IF钢铸坯皮下夹杂物与钩状坯壳的特征分布

<正>超低碳IF钢(无间隙原子钢)主要用于汽车面板和白色家电板,因此对表面质量有着较高的要求。IF钢冷轧板主要的表面质量问题就是线性缺陷,而坯壳所捕获的保护渣夹杂物、簇群状氧化铝夹杂物、"气泡+Al_2O_3"夹杂是造成这种线性缺陷的主要因素。夹杂物容易在超低碳钢铸坯的近表层聚集,为了消除由此导致的表面缺陷,提高生产的稳定性,生产出高品质的冷轧薄板,需要对铸坯进行表面清理。     

IF钢铸坯表层大型夹杂物分布及来源研究

正IF钢作为汽车用板和家电用板的生产原料,对表面质量要求很高。薄板钢表面缺陷常表现为分层、麻点、线状缺陷等,由此造成的报废和降级大大增加了企业的生产成本。铸坯表层的夹杂物是造成薄板钢表面缺陷的主要原因。减少铸坯表层大型夹杂物是提高IF钢表面质量的有效措施。大型夹杂     

IF钢连铸坯表层夹杂分布特征的试验

 夹杂物是影响IF钢表面质量的重要因素。对IF钢连铸坯表面进行在线火焰自动清理时,确定不同状态连铸坯的最佳清理深度非常重要。针对IF钢浇次第2块铸坯、稳态铸坯及头罐与第2罐的交接坯,在每块铸坯的内弧和外弧面分别沿宽度方向等距离共取28个分析试样,每个分析试样尺寸为29 mm×21 mm×30 mm,研究不同清理深度下夹杂物的形态、数量、最大尺寸的变化情况。结果表明,随着清理量的不断增加,浇次第2块铸坯20～50 μm夹杂物的数量不断减少,大于50 μm夹杂物的数量略有增加,稳态坯和交接坯大于20 μm夹杂物的数量略有降低。在铸坯表面未清理时,3块铸坯表面最大夹杂物尺寸分别为500、200、200 μm,如果考虑影响钢板表面质量夹杂物的临界尺寸为100 μm,则浇次第2块铸坯清理深度应为4～5 mm,稳态坯和交接坯的清理深度应为2 mm。     

IF钢铸坯皮下夹杂物与钩状坯壳的特征分布

铸坯中大尺寸非金属夹杂物是造成 IF钢冷轧薄板表面缺陷的主要原因,因此使用扫描电镜对超低碳 IF钢铸坯中夹杂物的形貌、类型、尺寸、数量分布进行了大面积(58897·3 mm2)的综合检测。结果表明：IF钢稳态铸坯中的大尺寸夹杂物主要有3种类型,大多数为簇群状的氧化铝夹杂物和簇群状的 TiOx-Al2 O3夹杂物,以及少量的“气泡＋Al2 O3”。实验细致分析了不同尺寸的夹杂物在铸坯近表层的数量分布,并探讨了这种数量分布的原因。分析结果表明：直径大于100μm的夹杂物在铸坯近表层的数量分布受钩状坯壳的发达程度影响明显,而直径在20~50μm的夹杂物在铸坯近表层的分布较为均匀,同时由于结晶器中非对称流场,20~50μm 的夹杂物沿铸坯宽度方向上数量分布并不完全对称。     

超低碳IF钢连铸过程夹杂物控制分析与实践

IF钢是一个国家汽车用钢板生产水平的标志。目前我国的IF钢生产仍不能满足中高档轿车用高品质钢板的需求。本文主要分析连铸过程各个阶段对IF钢中的夹杂物控制,解决IF钢板坯的表面质量问题,对于IF钢生产的进一步发展具有重要的意义。     

