張永青

（山東鋼鐵集團(tuán)日照有限公司 煉鋼廠，山東 日照276800）

1 前 言

雙相高強(qiáng)鋼具有無時(shí)效、低屈強(qiáng)比和高加工硬化性能等優(yōu)異特性。在同等屈服強(qiáng)度水平下，雙相高強(qiáng)鋼比高強(qiáng)度低合金鋼具有更高的強(qiáng)度，是結(jié)構(gòu)類零件首選材料之一。采用雙相高強(qiáng)鋼沖壓汽車零部件，不僅可減輕汽車自重、降低油耗，還可顯著提高汽車零部件的使用壽命，保證汽車安全行駛。隨著汽車工業(yè)向輕量化、綠色化、高強(qiáng)化發(fā)展，沖壓用材以及高強(qiáng)度鋼材得以不斷開發(fā)應(yīng)用，雙相高強(qiáng)鋼也越來越受到汽車用材的青睞。

雙相高強(qiáng)鋼要求低P、低S、低N、窄成分、高潔凈度和鑄坯高內(nèi)部質(zhì)量，對煉鋼冶煉技術(shù)要求非常高，如何連續(xù)、穩(wěn)定、低成本、高質(zhì)量地生產(chǎn)雙相高強(qiáng)鋼，是煉鋼需要盡快解決的問題。

2 煉鋼工藝優(yōu)化

2.1 設(shè)備概況

煉鋼廠主要生產(chǎn)設(shè)備是210 t 轉(zhuǎn)爐，KR 鐵水脫硫預(yù)處理，在線吹氬喂絲站，雙工位LF 精煉爐，雙工位RH真空爐，230 mm×1 950 mm雙流板坯連鑄機(jī)。連鑄機(jī)采用普瑞特技術(shù)，具有大包下渣檢測、結(jié)晶器在線調(diào)寬、液位自動控制及自動澆鋼、動態(tài)二冷配水、動態(tài)輕壓下等先進(jìn)技術(shù)。

2.2 成分優(yōu)化設(shè)計(jì)

雙相高強(qiáng)鋼要獲得高的強(qiáng)度，理論上需要較高的碳和硅。但含碳量增加會損壞鋼焊接性能，并導(dǎo)致塑性降低；硅含量增加不利于熱鍍鋅工藝和表面質(zhì)量控制。從汽車板使用工藝性能考慮，需要按低碳低硅設(shè)計(jì)，但單一的低碳低硅成分設(shè)計(jì)，很難得到雙相高強(qiáng)鋼所要求的組織和力學(xué)性能，特別是雙相高強(qiáng)鋼的馬氏體體積分?jǐn)?shù)和強(qiáng)度指標(biāo)；因此，為得到需要的強(qiáng)度，還要借助于Nb、Ti 微合金化來提高鋼的淬透性，除了獲得所需組織結(jié)構(gòu)外，還可以通過固溶強(qiáng)化和晶粒細(xì)化來實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度的要求［1］。

鉻元素可以提高雙相高強(qiáng)鋼的淬透性，提高奧氏體轉(zhuǎn)變溫度，使馬氏體組織比率降低；同時(shí)，鉻元素通過改變馬氏體形態(tài)和分布，還有利于提高鋼板的塑性和加工硬化能力［2］。

根據(jù)以上分析，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)，將雙相高強(qiáng)鋼成分設(shè)計(jì)成表1所示。

表1 雙相高強(qiáng)鋼成分設(shè)計(jì)明細(xì)（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） %

2.3 轉(zhuǎn)爐后攪工藝

轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)采用后攪90 s工藝，可降低鋼中氧含量，促進(jìn)碳氧平衡，提高脫氧合金收得率，減少脫氧夾雜。高強(qiáng)雙相鋼采用后攪工藝后的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析如表2所示。

