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典型钢种冶炼

4洁净钢（纯净钢）与品种钢生产纯净钢（puritysteel）一般指钢中∑S+P+N+H+O总和水平：60年代≤900PPm；70年代≤800PPm；80年代≤300--500PPm90年代≤100PPm；2000年代≤50PPm。纯净钢除S+P+N+H+O五大元素外，随废钢用量的增加，还包括Cu.Zn.Sn.Pb等残余元素。国内外一些钢厂生产纯净钢水平如表1厂家元素总和备注CONPSH爱知钢厂9-12<505-10新日铁102515253160名古屋〈301980-100迪林根厂20-3070林茨公司202466中钢公司〈25〈11〈3066宝钢14-1715-2620-3031-42180洁净钢（cleansteel）是指钢中非金属夹杂物总量.形态和尺寸。它决定于钢种和产品用途。不同用途的产品对钢中洁净度要求如表2。产品纯净度（ppm）洁净度(D,;T[0],ppm)汽车板[C]<30,[N]<30T[o]<20D<100DI罐T[o]<20D<20大规模集成电路用引线枢[N]<50D<5显象管阴罩用钢D<5轮胎钢帘线，大桥悬索用冷拉钢丝T[o]<20,D<20不含或含极少不变形夹杂物滚珠轴承[Ti]<15T[o]<10,D<15管线钢[s]<10,[N]<50D<100,氧化物形转状制钢轨T[o]<20,单个D<13,链状D<200高强度级船板，海军舰艇板[N]〈20[24]，[S]〈20，[P]〈50，[H]〈1.0T[o]<10，低的不变形夹杂物，D<100表2典型纯净钢的纯净度和洁净度要求（国际先进水平）

“洁净钢”“洁净钢”不同于“纯净钢”的概念。“洁净钢”并不意味着越纯越好。“洁净钢”定义：当钢中的非金属夹杂物或其它有害物质直接或间接地影响产品的加工性能或使用性能时，该钢就不是洁净钢；而如果钢中的非金属夹杂物和有害杂物的数量、尺寸或分布对产品的加工性能、使用性能都没有不良影响，则这种钢就可以被认为是洁净钢。

