Stw22低硅低碳钢的开发

本文投稿的简况：1.李良（1975~）男汉族大学1999毕业于鞍山钢铁学院钢铁冶金专业工程师现在四川川威集团技术中心从事新产品开发工作2.联系电话：[phone]（威远）3.(E-mail:[e-mail])本人手机：138905355104.图片及其他问题贵单位可做相应处理5.本文如贵单位不拟采用，请及时通知，便于其他处理6.感谢你的评审和指导低硅低碳铝镇静钢Stw22热轧带钢的开发李良川威集团技术中心四川内江642469摘要：介绍了川威集团研发Stw22热轧带钢生产工艺过程控制情况。脱氧合金化采用二步处理，强调吹氩控制和钢水用钙对夹杂变性处理，有效地解决了连铸浇注水口结瘤问题，保证连铸生产顺行。在φ950轧制时，采用提高粗轧压下量，精轧压下量10％～20％，控制层流冷却速度和卷取温度，有效提高了钢带表面质量和组织性能要求。关键词：低硅低碳；钙处理；二步法脱氧；保护浇注Lowsiliconlow-carbonaluminumcalmsteelStw22hotstripdevelopmentLILiangSichuanchuanweigrouptechnologycenterneijiangSichuan642469Abstact：IntroducedtheSichuanchuanweigroupresearchesanddevelopstheStw22hotstripproductionprocesscontrolsituation.Thedeaerationalloyusestwostepsprocessing,emphasizedblowstheargoncontrolandthemoltensteeltomixeswithdenaturedprocessingwiththecalcium,haseffectivelysolvedthecontinuouscastingcastingdrainageopeningbunchingproblem,theguaranteecontinuouscastingproductionalongtheline.Whenφ950rolling,usesenhancestheroughrollingdepressthequantity,thefinishrollingdepressquantity10%~20%,thecontrollaminarcoolingrateandthevolumetakesthetemperature,improvedthesteelbeltsurfacequalityandtheorganizationperformancerequirementeffectively.Keywords：lowsiliconlow-carbon；Calciumprocessing；Twostepdeaerations；Protectioncasting引言STW22属于低硅低碳钢深冲钢，该钢具有良好的抗拉性、延展性，冷轧再加工性能，有较好市场需求前景。但该钢碳、硅成份控制较低，终点钢水氧性强，采用铝镇静强制脱氧，连铸中包水口极易结瘤，造成浇注困难。川威集团为不断提高产品市场份额和提高核心竞争力，公司于2005年5月专门进行了课题攻关，经过多次方案调整优化了炼钢及热轧工艺，并先后生产6个批次，热轧带钢各项力学性能、组织情况完全符合国家相关标准要求，取得良好效果。1.Stw22炼钢生产工艺设备情况1.1工艺路线：铁水预处理→转炉→连铸→热轧1.2设备情况1）.三座70t顶底复吹转炉，四孔拉瓦尔氧枪。2）.氩站平台采用钢包底吹氩，并设有顶吹氩装置，三台多功能喂线机。3）.板坯连铸断面150mm×(400～850mm)，立弯式连铸机，大包长水口、中包浸入式全程保护浇注。