，保证转炉出钢P0.020%；4）转炉底吹采用全程吹氩，以减少钢水中的氮含量；5）出钢时间控制在47min，减少出钢过程吸氮；严格控制转炉出钢下渣量，确保钢包下渣量50mm。6）、规范炉后吹氩制度，确保不上精炼炉次软吹氩时间10min，软吹气眼直径50mm，以达到脱氧、去气、除非金属夹杂目的。2.1.3 LF炉精炼1）精炼渣系选择。为了提高LF精炼渣的脱硫、脱氧效果，缩短精炼时间，分析了不同精炼渣系的熔点、黏度、硫分配比、硫容量等参数，并通过大量试验，确定精炼渣的成分如表1。表1 LF精炼炉终渣目标控制成分（%）成分RSiO2MgOAl2O3FeO+MnO其它含量3.04.051071015251.252）严格按国标控制入炉石灰、脱氧合金化及其它材料的水份。为了降低钢水中含H量，禁止使用存放时间超过16小时的石灰，加强对脱氧合金化等其它材料水份的检测，禁止水份超标的材料入炉。3）钢水的夹杂物形态处理。对生产30mm厚钢板Q345B、Q235B钢水每炉软吹前喂200400m硅钙线，对夹杂物进行球化处理以减少或消除长条形夹杂，改善钢板的分层及中心裂纹缺陷。2.2 板坯质量控制铸坯的中心偏析、中心疏松、内部裂纹和夹杂物是影响中厚板性能的主要因素。为了改善铸坯中心质量，减少上述因素对中厚板性能的影响，对连铸和过程参数进行了调整。2.2.1 保护渣水份保护渣水份超标，对保护渣的溶速、黏度及各项性能均有影响，板坯不仅易出现皮下气孔，而且影响中厚板的轧制性能甚至使钢板报废。因此，保护渣在使用前必须经过烘烤，确保了保护渣水份0.5%，降低了钢水增H的几率。2.2.2 保护浇注连铸过程的二次氧化占钢中非金属氧化物来源的40%左右，主要是敞开浇注和结晶器内钢水凝固氧化引起；钢中氮含量偏高是铸坯产生针孔的主要因素。因此，将原来大包保护管插入深度180200mm调整为250mm，浸入式水口深度由原来的110150mm调整为120140mm，减少了钢水外露的浇铸现状，降低了二次氧化和增氮幅度。2.2.3 中间包过热度和拉速中间包过热度是影响柱状晶生长的重要因素。过热度高，铸坯柱状晶发达，容易引起搭桥，而使铸坯中心富集溶质元素的液体沉积在液相穴，造成偏析级别高和缩孔、疏松等级高的问题。适宜的过热度，不但可使浇注顺利，同时可减少柱状晶长度，增加等轴晶区，改善铸坯中心疏松、中心偏析及有利于减轻带状组织，对改善铸坯中心质量有重要影响。其次钢水过热度与浇铸拉速匹配非常重要，拉速过快，铸坯在结晶器内停留时间短，液芯延长，这不但增加铸坯鼓肚的几率，而且推迟等轴晶的形核和长大，扩大了柱状晶区。如果拉速不稳定，二冷水的调节很难与之适应，铸坯内部质量不稳定或受很大影响。在生产过程中，通过板坯低过热度、恒拉速攻关，连铸中间包过热度由2030调整到1020。恒拉速合格率由原来的85%提高到96.5%。2.2.4 动态轻压下轻压下技术要与铸坯凝固过程相配合，尤其是要找准液芯位置，找到（中心固相率）在什么位置开始压下，压下速度与压下率都要与的多少相配合，才能取得好的效果。用数模可以计算，但是数模计算过程中，由于边界条件的差异，固相线、液相线的位置可能会有不同（与实际情况不一致），有时差别很大，所以要作精细的工作寻找到适宜的压下位置和压下率、压下速度等，才能取得好的效果。通过射钉试验，将压下位置调整到=0.230.9之间，压下速率在0.91.4mm/m，压下量在2.45.5mm之间。2.2.5 辊缝的管理辊缝收缩工艺对铸坯内部质量、中心组织的改善、减轻偏析，防止富集溶质元素如S、P的积聚、流入有重要影响。辊缝收缩要根据钢种、浇注钢水温度、拉速以及二冷制度综合考虑，主要掌握铸坯凝固坯壳厚度的变化以及液芯终点位置等因素，将辊缝收缩分配到每个导辊辊缝（每个扇形段的收缩值），如果各项工艺因素配合不好，可能效果不好或适得其反。炼钢厂严格按照定检制度，确保一个月接弧一次，一星期校验辊缝一次，特别是校验辊缝更是经过2次以上的反复校验，从而确保了铸机的精度。2.3 堆垛缓冷、时效处理为保障钢板性能的均匀性，对厚度40mm轧制后的钢板尽量采取48小时以上的堆垛缓冷时效处理，同时在钢板性能检验过程中，根据实际检验情况针对性的对钢板进行10天左右时效再处理。通过时效处理，能够使钢板的轧制应力、组织应力得到释放，钢板中气体H得到一定程度扩散和均匀化，钢板通板性能均匀，延伸率、冷弯合格率得到有效提高。3 实施效果3.1 钢水纯净度控制优化炉次的连铸中间包试样中各元素含量如表2。可以看出，优化后钢水、，各元素成分控制比较好，达到了预期效果。表2 优化前后钢水中各元素质量分数时间PSOHN优化前0.0270.0280.0320.0240.0170.0100.0100.0130.0110.00557.351.540.340.943.5-2.5-2.0-4656.368.241.438.5优化后0.0110.0170.0190.0230.0160.0050.0100.0080.0060.00530.232.425.827.828.21.51.30.70.8-3532.83330.5363.2 板坯质量控制将下线板坯堆冷48h后，对铸坯表面进行检查，未发现肉眼可见的裂纹、凹坑等表面缺陷。将铸坯两边各修磨宽200mm，深2mm，再次进行观察，未发现皮下气孔、裂纹、针孔等缺陷。在连铸工艺参数优化后下线的板坯上取样进行冷蚀，图10结果显示：中心偏析基本在B类0.51.0级，中心疏松都低于1.0级。图10 工艺优化后的板坯低倍3.3 中厚板延伸合格率和非计划率工艺优化前后，轧制中厚板的延伸合格率和非计划率如表3。可以看出：优化前延伸合格率平均为94.21%，最低为91.01%；非计划率平均为2.02%，最高为2.40%；优化后延伸合格率平均为98.63%，平均提高了4.42%，非计划率平均为0.61%，平均下降了1.41%。表3 工艺优化前后中厚板延伸合格率和非计划率比较时间延伸合格率/%非计划率/%优化前2012年1月2012年2月2012年3月2012年4月2012年5月2012年6月合计99.5410093.6294.5191.0194.7594.211.481.861.941.632.402.182.02优化后2012年7月2012年8月2012年9月2012年10月合计98.7498.6794.8699.9598.630.820.850.320.470.614 结论1）严格控制各类原材料的水份和不断优化转炉冶炼工艺、炉后吹氩及LF精炼工艺参数，可为中厚板生产提供高纯净度钢水，工艺优化