IF钢连铸坯及热轧板夹杂物研究

夹杂物是影响IF钢表面质量的重要因素。对某厂生产的IF钢连铸坯和热轧板取样, 采用光学显微镜、扫描电镜、能谱、大样电解等多种检测分析方法, 分析了夹杂物的形貌、尺寸、数量、分布以及成分等。研究发现, 热轧工艺的轧制作用使连铸坯宽度方向1/4处聚集的夹杂物向边部迁移, 最终造成热轧板边部夹杂物指数最高, 说明夹杂物聚集带在轧制过程中具有遗传性。热轧板中20 μm以下夹杂所占百分比与连铸坯中夹杂相比稍有增大, 50 μm以上夹杂所占百分比稍有降低。热轧工艺的轧制作用将连铸坯中大颗粒氧化铝夹杂挤压变形为热轧板中的长条状, 容易形成表面条状缺陷。夹杂物在连铸坯距内弧侧30 mm处存在聚集现象, 热轧板中距内弧侧0.5 mm处夹杂物指数最高, 这是由于等效应变不同使夹杂物聚集带向表层迁移。IF钢连铸坯和热轧板中主要有4类显微夹杂, 分别为Al₂O₃类、TiN、Al₂O₃-TiO_x和SiO₂类复合夹杂, 且两者中各类夹杂物所占百分比差别不大。      

IF钢板坯表面夹渣缺陷分析及控制

以梅钢IF钢为研究对象,介绍了连铸板坯表面夹渣缺陷现状,通过分析梅钢IF钢板坯夹渣缺陷的分布和形态,探讨了IF钢板坯表面夹渣的形成机理及其连铸夹渣的原因,提出了减少IF钢板坯表面夹渣的工艺控制措施。     

X射线断层扫描技术在铸坯质量检测上的应用

为研究工业生产中连铸坯的质量,利用X射线断层扫描技术(CT)对连铸坯进行了宏观和微观质量的检测。主要对IF钢铸坯表层中的大颗粒夹杂物与气泡、微合金钢角部横裂纹以及重轨钢中心疏松进行了检测,并进行了三维重构。重构结果得到连铸坯内弧表层大尺寸夹杂物的三维形貌及数量、角裂纹的三维形貌和连铸坯中心疏松的三维形貌及致密度,这为连铸坯表面质量和内部质量的评价提供了参考。由CT分析结果可知,重轨钢连铸坯中心缺陷体积分数为0.33%,平均面致密度为96.6%。     

汽车面板钢铸坯表层洁净度控制

采用扫描电镜检测、物理模拟研究以及数值模拟分析等手段,研究了汽车面板钢(IF钢)连铸坯凝固钩(hook)对表层洁净度的影响机理。结果表明,在IF钢连铸坯皮下1~3mm内夹杂物数量明显高于其它区域。凝固钩捕集夹杂物的主要形式有3种,包括弯月面附近捕集、液面以下捕集以及部分捕集的夹杂物逃逸。随着拉速和过热度的提高,凝固钩长度变短,夹杂物被凝固钩捕捉的几率下降。     

结晶器电磁搅拌对IF钢连铸坯表层纯净度的影响

应用扫描电镜分析、能谱分析和显微镜技术等分析手段,研究了结晶器电磁搅拌对IF钢铸坯表层纯净度的影响。结果表明：结晶器电磁搅拌可有效改善铸坯表面质量,使铸坯表层皮下气泡和显微夹杂物显著减少;IF钢铸坯中夹杂物主要是Al2O3、TiN和Al2O2TiN、Al2O3-Ti2O2、Al2O3-Ti2O3-TiN型复合夹杂物;铸...     

连铸小方坯钢帘线盘条的生产及质量控制

介绍了首钢连铸小方坯钢帘线盘条的生产及质量控制措施,主要包括钢中有害元素、夹杂物、中心偏析及盘条表面质量的控制。另外,介绍了用户的使用情况及目前质量上存在的差距。     

IF钢开浇阶段铸坯洁净度分析

由于IF钢生产过程中对开浇阶段铸坯质量判定不明确,因此在利用时容易导致产品质量问题而增加生产成本。通过对头坯不同位置进行取样,研究IF钢开浇阶段铸坯沿拉坯方向的洁净度变化。实验结果表明,IF钢开浇阶段铸坯中大型夹杂物主要来源于结晶器卷渣和中间包中来不及上浮的脱氧或二次氧化产物;从距离头坯头部2.5m位置开始,由结晶器卷渣所引入的大型夹杂物含量接近正常坯水平;距离头坯头部7.5m位置处开始N含量与正常坯含量基本持平,簇状Al_2O_3夹杂物数量及尺寸接近正常坯水平;距离头坯头部8.5m位置处开始全氧质量分数保持在20×10~(-6)左右。     

