王佳明，賈國軍，王曉飛，韋健恒

（寧波鋼鐵有限公司，浙江 寧波 315807）

1 前言

超低碳無間隙原子鋼（IF）利用鈦、鈮等強(qiáng)碳氮化合物形成元素，將超低碳鋼中的碳、氮等間隙原子完全固定為碳氮化合物，基本為單一的鐵素體組織，具有非常好的塑性變形能力，特別是較低的屈強(qiáng)比和非常高的塑性應(yīng)變比，使得IF鋼具有優(yōu)異的深沖性能，終端產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于汽車、家電等行業(yè)。為了實(shí)現(xiàn)高檔冷軋薄板國產(chǎn)化，近年來，國內(nèi)鋼鐵企業(yè)不斷加大IF鋼板的生產(chǎn)和研發(fā)力度，目前IF鋼不但生產(chǎn)冷軋和熱軋鋼板，而且包括鍍鋅鋼板、高強(qiáng)度鋼板、隔音鋼板等。隨著汽車、家電行業(yè)需求的不斷提升，對(duì)IF鋼的質(zhì)量要求也越來越高，特別是對(duì)表面質(zhì)量的要求，而IF鋼的主要表面缺陷是由鑄坯中尤其是表層中夾雜物造成的，在軋制過程中，夾雜物會(huì)暴露延展成線性缺陷，造成冷軋表面出現(xiàn)亮線、暗線、結(jié)疤、翹皮等缺陷，影響產(chǎn)品的正常使用［1］。

2 生產(chǎn)工藝

2.1 產(chǎn)品成分

寧波鋼鐵有限公司（簡稱寧鋼）采取超低碳、超低氮、低磷、低硫設(shè)計(jì)，結(jié)合鈦元素強(qiáng)固碳氮作用，保證IF鋼優(yōu)異的深沖性能及無時(shí)效性，化學(xué)成分如表1所示。

表1 IF鋼化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） %

2.2 工藝流程

寧鋼結(jié)合自身具備的KR脫硫、頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐、RH 真空精煉爐、直弧型板坯連鑄機(jī)、1 780 熱軋產(chǎn)線等工藝設(shè)備，形成從鐵水、煉鋼到熱軋的超低碳IF 鋼生產(chǎn)工藝，整個(gè)生產(chǎn)過程以保證產(chǎn)品鋼質(zhì)純凈、高表面質(zhì)量、高延展性為目標(biāo)。

3 試驗(yàn)材料與檢測方法

3.1 冷軋鍍鋅鋼帶缺陷檢測

試驗(yàn)材料選自現(xiàn)場大生產(chǎn)帶缺陷的IF 鋼冷軋鍍鋅鋼帶，冷軋鍍鋅鋼帶表面出現(xiàn)非連續(xù)性翹皮缺陷，嚴(yán)重部位存在孔洞，主要分布于鋼帶邊部20～50 mm位置。

為便于SEM掃描電鏡儀檢測分析，將缺陷部位切成適合的尺寸試樣。為降低鍍鋅層對(duì)缺陷分析的影響，首先采用稀鹽酸對(duì)缺陷板表面進(jìn)行脫鋅處理［2］，配置一定濃度的稀鹽酸。脫鋅過程要防止腐蝕過度，盡可能保留基板表面原有缺陷信息，脫鋅完畢后將試樣放入酒精溶液，超聲波清洗，吹干，利用SEM 掃描電鏡配合能譜觀察。通過掃描電鏡觀察，在缺陷帶表面發(fā)現(xiàn)有許多微小的孔洞分布，孔洞內(nèi)部可以觀察到不同形貌的顆粒物（見圖1）。對(duì)顆粒物進(jìn)行能譜分析，結(jié)果見表2，存在O、Si、Al、K、Ca等元素，符合夾雜物特征。

圖1 電鏡掃描缺陷形貌

表2 缺陷能譜分析結(jié)果 %

3.2 熱軋鋼帶缺陷檢測

通過熱軋表面檢測儀查看，出現(xiàn)翹皮缺陷的冷軋鋼帶同批次生產(chǎn)的熱軋鋼帶表面也存在非連續(xù)性的條狀缺陷。通過平整切取缺陷樣板，條狀缺陷主要分布距離帶鋼邊部20～50 mm位置，與冷軋鋼帶缺陷位置基本一致，缺陷長度100～300 mm，通過酸洗冷軋后延伸長度可達(dá)到500～1 000 mm，嚴(yán)重影響帶鋼表面質(zhì)量。

