王艷軍，許立建

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司煉鋼作業(yè)部，河北 唐山 063200）

隨著近期原油價(jià)格持續(xù)上漲以及地球溫室化加劇，汽車生產(chǎn)中既要保證汽車輕量化又要保證抗撞擊的安全性，汽車使用高強(qiáng)度輕量化鋼板已經(jīng)成為了一個(gè)必然趨勢(shì)。以普通商用車為例，車身質(zhì)量每降低100 kg，油耗可以降低0.4 L/km，這樣在降低汽車能源消耗的同時(shí)還可以減少CO2排放，也符合碳達(dá)峰、碳中和背景要求。

雙相鋼高強(qiáng)鋼具有低屈服強(qiáng)度、高抗拉強(qiáng)度和良好塑性等優(yōu)點(diǎn)，成為轎車用首選先進(jìn)高強(qiáng)鋼，廣泛應(yīng)用于汽車結(jié)構(gòu)件和加強(qiáng)件，包括前后縱梁、立柱、門檻等，預(yù)計(jì)在汽車用先進(jìn)高強(qiáng)鋼用量中的使用占比將超過70%[1]。

經(jīng)研究表明，雙相高強(qiáng)鋼通過窄成分控制，可縮小抗拉強(qiáng)度波動(dòng)范圍，提高鋼種強(qiáng)度、韌性和機(jī)械性能[2]。同時(shí)鋼水成分命中率高，可減少成分出格，是過程控制能力的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。因此，本文重點(diǎn)研究了雙相高強(qiáng)鋼窄成分控制在精煉工序的控制優(yōu)化。

1 工藝路線及窄成分控制內(nèi)容

某鋼廠在生產(chǎn)雙相高強(qiáng)鋼中采用了“KR 脫硫預(yù)處理→轉(zhuǎn)爐→LF→RH→CCM”的工藝路線，精煉工序主要采用“LF+RH”工藝，此過程需要對(duì)C、Mn、Cr等元素成分進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)需要進(jìn)行脫S、控N 操作。

所謂窄成分控制是將各化學(xué)元素按照鋼種判定的范圍進(jìn)行進(jìn)一步窄范圍的控制。本文以某鋼廠生產(chǎn)的雙相高強(qiáng)鋼中的一種為例展開研究，規(guī)定w（C）窄成分要求為鋼水判定中線±0.005 0%，w（Mn）窄成分要求為判定中線±0.03%，w（Cr）窄成分要求為判定中線±0.015%，w（S）控制在≤0.002 0%，w（N）控制在≤0.003 0%。

1.1 C 窄成分控制

C 元素在鋼中形成固溶結(jié)構(gòu)，可增加鋼的強(qiáng)度。隨著碳含量的增加，鋼的強(qiáng)度、硬度增加，但塑性、韌性會(huì)降低，此外碳含量對(duì)焊接性能有一定影響，因此將鋼中的碳含量控制在合適的范圍內(nèi)具有重要意義。

雙相高強(qiáng)鋼在精煉工序采用“LF+RH”雙聯(lián)方式進(jìn)行冶煉，冶煉過程中，鋼包粘鋼、鋼包內(nèi)襯侵蝕、電極加熱升溫等都會(huì)造成鋼水增碳，此外，化驗(yàn)室不同光譜儀之間存在一定偏差，也會(huì)造成調(diào)碳波動(dòng)，同時(shí)考慮到精煉結(jié)束到鑄機(jī)成品存在增碳，因此首先優(yōu)化了精煉工序C 窄成分的內(nèi)控范圍，具體如圖1 所示。

