超低碳冷軋基料開發

李善彬

（天津天鐵冶金集團有限公司，河北涉縣056404）

超低碳冷軋基料開發

李善彬

（天津天鐵冶金集團有限公司，河北涉縣056404）

介紹了天鐵超低碳冷軋基料St13開發實踐。采用鐵水預處理→轉爐冶煉→RH→連鑄→熱軋的工藝路線，充分發揮RH精煉爐脫碳、去磷、脫氣、去夾雜的冶金功能；熱軋采用“三高一低”的溫度制度，保證鋼材的加工性能，嚴格控制表面質量和板型質量，研制開發出的超低碳冷軋基料St13性能優異。

超低碳鋼；RH真空精煉爐；軋鋼；工藝

1 引言

超低碳鋼是用于生產深沖壓和超深沖冷軋基板的主要原料，廣泛應用于汽車、家電、精密焊管等行業。天鐵針對下游冷軋客戶對產品性能、表面、板型的嚴格要求，根據天鐵熱軋的鐵水條件和工藝裝備特點，自主設計成分，充分發揮RH真空精煉爐作用，精確控制鋼水成分，提高鋼水純凈度；軋鋼工藝通過合理的工藝制度，對帶鋼表面和板型質量嚴格控制，成功開發出具有成分穩定、夾雜物少、表面光潔、板型及斷面形狀良好等特點的超低碳冷軋基料，被廣泛應用于家電、汽車、食品等行業，深受用戶好評。

2 生產工藝

2．1 成分設計

為了使冷軋以后的鋼板具有優良的成形性能，沖壓成形時不開裂、不起皺，形狀準確而穩定。鋼板要有高的塑性應變比值（r值）、高的均勻伸長率

（δv）和總延伸率（δt）、低的屈服強度及高的應變硬

化指數（n值）因此，要嚴格控制以下元素：

2．1．1 碳元素

對于低碳系列冷軋基料屬于有害元素，超低碳鋼一般要求鐵水中鋼的C含量不超過80×10-6，鋼中固溶碳含量不利于深沖性能，因此必須嚴格控制。天鐵通過RH真空脫碳工藝目前可穩定控制在30×10-6以下。

2．1．2 硅元素

Si在鋼中可以提高基體強度和疲勞性能，但破壞鋼的冷成型性，也是夾雜物重要來源，再生產超低碳鋼時必須要嚴格去除。

2．1．3 錳元素

錳元素本身對鋼板沖壓性能的直接影響很小，但是由于固溶強化機制明顯，容易提高鋼板強度。同時Mn元素和S容易形成MnS夾雜，對鋼板沖壓性能有很大影響。但為了消除S的熱脆傾向，較少板坯角部裂紋，因此需要一定量的Mn，控制Mn/S比在一定范圍以上。

2．1．4 鋁元素

Al元素一般作為強脫氧劑加入鋼中，可以和鋼中的氮形成ALN，提高鋼的時效性能。通過合理熱軋與冷軋工藝，ALN可以作為抑制劑控制晶粒的大小和形狀，提高鋼板成型性能。

2．1．5 P、S元素

P、S作為鋼種有害元素，嚴重影響鋼板的韌性和冷成型性能，必須盡量控制。

通過以上分析，及生產經驗最終確定了超低碳冷軋基料St13的化學成分（見表1）。

表1 St13熔煉成分設計%

2．2 RH真空精煉爐工藝技術開發

傳統超低碳鋼生產采用鐵水預處理→轉爐冶煉→LF→RH→連鑄→熱軋的工藝路線,要求轉爐低碳出鋼，LF精煉爐調整成分溫度，去除夾雜物，RH真空精煉爐脫碳脫氣。這種工藝存在工序多，處理周期長，尤其是轉爐低碳出鋼容易對轉爐爐況造成破壞，而且鋼水中氧含量較高，加重RH真空精煉的負擔。天鐵根據自身裝備特點，采用轉爐高碳出鋼直接上RH工藝，充分發揮RH脫碳、去磷、脫氣、去夾雜的冶金功能，優化了精煉周期，解決了爐機匹配的問題，滿足了實際生產的需要。