“洁净钢”的概念不仅具有质量含义，而且具有经济含义，无论是普通商品钢材还是高档商品钢材乃至尖端商品钢材的工业生产而言，都应建立起“洁净钢”的概念。经济洁净度对于钢厂生产优质商品钢材而言，更应重视构建经济洁净度的洁净钢生产平台。经济洁净度的含义是：对钢厂而言，所生产的产品易于实现生产的高效率、低成本特别是质量稳定性等要求；对于用户而言，则是钢厂生产的商品钢材，可以满足其加工过程和使用过程的各类要求，同时这些商品钢材的性能是稳定、均匀的，可以及时交货，价格也是合理的。高附加值产品对纯净度要求是：★T[O]要低〈20PPM★夹杂物数量要少；★夹杂物尺寸要小〈50μm★夹杂物形态要合适。目前，洁净钢的概念基本上涵盖了洁净钢、纯净钢的全部内容。★纯净钢或洁净钢是一个相对概念;★某一杂质含量降低到什么水平决定于钢种和产品用途;★有害元素的降低的程度决定于装备和工艺现代化水平;★不管生产什么用途的钢,总是要求钢中夹杂物数量尺寸、形态得到控制。表1典型钢种洁净度的建议控制水平注：*表示要求严格控制连铸坯的中心偏析，/表示不作要求。图1不同商品钢材的市场份额和技术难度技术难度项目质量稳定性难度生产效率难度成本难度性能难度普通商品＋＋＋＋＋＋中档商品＋＋＋＋＋＋＋＋高档商品＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋尖端商品＋＋＋＋＋＋＋＋＋表2不同商品钢材的技术难度比较注：＋：一般；＋＋：较高；＋＋＋：很高；＋＋＋＋：极高洁净钢制造平台需要有一系列支撑技术和集成技术构建而成。其中应该包括：1）解析-优化的铁水预处理技术；2）高效-长寿的转炉冶炼技术；3）快速-协同的二次冶金技术；4）高效-恒速的全连铸技术；5）优化-简捷的“流程网络”技术；6）动态-有序运行的物流技术。4.1洁净钢生产研究开发的重大意义随着工业化和现代化水平的提高，市场对钢材品种结构和质量水平提出了新的要求，即要求钢材品质向优质.功能.高技术含量和高附加值的方向发展。其重要的标志之一是板带的比重提升，日本.美国，西欧.韩国等先进产钢国，一般板管比已占到60%以上，各类钢材中高附加值产品占到40%左右。而我国，板带管材的比重只占到40%，且集中于几大钢铁集团。目前，国民经济需要的关键产品，只能满足1/3，如小轿车用的冷轧超深冲优质钢板无论质量还是数量都无法满足国内需要；石油.大型电站.造船及化工.化肥.化纤所专用钢材产品由于生产能力不足或工艺装备落后而不能满足国内市场。石油管线.镀锡板和冷轧硅钢板的国内市场占有率分别为60%.40%.15%。目前我省生产的主要钢种是通过LD-CC工艺生产普碳钢，型线材比例很高，产品附加值低，与钢铁大省的地位很不相衬。综合省情，我省有必要在深冲钢板.镀锌板.造船.电站.管线和集装箱用高强度钢板方面加大投入力度，开展重大项目研发工作。微合金钢高强度钢.洁净优质钢生产是重中之重。生产线：高炉炼铁—铁水预处理—复吹转炉炼钢—炉外精练（RH）—大型板坯连铸—热宽带轧机—酸洗—冷轧板机—退火—表面镀层品种1998年国外实物水平产量进口消费占有率（%）镀锌板10010117059N≤50PPMd≤40μm镀锡板50267467N≤50PPMd≤40μm集装箱板60、9379767d≤40μm轿车用板13、11326、1650C+N≤50PPMs≤50μm家电用板309012025C≤50PPM无Al2O3夹杂冷轧硅钢片21、84167、840C+N≤50PPM，s≤20μmT.0≤20PPM石油管663291、672S≤20PPMP≤50PPMT.0≤20PPM重轨1090、1104、2100T.0≤20PPMH≤1.5PPM钢绞线用盘线35104577d≤40μm无Al2O3脆性夹杂模具钢2032580d≤20μm硫化物控制不锈钢板5（28）636830合计8757721607.663表3我国关键钢材品种生产情况4.2洁净钢生产的工艺路线洁净钢生产的工艺路线可归纳为：高炉炼铁—铁水预处理—复吹转炉炼钢—炉外精练—板坯连铸废钢、海绵铁、热压块—电炉炼钢—炉外精练—板坯连铸工艺路线中最为关键的是炉外精炼。主要有：（LF）、（VD）、（RH）等。洁净钢生产的关键技术⑴全量铁水预处理三脱（Ｓi、S、P）技术与工艺的研究与开发铁水脱Ｓi是深脱P的前提，也是转炉少渣冶炼的前提．脱Ｓ、Ｐ则是生产洁净钢的必要条件（如，生产管线钢要求铁水硫含量必须小于８０－１００ＰＰm）．研究开发脱Ｓi、深脱Ｓ、脱Ｐ的工艺与方法（包括脱除剂）,为后续工艺供应稳定的铁水条件．⑵高效转炉少渣吹炼工艺与技术转炉少渣冶炼可将转炉渣量由１５０kg/t降至５０kg/t，从而减少造渣剂的消耗，如何在少渣条件下快速造渣、有效脱磷及少渣冶炼对溅渣护炉的影响转炉冶炼的预测与控制模型的开发是研究的内容。⑶转炉流程超低Ｐ、Ｎ含量钢水生产技术由于超低磷钢的生产需要转炉炉外处理手段，铁水预处理与转炉及之后工序的脱磷任务如何分配、分解；炉外处理脱氮能力有限（如，ＲＨ只能脱除２０－３０％），如何采取措施降低钢水中的氮含量及防止转炉出钢后增氮。⑷转炉档渣出钢（扒渣）及钢包顶渣处理、渣改性技术。