提高ST52-3成材率.doc

提高ST52-3连铸坯轧制成材率的实践马钢第一炼钢厂 陈友根 【摘要】本文分析了马钢三钢厂生产的高强度低合金钢ST52-3连铸坯在轧制出口板时合格率低，出现大量气泡和裂纹废品的原因，通过公司组织的技术攻关,提出了相应措施。这些措施落实后，取得了满意效果和显著的经济效益。 【关键词】 裂纹 气泡 低合金钢 合格率 马钢第三炼钢厂生产的用于轧制板材的低合金钢连铸坯，在成材厂轧制过程中，比其它钢号如Q235、C-A等更容易产生气泡、裂纹和卷渣等表面缺陷，特别是1997年底生产的酸溶铝（Als）含量要求较高的低合金钢（相当于国标GB/T1951-94Q345C）连铸坯，在轧制过程中，裂纹和气泡问题表现得更为突出。为了提高该类钢种连铸坯轧材的成材率，公司组织有关单位与三钢厂一道进行了技术质量攻关，取得了显著成效。1 ST52-3连铸坯的试生产情况三钢厂于1997年底组织生产端面规格为220mm1000mm、220mm1300mm的ST52-3连铸坯301炉，计18777吨，截止到同年12月底，我公司中板厂共投料15434吨，轧制成825mm中板成品5503吨，改判自销材和非计划材3899吨，性能不合格308吨，总冶废量2981吨，ST52-3出口中板成材率仅为35.7%。在总冶废中，质检部门判定气泡和裂纹废品共计2871吨，夹渣废品110吨，气泡和裂纹废品占冶废总量的96.3%。ST52-3板的吨材气泡和裂纹废品达到了303kg，而且ST52-3气泡和裂纹整批判废20个批次，改判内销10个批次。由此可见，要提高ST52-3的成材率，就必须减少气泡和裂纹废品。2 ST52-3连铸坯产生气泡和裂纹的原因2.1 产生气泡的原因研究表明，当钢水中H含量大于5ppm，O含量大于50ppm时，就有可能使连铸坯产生皮下气泡。2.2.1 转炉冶炼方面的因素（1） 终点控制不严，后吹次数较多，钢水过氧化现象严重，过氧化率达到20%以上。（2） 加挡渣球不规范或不加挡渣球。（3） 烟罩漏水时有发生。上述原因导致钢水中氢和氧含量偏高，使铸坯产生皮下气泡。2.1.2 合金储存运输和烘烤方面的因素原料部门供给三钢厂的锰铁、硅铁和硅锰等铁合金露天存放、敞开运输。遇阴雨天，合金进入现场便严重潮湿，加之三钢厂的合金烘烤窑容量小、烘烤装置长期不好用，使得合金加入钢包时带进了大量水分，并分解成氧和氢存在于钢中，导致了钢水中氧和氢含量的增加。2.1.3 吹氩调温方面的因素（1） 吹氩压力过高、吹氩量过大容易使钢液面裸露、翻腾，因而在钢水与大气的接触面将产生严重的二次氧化，使钢水含氧量增加。（2） 调温所用的废钢油污、潮湿、锈蚀严重，加入到钢水中，将使钢中的氧含量和氢含量增加，尤其对于氩前温度过高的钢水，影响更为严重。2.1.4 连铸操作方面的因素（1） 中包烘烤不良中包工作层采用的是用树脂结合的硅质绝热板，当烘烤时间较短，钢水进入中包的前期，结合剂分解，使钢水中氢含量增加；中包烘烤时间过长，又会导致绝热板粉化、工作层坍塌。（2） 中包烧氧因中包注流区结冷钢和大包水口蓄流等原因，在浇注过程中经常要进行烧氧，尤其是在生产对酸溶铝含量有一定要求的钢种时，大包水口蓄流的现象更为严重，烧氧次数更多，烧氧时间更长。连续长期的烧氧可使中包钢水总氧量增加到290ppm以上。对11炉钢水进行测定的结果表明，钢水含氢量大于5ppm的有6炉，并且有两炉高达8ppm以上；而钢水含氧量大于50ppm的有4炉。2.2 产生裂纹的原因2.2.1 化学成分方面的因素（1） ST52-3钢种的化学成分如表1所示。 表1 ST52-3钢种的化学成分（%） C Si Mn P S Als 0.120.18 0.250.50 1.301.60 0.035 0.035 0.015ST52-3钢种的含C量为0.120.18%，处于包晶反应区。随着钢液的凝固，产生的Fe转变成Fe，再转变成Fe发生相变，并产生线收缩和体积收缩；而C量为0.120.18%的钢种在初始凝固过程中，坯壳较薄，承受热应力、相变应力、矫直等机械应力的能力偏弱，因此最容易产生裂纹。（2） ST52-3是低合金高强度钢，对裂纹特别敏感，应力集中稍微大一点，就会出现裂纹。（3） 钢中的N与Al、Cr作用生成AlN、CrN等氮化物，在奥氏体晶界沉积，增加了晶界脆性和裂纹敏感性，因此，ST52-3连铸坯在矫直过程中也很容易产生裂纹。