2．2．1 RH-FMB深脫碳工藝

RH-MFB是在真空槽內增加MFB頂吹氧槍，通過氧槍吹氧強度和氧槍高度的控制匹配，協調脫碳并對鋼水加熱進行溫度補償，有效地加快了脫碳速率，縮短了RH處理時間，降低了轉爐出鋼時對鋼水含碳量、鋼水溫度的工藝要求，提高了轉爐煉鋼的效益。RH-MFB由于有頂吹氧槍向熔池供氧，存在真空脫氮、CO和氬氣泡攜帶脫氮、熔渣脫氮等途徑，凡是脫碳優越的區域對脫氮都是有利的。

獲得更低碳含量鋼水的關鍵技術為：在轉爐出鋼后調整鋼水中氧值，保證到RH的氧值范圍在550×10-6～650×10-6，同時較高的出鋼溫度對RH脫碳是有利的。保證必要的脫碳時間，不少于20 min。保證良好的極限真空度。在生產實踐中建立了RH處理過程10 min升溫吹氧和加鋁升溫的計算模型，對吹氧操作進行了有效的控制。

2．2．2 RH真空碳脫氧工藝

鋼中T[O]高低基本反映了鋼中夾雜物的多少，因此應主要通過降低鋼中T[O]來減少鋼中夾雜物。按氧的除去方式不同，鋼水的脫氧方式可分為：沉淀脫氧、擴散脫氧、真空碳脫氧。碳氧反應產物為CO或CO2，可完全排出鋼液，因此在所有脫氧劑中碳是最潔凈的。對于碳低氧高的鋼液（如低碳鋁鎮靜鋼），采用常規的RH純脫氣處理，處理結束后鋼中氧含量必然高，這就造成終脫氧的耗鋁量增大和夾雜物增多。根據現有條件實行真空碳脫氧技術：采用高碳出鋼技術,轉爐出鋼碳含量提高至0．05%～0．08%，通過RH爐真空脫碳的技術將成品碳含量控制在0．01%～0．03%，降低鋼中全氧量，減少夾雜，提高鋼水純凈度。為了充分發揮真空的作用，應使鋼水面處于無渣、少渣的狀態，并應在盡可能高的真空度下處理較長的時間。在脫氣處理前期分批少量加入碳粉可以有效地脫掉鋼中的氧，最低可達0．002 7%，同時縮短脫氣時間，減少耗鋁量。

2．2．3 RH真空條件下的深脫磷工藝

天鐵的鐵水[P]基本在0．120%～0．170%范圍，平均為0．150%。在轉爐吹煉終點通?？刂圃?[P]≤0．02%。超低碳鋼對鋼中的磷含量有著嚴格的要求，一般要求小于0．010%，甚至更低。為進一步降低鋼中磷含量，必須發揮RH精煉爐脫磷工藝技術。

為了減少出鋼回磷，轉爐出鋼嚴格執行二步擋渣法，減少下渣量，確保大包內渣層厚度≤100 mm。為了形成對RH進一步脫磷的有利條件,在轉爐出鋼過程中加入CaO、Al2O3、CaF2等改質料，使初始頂渣堿度達到3．0以上。在RH深脫碳開始時，加入一定量（CaO/Al2O3/CaF2）比例約2:1:0．1）且碳含量極低的脫磷劑，增加鋼包渣堿度，改善鋼包頂渣的流動性，在RH強制脫碳過程的吹氧過程中，鋼水良好的熱力學和動力學條件，加入一定量的脫磷劑，實現鋼水的RH高效去磷。RH深脫碳完畢時，加入一定量脫磷劑增加鋼包渣堿度，防止鋼包渣向鋼水返磷。通過以上措施，可穩定獲得大于30%脫磷效果。

2．3 軋鋼工藝

為了使低碳系列冷軋基料具有良好的沖壓性能，熱軋過程必須要保證得到細小均勻的熱軋態組織，同時避免產生不利于沖壓成型的｛001｝熱軋態織構。為了控制熱軋過程固溶元素和析出物的存在狀態，采用“三高一低”的熱軋溫度制度，即高溫加熱、高溫粗軋、Ar3以上高溫終軋和低溫卷取，目的是讓AlN在高溫時固溶，在快速冷卻低溫卷取時避免其析出，而在冷軋后退火時慢慢析出，以抑制不利織構｛100｝，而相對促進有利織構｛111｝形成。同時，根據生產經驗，要嚴格控制在爐時間和出爐溫度。出爐溫度過低，AlN無法固溶到鋼中，而且板坯表面缺陷不易去除。出爐溫度過高，板坯表面爐生氧化鐵皮過后，除鱗不凈，冷軋酸洗后產生“山水畫”缺陷。出爐溫度過高、在爐時間過程還會導致邊裂及邊部翹皮缺陷，因此制定了熱軋溫度制度（見表2）。

