冷轧薄板钢表面夹杂成因及行为研究

冷轧薄板钢表面夹杂成因及行为研究

李强刚  孙作迎

（日照钢铁控股集团有限公司 板材制造部，山东 日照 276806）

摘  要:综合日钢冷轧薄板钢的工艺现状，对表面夹杂成因进行深入研究分析。研究结果表明:＞50μm的大颗粒夹杂主要以球形Al2O3夹杂为主；当T[O]＞32ⅹ10-6时，冷轧薄板钢冷轧厚度≤0.25mm易产生表面夹杂。工艺上如何控制提出了技术措施，以改善冷轧薄板钢表面质量。

关键词:冷轧；夹杂；行为研究

The surface inclusion and behavior research of cold rolling sheet metal

Li Qiang-gang，Sun Zuo-ying

(Rizhao steel Holding Group Co.,，Ltd., manufacture department of Board,Shandong, Rizhao 276806)

Abstract: The comprehensive process of steel cold rolled sheet steel,inclusion of surface causes indepth analysis.The results of the study show that.>50μm large inclusions mainly spherical inclusions of Al2O3; when T[O] >32ⅹ10-6, cold rolled sheet steel cold rolling thickness less than 0.25mm is easy to produce surface inclusion. The process of how to control measures were put forward, in order to improve the surface quality of cold rolled sheet steel.

Key words: Cold rolling;Inclusion; Behavior research

1 前言

冷轧薄板钢的表面夹杂缺陷一直是国内外钢企感到棘手的瓶颈问题。冷轧薄板钢夹杂缺陷的主要特征为轧制过程中，带钢断面局部疏松，该处的应力超过材料的变形极限而形成孔洞，带钢越薄，其现象越明显[1]。2014年日照钢铁控股集团有限公司(以下简称日钢)冷轧薄板钢表面夹杂缺陷主要为孔洞、脱皮、砂眼等表面类缺陷。根据批量事件的统计结果，表面夹杂质量异议提报次数占炼钢表面缺陷质量异议总数的超过80%，严重制约钢企冷轧薄板钢的市场竞争力。

2 研究方法

日钢生产的冷轧薄板钢的炼钢类表面夹杂缺陷，主要表现在如果铸坯中夹杂物尺寸较大，轧制成薄板(0.1mm-0.3mm)后，夹杂物充分暴露，在钢板上就会形成孔洞、脱皮、砂眼等表面缺陷。为剖析冷轧薄板钢表面夹杂成因，笔者制定冷轧薄板钢的试样提取和检化验方案，并对检化验结果进行深入研究分析，提出了改进措施，使冷轧薄板钢的表面缺陷得到有效控制。

2.1 炼钢工艺流程

（铁水喷镁脱硫）→120t顶底复吹转炉→挡渣出钢→(RH）→LF→钙处理→弱搅拌→60t中间包→直弧形板坯连铸机。

2.2 试样提取方案

对炼钢各工序分两个方案安排试样提取，试验炉次共为20炉。方案1：按同一炉各工序，LF进站、钙前、LF终点三个阶段提取钢样，LF终点提取终渣试样，连铸安排在中间包开浇后，钢水每浇注40t，即前(大包剩160t)、中(大包剩120t)、后(大包剩80t)三个阶段提取中间包钢样；方案2：按同一中间包寿命的前(前6炉)、中(7-12炉)、后(13炉后)三个阶段，进行提取钢样，取样时机同方案一，同时对提取钢样做气体和夹杂分析。

3 结果与评价

3.1 检化验结果

冷轧薄板钢共生产20炉，方案1为第1、8、15炉T[O]、夹杂物尺寸、数量的平均值；方案2为同一中间包寿命的前(前6炉)、中(7-12炉)、后(13炉后)三个阶段的平均值。

