提高型鋼表面質量生產實踐

王生金 李波 馬旭朝 張書欣 張虎成

(河鋼集團唐鋼公司長材部)

提高型鋼表面質量生產實踐

王生金 李波 馬旭朝 張書欣 張虎成

(河鋼集團唐鋼公司長材部)

型鋼在軋制過程中經常出現黑斑、開裂等表面質量缺陷。通過分析發現鑄坯內部、表面、皮下的夾雜物是使型鋼產生此類缺陷的主要原因。因此控制鋼中夾雜物的數量和分布成為解決此問題的關鍵。本文一方面通過采取降低出鋼溫度、提高高拉碳比率、改變脫氧制度、延長吹Ar時間、結晶器喂絲等措施減少鋼中夾雜物數量，另一方面通過優化連鑄冷卻制度改善鑄坯凝固組織及夾雜物分布的措施，提高了鑄坯質量。最終達到型鋼表面質量提高的效果。

夾雜物 開裂 黑斑

0 前言

唐鋼長材部型鋼生產線主導產品是H型、U型鋼、角鋼等系列產品。型鋼表面質量缺陷主要有裂紋、結疤、折疊、分層、夾雜和輥印等，型鋼在軋制過程中展開量和變形量較大，對鑄坯質量要求較高。自型鋼投產以來，表面質量嚴重制約著長材部產品質量提升和拓展市場。為此，開始了改善型鋼表面質量的技術攻關。

1 表面質量問題及原因分析

1.1 型鋼廢品情況及低倍組織檢驗結果

通過統計發現型鋼的黑斑、開裂等缺陷造成的廢品率高達30%。型鋼的黑斑和開裂分別如圖1、圖2所示。

為查找原因，我們對型鋼取樣進行了端部低倍分析，如圖3所示。

通過圖3可以看出型鋼端部開裂嚴重，表面有裂紋，裂紋內部有白色固體。為進一步分析，我們在端部裂紋附近取樣進行夾雜物檢驗。檢驗發現型鋼

圖1 型鋼黑斑照片

圖2 型鋼端部開裂圖

圖3 型鋼端部低倍圖

內部存在氧化夾雜物4.5 級，且存在大顆粒的尖銳氧化物夾雜物。

由此可以看出，型鋼的近表面存在的大量孔洞是由鑄坯內的夾雜物造成的。

1.2 原因分析

裂紋的生成與夾雜物有密切的關系。在軋鋼過程中容易變形的金屬在難以變形的夾雜物周圍流動時，產生很大的張力，使金屬和夾雜物界面的聯結斷裂，形成空隙或孔洞；或者由于夾雜物周圍應力使夾雜物破碎，也可形成空隙或孔洞。在軋鋼過程中空隙和孔洞與鋼的表面連通造成開裂。如果造成裂紋形成的夾雜物的顆粒或數量較大，并且裂紋分布在型鋼表面，冶煉夾雜物或冶煉夾雜物與軋鋼氧化物的混合物暴露在型鋼表面，形成一種非金屬質感物質即黑斑。因此，鑄坯內部、表面、皮下的夾雜物是型鋼產生開裂、形成黑斑的主要原因。

1.3 鑄坯缺陷及分析

試樣1與試樣2的鑄坯缺陷情況見表1。

表1 鑄坯缺陷判定

由表1可以看出，鑄坯中心疏松、縮孔嚴重，普遍存在內部裂紋缺陷。結合型鋼裂紋中大部分存在氧化物夾雜物的情況分析，鑄坯中嚴重的非金屬夾雜是影響型鋼質量的關鍵因素。

2 改善措施

2.1 連鑄第一包鋼水溫度控制

型鋼廢品及其中連鑄第一包鋼水產生廢品的統計情況見表2。

表2 連鑄第一包產生廢品統計

由表2可以看出，連鑄第一包鋼水廢品率較高。分析原因可能是出鋼溫度高，終點[O]含量偏高。于是我們對終點氧含量進行檢測驗證，終點氧含量統計見表3。

表3 終點氧含量統計表

從表3不難看出第一包中終點氧含量偏高的爐次占比較大，高達80%。為了降低第一包終點氧含量，采取了合金料烘烤制度、鋼包加蓋制度、連鑄中間包加強烘烤，提高鋼包周轉率等一系列降低第一包出鋼溫度的措施，使第一包出鋼溫度降低了20 ℃，終點氧大于700 ppm的比例降低到20%。