表2 St13熱軋溫度制度

層流采用前段快速冷卻方式，粗調段冷卻速率設為20，精調段設為12．7。

2．4 帶鋼表面質量和板型質量控制

由于超低碳冷軋基料St13對表面要求嚴格，因此必須重點控制氧化鐵皮壓入和表面麻點缺陷。通過優化加熱制度，調節空燃比，降低爐生氧化鐵皮；增設除鱗道次，精心維護除鱗系統設備及計算除鱗交叉角度調整中間坯厚度，避免次生氧化鐵片。通過優化軋制計劃，控制軋制節奏，調整精軋負荷，有利地保護軋輥氧化膜，避免帶鋼表面出現麻點缺陷。

為了保證板型及斷面形狀良好，避免出現板型缺陷，一方面通過調整輥型和負荷分配，精心操作以提高帶鋼的凸度，減小楔形使得帶鋼凸度大于楔形和局部高點。另一方面，加強竄輥功能維護以及保證工作輥冷卻均勻，避免軋輥不均勻磨損而產生的局部高點。此外，還通過優化計劃編排，加強過程監控，及時更換軋輥等措施，有效控制了板型缺陷。

3 產品分析

3．1 力學性能

St13經性能檢測，屈服強度為175～250 MPa，抗拉強度為270～360 MPa，延伸率為40%～56．5%，冷彎性能優異。

3．2 金相分析

超低碳冷軋基料St13的金相組織比較簡單，主要是鐵素體和少量珠光體。經過檢測，晶粒度在7～8級，晶粒平均直徑在0．02～0．03 mm。晶粒大小均勻，無混晶現象。

典型的金相情況見圖1。

圖1 St13金相組織

4 結束語

在超低碳鋼St13開發過程中，充分發揮了RH精煉爐脫碳、去磷、脫氣、去夾雜的冶金功能，實現了鋼水化學成分的精確控制，使用碳粉代替部分鋁進行脫氧，降低了合金成本，提高了鋼水純凈度。軋鋼工藝采用“三高一低”的熱軋溫度制度，有效地控制了抑制劑AlN的固溶和析出，使帶鋼經冷軋退火后獲得良好的沖壓性能。通過加強帶鋼表面質量控制和板型質量控制，滿足了冷軋工序對表面和板型要求。

[1]張鑒．爐外精煉的理論與實踐[M]．北京：冶金工業出版社，1996．

[2]國際鋼鐵協會．潔凈鋼生產工藝技術[M]．北京：冶金工業出版社，2009．

[3]李華．板帶材軋制新工藝、新技術與軋制自動化及產品質量控制實用手冊[M]．北京：冶金工業出版社，2006．

Development of Ultra-low Carbon Cold Rolling Base Material

LI Shan-bin
(Tianjin Tiantie Metallurgical Group Co．,Ltd．,She County,Hebei Province 056404,China)

The paper describes the developing practice of St13,ultra-low carbon cold rolling base material,at Tiantie．A process route of hot metal pretreatment→converter melting→RH→continuous casting→hot rolling was taken to bring the metallurgical functions of RH refining furnace,such as decarburization,dephosphorization,degassing and inclusion removing,to full play．A temperature system of“Three Highs and One Low“was adopted for hot rolling to ensure the processing properties of steel products and strictly control surface quality and plate profile．Therefore,the developed St13,ultra-low carbon cold rolling base material,possesses excellent properties．

ultra-low carbon steel;RH vacuum refining furnace;rolling;process

10．3969/j．issn．1006-110X．2015．03．007

2015-01-16

2015-02-07

李善彬（1965—），男，高級工程師，天津天鐵冶金集團有限公司總經理，主要從事生產、技術、安全等工作。