冷轧深冲钢夹杂控制技术的研究与应用

高龙永

（山东钢铁集团日照有限公司，山东 日照 276800）

冷轧深冲钢具有优异的可成形性和性能均匀性，广泛应用于汽车制造、家电制造领域。目前，深冲钢生产工艺比较成熟，但受到钢卷表面夹杂影响导致的成材率偏低严重制约着深冲钢的生产。能够造成冷轧深冲钢表面缺陷的夹杂物主要是簇群状Al2O3，氩气泡+Al2O3和结晶器保护渣卷入形成的大型夹杂物[1]。钢中非金属夹杂物在轧制过程沿长度方向延伸后在钢板表面形成细直条状黑线或亮线，影响冲压性能，严重的甚至会造成冲压开裂。众多学者对于结晶器卷渣夹杂研究较多，但是Al2O3系夹杂造成的细直条状线性夹杂研究却少见报道。

1 深冲钢生产现状

1.1 工艺概况

山东钢铁集团日照有限公司（以下简称日照公司）炼钢厂配备4 座210 t 转炉，2 座210 t LF 精炼炉、3 座210 t RH 真空精炼炉，2 台230 mm×1 950 mm 双流板坯连铸机。日照公司深冲钢主要生产DC03-06 系列、DX53-56 系列钢种，工艺路线为KR-BOF-RH-CCM。

1.2 深冲钢卷夹杂问题

实际生产发现，深冲钢钢卷轧制过程常有夹杂缺陷，部分出现在热轧工序，大多数出现在冷轧连退、镀锌工序。经过统计调查分析，影响深冲钢质量的夹杂问题主要分为：在钢卷上偶然出现孔洞；钢卷上下表面出现细直条纹夹杂，正观可见，触摸无手感；钢卷表面起皮。

2 形成机理探讨

在实际生产中，运用金相显微镜、SEM 扫描电镜对深冲钢夹杂物的分类、成分进行研究，并结合炼钢厂生产过程控制参数对深冲钢夹杂缺陷形成机理进行了探讨。

2.1 孔洞

图1 显示了深冲钢孔洞缺陷的典型特征，此种缺陷在钢卷上分布无规律，零星出现。经过调查分析，在缺陷处难以找到与钢卷基体不同的元素成分，因此可以判断此种缺陷出现的原因为异物压入经过轧制后脱落造成。

图1 深冲钢孔洞缺陷典型图片

2.2 细直条纹夹杂

深冲钢钢卷上下表出现细直条纹夹杂，在钢卷上颜色通常为黑色或者白色，正观可见，触摸无手感。此种缺陷通常宽度1～5 mm、长度100～500 mm 不等，在钢卷上下表多处出现。

连铸坯中存在的Al2O3夹杂以簇群状形式存在，在经过轧制之后，簇群状夹杂物受轧制力影响破碎，随后沿着轧制方向延伸，当轧制成品卷厚度较薄（0.6～1.0 mm）时暴露于钢卷表面形成细直条状夹杂。因此，控制此种夹杂的重点在于控制钢水中Al2O3含量，以及做好连铸浇注过程的保护浇注工作。

2.3 表面起皮

深冲钢钢卷偶尔会出现表面起皮现象，主要表现为沿钢卷轧制方向出现宽度约2～3 mm 的规则长方形缺陷，部分存在褶皱，起皮处与钢卷基体结合不紧密。

利用SEM 扫描电镜对此种缺陷进行研究。结果显示，分离基体的翘皮和翘皮连接基体部分，含有O、Si、Al、Mg、Na、Ca、F、K 等元素。这表明该处缺陷处发生了卷渣，在轧制过程中，由于卷入的保护渣与基体结合不紧密，导致轧制后出现了分离现象。

3 控制措施

3.1 钢中Al2O3 夹杂研究控制

3.1.1 转炉冶炼操作控制

根据转炉寿命不同，在转炉不同阶段选择动态控制模式。当转炉处于炉役前、中期时，转炉碳氧积较低，控制转炉终点碳不大于0.3%、终点氧不大于700×10-6；当转炉处于炉役后期时，控制转炉终点碳不大于0.4%、终点氧不大于800×10-6，为RH 冶炼创造良好的条件。

结合前人研究经验，转炉使用双挡渣模式，严控转炉出钢过程下渣，防止钢渣过氧化，影响RH 精炼过程夹杂物的控制。转炉采用双挡渣后，下渣量可以保持在不大于600 kg 范围，有效降低了渣中氧含量，为顶渣改质创造条件。