2.STW22钢的化学成份和性能要求2.1化学成份控制（见表1）表1Stw22钢化学成份控制％CMnSiPS≤0.070.15～0.30≤0.05≤0.025≤0.0202.2力学性能要求屈服强度（σs）要求：≤370Mpa抗拉强度（σb）要求：≤470Mpa延伸率（δ5）：δ5≥26%冷弯：弯面无裂纹3.Stw22钢的试生产工艺情况3.1原辅材料情况铁水从混铁炉出来后，经KR搅拌脱硫处理后进转炉，其指标如表2表2铁水指标情况项目C％Si％Mn％P％S％渣量％温度℃范围3.8～4.20.4～0.70.25～0.45≤0.150≤0.008≤0.51250～1320石灰采用活性石灰，经本厂竖窑烧制而成，指标如表3表3活性石灰指标情况项目CaO％SiO2％活性度ml生烧率％块度mm范围≥85≤2.0≥290≤520～703.2转炉工序控制3.2.1冶炼工艺要求及终点控制采用一拉一补方式出钢，一倒温度控制1610～1640℃，一倒碳0.15～0.30％，一倒后加入一定量活性石灰，同时加大底部供氩强度以加强熔池搅拌来降低金属及炉渣氧化度。终点及出钢控制以高拉补吹工艺配合氩气后搅，使钢水中氧的浓度及碳含量进一步降低，从而使出钢终点碳含量在0.05％以下情况下，钢水中的氧的浓度仅在500～900PPM范围，为稳定脱氧、控制酸溶铝打下基础，终点控制如表4。表4转炉终点钢水控制要求项目C％P％S％温度℃要求≤0.05≤0.015≤0.0121650～16703.2.2脱氧合金化按C—O平衡浓度积的计算，当钢水终点碳在0.05％以下，钢水[O]急剧升高。该钢由于终点碳控制≤0.05％，成品硅控制≤0.05％，因此，其终点钢水氧化性极强是该钢特点，如何能有效脱氧，控制钢中[O]在较低的水平，同时如何有效去处钢液中夹杂物含量，保证连铸浇注顺行以及带钢成品内部的夹杂物水平显得十分关键。在转炉出钢预脱氧用铝块8～10kg/炉；在出钢前加入调渣剂2Kg/t；然后在出钢过程中加入2Kg/t；出钢1/3时开始加入中碳锰铁，出钢2/3时加入铝锰铁、硅铝钡钙；钢包下渣量≤70mm，出钢后用铝粒5kg/炉顶渣处理，如下渣量偏大，加大顶渣处理铝粒量。3.2.3氩站处理因Stw22未走炉外精炼（LF）工艺路线，因此氩站吹氩、酸溶铝（Als）、钙处理变性等处理对于保证连铸浇注顺行、去除钢液中Al2O3等夹杂、提高钢水纯净度至关重要。1）氩站对吹氩控制机理吹氩是成为均匀成份和温度，去除夹杂的一个重要手段。低硅低碳钢的吹氩处理，要求是相当严格的，处理必须适当，避免钢水过多的裸露在空气中，并尽量减少钢液与钢包表面熔渣接触；其次必须控制吹氩时间，图1表明了吹氩时间与钢水收得率的关系，当吹氩时间大于6分钟，铝的收得率就低于20％，为保证钢中酸溶铝，就必须补加铝，这样又影响了钢水的纯净度，连铸难以顺利进行。图1铝收得率与吹氩时间关系2）钢中酸溶铝（Als）的保证：由于Stw22采用强脱氧元素铝，保证了从出钢、浇注、凝固全过程的氧含量稳定控制在5PPm以下，使钢中Als控制在稳定的水平，在热轧能起到了细化晶粒、改善韧性作用。加入的铝部分形成Al2O3或Al2O3复合夹杂物，部分固溶钢中，随着加热或轧制后随冷却条件的不同在晶界析出AlN，部分继续固溶于铁素体中。所以稳定控制酸溶铝至关重要，但酸溶铝也不能控制过高，钢中过高的Als在连铸浇注时易造成水口结瘤，而且钢中铝的收得率较低，钢中的Al2O3夹杂物含量急剧增加，这在我们开发初期表现较为突出。钢中酸溶铝对夹杂物总量的影响铝收得率％吹氩时间min3020100369在现代洁净钢研究中一般把钢中的全氧T[O]作为钢水洁净与否的一个重要指标，全氧与夹杂物总量存在线性关系，如图2所示。图2T[O]与夹杂物总量的关系要降低钢中的夹杂物总量，最主要的是降低T[O]，可以通过调整钢中的Als来控制钢中夹杂物总量。钢中[Al]与T[O]的关系是复杂的，常压下，Al的脱氧能力可以通过下式来进行计算：2[Al]+3[O]＝（Al2O3）△G＝－RTlnK＝－RTln（aAl2O3/a2[Al]a2[O]）（1）lnK′＝64000/T－20.57根据式（1）可知，随着钢中酸溶铝的增加，溶解氧也明显降低，也就是说，钢中Als对夹杂物也有明显的影响，相互线性关系如图3所示。