一种无钙处理工艺条件下提高420MPa高强汽车大梁钢洁净度的方法与流程

本发明属于炼钢冶炼工艺技术领域，具体涉及一种无钙处理工艺条件下提高420mpa高强汽车大梁钢洁净度的方法。

背景技术：

汽车车架是承受载荷的重要部件，它要承受汽车自身零部件的重量、载重量以及行驶时所受到的冲击、扭曲、惯性力等作用，为提高车架承载能力和确保车辆重载行使的安全性，同时汽车厂为了满足下游用户对车辆的重载要求，目前重型和中型货车纵梁多采用加长梁和“双大梁”结构-即“主纵梁+加强梁”式车架。为了降低车重，各汽车制造厂家对高强度汽车梁用钢板的需求量不断增加，各钢铁企业也顺应潮流，不断地开发出新的汽车大梁用热轧钢板。

目前，国内炼钢生产中，一般采用“铁水预处理→顶底复吹转炉→合金微调站→lf炉→板坯连铸”工艺流程进行生产。铁水预处理主要功能是脱铁水硫，顶底复吹转炉功能在于脱碳、升温；合金微调站主要功能是均匀钢水成分及温度，lf精炼炉主要功能是造渣、合金化、精调钢水温度，且在精炼后期进行钙处理以对钢水中进行变性处理以提高钢水洁净度，板坯连铸主要功能是将钢水浇铸成连铸坯。

所谓钙处理，即对钢水中残留的高熔点al2o3夹杂进行变性处理，形成低熔点的钙铝酸盐，以此来提高钢水的浇铸性能。目前，钙处理的主要手段有两种：第一种，通过向钢包内直接加入钙合金、向钢液内喷吹钙合金等方法；第二种，钢包喂钙线方法，它是将钙合金(ca、ca-si、ca-fe等)用钢皮包裹制成包芯线，通过喂丝机的导引管将其以很高的速度插入钢液，利用钢包底吹氩搅拌，促进冶金反应的进行，将al2o3脆性夹杂物变成低熔点的钙铝酸盐球型夹杂，有效促进夹杂物的上浮，提高钢水的洁净度，可以减轻中间包水口堵塞问题，为连铸实现低过热度浇铸创造条件，稳定产品性能。

若不进行钙处理，钢水中残留的高熔点al2o3夹杂在连铸浇铸过程容易堵塞结晶器水口，造成结晶器卷渣、结晶器流场紊乱，容易造成回钢水、连铸非计划停浇、次品等生产及质量事故。因此，目前钢厂普遍采用钙处理生产420mpa热轧结构钢。

采用钙处理工艺能有效提高钢水洁净度，但是存在如下缺点：①在向钢包喂线或加入钙合金过程中，由于钙沸点低，容易气化，造成ca收得率波动很大，喂线量或钙合金加入量难以确定；②在向钢包喂线或加钙合金过程中，反应剧烈，钢水喷溅严重，同时，钢水与空气大量接触，二次氧化严重，造成钢水中容易氧化元素al、ti衰减，从而影响钢水洁净度及产品性能；③包芯线、钙合金需外购，且其质量良莠不齐，不利于钢厂控制成本。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供了一种无钙处理工艺条件下提高420mpa高强汽车大梁钢洁净度的方法。不需要进行钙处理即能提高钢水洁净度，避免了420mpa高强汽车大梁钢lf精炼过程中对钢水进行钙处理操作所导致的ca收得率波动很大，喂线量或钙合金加入量难以确定、钙处理过程化学反应剧烈，钢渣喷溅大，钢水二次氧化严重且钢水中易氧化元素al、ti衰减大等弊端，在无钙处理工艺条件下提高了钢水洁净度。

本发明采取的技术方案为：

一种无钙处理工艺条件下提高420mpa高强汽车大梁钢洁净度的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)铁水预处理；

(2)顶底复吹转炉冶炼：转炉钢水碳含量、磷含量、出钢温度达标时，出钢，出钢过程中加入碳粉预脱氧、加入中碳锰铁初步合金化、加入冶金石灰及铝矾土调渣、加入铝粒终脱氧；