⑸钢包吹氩、喷粉脱硫相关技术。⑹ＲＨ真空处理快速深脱碳、氧钢水工艺技术。ＲＨ真空处理无论对洁净钢的质量还是洁净钢的冶炼周期都构成关键性的影响．ＲＨ真空处理碳、氧行为与处理工艺的优化是研究的中心内容。⑺二次氧化的防止（覆盖剂、保护渣等功能渣系的开发）。⑻夹杂物的去除、控制与变形技术。连铸过程夹杂物来源调查与行为研究，喂线处理工艺。⑼深脱硫工艺流程的制定与深脱硫精练技术。铁水脱硫无论从反应条件还是经济性都有炼钢脱硫无法比拟的优势．在低的硫含量的情况下，必须针对具体情况从脱硫角度制定合适的铁水入炉条件；另一方面，转炉出钢后由于设备条件和技术条件也需要适宜的脱硫工位和脱硫工艺进行比较、研究．再者，无论采用炉后吹氩喷粉脱硫、ＬＦ炉脱硫还是ＲＨ真空处理脱硫也都需对相应的脱硫剂的研究和脱硫工艺、脱硫效果及脱硫的经济性进行研究与对比。⑽钢包喂丝及钙处理技术钢包喂丝工艺对脱硫效果的影响及对夹杂物变性的作用；钙处理改善超低碳钢水的可浇性也是研究的重要内容之一．⑾中间包、结晶器内钢水流动的控制技术中间包是钢水去除夹杂物的理想场所．而结晶器是夹杂物上浮的最后机会．钢水面上覆盖剂要有效吸收夹杂物，但同时必须采取措施（档渣＋坝（weir+dam）、多孔挡墙（baffe）、阻流器（turbostop）、水口倾角、直径与插入深度）改变钢水在中间包和结晶器内的流动路径和方向，促进夹杂物上浮．为此需要以研究中间包和结晶器内钢水流动情况为基础，理论模拟与水模相结合，研究中间包和结晶器内的流场，从而优化中间包与水口的结构，达到最大限度去除夹杂的目的．4.3洁净钢生产的典型钢种（1）管线钢管线钢是指专门用于制造石油、天然气输送管道的低合金高强度钢。X60、X65及含TiX60G实际成分如表5。品种规格为：6-12mm×1050-1550mm卷板。表5管线钢实际控制成分（%）钢种级别CSMPSNb、V、TiRE/SX60G0.05－0.120.05－0.300.45－0.80＜0.035＜0.035Ti0.07－0.14X600.05－0.110.2－0.241.08－1.250.01－0.020＜0.016Nb0.05－0.02＜2.0X650.05－0.110.2－0.261.20－1.280.01－0.0220.004－0.014Nb0.03－0.040＜3.0X800.060.071.790.0090.003NbMo0.040.24其他Cu-Ni-Ti为了抗氢诱裂纹腐蚀(HIC),管线钢生产的关键在于:★生产硫含量低于0.003%钢水,并采用硫化物变性处理(如钙处理);★降碳增锰:碳含量低于0.05%,锰含量保持于1.1%以上;★生产含铌、钛管线钢必须保证有效的硼含量;★降低硫含量以降低T.O为前提,为此,T.O＜20PPm管线钢生产工艺为:铁水脱硫－转炉复吹－吹氩（ＲＨ及钙处理）－板坯连铸－带钢热连轧机轧制－层流冷却－卷取高纯净度管线钢中元素控制对管线钢质量要求：高强度、高刚性、抗氢致裂纹(HIC)、抗硫应力致裂纹（SSC）以及良好的野外可焊接性。由于HIC是目前管线钢失效和发生事故的主要原因，应了解各成分对HIC的影响。C的控制按照API的标准规定，通常管线钢C为0.18~0.28%，但目前C在逐渐下降。尤其是高等级的管线钢，如X80，C仅为0.06%。对低温条件使用的管线钢：★当C>0.04%时，继续增加C，将导致钢抗HIC能力下降，使裂纹率大大增加。★当C>0.05%时，将导致锰和磷的偏析加剧。★当C<0.04%时，可防止HIC。对寒冷状态下含S环境的管线钢，如果C<0.07%,热影响区从晶界将脱化，并引起热影响区发生抗HIC和韧性的降低。综合：管线钢C=0.01~0.05%最佳。靠炉外精练实现C的精确控制，如RH、LF-VD。注意：精练后避免耐材增加C，其方法是使用不含C或低C耐材和同一耐材的重复使用。S的控制S是影响抗HIC能力和抗SSC能力的主要元素。钢中S>0.005%时，随着S增加，HIC的敏感性大大增加。钢中S<0.002%时，HIC大大降低甚至可以忽略。但当S与Mn形成MnS颗粒夹杂时，随着钢强度增加，不能防止HIC。钢中S增加，还影响钢的低温冲击韧性。所以，S应降低到小于10ppm。管线钢中S控制：铁水脱S到RH喷粉脱S。O的控制钢中氧含量过高，严重影响管线钢的纯净度，钢中氧化物夹杂是管线钢产生HIC和SSC的根源之一，危害钢的各种性能，应将钢中氧含量控制小于0.0015%。注意要防止二次氧化，包括空气、耐材、覆盖剂。国际炉外精练T[O]水平钢厂工艺T[O]PPm新日铁君津RH+KIP29室兰制铁所LF-RH.LF-VOD10日本其它厂RH20日本NKKRH喷粉5H的控制钢中氢是导致白点和发裂的主要原因，H越高，HIC产生的几率越大，腐蚀率越高，平均裂纹长度增加越明显。利用转炉一氧化碳去氢，RH脱气，[H]≤1.5ppm。当RH的氩流量>3.0m3/min时，[H]≤1.1ppm.。注意：防止炼钢其他阶段增氢，包括：钢包、中包、模铸、连铸套管等。P的控制P易偏析，在偏析区其淬透性约为碳的2倍；P还会恶化焊接性能，应：P<