同樣，將缺陷部位切成適合的尺寸試樣后通過SEM掃描電鏡儀進(jìn)行檢測分析，熱軋鋼帶表面缺陷的顆粒及翹皮形貌更加明顯（見圖2）。同時(shí)通過缺陷位置面掃，存在O、Ca、Al、Si 等元素富集情況（見圖3），能譜進(jìn)一步分析顆粒物，存在O、Si、Al、K、Ca、Na等元素（見表3），與冷軋鋼帶缺陷基本一致，為大尺寸夾雜缺陷導(dǎo)致。

圖2 電鏡掃描缺陷形貌

圖3 缺陷元素富集情況

表3 缺陷能譜分析結(jié)果 %

4 原因分析

綜合上述冷軋板及熱軋板試樣微觀組織檢測結(jié)果可得出結(jié)論：冷軋鍍鋅鋼帶表面線狀缺陷形成的根本原因是煉鋼連鑄過程中保護(hù)渣卷入鋼水所致。Na、F、Al、Si、Ca、O是保護(hù)渣典型成分，是判斷保護(hù)渣卷入的重要依據(jù)。從缺陷形成規(guī)律來看，連鑄坯卷渣部位以邊部為主，中間部位也有極少量卷渣存在。小團(tuán)狀卷渣在隨后的軋制過程中不斷被拉長，且隨著厚度的減薄逐漸暴露在帶鋼表面，最終形成線狀缺陷。而對(duì)于大多數(shù)發(fā)生在帶鋼邊部20～50 mm范圍內(nèi)的缺陷，說明卷渣缺陷主要發(fā)生在板坯邊角部，這與熱軋超低碳鋼卷渣缺陷表面發(fā)生規(guī)律的統(tǒng)計(jì)結(jié)果一致［3］。

對(duì)于連鑄過程卷渣缺陷的發(fā)生機(jī)理，諸多研究者歸結(jié)為3 個(gè)方面主要原因：一是非穩(wěn)態(tài)澆注，如開澆，換水口，鋼包下渣等造成澆注過程結(jié)晶器液面波動(dòng)；二是人為干預(yù)澆注，過分追求產(chǎn)量，提升連鑄過程拉速，或?yàn)槠ヅ淝暗拦ば?，頻繁調(diào)節(jié)拉速造成鋼流波動(dòng)；三是結(jié)晶器保護(hù)渣的適用性，不同類型結(jié)晶器保護(hù)渣的黏度、熔點(diǎn)、熔速、鋼液之間的表面張力等性能，一方面影響對(duì)鋼液內(nèi)夾雜物的吸附，另一方面影響液渣層穩(wěn)定性，造成澆注過程卷渣。

5 工藝改進(jìn)

通過原因分析，針對(duì)超低碳無間隙原子鋼連鑄澆注卷渣缺陷，生產(chǎn)過程中穩(wěn)態(tài)澆注控制及結(jié)晶器保護(hù)渣優(yōu)化是工藝改進(jìn)的重點(diǎn)。

5.1 穩(wěn)態(tài)澆注控制

5.1.1 恒拉速控制

針對(duì)該產(chǎn)品，限定常規(guī)拉速控制范圍1.1～1.3 m/min，恒拉速比例作為技術(shù)控制指標(biāo)，避免高拉速的同時(shí)減少拉速頻繁波動(dòng)。

5.1.2 水口插入深度控制

通過對(duì)比試驗(yàn)，浸入式水口插人深度由原來120 mm 增加至150 mm，可以有效減輕上升流的強(qiáng)度，減輕澆注時(shí)鋼水流動(dòng)對(duì)結(jié)晶器液面的干擾，同時(shí)要求水口使用過程不換渣線，避免更換過程影響結(jié)晶器液面穩(wěn)定。