(3)吹氩站：定氧，吹氩站定氧后采用顶吹氩枪与钢包底吹氩强搅拌钢水化渣，后通过喂线机喂铝线调整钢水als含量至目标范围；出站前取渣样及钢样进行分析；

(4)lf炉精炼：lf炉造渣脱硫、升温、调整化学成分，化学成分进限且温度达标后调整钢包底吹氩流量对钢水净搅拌以促进高熔点al2o3夹杂上浮；对钢水净搅拌指的是控制氩气流量对钢水进行弱搅拌净化处理；

(5)rh炉精炼，精调化学成分至目标范围；

(6)rh破真空后，开钢包底吹氩对钢水净搅拌，进一步促进高熔点al2o3夹杂上浮；

(7)钢水上板坯连铸机进行浇铸。

步骤(2)中，碳粉的加入量为30kg/炉、中碳锰铁加入量为5.5～6.5kg/t钢；冶金石灰加入量为5.5～6.5kg/t钢；铝矾土的加入量为0.3～0.8kg/t钢；铝粒的加入量为1.5～3.0kg/t钢。

步骤(3)中，所述采用顶吹氩枪与钢包底吹氩强搅拌钢水化渣，搅拌时间为4～6min；铝线直径9.5mm，通过喂线机喂铝线调整钢水als含量至目标范围0.040～0.060％。

进一步地，顶吹氩气的流量为40～80nm³/h；钢包底吹氩气的流量为为30～70nm³/h。

步骤(4)中，通过吹氩站所取渣样分析结果，加入铝粒、石灰或铝矾土进行炉渣成分调整；lf炉造渣用铝粒与合金化铝粒一次性加入。

步骤(4)中，lf炉出站炉渣目标成分为tfe+mno≤1.0％；cao：40～50％；al2o3：25～35％，cao/al2o3：1.5～1.8％。

步骤(4)中，底吹氩流量设定为15～18nm³/h，确保钢水亮面不裸露，净搅拌时间≥8min。

步骤(5)中，钢水进rh后，浸渍管插入深度400～600mm，真空度设定为50mbar，提升气体流量140～160nm³/h，rh处理时间20～25min。

步骤(6)中，底吹氩流量设定为15～18nm³/h，确保钢水亮面不裸露，净搅拌时间≥10min。

所述420mpa高强汽车大梁钢包括如下重量百分比的化学成分：c0.070～0.090％、si≤0.05％、mn0.40～0.60％、p≤0.025％、s≤0.010％、als0.020～0.060％、ti0.050～0.065％，n0.0040～0.0060％、余量为铁及其他不可避免的杂质。