表2 高強(qiáng)雙相鋼后攪數(shù)據(jù)對比統(tǒng)計(jì)（22爐）

從表2 數(shù)據(jù)可以看出，后攪可以有效促進(jìn)C-O反應(yīng)和鋼水P、S與爐渣之間反應(yīng)，從而降低鋼水中O、P、S含量。通過后攪，鋼水平均碳氧積由原來的25×10-8降低為20×10-8，鋼中自由氧由平均386×10-6降低為平均302×10-6。另外，當(dāng)鋼中C較低、自由氧較高時(shí)，后攪過程可以促進(jìn)碳氧平衡，氧含量降低比C高時(shí)更加明顯，這樣就使得即使在鋼中終點(diǎn)碳比較低的情況下，鋼中自由氧含量仍然較低，不但減少了脫氧合金化后鋼中夾雜含量，提高了合金回收率，還減少了爐襯侵蝕。

2.4 低［P］鋼冶煉工藝優(yōu)化

鋼中P 的控制只能從轉(zhuǎn)爐冶煉過程來控制。低P鋼冶煉采取的措施有：1）轉(zhuǎn)爐采用留渣少渣單渣法冶煉工藝，在石灰消耗30 kg/t、紅渣量≤100 kg/t 情況下，可將P 含量穩(wěn)定控制在0.010%以下。2）使用前期出鋼口雙擋工藝，出鋼時(shí)間≥5 min，嚴(yán)格控制下渣量。3）出鋼過程加入小顆粒石灰、螢石進(jìn)行渣洗，根據(jù)下渣量不同，頂渣石灰按600～1 000 kg、螢石按200～250 kg來控制。

2.5 低［S］鋼冶煉工藝優(yōu)化

為減少轉(zhuǎn)爐、LF精煉脫硫負(fù)擔(dān)，KR必須將鐵水S 含量深脫到≤0.002 0%，扒渣后鐵水亮面≥90%；轉(zhuǎn)爐全部采用自產(chǎn)優(yōu)質(zhì)廢鋼，確保轉(zhuǎn)爐出鋼S含量≤0.005 0%；LF進(jìn)站溫度≥1 560 ℃，底吹良好，鋼包到站后快速成渣，在15 min左右可以將鋼水S含量穩(wěn)定控制在≤0.002 0%。

2.6 轉(zhuǎn)爐脫氧合金化工藝優(yōu)化

成分采用低碳低硅設(shè)計(jì)，則轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)碳低氧高。采用常規(guī)方式脫氧，脫氧劑回收率低，脫氧夾雜產(chǎn)物量大，且精煉處理后鋼水Al、Ti燒損大，回硅明顯，成分也無法精確控制。因此，優(yōu)化出鋼脫氧工藝，出鋼時(shí)采用焦末+碳化鈣預(yù)脫氧再加鋁錳鐵脫氧的新工藝，CAS 站根據(jù)取樣成分喂入鋁線調(diào)整，保證鋼水到LF時(shí)Als≥0.015%，為高效精煉和快速脫硫創(chuàng)造條件。

2.7 鋼水［O］、［N］控制工藝優(yōu)化

由于LF 處理過程中，電弧沖擊區(qū)處于高溫狀態(tài)，O、N 在鋼水中平衡溶解度增加，加之電弧作用下氣體分子電離，造成鋼水增氮和鋼水自由氧濃度增加。另外，加熱過程中，一方面電弧作用下熔池表面形成凹坑，如果埋弧效果不好，凹坑處鋼水裸露，吸氮明顯。另一方面，加熱過程中電弧強(qiáng)大的射流會將周圍的大量氣體吸入弧柱中，并電離成單原子狀態(tài)，加劇氮原子在鋼液中的溶解。

LF冶煉采用石灰+鋁鎂鈣+螢石大氬氣攪拌造渣新工藝，同時(shí)加熱過程中還加入30～50 kg CaC發(fā)泡精煉渣，提高精煉渣發(fā)泡埋弧效果。另外，LF精煉除塵采用全自動微正壓控制，減少鋼水裸露吸氮［3］。冶煉過程中，鋼包底吹采用中低強(qiáng)度攪拌，電極升溫采用6 檔化渣、4 檔升溫的高效精煉新工藝，使得LF精煉周期可穩(wěn)定控制在32 min左右。