0.04% 以下。P能显著降低钢的冲击韧性,使钢冷脆,应控制P<0.015%。去P：铁水预处理(三脱)——转炉复吹(双渣法)——RH喷粉(或LF分段脱P)。LF分段脱P：LF强搅拌脱P(氧化法)，完全扒除脱P法,防回P然后进行还原精炼；喷吹CaO粉,获得超低P钢。Mn的控制管线钢低C的强度要用Mn补,Mn还推迟铁素体向珠光体的转变,有利于形成细晶粒组织。但Mn过高对管线钢焊接性不好,Mn不超过1.5%。Cu的控制加入适量铜,可以改善抗HIC的能力,随着Cu的增加,可以有效的防止氢原子渗入钢中,平均裂纹长度大大减小,当Cu>0.2%时,能在钢表面形成致密保护层,HIC能力大大降低,平均裂纹长度趋于0。但对于耐CO2

腐蚀的管线钢,添加铜会加大腐蚀速度,当钢中不加Cr时,添加0.5%的铜腐蚀速度增加2倍,而添加0.5%Cr以后,Cu<0.25%时,腐蚀速度基本不受影响,Cu>0.5%时腐蚀速度加快。夹杂物的控制大多数HIC都起源于夹杂物,而SSC的形成与HIC的形成密切相关,为了提高钢抗HIC和抗SSC能力,必须尽量减少钢中夹杂物,控制夹杂物形态,钙处理可以很好地控制夹杂物形态,从而改善钢的抗HIC和抗SSC的能力,当钢中S=0.002~0.005%时,随着Ca/S增加HIC下降,但是当Ca/S达到一定值时,形成CaS,HIC会显著增加。而对S≤0.002%的钢,即便形成CaS,Ca/S也不受影响。管线钢生产非金属夹杂物控制研究对某钢厂以铁水脱硫预处理－转炉－LF炉精炼－RH真空处理－连铸工艺生产管线钢的各个冶炼环节进行了优化和完善。LF精炼过程采用三元合成渣造渣，保证LF白渣精炼时间在40min以上；RH采用直接抽深真空处理，破空后进行喂SiCa线处理，控制合适的软吹氩气流量和时间。能够在LF精炼结束时将钢中夹杂物组成转变为CaO-Al2O3-MgO或CaO-Al2O3夹杂物；RH吊包时钢液中的T[O]达到5～10ppm，当量直径为15μm的夹杂物含量为低于0.2个/mm2，极大地提高了钢液的洁净度，满足了高品质管线钢对夹杂物的要求。1生产工艺

1.1工艺路线

某钢厂的X70管线钢是按以下工艺路线进行生产的：铁水脱硫预处理－铁水脱硫－转炉-LF炉-RH-连铸。冶炼采用的主体设备包括2座100t的铁水脱硫站，3座100t顶底复吹转炉，2座100t

LF精炼炉，1套100t双工位RH真空处理设备，1台具有轻压下功能的单流板坯连铸机，可浇铸连铸坯断面尺寸为200～320mm×1500～2400mm。

1.2工艺控制要点

转炉出钢增加铝铁量加强钢水脱氧，出完钢渣面采用铝粒进行渣面脱氧；LF精炼使用三元合成渣，保持钢包微正压操作，白渣精炼时间大于40min；RH真空处理时间大于15min；RH破真空后向钢液喂入SiCa线进行夹杂物变性；喂线后对钢液进行软吹处理便于夹杂物上浮去除，软吹完毕吊包。

2.1精炼过程夹杂物组成及形貌变化

对钢中非金属夹杂物的控制主要采用LF精炼过程利用渣钢反应使脱氧产物转变为低熔点易上浮的夹杂物，在随后的RH真空循环及软吹过程中尽可能上浮去除。LF进站至RH吊包过程钢中夹杂物组成变化如图1所示。

由图1可见，LF钢水到站时，钢中夹杂物主要为尚未从钢水中上浮去除的Al2O3夹杂物，至LF精炼结束，钢中的夹杂物已经转变为CaO-Al2O3-MgO复合夹杂物，其组成基本为：40%～60%CaO、0%～20%MgO、40%～60%Al2O3，此类夹杂物的熔点为1400～1550℃，在钢液中呈液态，利于上浮去除。

夹杂物转变的原因主要是在钢水温度高于1520℃时，钢水和钢渣会在渣/钢界面发生反应：

3(MgO)slag+2Al=(Al2O3)slag+3Mg（1）渣/钢界面附近钢水中的Mg和Al2O3夹杂物反应就会生成MgO?Al2O3。同时，随着LF炉脱硫反应的进行，钢渣和钢水继续发生反应，由于钢渣中CaO的活度很高，于是在渣/钢界面还会发生如下反应：

3(CaO)slag+2Al=(Al2O3)slag+3Ca

（2）

按（2）式反应生成的Ca不但与夹杂物中的Al2O3反应，同时也和夹杂物中的MgO反应，置换出夹杂物中的Mg。随着夹杂物中的CaO逐渐增加，最终生成稳定的CaO-Al2O3-MgO或CaO-Al2O3夹杂物。

在RH真空处理过程中，钢中的夹杂物仍然通过钢水与钢渣发生平衡反应，RH真空处理后的钙处理会促进钢中夹杂物的变性过程，当钢水离开RH真空处理站时，钢中夹杂物基本为Al2O3在54%左右的CaO-Al2O3球状夹杂物，而且在夹杂物的外面包裹CaS，见图2。图2为软吹结束后，钢中典型的夹杂物电子探针EPMA面扫描照片，夹杂物尺寸为5μm，大部分为Al和Ca的氧化物，而边缘有很清晰的环状的S元素的分布，夹杂物外层为CaS，从而表明夹杂物得到了很好的变性，这种类型的夹杂物对于提高管线钢的抗HIC性能有利。2.2冶炼过程夹杂物数量变化分析