本发明通过转炉出钢、吹氩站、lf炉以及rh炉的系列操作，提供了一种无钙处理工艺条件下提高420mpa高强汽车大梁钢洁净度的控制方法，所基于的技术原理是：

转炉出钢过程中，通过加入预脱氧碳粉减少al2o3夹杂生成量；在吹氩站工序，通过顶底搅拌对钢包渣进行初步还原，为lf工序处理创造条件；在lf炉精炼过程中，强调脱氧及造渣用铝要一次性加入，这是因为如果铝是以一批方式加入钢液中，主要形成珊瑚状al2o3簇，这些簇状物很容易上浮进行渣中，只有少量紧密簇状物和单个al2o3粒子滞留在钢液中，其尺寸小于30μm；如果铝以两批或多批加入，靠近al2o3粒子，有一些板型al2o3的出现，其尺寸在5～20μm，且二次脱氧产生的al2o3粒子少。尺寸为10～20μm，不利于夹杂的碰撞长大上浮去除；另在lf精炼期要控制合理炉渣成分，提高炉渣脱硫及吸附夹杂能力。钢包渣tfe及mno尽可能低，lf出站要求(tfe+mno)≤1.0％，以减少浇铸期对钢水产生二次氧化；cao应尽可能大，保证渣的碱度，使炉渣有较高的脱硫及吸附夹杂能力，但过高会加大对炉衬的侵蚀且热传导能力降低，不利于利用电能，cao目标范围40～50％；al2o3：提高炉渣流动性，目标控制在25～35％；在lf炉出站前及rh破空后采用钢水弱搅拌净化处理。钢水弱搅拌净化是指通过弱的氩气搅拌促使夹杂物上浮，吹入的氩气泡可为10μm或更小的不容易排出的夹杂颗粒提供粘附的基体，使其粘附在气泡表面排入渣中，从而促进al2o3夹杂物排除，缩短夹杂的上浮时间；在rh工序，由于al2o3夹杂物的密度低于钢水密度，钢水进入真空槽后循环期间，al2o3停留在真空槽内钢水上方，而钢水通过自身作用进行钢包，钢水经过多次循环后，钢水中al2o3夹杂物大部分滞留在真空槽内，破空时随着钢水缓慢进入钢包渣面，以达到与钢水分离的效果。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:

(1)同传统采用钙处理工艺相比，本发明在不采用钙处理工艺条件下，420mpa高强汽车大梁钢洁净度有所提升，热卷全氧含量平均为11.68ppm，低于钙处理工艺炉次热卷全氧含量的15.04ppm；

(2)同传统采用钙处理工艺相比，本发明在不采用钙处理工艺条件下，“精炼→中包”易氧化元素al衰减量平均为0.004％，ti衰减量平均为0.003％，低于钙处理工艺炉次al衰减量的0.007％、ti衰减量的0.005％；

(3)同传统采用钙处理工艺相比，本发明在不采用钙处理工艺条件下，产品性能值及稳定性均有所提升。

(4)采用本发明的方法，420mpa高强汽车大梁钢热轧产品屈服强度平均为468.15mpa，标准差为18.27，而钙处理工艺炉次屈服强度平均为461.12mpa，标准差为22.06；抗拉强度平均为566.71mpa，标准差为15.46，而钙处理工艺炉次屈服强度平均为560.42mpa，标准差为20.08；热卷厚度≥3mm的延伸率平均为28.05％，而钙处理工艺炉次延伸率平均为27.80％。

附图说明

图1为无钙处理工艺条件下提高420mpa高强汽车大梁钢洁净度的方法的工艺流程图；

图2为本发明所述方法(a)与传统钙处理方法(b)生产的420mpa高强汽车大梁钢热卷全氧对比图；

图3为本发明所述方法(a)与传统钙处理方法(b)生产的420mpa高强汽车大梁钢屈服强度对比图；

图4为本发明所述方法(a)与传统钙处理方法(b)生产的420mpa高强汽车大梁钢抗拉强度对比图；

图5为本发明所述方法(a)与传统钙处理方法(b)生产的420mpa高强汽车大梁钢延伸率对比图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

一种无钙处理工艺条件下提高420mpa高强汽车大梁钢洁净度的方法，采用300吨转炉冶炼，具体步骤如下：

(1)钢水预处理；

(2)顶底复吹转炉冶炼：转炉钢水碳含量、磷含量、出钢温度达标后，出钢；出钢过程中加入碳粉30kg预脱氧、加入中碳锰铁6.0kg/t钢初步合金化、加入冶金石灰6.0kg/t钢、铝矾土0.5kg/t钢调渣、加入铝粒2.5kg/t钢终脱氧；

(3)吹氩站:定氧，氧含量为87ppm，顶吹氩枪与钢包底吹氩强搅拌钢水4min，顶吹氩气的流量为42nm³/h；钢包底吹氩气的流量为35nm³/h，后通过喂线机喂铝线喂直径为9.5mm的铝线168米，调整钢水als含量。出站前取渣样及钢样进行分析，炉渣tfe:12％，mno：4％，sio2：12.5％，cao:42％，al2o3:19％；钢样als含量0.042％；