圖1 精煉工序成分w（C）控制標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化

此外，優(yōu)化了LF 及RH 工序過程操作步驟，降低了過程控碳的不確定因素。在LF 工序冶煉鋼水時(shí)要確保LF 氬氣系統(tǒng)正常，避免因氬氣系統(tǒng)問題造成合金物料熔化不均勻。鋼水進(jìn)站后，預(yù)吹氬3 min，鋼水成分均勻后取進(jìn)站試樣，然后進(jìn)行升溫造渣操作，待進(jìn)站樣報(bào)回后，按照w（C）判定下線減0.01%進(jìn)行粗調(diào)碳含量，脫硫強(qiáng)攪后取過程樣發(fā)送，同時(shí)進(jìn)行升溫，待過程樣報(bào)回后，按照優(yōu)化后的LF 出站w（C）控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行精調(diào)成分。

在RH 工序進(jìn)站真空處理3 min 后取樣發(fā)送，根據(jù)鋼水量、LF 結(jié)束w（C）和RH 進(jìn)站w（C）按照中線進(jìn)行碳成分的粗調(diào)，成分調(diào)整后，循環(huán)3 min 取樣發(fā)送，根據(jù)過程樣和理論成分判斷燒損情況，再進(jìn)行精調(diào)。

1.2 Mn 窄成分控制

Mn 元素在鋼中有固溶強(qiáng)化效果，可細(xì)化鐵素體晶粒，提高淬透性，隨著鋼中w（Mn）的增加，可提高鋼的強(qiáng)度和沖擊韌性。

在LF 處理鋼水過程中，會(huì)存在回錳的現(xiàn)象，這是由于頂渣中含有MnO，在脫氧、造白渣過程中，錳將會(huì)被還原進(jìn)入鋼水中。為了避免回錳量過大，對(duì)調(diào)錳造成偏差，對(duì)轉(zhuǎn)爐工序提出要求，在冶煉雙相高強(qiáng)鋼時(shí)，將AMEPA 下渣指數(shù)控制在300 以下。鋼水在進(jìn)行RH 處理時(shí)，由于RH 真空槽的空置氧化及浸漬管粘渣存有氧化性，會(huì)存在燒錳現(xiàn)象，針對(duì)這一情況，在鋼水進(jìn)站前，利用真空槽維護(hù)裝置將浸漬管上部粘渣處理干凈，從而減少氧化燒錳。

此外，為了提高窄成分w（Mn）合格率，優(yōu)化了精煉工序過程w（Mn）內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)，具體如圖2 所示。

圖2 精煉工序成分w（Mn）控制標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化

1.3 Cr 窄成分控制

Cr 元素與鋼中的碳形成碳化合物，這種金屬化合物具有很高的強(qiáng)度和硬度。當(dāng)它以顆粒狀分布在金屬基體上時(shí)，可大大提高鋼材的強(qiáng)度、韌性和耐磨性。此外，Cr 元素還能阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大，細(xì)化晶粒，提高淬透性。

通過生產(chǎn)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，Cr 元素在鋼水中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較為穩(wěn)定，不易燒損，且化驗(yàn)波動(dòng)性小。因此，為了進(jìn)一步提高窄成分Cr，只在精煉工序控制范圍上進(jìn)行了優(yōu)化，具體如圖3 所示。

圖3 精煉工序成分w（Cr）控制標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化

1.4 低w（S）控制

S 元素在鋼中通常情況下是有害元素，會(huì)使鋼產(chǎn)生熱脆性，降低鋼的延展性和韌性，在鍛造和軋制時(shí)造成裂紋，此外，S 還會(huì)明顯降低鋼的焊接性能，引起鋼的高溫龜裂，并在金屬焊縫中產(chǎn)生許多氣孔和疏松，從而降低焊縫的強(qiáng)度[3-4]。

為了提高鑄機(jī)成品w（S）≤0.002 0%的合格率，將精煉LF 脫硫模式優(yōu)化為深脫硫模式。鋼水進(jìn)站預(yù)吹氬3 min 后，加Al 粒150 kg 進(jìn)行脫氧操作，后分3批共加入合成渣料2.5 t，進(jìn)行升溫造渣操作，當(dāng)渣子顏色變?yōu)榘自?，再進(jìn)行大氬氣強(qiáng)攪10 min。