3.1.1 方案1检化验结果

方案1为同一炉各工序取样，冷轧薄板钢同一炉T[O]变化与夹杂物尺寸、数量的关系见图1，对＞50μm的大颗粒夹杂电镜能谱仪检验见图2。

针对方案1，LF造白渣前后T[O]、＞50μm的大颗粒夹杂个数对比，反映出白渣后较白渣前T[O]、＞50μm的大颗粒夹杂个数同时递减；LF终点至中间包浇注的＞50μm的大颗粒夹杂基本趋于平稳，LF至连铸T[O]呈递增趋势。取样对比发现，LF终点T[O]为29ⅹ10-6最低，LF终点至连铸T[O]均递增明显；电镜能谱仪结果显示＞50μm的大颗粒夹杂主要以球形Al2O3夹杂为主。

3.1.2 方案2检化验结果

方案2为同一中间包各工序取样，冷轧薄板钢同一中间包T[O]变化与夹杂物尺寸、数量的关系见图3，对＞50μm的大颗粒夹杂电镜能谱仪检验见图4。

针对方案2，LF终点至同一中间包浇注末期的＞50μm的大颗粒夹杂呈递增趋势，精炼至连铸T[O]也呈递增趋势，取样对比发现，LF终点T[O]为30ⅹ10-6最低，LF终点至连铸T[O]均递增明显。电镜能谱仪结果显示＞50μm的大颗粒夹杂主要以球形Al2O3夹杂为主。

3.2 T[O]与冷轧厚度对应关系

通过图2、图4可知，钢液内夹杂物均以球形Al2O3夹杂为主，钢液内Al2O3夹杂含量越高，一定程度上说明洁净度越差。一般用钢中总氧即T[0]来评估钢中夹杂物的含量，表示为T[O]=[O]熔+[O]夹杂。由于溶解氧较高，T[0]代表了钢液内的[O]熔，而加入脱氧剂后与脱氧元素平衡的溶解氧很低，故此时T[0]实际上代表了钢液内Al2O3夹杂的水平。

3.2.1 冷轧薄板钢异议炉次T[O]与冷轧厚度的对应关系

钢中的Al2O3夹杂为脆性，硬度高，在轧制过程不发生变形，给冷轧薄板表面带来划痕或者粗糙斑痕，造成冷轧薄板表面缺陷，而且轧制越薄，Al2O3夹杂带来的表面缺陷越严重[2]。冷轧薄板钢质量异议炉次T[O]与冷轧厚度的对应关系见图5。

由图5可知，3月28日、8月12日两个中间包批次，生产过程因脱氧不良、絮流、拉速波动频繁、萤石球间断性不达标等导致夹杂物未充分去除，其他批次可浇性良好。2014年冷轧薄板钢质量异议炉次，除生产异常炉次外，T[O]最大42ⅹ10-6，T[O]最小32ⅹ10-6，T[O]平均35ⅹ10-6。

3.2.2 冷轧薄板钢正常炉次T[O]控制水平

2014年冷轧薄板钢正常炉次T[O]正态分布见图6。

由图6可看出，2014年冷轧料轧制正常T[O]分布在30～36ⅹ10-6，T[O]平均32ⅹ10-6，低于夹杂相关质量异议氧含量35ⅹ10-6。说明T[O]＞32ⅹ10-6时，冷轧薄板钢冷轧厚度≤0.25mm易产生表面夹杂。

3.3 T[O]来源分析

日钢2014全年生产的冷轧薄板钢，依据[3]渣量=L电弧×S钢包×渣=0.095×3.14×(3.176/2)2×2.6×103=1955.8kg，按转炉出钢量130t计算，吨钢渣量为1955.8/130=15kg/t，对T[O]≤32ⅹ10-6、T[O]＞32ⅹ10-6的两种LF定氧结果进行统计，[O]终点在3～10ⅹ10-6，说明冷轧薄板钢LF终点脱氧良好。

3.3.1 T[O]与LF通电对应关系

通过对[O]终点3～5ⅹ10-6，[O]终点在5～10ⅹ10-6两个阶段进行统计，对[O]终点3～5ⅹ10-6，对应T[O]＞32ⅹ10-6 炉次占32%，[O]终点5～10ⅹ10-6炉次占68%，能说明[O]终点控制越低，T[O]就越低。从工艺可控角度考虑，笔者以T[O]与通电时间的对应关系作切入点，阐述T[O]≤32ⅹ10-6、T[O]≤32ⅹ10-6与通电时间对应关系，见图7、图8。