图3Als与夹杂物总量的关系夹杂总量×10-6T[O]/×10-64015051525102035302510夹杂总量×10-6Als％/×10-640150.010.030.050.020.04353025010由此可见钢中Als控制过高或过低都会引起夹杂物含量的增加，控制好Als是降低夹杂物的一个关键因素。酸溶铝控制过低时，会增加溶解氧的含量，不但会造成钢中氧化物的增加，还会影响钢的组织性能。随着Als的提高，一方面可以是溶解氧迅速的降低到较低水平；但同时浇注较高的Als会增加钢的二次氧化，增加钢中的Al2O3夹杂数量，由于在浇注时二次氧化生成Al2O3夹杂无法完成变性处理和及时上浮，对连铸坯的内部质量较大影响。综合上述情况和在实践操作经验看，在Stw22钢中酸溶铝控制目标200～400ppm较为适宜。通过目前生产实践摸索，按照方案制定的加铝标准（表5），根据定氧值调整好终脱氧≤8ppm，酸溶铝命中率较高，达95％以上。表5喂铝量标准出钢量定氧量（ppm）与加铝量（kg）60t≤8ppm8～10ppm11～15ppm16～20ppm不喂铝线182022根据公式（1）和以上相关数据，对酸溶铝的相关研究表明只有控制钢中酸不溶铝的含量，即[Als]/[Al]≥90％，也就是说酸不溶铝的含量小于10％，才能达到铝脱氧的效果，否则钢中的T[O]和夹杂物含量是不会得到有效降低。2）对钢水进行钙处理机理讨论Ca加入钢液中后，一般先与钢液中氧作用形成CaO，CaO与Al2O3作用，形成复合钙铝酸盐（mCaO·nAl2O3），含CaO很高的铝酸钙夹杂物中硫的平衡浓度很高，并能降低钢中的硫含量，在钢液冷却凝固过程中，夹杂物中的硫的溶解度降低，CaS析出，形成一个CaS环围铝酸钙的复合夹杂物。通常MnS不能全部转变成CaS，只有在超低硫（[S]≤0.003%）钢中才有可能将MnS全部转变成CaS，但是只要有10%左右的MnS转变成CaS就会明显提高钢的性能。在用Ca对钢水进行处理时，将钢中Al2O3变性生成低熔点低密度铝酸钙，同时在浇注前没有CaS（熔点2400℃）生成，防止水口结瘤，是钙处理的最佳结果，但在实际生产中几乎是难以实现的。但将Al2O3转变为主要成分接近12CaO·7Al2O3的低熔点复合铝酸钙盐是可能的。钙加入钢液后是生成铝酸钙（CA6、CA、CA2、C3A、液态C12A7），还是生成CaS，与钢水中[Al]、[S]、[Ca]、钢液温度以及钢中Ca/[Al]等有关。A、钙加入量控制钙加入量不足，析出物呈白色，主要成分为Al2O3、CaO6Al2O3(CA6)、CaO2Al2O3(CA2)和MgOAl2O3；钙加入量过多，析出物呈黑色，主要成分为CaS。如果钢中硫很少，钙加入量过多，虽不会形成CaS，但会使塞棒腐蚀加剧。钢中[Ca]控制在15～30PPm较合理。同时，在进行钙处理的时候，必须注意在处理后不能过分吹氩，否则会造成钙的大量烧损，同时，处理完后到连铸浇注前，保证有15～25分钟的镇静时间，让夹杂物充分上浮。B、钢中[Al]、[S]含量影响钢中临界[Al]、[S]含量可用如下反应式计算。3CaS+4（CaO·2Al2O3）=7（CaO·Al2O3）+2Al+3S15CaS+33(CaO·Al2O3)=4(12CaO·7Al2O3)+10Al+15S可见，[S]含量取决于[Al]含量，钢液中[Al]和[S]的含量必需低于上述反应式中的平衡含量，才能将Al2O3控制在12CaO·7Al2O3与CaO·Al2O3之间，相关的计算结果见图4。可知在1550℃时，当[Al]=0.04%，[S]应小于0.007%；当[Al]=0.015%，[S]要低于0.013%，在钢中可以生成低熔点12CaO·7Al2O3与CaO·Al2O3钙铝酸盐夹杂。C、