2.2 提高高拉碳比率

冶煉終點C與終點[O]的關系如圖4所示。

圖4 終點C-終點[O]的關系圖

通過圖4不難看出隨著終點C含量的提高，終點[O]含量呈降低趨勢，當終點C>0.08%時終點[O]可降低至350 ppm左右，這將很大程度上提高鋼水潔凈度。經過努力，將轉爐吹煉終點C≥0.08%的比率由原來的65%提高到97%以上。

2.3 脫氧控制優化

選用硅鋁鋇代替硅鋁鐵作為脫氧劑。使用硅鋁鋇脫氧具有如下特點:煉鋼過程中，采用硅鋁鋇鐵合金進行脫氧時，由于鋇對鋁氧化的保護作用，使鋼中的Al2O3夾雜大大減少。而SiO2、BaO則以球狀夾雜物形態存在，呈高度彌散細小均勻分布，改善了鋼水的流動性，既解決了連鑄長時間澆注水口的結瘤堵塞問題，又能起到細化鋼的一次結晶組織以及鋇對非金屬夾雜的變性作用，從而有利于改善和提高鋼材的機械性能[1]。

另外，應用復合脫氧劑后，脫氧產物的組成改變，由高熔點夾雜物變成低熔點復合夾雜物；鋇元素使晶粒得到細化，可改善鋼的綜合性能。

2.4 優化底吹工藝

為促進夾雜物充分上浮并被頂渣吸收，采用低壓軟吹底吹,并由原來的底吹3 min延長為底吹5 min。夾雜物有充分的時間上浮被頂渣吸收。

2.5 增加結晶器喂絲工藝

采用結晶器喂φ3 mm鋁-稀土包芯線工藝，喂絲速度6 m/min～10 m/min。脫氧的同時有效改善鋼材金相組織、控制鋼中夾雜物形態、提高鋼的力學性能[2]。

2.6 優化冷卻制度改善鑄坯質量

為改善鑄坯凝固組織，以“弱冷”方針調整二冷水量[3]。措施：穩定0段水量，減少一段水量，增強二段水量。采取0段使用凈環水；減少一段水量分配，一段、二段之間控冷，使鑄坯適當返溫；加長二段水條，增大二段水量分配。

3 改善效果

改善前后鑄坯質量對比如圖5所示。

(a) 改善前鑄坯裂紋明顯

(b) 改善后無明顯裂紋

圖5 改善前后鑄坯質量對比

改善前后鑄坯缺陷判定評價見表4。

表4 改善前后鑄坯缺陷判定評價表

通過對比發現，改善措施措施后，鑄坯質量獲得了很大的提升。隨著鑄坯質量的提升，型鋼的黑斑、結疤、裂紋等表面質量得到了很大改善，因表面質量問題產生的廢品由40 t/月下降為5 t/月以下。

4 結語

(1)鋼中夾雜物破壞鋼基體的連續性，在軋制過程中造成應力集中并形成裂紋、黑斑等表面缺陷。鑄坯中的氧化物系夾雜物是型鋼產生開裂和黑斑的主要原因。

(2)提高鑄坯質量的措施：一方面，通過降低出鋼溫度、提高高拉碳比率、改變脫氧制度、延長吹Ar時間、潔凈器喂絲等措施降低鋼中夾雜物數量。另一方面，通過優化連鑄冷卻制度，改善鑄坯凝固組織及夾雜物分布。

[1] 鄭沛然，程啟福.硅鉛鋇鐵合金在煉鋼上的應用[J].四川冶金，1994,(3):34-35

[2] 王立濤.國內連鑄中間包和結晶器喂絲技術的發展[J].鐵合金，2003,10(3):167-169

[3] 李大忠.降低鑄坯夾雜物含量減少大規格角鋼廢品[J].鑄坯質量，2003,12(3):1-3

PRACTICE OF IMPROVING SURFACE QUALITY OF SECTION

Wang Huiming Li Bo Ma Xuzhao Zhang Shuxin Zhang Hucheng

(Long Products Department of TangSteel, HBIS Group)

The black spot, cracking and other surface quality defects often appear in the process of rolling steel. Through the analysis, the internal, surface and subcutaneous inclusions of the slab are the main causes of the steel defects. Therefore, the number and distribution control of inclusions in steel is the key to solve this problem. Some effective measures such as reducing the tapping temperature, enhances the high casting carbon ratio, change the deoxidation system, extending the blowing argon time, mould wire-feeding etc were adopted reduce the number of inclusions in steel, on the other hand through the optimization of cooling system of continuous casting to improve casting solidification structure and the inclusions distribution and improve the casting billet quality. Finally the effect of the surface quality improvement was obtained.

Inclusion crack dark mark

金，工程師，河北.唐山(063000)，河鋼集團唐鋼公司長材部；

2016—8—21