3.1.2 RH 精炼过程控制

RH 精炼过程中，主要关注到站氧和真空处理时间，通过研究分析，控制RH 到站氧（质量分数）（500～600）×10-6之间，真空精炼时间控制在45 min以内，可以平稳保持RH 脱碳后碳含量（质量分数）不大于15×10-6，确保成分合格。

通过顶渣动态加入和顶渣改质，RH 到站钢水顶渣w（TFe）可以控制在不大于7%，炉渣氧化性降低明显，经过RH 真空处理后的钢水可浇性良好。

3.1.3 连铸机浇注技术研究与应用

3.1.3.1 大中包的保护浇注

日照公司连铸机为双流板坯连铸机，中间包容量70 t±5 t，目前炼钢厂大包、中包浇注采用全密封浇注，大包-中间包浇注采用液压机械手+保护套管密封浇注，套管碗口吹氩，氩气流量由60 L/min 提高到100 L/min，有效实现套管碗口区域的微正压，控制了空气吸入。

中间包采用超低碳高碱度覆盖剂，密封隔绝空气接触，包盖浇注孔、烘烤孔全部覆盖，实现中包密封浇注；中间包第一炉采用氩气管路吹氩，排空氩气。

中间包到结晶器浇注，塞棒、上水口、上水口与浸入式水口板间全部采用吹氩密封，减少钢水二次氧化，并确保吹氩管路无漏气。

连铸机浇注过程中须勤测中间包渣厚，渣层厚度≤60 mm，否则必须溢渣。

3.1.3.2 连铸机恒速拉钢工艺

连铸机根据断面合理控制拉速，参照工序衔接周期，RH 单联不脱氧钢，目标过热度按25～40 ℃控制，确定恒速浇注周期32 min±1 min，由生产调度室组织确定浇次拉速，采用“直线”恒拉速进行浇注，确保生产工艺稳定。

3.2 保护渣卷渣控制措施

3.2.1 中间包流场控制

通过中间包的合理设计，在设计安装挡墙、坝、稳流器，有效控制钢水流动轨迹，促进夹杂上浮去除；其次严格控制中间包吨位，控制合适的液面高度，采用恒吨位浇注，中间包最低吨位40 t，可以有效控制旋涡形成，减少卷渣带来的危害。

3.2.2 结晶器流场控制

通过采用合理拉速、稳定水口插入深度范围，精确控制结晶器液面波动；采用恒速拉钢减少拉速波动；提高钢水可浇性减少浸入式水口内部结瘤、偏流；提高设备点检运行精度，可有效控制结晶器液面稳定，减少卷渣带来的夹杂。

3.3 连铸坯精整工艺优化

目前存在的问题为连铸开浇、终浇、交换钢包、快换水口等非稳态浇铸阶段一直存在，由于拉速波动、液面波动造成较多卷渣。此类铸坯定义为非稳态铸坯，对中包第一炉头坯、头+1 坯、尾坯全部采用双扒皮工艺，全部采用火清机清理，清理深度≥4 mm，有效控制夹杂深冲；其他非稳态铸坯采用间隔扒皮方式清理铸坯表面。

4 取得的效果

经过这些控制措施的实施，镀锌产线夹杂改判率整体呈现下降趋势，9 月降低至0.69%，较最高降低70.39%；连退产线夹杂改判率也呈现下降趋势，9月降低至0.46%，较最高降低41.77%，整体深冲钢生产过程夹杂控制改善效果明显。

5 结论

1）深冲钢生产过程出现的孔洞缺陷主要原因是异物压入，经过轧制后脱落；细直条状夹杂产生的原因主要是连铸坯中Al2O3含量高，轧制过程破碎、延伸造成；表面翘皮缺陷产生的原因是连铸机浇注过程卷渣造成。

2）通过对转炉吹炼过程、RH 真空精炼过程、连铸机保护浇注、连铸坯精整工艺进行优化，有效减少了深冲钢表面细条状夹杂，镀锌产线夹杂改判率降低至0.69%以下、连退产线夹杂改判率降低至0.53%以下，改善作用明显。

3）通过对连铸机浇注过程恒速、中间包流场、结晶器流场进行优化，能够有效缓解连铸坯卷渣，进而减少了深冲钢钢卷起皮缺陷的发生。