5.1.3 液面波動(dòng)控制

通過反查卷渣缺陷發(fā)生板坯與液面波動(dòng)參數(shù)相關(guān)性發(fā)現(xiàn)，部分發(fā)生卷渣缺陷的板坯在生產(chǎn)過程中其液面波動(dòng)＞±5 mm，實(shí)際在6～10 mm 波動(dòng)居多。而液面波動(dòng)控制在±3 mm 的板坯卷渣缺陷發(fā)生率較低。針對(duì)液面穩(wěn)定控制，應(yīng)用連鑄結(jié)晶器液面自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測液面波動(dòng)情況，要求波動(dòng)幅度≥5 mm 板坯下線清理表面，檢驗(yàn)合格后軋制。

5.1.4 異常澆注板坯控制

在生產(chǎn)過程中難免會(huì)出現(xiàn)異常澆注情況，如開澆、換水口、停澆等常規(guī)非穩(wěn)態(tài)作業(yè)過程往往伴隨著拉速的較大波動(dòng)。通過多方研究，該部分板坯的卷渣缺陷相比正常澆注板坯更嚴(yán)重［4］，同時(shí)也很難控制消除，只能通過下線表面清理才能降低缺陷比例。通過對(duì)比試驗(yàn)，不同作業(yè)狀態(tài)下的板坯采用相應(yīng)的清理位置和方式，可以提升清理效率和清理質(zhì)量，例如針對(duì)開澆頭坯，頭部加大清理深度后板坯軋制表面質(zhì)量有明顯改善，夾雜缺陷改判率由25%降低至10%以下。

5.2 結(jié)晶器保護(hù)渣優(yōu)化

在結(jié)晶器內(nèi)，保護(hù)渣的主要作用是防止鋼水氧化、防止液面溫降過大、吸附夾雜物以及潤滑結(jié)晶器內(nèi)初生坯殼等。為降低保護(hù)渣中的碳質(zhì)材進(jìn)入鋼液當(dāng)中，導(dǎo)致鑄坯碳含量升高，在超低碳無間隙原子鋼生產(chǎn)中對(duì)應(yīng)采用超低碳鋼結(jié)晶器保護(hù)渣，其理化性能見表4。

表4 結(jié)晶器保護(hù)渣理化性能

在渣鋼界面，會(huì)有液態(tài)鋼水的液滴進(jìn)入渣相或是渣相的小液滴進(jìn)入鋼水，渣相進(jìn)入鋼水如果不能及時(shí)浮出就極有可能成為保護(hù)渣卷入的來源，因此提高液態(tài)渣的黏度和界面張力，可以減少夾渣的出現(xiàn)［5］。

通過現(xiàn)場生產(chǎn)對(duì)比試驗(yàn)，采用熔點(diǎn)和黏度較高的XB-2 型保護(hù)渣夾雜缺陷率0.95%，熔點(diǎn)和黏度較低的XB-1 型結(jié)晶器保護(hù)渣夾雜缺陷率2.36%，基于試驗(yàn)結(jié)果超低碳無間隙原子鋼統(tǒng)一采用優(yōu)化后的XB-2結(jié)晶器保護(hù)渣。

6 結(jié)語

（1）應(yīng)用掃描電鏡分析、能譜分析手段對(duì)冷軋鍍鋅鋼帶、熱軋鋼帶表面線狀缺陷微觀組織進(jìn)行了全面分析，結(jié)果表明缺陷產(chǎn)生的原因是連鑄坯連鑄過程保護(hù)渣卷入。

（2）通過優(yōu)化拉速、適當(dāng)增加浸入式水口插入深度、控制液面波動(dòng)等穩(wěn)態(tài)澆注措施，可有效降低卷渣缺陷發(fā)生率。

（3）通過優(yōu)化結(jié)晶器保護(hù)渣理化性能，適當(dāng)提高保護(hù)渣熔點(diǎn)、黏度，提升液態(tài)渣的表面張力，能有效減少澆注過程卷渣。

（4）超低碳無間隙原子鋼表面夾雜控制是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，隨著鋼包下渣檢測自動(dòng)控制系統(tǒng)、結(jié)晶器液面自動(dòng)控制系統(tǒng)、機(jī)器人自動(dòng)加渣設(shè)備等先進(jìn)技術(shù)的不斷提高，為夾雜缺陷控制提供了有力支撐。