2.8 連鑄增氮、增氧控制

連鑄機(jī)采用高堿度（R≥3.5）覆蓋劑，提高了夾雜吸附效果，鋼板夾雜評級全部≤1.5級。中間包開澆前采用2 min 預(yù)吹氬排空氣工藝，減少開澆鋼水二次氧化。大包保護(hù)套管采用膨脹石棉墊，并將大包保護(hù)澆注氬氣流量由70 L/min優(yōu)化到100 L/min，提高密封保護(hù)效果，使得大中包增氮、增氧≤3×10-6，大中包Als燒損≤0.005 0%。中包上線后，先連接氬氣管，打開氬氣3 L/min，測試氬氣上水口環(huán)封透氣情況，確認(rèn)管路無堵塞后，再使用耳塞堵住上水口環(huán)封透氣孔，觀察背壓是否正常。水口抽風(fēng)過程中，氬氣流量設(shè)置為10 L/min，防止板間吸氣氧化。通過以上措施采取，連鑄機(jī)開澆后板間背壓＞10 kPa。

2.9 保護(hù)渣優(yōu)化

針對雙相高強(qiáng)鋼微合金元素種類多、鋁含量高、含銅、鋼種裂紋敏感性強(qiáng)等特點(diǎn)，經(jīng)過多次試驗(yàn)、對比和優(yōu)化，最終選擇堿度為1.28～1.30、熔點(diǎn)1 202 ℃、黏度0.20 Pa·s的保護(hù)渣，銅板與坯殼之間傳熱良好，液渣補(bǔ)充及時(shí)，有效防止了鑄坯表面裂紋的產(chǎn)生，鑄坯一次合格率控制在98%以上。

2.10 溫度拉速制度優(yōu)化

針對雙相高強(qiáng)鋼微合金元素多、裂紋敏感性強(qiáng)、內(nèi)部質(zhì)量要求嚴(yán)的特點(diǎn)，通過實(shí)際數(shù)據(jù)對比，將雙相高強(qiáng)鋼過熱度由20～35 ℃調(diào)整為15～30 ℃，連鑄機(jī)拉速由1.3～1.4 m/min 調(diào)整到1.2～1.3 m/min，采用低過熱度恒速澆注工藝，提高了連鑄機(jī)結(jié)晶器液面穩(wěn)定性，減少了結(jié)晶器液面卷渣。

2.11 二冷配水模型優(yōu)化

根據(jù)雙相高強(qiáng)鋼裂紋敏感性強(qiáng)這一特點(diǎn)，連鑄機(jī)二冷配水模型需采用弱冷。通過不斷摸索、對比，確定采用APeri包晶鋼動態(tài)配水，且將二冷比水量由0.65 L/kg優(yōu)化為0.58 L/kg，重點(diǎn)減少了矯直段及弧形段水量。通過現(xiàn)場測溫對比發(fā)現(xiàn)，矯直段溫度提高了近50 ℃（由原來的860 ℃左右提高到了910 ℃左右），避開了裂紋敏感性強(qiáng)的脆性區(qū)，連鑄坯內(nèi)弧矯直橫裂紋缺陷也未再發(fā)生。

2.12 ASTC動態(tài)輕壓下優(yōu)化

根據(jù)雙相高強(qiáng)鋼成分特點(diǎn)，通過對比試驗(yàn)，將連鑄機(jī)動態(tài)輕壓下模型由Dyn ALowC 調(diào)整為Dyn APeri模型，壓下量由3.2 mm提高至3.5 mm，壓下區(qū)間對應(yīng)在糊狀區(qū)的固相率為0.7左右。對比調(diào)整前后的低倍結(jié)果，低倍偏析、疏松缺陷得到明顯改善，具體如圖1、圖2所示。

圖1 雙相高強(qiáng)鋼Dyn ALowC輕壓下模型時(shí)偏析、疏松情況

圖2 雙相高強(qiáng)鋼Dyn APeri 輕壓下模型時(shí)偏析、疏松情況

3 結(jié) 語

通過雙相高強(qiáng)鋼煉鋼工藝的優(yōu)化與實(shí)踐，2020年1#、2#連鑄機(jī)已生產(chǎn)了16 152 t 高強(qiáng)雙相鋼，成分控制合格率100%，平均磷含量0.010%，平均硫含量0.001 5%，平均氮含量0.002 5%，平均氧含量0.002 4%，連鑄坯一次合格率高達(dá)98%，鑄坯軋制后冶煉改判率僅有0.25%，最終實(shí)現(xiàn)了雙相高強(qiáng)鋼在煉鋼廠的高質(zhì)量連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)。