为了研究目前管线钢中夹杂物尺寸及数量的变化情况，分别在LF进站、LF过程、LF结束、RH真空处理、软吹结束时对钢液取吊桶样，加工成金相样品后，在金相显微镜下进行了定相金相检验，放大倍数为200倍，每个金相观察500个视场，分别统计5～10μm、10～20μm、20～30μm、>30μm四级夹杂物的个数。结果如图3所示。

从图3可明显看出，LF进站时钢液中夹杂物比较少，钢液较干净；LF精炼过程和LF结束时钢液中夹杂物较多，经过RH真空循环后，钢液中夹杂物得到了有效去除，在喂SiCa线后，钢液经过软吹净化处理后，钢中的夹杂物又得到有效去除，此时的钢液又达到了一个很高的洁净度水平。另外，在冶炼过程中，夹杂物个数变化最大的是5～10μm的夹杂物，其中RH真空处理过程中10μm以下夹杂物的去除率为64%，而RH软吹处理对钢中10μm以下夹杂物去除的效果最明显，这类夹杂物通过软吹减少了81%。对于尺寸大于10μm的夹杂物，其数量是从LF炉精炼结束到吊包是逐渐减少的。

为了进一步明确冶炼过程夹杂物数量的变化趋势并将其数量化，根据公式(3)计算了各个冶炼环节钢液中每平方毫米内，当量直径为15μm的夹杂物个数变化，结果如图4所示。

式中：I—夹杂物含量，单位面积上直径相当于B的夹杂的个数(个/mm2)

B—夹杂当量直径，选择B＝15μm；

Si—不同级别夹杂的平均面积μm2；

ni—各级夹杂个数；

D—视域直径；

N—视场数，选择500。由图4可见，LF到站时，钢中当量直径为15μm的夹杂物个数在0.24个/mm2左右，LF炉精炼过程和精炼结束时钢水中当量直径为15μm的夹杂物数量没有减少，反而分别增至2.04个/mm2和1.93个/mm2，其主要原因为LF精炼过程和精炼结束钢中夹杂物数量增加了。研究表明，在LF处理过程中，钢水深脱硫需要较强的底吹氩搅拌，所以钢水和钢渣混合的程度比较强，钢渣被卷入到了钢水中，导致钢中夹杂物增加。LF精炼结束后在RH真空处理及之后的软吹过程中，钢中夹杂物数量不断降低，在RH真空和软吹结束时当量直径15μm的夹杂物个数分别降低到了0.89个/mm2和0.12个/mm2，表明LF炉精炼结束后RH真空及软吹氩气处理对钢中夹杂物的去除是非常有效的。按钢中15μm当量直径夹杂物个数计算，从LF精炼结束至中间包钢中夹杂物的数量减少了94%。3

结论

通过铁水预脱硫—转炉冶炼—LF精炼处理—RH真空处理—板坯连铸，该流程可以满足高级别管线钢对夹杂物的要求。

LF精炼过程通过延长高碱度白渣的精炼时间，在LF精炼结束时钢中夹杂物已经转变为低熔点的CaO-Al2O3-MgO复合夹杂物，在RH真空处理站软吹结束后，钢中夹杂物基本为Al2O3含量约54%的CaO-Al2O3夹杂物，外面包裹着CaS，说明钢中夹杂物得到了有效的变性处理。