(4)lf炉精炼：钢水进站后开底吹氩气，化渣。后一批次加入铝粒152kg脱渣中氧及调整钢水als，铝粒加入后升温，升温过程加入石灰650kg，铝矾土80kg，升温结束后加入锰合金调整mn含量。化学成分且温度达标后调整钢包底吹氩流量对钢水净化处理，吹氩流量设定为15nm³/h，实际为16nm³/h，净搅拌时间8min。lf出站炉渣tfe：0.5％，mno：0.3％，sio2：3.2％，cao:45％，al2o3:32％；

(5)rh炉精炼：钢水进rh后处理，浸渍管插入深度520mm，真空度为60mbar，提升气体流量150nm³/h，rh处理时间23min，rh处理过程精调化学成分至目标范围；

(6)rh破真空后，调整钢包底吹氩流量对钢水净化处理，吹氩流量设定为15nm³/h，实际为17nm³/h，净搅拌时间12min；

(7)钢水上板坯连铸机进行浇铸。

本实施例所生产的420mpa高强汽车大梁钢的化学成分及重量百分比如下：c：0.082％、si：0.025％、mn：0.46％、p：0.012％、s：0.002％、als：0.042％、ti：0.056％，n：0.0.0044％、余量为铁及其他不可避免的杂质。

本实施例在不采用钙处理工艺条件下，420mpa高强汽车大梁钢连铸坯全氧含量为12ppm(采用钙处理工艺，连铸坯全氧含量为15ppm)，连铸浇铸顺利，未见蓄流；

本实施例在不采用钙处理工艺条件下，精炼-中包期间易氧化元素al衰减量为0.005％，ti衰减量为0.003％，低于钙处理工艺al衰减量(0.007％)、ti衰减量(0.005％)。

实施例2

一种无钙处理工艺条件下提高420mpa高强汽车大梁钢洁净度的方法，采用300吨转炉冶炼，具体步骤如下：

(1)钢水预处理；

(2)顶底复吹转炉冶炼：转炉钢水碳含量、磷含量、出钢温度达标后，出钢；出钢过程中加入碳粉30kg预脱氧、加入中碳锰铁6.2kg/t钢初步合金化、加入冶金石灰6.4kg/t钢、铝矾土0.3kg/t钢调渣、加入铝粒2.0kg/t钢终脱氧；

(3)吹氩站:定氧，氧含量为112ppm，顶吹氩枪与钢包底吹氩强搅拌钢水5min，顶吹氩气的流量为63nm³/h；钢包底吹氩气的流量为52nm³/h，后通过喂线机喂铝线喂直径为9.5mm的铝线316米，调整钢水als含量。出站前取渣样及钢样进行分析，炉渣tfe:13％，mno：3.6％，sio2：13.1％，cao:40％，al2o3:21％；钢样als含量0.043％；

(4)lf炉精炼：钢水进站后开底吹氩气，化渣。后一批次加入铝粒185kg脱渣中氧及调整钢水als，铝粒加入后升温，升温过程加入石灰780kg，铝矾土100kg，升温结束后加入锰合金调整mn含量。化学成分且温度达标后调整钢包底吹氩流量对钢水净化处理，吹氩流量设定为15nm³/h，实际为17nm³/h，净搅拌时间9min。lf出站炉渣tfe：0.4％，mno：0.2％，sio2：3.8％，cao:44％，al2o3:31％；

(5)rh炉精炼：钢水进rh后处理，浸渍管插入深度540mm，真空度为45mbar，提升气体流量150nm³/h，rh处理时间25min，rh处理过程精调化学成分至目标范围；

(6)rh破真空后，调整钢包底吹氩流量对钢水净化处理，吹氩流量设定为15nm³/h，实际为16nm³/h，净搅拌时间13min；

(7)钢水上板坯连铸机进行浇铸。

本实施例所生产的420mpa高强汽车大梁钢的化学成分及重量百分比如下：c：0.084％、si：0.027％、mn：0.45％、p：0.010％、s：0.003％、als：0.044％、ti：0.053％，n：0.0042％、余量为铁及其他不可避免的杂质。

