先進鋼鐵企業超低碳if鋼的生產應用

汽車工業的快速發展導致if（interdial自由steel）鋼的生產。世界許多先進鋼鐵企業都非常重視IF鋼的生產,安賽樂米塔爾、新日鐵、JFE、蒂森克虜伯、美鋼聯、浦項和我國寶鋼等IF鋼年產量均在200萬t以上。20世紀末,日本IF鋼年產量已超過1000萬t,并呈逐年上升趨勢。近年來,為適應汽車減重、降低材料消耗和節約燃油的需要,對汽車用鋼板強度的要求越來越高。超低碳IF鋼是鋼鐵材料的高端產品,鋼的化學成分、夾雜物含量以及每道工序必須嚴格控制。國內外一些鋼廠積累了很多IF鋼生產的先進經驗,值得我國IF鋼生產與研究人員借鑒。1鈦和鈮元素為保證IF鋼的性能,必須對鋼的化學成分及夾雜物含量嚴格控制。碳作為固溶于鋼中的間隙原子,隨著其含量的增加,鋼的屈服極限也升高,加大了變形抗力,影響成形性能,因此制作轎車外殼的IF鋼含碳量越低越好。鈦和鈮元素在IF鋼中主要起固定碳、氮的作用。因而IF鋼必須具有超低碳(≤0.003%)、氮(≤0.003%)、微量的鈦或鈮合金化、夾雜物含量低等特點,國內外部分先進鋼鐵廠IF鋼的化學成分見表1。從表1看出,目前IF鋼中的碳含量可以控制到0.0010%。2國內外先進生產工藝IF鋼生產流程的每一道工序都會影響最終產品的深沖性能。國內外先進鋼廠IF鋼的生產工藝流程一般為:鐵水預處理→轉爐冶煉→真空精煉→連鑄→熱軋→冷軋→退火→平整。該流程的前4道工序尤為重要。2.1提高爐渣堿度生產優質IF鋼必須進行鐵水脫硫預處理,以減少轉爐煉鋼渣量,進而減少出鋼下渣量,降低轉爐終點鋼液和爐渣的氧化性,提高轉爐終點爐渣的堿度。噴吹金屬鎂和活性石灰或使用復合脫硫劑,可將鐵水硫含量脫至0.001%以下。2.2出鋼擋渣技術國內外研究成果表明,轉爐冶煉IF鋼采用高鐵水比,入爐鐵水的硫含量低于0.003%,采用高純度氧氣,爐內保持正壓;轉爐冶煉后期,增大底部惰性氣體流量,加強熔池攪拌,采用低槍位操作;保持吹煉終點鋼液中合適的氧含量;提高吹煉終點鋼液碳含量和溫度的雙命中率;采用出鋼擋渣技術;出鋼過程中不脫氧,只進行錳合金化處理;多數鋼廠使用鋼包頂渣改質,降低鋼包頂渣氧化性;降氮主要在轉爐煉鋼工序,真空處理工序不降氮(密封效果不好反而會增氮)。2.3微合金化后成分調解壓RH真空精煉是生產超低碳IF鋼的關鍵工序,該工序的任務是降碳、提高鋼水的潔凈度、控制夾雜物的形態以及微合金化和成分微調。國內外研究表明,IF鋼的真空精煉工序應嚴格控制真空精煉之前鋼液中的碳含量、氧含量和溫度;根據碳含量、氧含量確定采用強制脫碳還是自然脫碳;真空脫碳后期,增大驅動氣體流量,增加反應界面。減少真空槽冷鋼,采用海綿鈦替代鈦鐵合金;精煉過程采用動態控制模型和爐氣在線分析。2.4中間包和結晶器IF鋼連鑄生產工序應保證鋼包滑動水口自動開啟,鋼包下渣自動檢測,鋼包與長水口之間密封良好,采用浸入式水口,中間包使用前用氬氣清掃,優化中間包鋼液流場,采用結構合理、大容量中間包;保證連鑄中間包內鋼水液面相對穩定,且在臨界高度之上;中間包采用低碳堿性包襯和覆蓋劑,結晶器使用低碳高粘度保護渣;結晶器液面自動控制,確保液面波動小于±3mm。3生產應用分析3.1脫磷、ld-orp法新日鐵的IF鋼生產水平世界領先,為了適應安全和輕量化的要求,開發了抗拉強度級別340~1270MPa的各類冷軋及鍍鋅高強度汽車板,新日鐵君津制鐵所用KR法脫硫(S≤0.002%),LD-ORP法冶煉IF鋼。