秦軍，梅冰，張建春，劉自成，劉奉家，向華，張建新，牟楠楠

（1.寶鋼集團八鋼公司制造管理部；2.寶山鋼鐵股份有限公司制造管理部）

八鋼Q390GJ板坯中心偏析控制的生產實踐

秦軍1，梅冰2，張建春2，劉自成2，劉奉家1，向華1，張建新1，牟楠楠1

（1.寶鋼集團八鋼公司制造管理部；2.寶山鋼鐵股份有限公司制造管理部）

針對八鋼公司第二煉鋼廠板坯4號連鑄機的實際生產情況，分析了中板產線Q390高建鋼中心偏析產生的原因，對其中的鋼水過熱度、拉速、易偏析元素等工藝因素進行了分析和優(yōu)化，通過采取措施使板坯的中心偏析得到有效的控制。

板坯連鑄；中心偏析；低倍評級

1　前言

隨著社會經濟的迅猛發(fā)展，城市中的建筑物形式日趨高層化和大型化。高層建筑結構用鋼一方面強度高，適用于大跨度、超重載的鋼構件；同時具有良好的塑性和韌性，適應動力荷載下的工作狀態(tài)[1]。因此被廣泛運用于高層建筑鋼結構的制作。隨著高層鋼結構建筑物的接連聳起，高層建筑結構用鋼板得到了一定規(guī)模的發(fā)展。

近兩年，烏魯木齊三坪保稅區(qū)和寶能城工程等項目對高建鋼的需求快速增長，八鋼公司以此契機介入新疆本地高建鋼鋼板市場。目前八鋼板坯斷面最大規(guī)格為250mm×1800mm，以此板坯軋制厚度達60～80mm的Q390GJ鋼，壓縮比最低僅為3.1，而高建鋼鋼板通常要求一級探傷合格。八鋼前期生產的Q390GJ鋼板坯的中心偏析評級平均為M3.6（曼內斯曼低倍評級標準），80mm厚規(guī)格鋼板的探傷合格率為70%，探傷缺陷均在厚度的1/2位置。寶鋼技術支撐的專家認為在低壓下率的條件下，由于易偏析的元素含量較高及冷卻速度過快所導致的偏析及微裂紋是造成此類探傷不合格的主要原因，在煉鋼生產中控制中心偏析是保證Q390GJ鋼質量的關鍵。

2　八鋼板坯4#連鑄機的主要性能參數(shù)

八鋼中厚板產線板坯一般由八鋼4#板坯連鑄機生產，鑄機采用國際先進和適用的技術和裝備，生產規(guī)模為140萬t/年·臺，具體性能參數(shù)見表1。中板產線Q390GJ的鋼種成分內控要求見表2，生產流程如圖1所示。

表1　八鋼4#板坯連鑄機的主要性能參數(shù)

圖1　Q390GJ生產流程圖

表2　中厚板Q390GJD鋼種主要成分內控要求%

3　中心偏析的成因分析

“凝固橋”理論認為：鑄坯凝固時，表層形成激冷層，隨著凝固厚度增加，形成由外向內的長條柱狀晶。溶質元素在選分結晶的作用下向液相區(qū)積聚。當柱狀晶長大搭橋時，易偏析元素C、S、P等元素在此被封閉形成偏析，同時伴有中心疏松，嚴重的形成中心裂紋，惡化了板材的力學性能。為遏制中心偏析和疏松，通常采用抑制柱狀晶生長、擴大等軸晶區(qū)和抑制液相穴末端剩余鋼水流動的思路[2]。根據(jù)鑄坯凝固原理及生產實踐的驗證，鑄坯斷面尺寸、鋼液元素含量、澆注溫度、拉坯速度、二冷配水制度、連鑄機輥縫及對弧精度是影響連鑄板坯中心偏析程度的重要因素[3]。

3.1易偏析含量控制

在板坯的凝固過程中，必然發(fā)生鋼液的選分結晶。鋼中C、P、S的偏析系數(shù)高，它們質量分數(shù)的增加會導致板坯低倍偏析度也相應增高。將C、S、P成分對偏析評級的影響進行了分組統(tǒng)計，每組取10個爐號（表3）。從分組統(tǒng)計結果（圖2）可以看出，在其余工藝參數(shù)基本不變的情況下，P由0.008%增加到0.0145%時，S由0.008%增加到0.010%時中心偏析的曼標評級由M2.2增加到M2.8。故調整P成分上限由0.015%下降至0.012%，S成分上限由0.010%下降至 0.008%。C成分目標調整為 0.10%～0.125%。

表3　易偏析元素對中心偏析評級影響的統(tǒng)計分組基準

3.2澆注溫度

澆注時中包過熱度是影響等軸晶比例的主要因素。過熱度越高，鑄坯凝固前沿溫度梯度大，柱狀晶生長越發(fā)達，枝晶偏析越嚴重，惡化中心偏析評級結果。在拉速0.75m/min不變情況下，針對Q390GJ選取不同過熱度的板坯進行低倍取樣，結果見表4。