RH真空处理以及随后的钢包软吹氩处理对于夹杂物的去除效果非常明显，夹杂物的去除率达到了64%～81%。(2)IF钢IF（Interstitialfreesteel）钢,无间隙原子钢，也叫高纯度钢；属于超低碳钢。由于没有间隙固溶的C和N原子存在，该钢具有优良的深冲性能和时效性。是继沸腾钢、低碳铝镇静钢后的第三代冷轧冲压用钢，具有优良的超深冲性能，几乎可以满足汽车用钢板所提出的各种性能要求。主要用于超深冲、高强度的汽车工业用钢板。低碳铝镇静钢：对于中低碳细晶粒钢，要求钢中酸溶铝[Al]s≥0.01%；对于低碳铝镇静钢，为改善薄板深冲性能，要求钢中[Al]s=0.02%～0.05，为此要求用过剩铝脱氧。这样，需要解决两个问题。（1）加铝方法如何把铝加到钢水中达到目标值，且铝的回收率尽可能高。（2）如何避免Al2O3夹杂的有害作用对于加铝方法，将一部法加铝改为两部法加铝：①出钢时加铝量脱除钢水中超出C—O平衡的过剩氧量：②精炼加铝量为脱除C相平衡的氧+目标铝含量（喂铝线）。钢水中与酸溶铝[Al]s相平衡的[O]D很低，为（2～6）×10-6，脱氧产物全部为Al2O3，其害处是：①Al2O3熔点高（2050℃），钢水中呈固态；②可浇性差，堵水口；③Al2O3可塑性差，不变形，影响钢材性能，尤其是深冲薄板的表面缺陷。为此，采用钙处理（喂Si-Ca线或Ca线来改变Al2O3形态。）IF钢成分特点:超低碳，微合金化，基本无C、N间隙原子，钢质纯净。按添加元素不同，IF钢被分为3种。单一添加的Ti–IF钢，单一添加的Nb—IF钢和同时添加的Nb+Ti--IF钢。以Ti–IF钢为主与低碳铝镇静钢相比较，Ti–IF钢的特点是具有良好的冲压成型性不存在钢板的时效问题。Nb+Ti—IF钢由于具有Ti—IF钢和Nb—IF钢的优点而得到大力研究和广泛应用，其主要通过钛和铌来清除钢中的C、N间隙原子，从而得到优良的超深冲性能。通过在超低碳钢中加入Nb或Ti微量元素形成C、N化物析出，达到IF化。在制造过程中要求炼钢、连铸工序做到钢水的超低碳处理、纯净化处理，提高Nb和Ti微合金元素的效率。由于C、N化物的析出，主要在热处理阶段形成，这就要求热轧工序必须具备与之相符的温度制度。Nb+Ti--IF钢中的N和S含量低，并添加适量Ti、Nb微量合金元素，同时具有无固溶间隙C、N原子（这是获得高rm值的主要原因）。在铁素体种加入Ti、Nb改善铁素体组织形式，使之成为无间隙原子的纯铁素体。也就是对于溶于铁的固溶元素C、N的含量尽可能的少，并添加能与C、N形成化合物的当量以上的Ti和Nb等，从基体上将固溶C、N完全除去的高纯度钢。(汽车用冷轧薄板必须具有优良的冲压成形性能，塑性应变比r值是衡量薄板深冲性能的重要指标，r值愈高则薄板的深冲性能愈好。研究证实，r值高低取决于薄板的织构，{111}织构愈强，{100}织构愈弱则r值愈高。在深冲钢板的生产中，从成分设计、冶炼、热轧、冷轧到热处理各环节中无不考虑到在最终产品中充分获得{111}类型的织构(所谓有利织构)以保证深冲性。织构控制是深冲钢板生产中的核心问题。深冲钢板发展至今出现三代产品，即沸腾钢、铝镇静钢及IF钢。r值高低，或者说{111}织构强弱，是进行划分的标准。r值≥2．0是冷轧冲压钢板中技术要求最高的一个牌号；应变硬化指数n值；GB/T5028-1999|金属薄板和薄带应变硬化指数(n值)试验方法)IF钢的超低C、N和强C、N化合物形成元素对铁素体中间隙原子的清扫，使IF钢经冷扎、退火处理后获得优良的深冲性能，广泛应用于难冲压成型的零件。这种钢的特点是：屈服点低，不存在不连续的屈服现象，无时效性，总延伸率大，塑性应变比高，显示出其它钢种所没有的优良的钢材特性，有极好的成型性，适合于在连续退火线和热度锌等生产线上生产。为超深冲用冷轧超低碳薄板钢，主要用于制造高级汽车深冲板。早在上世纪40年代末comstock为IF钢的研究奠定了基础，但是却沉睡了20年，60年代末真空脱气冶金技术的应用，使钢中C、N、S的含量分别降至50、30、80ppm以下，从而添加少量的Ti或Ti和Nb，即获得高的塑性应变比（r）的超深冲钢。70年代连续退火技术的应用，简化了工艺与降低成本，为开发提供了美好的前景。其典型成分Ｃ:0.004，Ｓi:0.002，Ｍn:0.14，Ｔi:0.085，Ｎb:0.012，Ｐ:0.009，Ｓ:0.008，Ｎ:0.002Ａl:0.045。Ｔi≥3.42Ｎ＋1.5S＋4C,Ｎb≥6.643Ｎ＋7.75C美国Armco公司70年代开发Ｃ:0.002～0.012，Ｓi:0.002，Ｍn:0.14，Ｔi:0.08～0.31，Ｎb:0.06～0.25，Ｐ:0.007～0.020，Ｓ:0.0080.010，Ｎ:0.004~0.008,Ａl:0.003~0.010。Ｔi≥3042Ｎ＋105S＋4C,Ｎb≥6.643Ｎ＋7.75C厂家ＣＳiＭnＰＳＮＡlＴiＮbＣrＣu日本川奇0.00280.0150.120.0120.0080.00110.0620.0290.0090.0200.012中国宝钢0.00350.0020.140.0090.0080.00310.0450.0540.010中国攀钢0.039~0.00580.01~0.030.19~0.240.008~0.0130.005~0.010.001~0.0040.02~0.070.03~0.066表６ＩＦ钢典型化学成分对比（％）