IF钢冷轧板表面条状缺陷成因及控制

条状缺陷是IF钢冷轧板常见的表面缺陷之一,针对邯钢IF钢冷轧板表面出现的条状缺陷,分析了该类条状缺陷的成因,并提出了合理的控制措施。通过SEM-EDS分析发现条状缺陷内部存在大量的小尺寸Al_2O_3颗粒,分析其来源于铸坯中大型Al_2O_3夹杂物。对不同浇注阶段铸坯进行SLIME法大样电解并采用SEM-EDS分析其大型夹杂物类型,发现在交接坯和换水口坯中存在较多的大型Al_2O_3夹杂物,分析其来源为水口结瘤物。综合分析后得出此类条状缺陷成因是水口结瘤物脱落被卷入结晶器,并在铸坯中形成大型Al_2O_3夹杂物,进而在冷轧板轧制过程中形成表面条状缺陷。     

IF钢铸坯表层大型夹杂物分布及来源研究

针对IF钢铸坯表层大型夹杂物问题,通过大样电解法研究了电磁制动、拉速对IF钢铸坯表层大型夹杂物数量及分布的影响,结合扫描电镜、数值模拟等方法讨论了大颗粒夹杂物的类型和来源。结果表明:未开电磁制动时,夹杂物在铸坯边部有聚集现象。拉速提高铸坯边部夹杂物聚集减弱,1.5m/min拉速较1.2 m/min低拉速减弱17%,夹杂物总量也降低了5.3%;1.2 m/min拉速开电磁制动,夹杂物平均数量减少52.0%,铸坯宽度方向夹杂物分布趋于均匀。Si O2系复合夹杂物因表面张力小是IF钢中主要的大型夹杂物类型,其次有Mg O系、Al2O3系、Ti O2系复合夹杂物;耐火材料的冲刷侵蚀、二次氧化、水口结瘤物是铸坯中大型夹杂物的来源。     

超低碳钢连铸坯钩状坯壳的演变与夹杂物的捕集

超低碳钢常用于生产汽车面板等表面质量要求较高的产品.连铸坯皮下的钩状坯壳很容易捕集夹杂物导致冷轧钢板表面出现翘皮、亮/暗线等缺陷,对产品质量具有严重危害.采用数值模拟分析了钩状坯壳的形成和演变过程.将计算的初生坯壳形状制作成物理模型,模拟了夹杂物在凝固前沿被捕集的过程,并对凝固钩区域不同位置的夹杂物的受力特征进行了分析.结果表明,凝固钩在弯月面中形成以后,不会直接湮没进坯壳内,而是要经历熔化、变粗、生长、湮没等逐步演变的过程.数值模型预测拉速1.3 m·min-1条件下最终存留在坯壳中的凝固钩深度约为2.5 mm,这与实际观察到的钩状坯壳的尺寸基本一致.模拟得到的钩状坯壳形貌与铸坯表层和漏钢坯壳的金相特征较为接近.夹杂物最容易在凝固钩下表面被捕集,不容易在凝固钩上表面被捕集,特别是对尺寸相对较大的夹杂物.但是溢流发生时,靠近弯月面处的夹杂物可能随着钢流进入到初生凝固钩上部而被快速冷却的钢液包裹.两道凝固钩之间的坯壳由于其凝固前沿处于垂直分布,小于100 μm夹杂物可能被捕集而大尺寸夹杂物不易被捕集.      