表4　Q390GJ不同過熱度下的板坯中心偏析低倍評級結果表（V=0.75m/min）

圖3　不同過熱度下拉速0.75m/min時Q390GJ板坯橫斷面典型低倍組織熱酸腐蝕照片

從圖3可以看出，當過熱度較低（2～14℃）時，中心偏析線模糊不可見。過熱度提高至26～29℃，偏析線逐漸變得清晰，連續(xù)程度逐漸增強。當過熱度增加到30℃以上時，中心偏析線連續(xù)程度越來越大，評級已達最嚴重的M5級。過熱度達到48℃時，中心偏析線連續(xù)達500mm且呈開裂程度，同時伴有嚴重的三角區(qū)裂紋（見圖3-a）。

圖4　Q390GJ板坯中心偏析低倍評級隨過熱度的變化

根據(jù)實驗結果，在常規(guī)生產過程中采用低過熱度進行澆鑄(＜15℃)有助于改善板坯的中心偏析。從圖4中心偏析評級隨過熱度的變化圖可以看出，隨著過熱度的增加，低倍評級結果呈逐漸增大趨勢，要滿足最終低倍結果在M2.5以內，過熱度不宜超過20℃。

3.3拉坯速度

連鑄機的拉速及其變化對坯殼厚度、凝固末端位置、凝固組織的構成和鑄坯高溫力學強度影響極大。如拉速頻繁變化，將造成凝固末端位置頻繁變化，凝固前沿“搭橋”的幾率增加，造成鑄坯中心偏析惡化，此外拉速突變易引發(fā)中心裂紋。

表5　Q390GJ板坯中心偏析低倍評級隨拉速的變化（過熱度18℃）

在板坯斷面尺寸確定的情況下，拉速是生產調度系統(tǒng)中調節(jié)鑄機產能，確保生產順行的關鍵參數(shù)。現(xiàn)場生產中隨機選取某爐進行中心偏析評級隨拉速的變化拉速對比，結果如表5所示。

圖5　不同拉速下實驗板坯厚度1/2處低倍組織腐蝕對比照片

從圖5不同拉速條件下實驗板坯厚度1/2處的典型低倍組織腐蝕照片可以看出：當拉速較低時，中心偏析線不是很明顯，僅有零星的暗點；從A至D，隨著拉速的增加，偏析線逐漸變粗連貫，級別越來越高。拉速至0.85m/min，中心偏析評達最高M5.0。從控制Q390GJ中心偏析角度考慮，拉速越低越好，但拉速低于0.70m/min，4#機輕壓下系統(tǒng)不能投用，故Q390GJ鋼的拉速宜控制在0.70m/min。

3.4其它因素

3.4.1二冷制度

鑄坯過冷將導致柱狀晶發(fā)達，降低鋼的高溫強度，加劇中心疏松或偏析；鑄坯冷卻不足，坯殼過薄又易產生鼓肚。4#板坯連鑄機澆注Q390GJ使用4號配水曲線，比給水量0.6～0.7/kg。

3.4.2設備精度輥縫設定和對弧精度

設備精度管理是工藝質量的保證。設備檢修質量不達標或設備問題造成扇形段輥縫變化，鑄坯產生鼓肚。輥縫精度控制要求：輥縫度誤差為± 0.2mm，其上下輥子之間的平行度為±0.2mm。八鋼4#機板坯連鑄機扇形段精度的要求見表6。

表6　八鋼4#機板坯連鑄機扇形段精度 mm

3.4.3輕壓下

輕壓下系統(tǒng)對板坯的中心偏析有改善功能。八鋼4#連鑄機有13個扇形段，其中6號至13號扇形段具備輕壓下功能，采用中冶賽迪CISDI板坯連鑄輕壓下成套技術。

以上討論的優(yōu)化方案，二冷配水、輥縫設定、輕壓下等參數(shù)均未進行調整。

4　控制中心偏析的關鍵措施

4.1C、S、P控制

成分控制目標：P控制在0.012%以內，S控制在0.010以內，C成分目標調整為0.10%～0.125%。超范圍的需逐塊做酸洗低倍評級。

（1）鐵水入爐前用KR攪拌鐵水預處理將S脫至0.0042%以內，并仔細扒渣；（2）轉爐使用雙渣冶煉法確保出鋼P在0.008%以內；（3）冶煉工序使用低碳或無碳合金與輔料，連澆爐精煉時間控制在30分鐘以內，以減少電極增碳和大包渣線耐材增碳，確保成品C在0.10%～0.125%。