由图7、8可看出，对冷轧薄板钢T[O]≤32ⅹ10-6，LF通电时间集中在16～18min，对T[O]＞32ⅹ10-6，LF通电时间集中在18～20min，说明随着通电时间延长，T[O]呈递增趋势。笔者认为，应提高LF进站温度，优化LF和连铸节奏匹配以减少过程温度损失，能缩短LF通电时间达到T[O]≤32ⅹ10-6的目的。

3.3.2 钙对夹杂变性效果

文献[4]在分析水口堵塞原因时指出，为减少水口堵塞，改善钢水流动性，应控制钢中[Ca]/[Al]＞0.14。当钢液内[Ca]/[Al]＞0.14时，钙活度位于12CaO·7Al2O3和3CaO·Al2O3之间，能将棱角分明的Al2O3夹杂变性成低熔点、低密度铝酸盐(12CaO·7Al2O3)。对2014全年冷轧薄板钢异议炉次、正常炉次的[Ca]/[Al]进行统计，见图9。

由图9、图10可知，冷轧薄板钢异议炉次[Ca]/[Al]为0.06～0.10，正常炉次[Ca]/[Al]为0.08～0.12，反映出异议炉次的钙收得率偏低是导致钢液内Al2O3夹杂变性不足的又一因素。对冷轧薄板钢冷轧厚度≤0.25mm，应适当增加钙线量使[Ca]/[Al]＞0.14，确保将棱角分明的Al2O3夹杂变性成低熔点、低密度铝酸盐(12CaO·7Al2O3)，使钢液内Al2O3夹杂完全变性。

3.4 外来夹杂来源

日钢对中间包耐材、大中包覆盖剂进行抽检，抽检结果见表1、表2。

表1 日钢中间包耐材抽检结果

表2 日钢大中包覆盖剂抽检结果

由表1、表2抽检结果看出，中间包包壁、渣线及大中包覆盖剂中含有SiO2含量偏高，(SiO2)易被钢水中[Al]还原生成Al2O3，即发生反应式4[Al]+3(SiO2)-3[Si]+2(Al2O3) 。

根据统计结果，钢液内铝损最大72ⅹ10-6，平均55ⅹ10-6 ，中间包回硅最大40ⅹ10-6，平均23ⅹ10-6，说明反应向正向进行，生成球形Al2O3夹杂，从而解释了3.1LF终点至中间包[Si]变化引起钢液内T[O]递增明显的原因。从LF至中间包的T[O]控制方面考虑，应尽量降低中间包耐材、大中包覆盖剂SiO2含量。

4 结语

(1) 对冷轧薄板钢＞50μm的大颗粒夹杂做电镜能谱分析，结果显示＞50μm的大颗粒夹杂主要以球形Al2O3夹杂为主。

(2) 当T[O]＞32ⅹ10-6时，冷轧薄板钢冷轧厚度≤0.25mm易产生表面夹杂。

(3) 日钢冷轧薄板钢LF终点脱氧良好；在日前工艺基础上，缩短LF通电时间达到T[O]≤32ⅹ10-6的目的。

(4) 对冷轧薄板钢冷轧厚度≤0.25mm，应适当增加钙线量使[Ca]/[Al]＞0.14，确保将棱角分明的Al2O3夹杂变性成低熔点、低密度铝酸盐(12CaO·7Al2O3)，使钢液内Al2O3夹杂完全变性。

(5) 从LF至中间包的T[O]控制方面考虑，应尽量降低中间包耐材、大中包覆盖剂SiO2含量。

参考文献

[1] 田俊,冷轧板夹杂类表面缺陷研究[D],[硕士学位论文],武汉:武汉科技大学,2009.

[2] 孟劲松等.减少冷轧IF钢表面夹杂物的生产实践[J].钢铁,2005，40(12):28-30,45．

[3] 李强刚,穆国生.降低SPHC钢吨钢成本潜力分析 [J].河北冶金, 2013,(4):79

[4]  Faulring,G..M.,Farrell,J.W,and Hilty,D.C.:iRron Steelmaker,1980:7,14.