IF钢的冶炼日本传崎：铁水预处理，转炉顶底复合吹炼，RH真空处理,板坯连铸工艺。工艺流程高炉--------KR处理-------转炉------RH--------板坯连铸某厂（pg）Nb+Ti—IF生产工艺流程：高炉炼铁→铁水预处理→120t转炉→炉后精炼→板坯连铸→步进梁式加热炉→粗轧→热卷箱卷取→精轧→层流冷却→地下卷取机→热轧成品库→冷轧酸洗→冷连轧→罩式炉退火→平整→精整(剪板、分卷)→涂油→包装入库→发货。冶炼

Nb+Ti—IF钢是通过Ti、Nb处理使固溶体中的间隙原子(C、N)得以清除，得到纯净的铁素体基体，从而得到优良的深冲性能。间隙原子的清除是通过下列方式实现的：Ti+N→TiN；Ti+S→TiS；Nb+C→NbC；Mn+S→MnS。因此要求加入的钛和铌微合金元素满足：3.42N≤Ti≤3.42N+1.5S，Nb≥7.75C，其中用钛来固定氮和部分硫，未被钛完全固定的硫可以形成MnS，碳由铌来固定。其冶炼的关键问题是超低碳、硫的控制和钢质纯净度的保证。

C：碳是极强的固溶强化元素。此外，固溶碳原子使冷轧板中{111}织构减弱，{110}和{100}织构增强，所以，碳含量增加，冷轧板的强度提高而塑性下降，r值降低；再者，碳含量增加，冷轧板中碳化物数量增加，n值将降低，因此碳是对冲压性能极为不利的元素。S：在低碳钢中，MnS会阻碍再结晶，使r值降低；MnS夹杂增加，钢的延性下降，MnS沿轧向分布，产生性能各向异性。在Ti—IF钢中，钛还与硫结合形成硫化物或硫碳化物；所以应使硫含量尽量低。N：氮也是有害的间隙原子，当它以游离状态存在时，不仅使钢的屈服强度明显提高，而且使钢产生时效性；但可通过添加铝、钛等氮化物形成元素加以固定。当然，钢中氮含量越高，所要添加的合金元素含量就越高，对性能显然不利。Nb+Ti—IF钢的冶炼采用铁水深脱硫，控制入炉S≤0.010%，确保成品硫含量；采用RH真空深处理脱碳及中包无碳覆盖剂、连铸低碳保护渣；采用降低钢渣氧化性、连铸保护浇铸等措施，确保钢质纯净，其余元素控制水平均满足技术条件要求。杂质元素的控制真空处理前钢水成分（％）：Ｃ:0.06，Ｍn:0.15，Ｐ:0.010，Ｓ:0.015，Ｎ:0.004，T[O]≤0.025,钢水温度1631℃。通过RH-MFB真空精炼处理36min，温降24℃，处理完毕钢水温度1597℃。RH-MFB真空精炼结束时钢水成分（％）：Ｃ:0.0028，Ｓi:0.015，Ｍn:0.12，Ｐ:0.0129，Ｓ:0.008，Ｔi:0.029，Ｎb:0.009，Als:0.042。ao:0.003,T[O]≤0.0011。杂质元素的控制Ti–IF钢杂质元素应控制在很低水平，这是IF刚获得超深冲性能的主要原因，一般Ti–IF钢成分：C=0.0039%S=0.01%Mn=0.16%Si=0.005%P=0.006%Als=0.020%Ti=0.035%由于S和P易偏析，明显提高钢板的均匀性，是造成裂纹的原因。Mn和Si过多，除固溶强化外还引起析出物过剩，阻碍原结晶晶粒的长大，对r值不利，故其含量应较低。氧在钢中的固溶量极少，多以各种氧化物杂质的形式存在，而这些杂质物导致最终晶体的表面和内部产生缺陷。钢中有金属夹杂物如：氢化物和硫化物归根到底是受氧和硫含量的影响。因此含量一般较低，氧含量<20x10-6，杂质直径不大于50μm。超低碳IF钢是无间隙原子钢，为了使钢成为无间隙原子状态，就要求钢中残留的C、N含量尽可能低。为了满足这一条件，Ti–IF钢必把C控制在最低水平。一般钢中C、N控制在50X10-6