脫磷轉爐弱供氧,大渣量,堿度為2.5~3.0,溫度為1320~1350℃,純脫磷時間約為9~10min,冶煉周期約20min,廢鋼比通常為9%,將脫磷后鋼水(P≤0.020%)兌入脫碳轉爐,總收得率>92%。脫碳轉爐強供氧,少渣量,冶煉周期為28~30min,脫碳轉爐不加廢鋼。日本新日鐵公司IF鋼的煉鋼生產工藝及其控制措施見表2。從表2看出,新日鐵對IF鋼的每道工序都有預定目標,并采取相應的控制措施。3.2爐渣改性劑JFE生產超深沖IF鋼鐵水100%三脫預處理,采用復吹轉爐煉鋼,增大吹煉后期底吹氣體流量,加強熔池攪拌,將終點碳含量控制在0.03%~0.04%,提高終點命中率,減少補吹率。出鋼后,立即向鋼包內加入由CaCO3和金屬鋁組成的爐渣改性劑,其中金屬鋁比率為30%~50%;將渣中TFe降低到2%~4%。3.3轉爐控制工藝德國蒂森克虜伯公司IF鋼冶煉流程為:鐵水脫硫→轉爐煉鋼→吹氬→RH精煉→連鑄。先在復吹轉爐中將碳脫至0.03%,然后在RH中脫至0.02%;轉爐工序控制氮含量;RH工序加入鋁和鈦。3.4-ob工藝脫碳安賽樂米塔爾旗下的美國內陸公司采用復吹轉爐冶煉IF鋼,RH-OB工藝脫碳,先吹氧強制脫碳不到8min,將碳含量降到0.008%,然后自然脫碳4min,將碳含量降到0.002%。RH-OB工藝采用了工藝控制模型,爐氣在線分析,動態控制。3.5鐵水中磷、硫含量的控制寶鋼IF鋼生產工藝流程為:鐵水預處理→轉爐雙聯法煉鋼→RH真空脫氣→連鑄(中間包冶金,保護澆鑄)→熱軋→冷軋→退火→平整。寶鋼主要通過鐵水預處理工序降低鐵水中的磷、硫含量,為轉爐冶煉創造良好的前提條件。三脫處理后,鐵水中的硅、磷、硫含量分別可以達到0.5%、0.025%和0.003%以下。寶鋼開發了低磷、低氮轉爐冶煉技術,通過采用三脫鐵水、提高轉爐吹煉的入爐鐵水比、實現大渣量操作、復合吹煉等技術,對磷、氮的控制取得了較大的進步,IF鋼中氮的平均含量0.0019%以下,磷可以控制在0.010%以下。鋼包渣改質處理后,提高了渣的堿度,降低了渣的氧化性,為鋼中全氧的合理控制創造條件。3.6出鋼、落鋼、管井鞍鋼IF鋼煉鋼流程為:鐵水預處理→復吹轉爐→RH-TB→板坯連鑄。鐵水預處理采用復合脫硫劑,降低鐵水中硫含量。采用180t復吹轉爐煉IF鋼時,全程底吹氬氣,吹煉后期加大供氧強度,進一步降碳。冶煉過程頂吹氧槍槍位采取高-低-低模式操作,出鋼過程采取“留氧”操作,氧含量為0.04%~0.06%,出鋼鋼水的碳含量≤0.05%。精煉采用RH-TB裝置。如果轉爐出鋼后鋼水中碳為0.04%,氧為0.05%時,該工序深脫碳分為3個階段:第一階段碳由0.04%降至0.02%;第二階段碳由0.02%降至0.003%;第三階段碳由0.003%降至0.001%以下。如果轉爐出鋼后鋼水中碳為0.05%以上,第一階段則采取“強制脫碳”模式。如果轉爐出鋼后鋼水中碳為0.02%左右,可直接進入第二階段。連鑄IF鋼采用立彎式板坯連鑄機,采取了一系列防止增碳的措施,如及時清理真空室壁上的殘留物,控制鋼包、中間包、水口等處耐火材料和結晶器保護渣的碳含量等。還采用降低RH脫碳后鋼水中的殘余氧等措施,使IF鋼因夾雜物引起的廢品比例下降了0.05%。4鋼中夾夾物的形態特點超低碳IF鋼是鋼鐵材料的高端產品,為保證其性能,應嚴格控制以下幾點:一是鋼的化學成分;