钙处理对热冲压成型钢22MnB5带状组织的影响

2018-06-14马德刚王建兴马光宗李经哲

天津冶金 2018年2期

马德刚，王建兴，马光宗，王耐，李经哲，李波

（河钢集团唐山钢铁集团有限公司技术中心，河北唐山063016）

0 引言

带状组织的存在使钢材的组织不均匀，并严重影响钢材性能，降低钢的塑性、冲击韧性、断裂韧性和断面收缩率，造成冷弯不合、冲压废品率高，热处理时钢材容易变形、淬火开裂等问题[1-3]。对经过钙处理和不经过钙处理两种工艺冶炼22MnB5钢的实际生产数据进行了分析，研究两种工艺对铝脱氧热冲压成型钢22MnB5带状组织的影响，以期为同类产品改善和控制带状组织提供参考。

1 生产现状

1.1 22MnB5冶炼工艺路线

唐山钢铁集团有限公司的不锈钢公司1580产线生产的热冲压成型钢22MnB5有两种不同的冶炼工艺路线：

第1种冶炼工艺路线为DeS→DeC→LF→CC该工艺路线进行钙处理，中包钙含量控制在20 ppm左右；

第2种工艺路线为DeS→DeC→LF→RH→CC该工艺路线不进行钙处理。

两种不同工艺路线的22MnB5成分体系、连铸浇铸工艺和热轧工艺均相同。

1.2 两种不同冶炼工艺路线生产的22MnB5热轧产品金相组织

《GB/T 13299钢的显微组织评定方法》规定了钢中带状组织的评级准则，要根据带状铁素体数量增加，并考虑带状贯穿视场的程度、连续性和变形铁素体晶粒多少的原则确定。表1给出了两种不同冶炼工艺路线下22MnB5热轧产品金相组织评级的分布情况；图1为两种不同冶炼工艺路线下22MnB5热轧产品典型的金相组织检测结果。

表1 两种不同冶炼工艺路线下22MnB5热轧产品金相组织评级

图1 两种不同冶炼工艺路线下22MnB5热轧产品典型的金相组织（带状）

由检测结果可知，两种不同冶炼工艺路线的热轧产品在进行带状组织评级时，第1种冶炼工艺路线的热轧产品带状组织评级在1.5~2.5级，组织呈现轻微变形方向，带状组织不很明显，500倍下能看到铁素体呈带条状。而第2种冶炼工艺路线的热轧产品带状组织评级在2.0~3.5级，且有呈现连续的贯穿视场的铁素体和珠光体交替带的情况，高倍下更为明显，较第1种冶炼工艺路线的严重。

2 结果讨论

2.1 两种冶炼工艺路线的本质区别及导致带状组

织差异的主要因素

炼钢的功能是成分控制、洁净度控制、铸坯偏析及铸坯内部和表面质量控制。钢水的成分控制和洁净度控制主要在转炉和精炼工序完成，而铸坯的偏析、内部质量和表面质量控制则在连铸工序完成。

22MnB5两种不同的冶炼工艺路线区别在精炼工序，而脱硫、转炉和连铸工序的工艺控制均相同。第1种工艺路线是LF工序温度和成分调整完成后，进行钙处理，净吹8 min后吊到连铸进行浇铸第2种工艺路线是LF工序温度和成分调整完成后，吊去RH工序进行处理，期间成分微调，主要目的是脱氢，该工艺路线不进行钙处理操作。两种冶炼工艺路线均为铝脱氧，脱氧产物为Al2O3，在没有进行钙处理之前，工艺路线的不同主要影响钢水的洁净度和脱氧产物的大小、数量和形态[4]。因此，两种工艺路线的本质区别为是否进行钙处理。

在浇铸工艺和热轧工艺相同的情况下，如果不考虑钙处理的影响，可以认为两种工艺路线的成分偏析和热轧因素对带状组织的影响是相同的，带状组织评级应该是相近的，而实际检测结果表明二者有所不同。因此可以推断，导致不同工艺路线热轧产品带状组织差异的主要因素为是否进行钙处理所以可以认为合理的钙处理工艺不仅能改善钢水的可浇性，还能改善热轧产品带状组织。

2.2 钙处理工艺改善热轧产品带状组织机理

对于铝脱氧钢，脱氧产物主要为Al2O3，钙处理的主要目的是通过控制合适的钙铝比，使脱氧产物转变为液态的钙铝酸盐，从而达到改善钢水可浇性的目的。此外，根据国内外对管线钢夹杂物的控制的研究结果可知，管线钢钙处理的目的是避免生成热轧过程中可发生塑性变形的MnS夹杂，使钢水中的[S]在凝固过程中以CaS等硬质夹杂的形式析出从而提高管线钢的抗HIC能力[5-6]。

MnS夹杂在热轧过程会沿轧制方向发生塑性变形，形成长条状MnS夹杂。钢水在凝固过程中，元素会在枝晶间富集。未进行钙处理的22MnB5枝晶间富集[Mn]、[S]元素，在最后的凝固过程会析出细小的MnS夹杂，这些微小的MnS夹杂在热轧过程中会延轧制方向形成长条状的MnS夹杂，如图2所示。这种细长的MnS夹杂带嵌在珠光体带之间，二者的方向一致[7]。这种情况会影响带状组织的评级加重热轧产品带状组织[8]。

图2 MnS夹杂物的形成及在轧制过程中的行为

Turkdogan[9]在《Fundamentals of SteelMaking》一书中给出了铝脱氧钢，在凝固过程中，硫化物夹杂形态有效控制的中包成分标准，如表2所示。作者指出，中包成分在这种条件下，可有效避免凝固过程中MnS夹杂的生成，从而提高管线钢抗HIC性能。而我们第1种冶炼工艺下的22MnB5的中包成分恰好与序号2的成分标准吻合，钢水在凝固过程中有效地避免了MnS夹杂的生成。