因發(fā)生RH 真空槽空置氧化及浸漬管粘渣氧化，為避免鋼水進(jìn)入RH 工序回硫，LF 出站時(shí)在頂渣加入100 kg 鋁渣，提前進(jìn)行渣改質(zhì)操作。

通過優(yōu)化后，對(duì)雙相高強(qiáng)鋼生產(chǎn)實(shí)際結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，精煉結(jié)束時(shí)w（S）由平均0.0018%降到了0.0012%，鑄機(jī)w（S）≤0.002 0%合格率達(dá)到了100%。

1.5 低w（N）控制

經(jīng)研究表明，鑄坯在冷卻的過程當(dāng)中，伴隨著奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變，w（N）的升高將增加第二項(xiàng)質(zhì)點(diǎn)ALN、Nb（CN）等沿晶界的析出量，增加了晶界脆性，造成鑄坯沿晶開裂[5]，當(dāng)鋼中w（N）＞0.004 0%時(shí)，橫裂發(fā)生率達(dá)20%以上，因此，為了提高鋼種產(chǎn)品性能，降低板坯缺陷率，生產(chǎn)雙相高強(qiáng)鋼時(shí)需進(jìn)行低氮控制。

鋼水低氮控制，管控點(diǎn)較多，包括原輔料增氮、二次精煉增氮、鑄機(jī)澆鑄增氮等方面。針對(duì)精煉LF工序，從三方面進(jìn)行了優(yōu)化：

1）LF 過程氬氣控制。鋼包到站將鋼包車開到處理位，包蓋降至下極限位后才可開氣進(jìn)行預(yù)吹氬操作，以減少鋼液裸露時(shí)間。

2）LF 微正壓操作。精煉過程必須執(zhí)行全程微正壓操作，具體以電極極心圓孔微微冒煙為準(zhǔn)。確保鋼包與煙罩間環(huán)縫≤100 mm，加強(qiáng)鋼包與煙罩間的密封，保證爐內(nèi)的還原性氣氛，從而減少鋼液與空氣接觸。

3）LF 埋弧操作。由于升溫過程中鋼液裸露極易增氮，因此在升溫造渣期間，需根據(jù)渣料加入量和實(shí)際埋弧效果，動(dòng)態(tài)調(diào)整頂渣流動(dòng)性。若頂渣流動(dòng)性差，分批加入100～200 kg 螢石調(diào)整鋼水流動(dòng)性，保證埋弧效果符合要求；當(dāng)埋弧效果不好時(shí)，可加入100～300 kg 合成渣、30～50 kg 鋁渣來改善埋弧效果。

在精煉RH 工序中，真空槽狀況好壞直接影響控氮環(huán)節(jié)，針對(duì)RH 控氮制定如下規(guī)定：

1）RH 浸漬管高度為850 mm，為了減少增氮，保證有效浸入深度，頂升工操作時(shí)需在確認(rèn)渣厚高度后，頂至600 mm；

2）鋼水出站后，需做好噴補(bǔ)維護(hù)工作，尤其頂渣完成后，重點(diǎn)對(duì)頂渣位置進(jìn)行噴補(bǔ)；

3）提高RH 真空密封性，加強(qiáng)對(duì)真空泵、溜管、頂槍密封通道、熱彎管與真空槽上部槽連接處密封圈、中部槽與下部槽連接處密封等位置氣密性進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)時(shí)，及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)漏處理。

2 結(jié)論

通過對(duì)精煉LF 與RH 工序處理過程中的化學(xué)成分變化進(jìn)行研究及過程優(yōu)化控制，將鑄機(jī)成品窄成分w（C）合格率由83%提高到了99%，w（Mn）合格率由92%提高到了99%，w（Cr）合格率由95%提升到了100%，鑄機(jī)成品w（S）≤0.00 20%合格率由98%提升到了100%，鑄機(jī)成品w（N）由平均0.003 1%降到了平均0.002 7%。雙相高強(qiáng)鋼窄成分合格率的提高，改善了鋼材性能，減少了成分出格爐次的產(chǎn)生，保障了生產(chǎn)的穩(wěn)定順行。