4.2生產調度控制

為控制最終板坯的中心偏析級別在曼標M2.4以內，連鑄澆注過程應采取低過熱度（0～15℃）恒拉速（0.7m/min）的控制。實際生產中，連鑄中包過熱度受調度計劃，鋼包狀態(tài)，生產節(jié)奏，連澆爐次等因素影響，控制難度大，連鑄拉速受過熱度、生產節(jié)奏的影響，調整壓力大。為實現(xiàn)恒拉速，減少拉速波動給二冷配水，輕壓下系統(tǒng)帶來的影響，在Q390GJ的生產中，針對250X1800斷面，希望全程0.70m/min不變直至停澆。從起初的生產跟班中發(fā)現(xiàn)，當大包鋼水澆至后期時過熱度逐漸下降至5℃以內時，生產調度為避免結瘤事故，通常會要求增加拉速，同時提高后續(xù)鋼包的出站溫度，易造成后續(xù)中包過熱度升高至20～30℃，給中心偏析的控制帶來壓力，故調度系統(tǒng)由日常的常規(guī)鋼種生產模式轉變?yōu)楦咂焚|品種鋼生產模式：（1）質量控制原則上以控制中心偏析為中心，圍繞低過熱度 (15℃以內)和恒拉速（0.70m/min）展開；（2）生產計劃上，中包連澆爐次不超過5爐，不得插攀連澆，頭爐為其它鋼種，杜絕頭爐高溫鋼和插攀異常停滯尾爐；全部使用烘烤良好的A1鋼包，不使用小修或大修鋼包，避免修砌鋼包溫降波動帶來的影響；（3）生產調度管控模式變化以確保現(xiàn)場執(zhí)行力。當班生產組織由Q390GJ鋼項目組在轉爐、LF精煉、RH精煉、板坯連鑄機進行全程跟班，負責各工序生產質量控制，安排連鑄開機的時機，控制精煉出站溫度。

4.3連鑄低過熱度下的恒拉速控制

為實現(xiàn)Q390GJ鋼的低過熱度恒拉速澆注，確保低溫條件下鋼水的可澆性就不可回避，這就相應要求適度提高Mn/Si比，提高鋼水的純凈性，而Mn作為易偏析元素，為控制中心偏析，將Mn實際控制在成分區(qū)間的中下限，Mn/Si比提升區(qū)間不大，為提高鋼水的純凈性，實際生產中要求：（1）轉爐工序做好易偏析元素的控制，P控制在0.012%以內，S控制在 0.010%以內，C成分目標調整為 0.10%～0.125%；（2）精煉工序按照低速、垂直、高深度、間歇式的原則進行喂線鈣處理，喂線后軟吹5～8分鐘。RH真空純脫氣時間大于5分鐘；（3）連鑄工序做好全程保護澆注。大包長水口加裝密封墊，爐爐更換；安裝垂直向下，嚴禁偏斜。結晶器液面波動控制在± 3mm以內，防止連鑄過程卷渣。

5　應用效果

針對Q390GJ鋼連鑄生產工藝的改進：在保證鑄機精度和輕壓下系統(tǒng)未調整優(yōu)化的前提下，控制過熱度在10℃以內，并保持恒拉速0.7m/min不變，應用于Q390GJ鋼的連鑄生產。連鑄板坯的中心偏析度平均值分別由M3.6降低到了M2.6，中心偏析得到了有效控制和改善。對80mm厚的鋼板優(yōu)化前后的沖擊功和探傷合格率進行了統(tǒng)計（表7）。改進前80mmQ390GJ鋼板其沖擊功平均值分別為170J，而采用降低過熱度配合低拉速工藝生產的Q390GJ鋼板，沖擊功平均值分別上升到240J。由于優(yōu)化后中心偏析有了改善，鋼板的均質性得到提高，鋼板的韌性和抗沖擊性能得到了改善。

表7　改進工藝后80mm厚度Q390GJ鋼板的效果對比

6　結束語

八鋼Q390GJ鋼生產實踐表明，嚴格控制鋼水中C、S、P含量，恒定拉速澆注，近液相線溫度低溫澆注能夠有效降低Q390GJ板坯中心偏析的級別。通過收窄煉鋼工藝窗口，八鋼中板產線Q390GJ鋼熱酸洗曼標級別從M3.6降至目前的M2.6，80mm Q390GJ鋼板的探傷合格率由70%上升到86%。

[1]朱書成，于颯，高照海.高建筑用Q390GJC-Z35特厚鋼板的研制[J].鋼鐵，2011（12）：90.

[2]孟懷軍，邢飛.板坯連鑄機輥縫收縮控制技術的探討和優(yōu)化[J].鋼鐵技術，2013(2)：31～32.

[3]倪滿森.連鑄坯的中心偏析問題[J].連鑄，2001(6)：24～25.

Production Practices of Q390GJ Slab Center Segregation Domination in Bayi Steel

QINJun1,MEI Bing2，ZHANGJian-chun2，LIUZi-cheng2，LIUFeng-jia1，XIANGHua1，ZHANGJian-xin1，MUNan-nan1
（1.ManufacturingManagement Department，Bayi Iron&Steel Co.,Baosteel Group；2.Baoshan Iron&Steel Co.,Ltd.）

For the actual production of No.4 slab caster in the second steel plant of Bayi Steel,this article analyses the influence factors of the medium and heavy plate Q390GJ slab center segregation,discusses and optimizes the process factor such as steel superheats,casting speed,easy segregation elements etc.The slab center segregation has been controlled effectivelybytakingmeasures.

continuous cast slab；center segregation；macrostructure rating

TF713

B

1672—4224（2016）02—0006—04

聯(lián)系人：秦軍，男，42歲，工程碩士，煉鋼高級工程師，烏魯木齊（830022）寶鋼集團八鋼公司制造管理部

E-mail：qinjun1@bygt.com.cn