以上，故IF必须保证超低C.微合金化Ti–IF钢中的Nb形成碳氮化物，Ti高形成C、N、O、S化物，过多的Ti不仅增加成本，而且使固溶Ti量增多，再结晶温度升高对产品的性能和表面质量都不利。加Nb+Ti符合处理IF钢也有类似现象。因此冶炼时应注意适当控制冶金元素的添加量。对于Ti–IF钢，过剩Ti以0.02%------0.04%为宜。Nb+Ti符合处理IF钢过剩Nb（固定C、N以后的含量）宜<0.02%。作为影响IF钢性能最关键的环节在炼钢。因为成分在炼超深冲IF钢的基础，工艺是保证。假如成分失控，后续工艺即使控制再好，IF钢性能也难以保证。钢水连铸时，采用碱性钢包和中间包。氩气密封，全保护浇铸和电磁搅拌，保证钢水不产生二次氧化，不增C、O和N,钢水中夹杂物能在中间包和结晶器内上浮，被保护渣所捕捉。为了保证钢的超深冲性能，ＩＦ钢的生产关键是：生产碳含量小于0.0050%的钢水，这就要求必须有ＲＨ真空处理设备；T.O含量必须尽可能小，以避免冷轧板表面缺陷和保证深冲性能；低Ｎ、Ｓ；防止二次氧化和防止增碳、增氮是突出的问题IF钢的主要质量问题：气泡；分层究其原因：IF钢是超低碳钢，凝固温度高，固液两相区窄，凝固进行迅速，因此上浮的气泡和夹杂物来不及排除而聚集在铸坏的凝固壳层内形成气泡和夹杂物。夹杂物在轧制过程中使钢板分层，轧制时气泡压力增大成为缺陷。（另外，向结晶器内吹氩防止浸入式水口堵塞，氩气卷入钢水中，在钢水下降，流速和气泡上升速度达到平衡的部位聚集）热轧Nb+Ti-IF钢在热轧过程中发生第二相粒子的固溶和析出，奥氏体的形变、再结晶及相变等过程。热轧板的组织和析出物对IF钢的最终性能有很大影响，热轧得到细小均匀的铁素体组织和粗大的析出物有利于r值和塑性的提高。由于低的板坯加热温度可防止在热轧带卷取过程中出现细小的TiC、Ti4C2S2析出；IF钢热轧后细小而均匀的晶粒为γ一α相变所致，终轧温度选在Ar3点以上，即在奥氏体区终轧；并且希望第二相粒子在热轧卷取过程中就充分析出，并有一定程度的聚集粗化，使热轧态的基体处于无间隙状态。所以，热轧采用低的板坯加热温度，高的终轧温度，快速冷却及高温卷取工艺，对冷轧成品的深冲性能有利。对大多数热连轧机组而言，由于轧制速度低和轧机能力限制等原因，板坯中间过程温降较大，可以采取适当提高板坯加热温度和中间坯厚度，部分薄规格采用“粗轧1+3”工艺等措施确保在Ar3点以上完成终轧，基本可以满足920±20℃的目标终轧温度和750±20℃的卷取温度控制要求，层流采用前段冷却方式。冷轧Nb+Ti—IF钢要获得优良的深冲性能，除成分、钢质纯净度、热轧温度控制外，主要与冷轧压下率、退火制度有关。冷轧钢板中不同取向的晶粒具有不同的储能，按其晶粒的{hkl}平行于板面的顺序为{ll0}>{ll1}>{112}>{001}，储能大意味着驱动力大，亚晶粒长大成再结晶核易于进行，因此可以期望{ll0}及{ll1}取向晶粒首先成核，{100}取向晶粒最后成核。但由于{ll0}取向晶粒数量极少，而晶粒的形成与长大是相互竞争的过程，最终的再结晶织构是由最快且数量最多的晶粒织构构成，故{ll1}织构组成占优势。而得到良好的{ll1}织构关键在于冷轧大压下率轧制和再结晶退火，获得较大储能、{l11}织构数量上的优势，从而使其在再结晶退火中发展、长大。通常情况下，根据轧制成品厚度规格和轧机能力，冷轧压下率控制在75%～85%，采用710℃以上的高温、长时间罩式退火工艺制度。Nb+Ti-lF钢具有非时效性，无屈服点延伸，平整只是为了光整表面，控制板形，平整延伸率按0．5%～0．8%控制。组织及织构成品冷轧板的晶粒度范围为ASTMNo7．0～9．0级，可见钢板获得了适当的金相组织和强的{ll1}织构，确保了冷轧成品优良的深冲性能，成品组织和织构如图1、图2所示。3．5力学性能在冷轧成品取样，分别检验其屈服强度Rel，抗拉强度Rm，延伸率A80，n值和r值，如图3所示。可见，成品冷轧板获得了较好的力学性能，屈服强度为130～170MPa范围的比例为92．99%，抗拉强度为285～320MPa范围的比例为96．35%，延伸率≥42%的比例为95．67%，值全部大于0．22，其中≥0．25的比例达到89．51，r值全部大于2．0，其中≥2．4的比例达到71．22%。4应用情况r值≥2．0的超深冲Nb+Ti—IF钢冷轧板主要用于汽车、摩托车、家电和仪表外壳等变形较为复杂的零件，冲压的产品实物照片如图4。目前,已累计生产20余万吨，经用户使用表明，其力学性能稳定，冲压性能优良，并部分实现了替代进口产品。结语通过对Nb+Ti-IF钢微合金化方式、冶炼、热轧和冷轧工艺的研究，成功开发出r值≥2