超低碳IF钢头坯洁净度的研究

对比分析超低碳IF钢浇次头坯、过渡坯和尾坯的洁净度发现,非稳态头坯洁净度远差于其它铸坯,换钢包交接坯和尾坯洁净度满足质量要求。提出了改善头坯洁净度的措施,即浇铸前中间包吹氩以减少浇铸初期钢水的二次氧化、优化中间包堰坝结构以增加中间包堰坝吸附夹杂物的能力。采取措施后,浇次头坯洁净度得到了提高,钢种夹杂废品率降低。     

RH精炼真空度对超低碳钢夹杂物去除的影响

 大尺寸非金属夹杂物是引起超低碳钢冷轧钢板表面线状缺陷的重要原因。以IF钢为例,铸坯中大尺寸夹杂物主要有3类,即结晶器保护渣卷入后被凝固坯壳捕获;连铸过程中钢水二次氧化产生且未上浮去除的;钢液中未充分去除的夹杂物在浸入式水口处粘连、堵塞,后续堵塞物脱落被凝固坯壳捕获。钢液一次脱氧生成的夹杂物中,不低于100 μm的夹杂物在RH处理过程中较容易去除,100 μm以下的夹杂物受钢液的流动影响较大,特别是不超过20 μm的夹杂物由于其上浮时间长、钢液流动的跟随性好,去除难度较大。RH是超低碳钢最重要的精炼设备,也是夹杂物去除的关键环节,研究RH去除20 μm夹杂物的新技术具有重要的意义。研究了RH脱碳结束加铝后真空度对夹杂物去除的影响,创新性提出了低真空度去除不超过20 μm夹杂物的新技术。研究结果表明,与高真空度处理工艺(常规工艺)相比,低真空度(压力5 kPa)处理的钢液中夹杂物数量降低更显著,中间包钢液总氧质量分数平均降低0.000 2%,钢液增氮水平相当。冷轧钢板因炼钢原因导致的线状缺陷降级率比常规工艺降低了29%。夹杂物在钢液中的跟随性理论分析表明,低真空度处理工艺下RH内钢液循环流量和钢液流速减小,降低了RH处理过程中夹杂物随钢液的跟随性,提高了不超过20 μm夹杂物的去除效率,有效改善了水口堵塞程度、提高了轧板表面质量。     

IF钢冷轧板起皮缺陷原因分析与控制

针对酒钢CSP生产的IF钢冷轧板沿轧制方向出现的起皮缺陷开展了工业试验研究。研究结果发现,缺陷处存在含有K、Na元素的大型夹杂物;大样电解试验所得300μm的大型夹杂物在铸坯内弧表面、距离内弧侧1/4处和铸坯中心位置的平均含量分别1.57 mg·10 kg~(-1)、0.5 mg·10 kg~(-1)和0.06 mg·10 kg~(-1);对电解后的大型夹杂物进行成分分析后,发现铸坯中300μm的夹杂物绝大部分含有K和Na元素,其主要成分为Al_2O_3和CaO,进一步验证了结晶器卷渣是引起IF钢冷轧板表面起皮的重要原因。通过降低结晶器液面波动和提高结晶器保护渣粘度,有效降低了起皮缺陷的发生率。     

20HP连铸坯轧制薄板试验

本文重点分析了180mm20HP连铸方坯的低倍缺陷、夹杂物、化学成份偏析情况,以及铸坯在轧制过程中低倍缺陷、夹杂物的改善情况,通过试验走通了20HP连铸坯生产3×650×650mm倍尺钢板的工艺路线,改善了铸坯质量,提高成材率8.5%,获得了良好的经济效益。     

由结晶器中不稳定的钢液流引起的铸坯凝固坯壳上气泡的积留

对连铸结晶器中熔融钢液的流动以及凝固坯壳内表面积留的夹杂物和气泡进行了研究以弄清钢产品中内部缺陷的形成机制。钢板上的缺陷是由浇铸过程中在凝固坯壳上积留的气泡和夹杂物引起的。我们发现因为存在着一个不平衡的、随时间变化的钢液流，所以气泡进入铸坯很深。这种现象可以由大涡流模拟模型来解释，该模型可以预测随时间变化的钢液流。随着气泡直径和气泡积留位置到顶部自由表面距离的增加，夹杂物的数量也随之增加。这表明气泡在连铸机内的钢液中行进的时候汇集了夹杂物。在此提出了一个简单的数学模型来解释夹杂物附着到气泡上的机理。