所测定的11炉钢中，其N含量较高，平均为55ppm，生成AlN、CrN的倾向性较大，在二次冷却不均匀和矫直温度不适当的情况下，裂纹就将形成和扩展。2.2.2 工艺控制方面的因素（1） 钢液面波动大ST52-3钢种的酸溶铝含量较高。当大、中包水口结瘤时，将导致结晶器液面异常波动，而当其波动大于10mm时，就很容易产生裂纹。（2） 保护渣性能不良在试生产ST52-3钢种时，使用的是普通的Q345保护渣，因其在使用过程中不断吸附钢水中的Al2O3渣子而粘度急剧增加，从而使初生坯壳得不到均匀冷却，最终因热应力而产生裂纹。（3） 二次冷却不合理ST52-3属于低合金高强度钢，对裂纹敏感性强，二次冷却不均匀则很容易形成裂纹。在试生产ST52-3时，因考虑该钢种与Q345成分基本一致，二次冷却强度只是在Q345的基础上相应地调低了一点，结果表明冷却强度仍然偏大，最终导致了裂纹的产生。（4） 矫直时铸坯表面温度不适宜（5） 750900是铸坯的脆性敏感区，在该温度范围对铸坯进行矫直，则容易产生矫直裂纹。2.3 轧制工艺方面2.3.1 铸坯加热（1） 低合金高强度钢ST52-3连铸坯裂纹敏感性强，故应采用适当的加热方式，要严格控制加热炉炉温，并选择合适的升温曲线，缓慢、均匀地加热，且保证铸坯上、下表面及内、外部温差要小，以避免热应力作用而产生新裂纹、扩展老裂纹。（2） 防止过烧，避免皮下气泡暴露形成。2.3.2 增加轧制压缩比在轧制ST52-3连铸坯过程中，其合适地压缩比应大于10。试生产表明，轧制厚度为8mm、10mm、12mm、15mm和20mm的钢板时，其吨钢废品量分别为34.16kg、58.47kg、122.06kg、476.43kg和857.50kg。压缩比增加，也就是轧制薄规格的钢板时，随着坯料的延展和金属的充分流变，铸坯上的一些细小裂纹和星型裂纹可被焊合、减轻甚至消除。3 提高ST52-3连铸坯轧制合格率的措施3.1 减少气泡废品的措施3.1.1 加强原材料的管理（1） 铁合金应入库储存，阴雨天要用蓬布覆盖运输，保持合金干燥，同时加强合金烘烤。（2） 保证吹氩站调温用废钢的干燥和清洁。3.1.2 提高过程控制水平（1） 减少后吹次数，防止钢水过氧化，终点碳必须控制在0 .05%以上，并把终点钢水含氧量控制在较低的水平。（2） 采用合适的脱氧工艺，强化终点钢水的脱氧。（3） 按规程要求加挡渣球，减少出钢过程的下渣。（4） 烟罩漏水应严禁生产。（5） 吹氩压力要控制在0.25MPa以下。高温钢应用废钢调温，严禁用延长吹氩时间来大幅度调温。（6） 优化铸坯在加热炉内的加热工艺，避免过烧。3.1.3 优化工艺配置（1） 中包工作层用镁质绝热板替代硅质绝热板，并严格按要求烘烤。（2） 采用大包保护浇注，避免钢水二次氧化，并防止因注流区结冷钢而烧氧。（3） 减少大包中的加铝量。大包加铝只要能满足钢水脱氧要求就可以了，而该钢种对酸溶铝的要求则应通过结晶器喂铝线来实现，以防止大、中包水口结瘤。3.2 减少裂纹的措施3.2.1 严格按冶炼工艺操作应使用较为清洁干燥的废钢，以减少钢中Cr、Cu等残余元素的含量，采用合适的脱氧工艺，并同时保证红罐出钢。3.2.2 优化连铸工艺（1） 确保浇注温度在该钢种液相线温度以上2035范围内。因此，必要时可采用加废钢调温，并辅之以喂铝线。喂线前，大包内钢液温度应控制在：开浇炉次为16101620；连浇炉次为16001610。（2） 注温和拉速的关系如表2所示。 表2 注温与拉速的关系注温() 1525 15261535 15361545 15461555 1556拉速(m/min) 0.85 0.80 0.75 0.70 0.65（3） 其二次冷却强度应比Q345稍弱，并适当提高二冷前段的冷却水量，减少二冷后段冷却水量，保证矫直时铸坯的表面温度大于900。（4） 结晶器保护渣应使用专门配制的对Al2O3增加保护渣粘度不敏感的预熔喷雾造粒保护渣，并相应降低保护渣碱度。4 效果在采取上述一系列措施后，1998年三钢厂生产的ST52-3连铸坯在轧制出口板的过程中，裂纹和气泡的发生率大幅度降低。跟踪表明，批量轧制ST52-3成品出口板材5893吨，冶废降低到46kg/吨材，比19