本实施例在不采用钙处理工艺条件下，420mpa高强汽车大梁钢连铸坯全氧含量为11ppm(采用钙处理工艺，连铸坯全氧含量为15ppm)，连铸浇铸顺利，未见蓄流；

本实施例在不采用钙处理工艺条件下，精炼-中包期间易氧化元素al衰减量为0.004％，ti衰减量为0.003％，低于钙处理工艺al衰减量(0.007％)、ti衰减量(0.005％)。

实施例3

一种无钙处理工艺条件下提高420mpa高强汽车大梁钢洁净度的方法，采用300吨转炉冶炼，具体步骤如下：

(1)钢水预处理；

(2)顶底复吹转炉冶炼：转炉钢水碳含量、磷含量、出钢温度达标后，出钢；出钢过程中加入碳粉30kg预脱氧、加入中碳锰铁5.8kg/t钢初步合金化、加入冶金石灰5.8kg/t钢、铝矾土0.3kg/t钢调渣、加入铝粒2.4kg/t钢终脱氧；

(3)吹氩站:定氧，氧含量为140ppm，顶吹氩枪与钢包底吹氩强搅拌钢水6min，顶吹氩气的流量为76nm³/h；钢包底吹氩气的流量为68nm³/h，后通过喂线机喂铝线喂直径为9.5mm的铝线484米，调整钢水als含量。出站前取渣样及钢样进行分析，炉渣tfe:11％，mno：3.8％，sio2：11.8％，cao:38％，al2o3:18％；钢样als含量0.044％；

(4)lf炉精炼：钢水进站后开底吹氩气，化渣。后一批次加入铝粒185kg脱渣中氧及调整钢水als，铝粒加入后升温，升温过程加入石灰850kg，铝矾土110kg，升温结束后加入锰合金调整mn含量。化学成分且温度达标后调整钢包底吹氩流量对钢水净化处理，吹氩流量设定为15nm³/h，实际为18nm³/h，净搅拌时间9min。lf出站炉渣tfe：0.3％，mno：0.2％，sio2：4.1％，cao:45％，al2o3:30％；

(5)rh炉精炼：钢水进rh后处理，浸渍管插入深度520mm，真空度为55mbar，提升气体流量145nm³/h，rh处理时间21min，rh处理过程精调化学成分至目标范围；

(6)rh破真空后，调整钢包底吹氩流量对钢水净化处理，吹氩流量设定为15nm³/h，实际为16nm³/h，净搅拌时间12min；

(7)钢水上板坯连铸机进行浇铸。

本实施例所生产的420mpa高强汽车大梁钢的化学成分及重量百分比如下：c：0.079％、si：0.019％、mn：0.44％、p：0.009％、s：0.002％、als：0.045％、ti：0.054％，n：0.0040％、余量为铁及其他不可避免的杂质。

本实施例在不采用钙处理工艺条件下，420mpa高强汽车大梁钢连铸坯全氧含量为10ppm(采用钙处理工艺，连铸坯全氧含量为15ppm)，连铸浇铸顺利，未见蓄流；

本实施例在不采用钙处理工艺条件下，精炼-中包期间易氧化元素al衰减量为0.003％，ti衰减量为0.004％，低于钙处理工艺al衰减量(0.007％)、ti衰减量(0.005％)。

采用本发明的方法和传统钙处理方法分别生产高强汽车大梁钢，统计并评价样本的平均全氧含量、平均屈服强度与标准差、平均抗拉强度与标准差、平均延伸率与标准差，分别如图2、图3、图4、图5所示。

从各图中的统计结果可以看出，同传统采用钙处理工艺相比，本发明在不采用钙处理工艺条件下，420mpa高强汽车大梁钢洁净度有所提升，热卷全氧含量平均为11.68ppm，低于钙处理工艺炉次热卷全氧含量的15.04ppm；采用本发明的方法得到的420mpa高强汽车大梁钢热轧产品屈服强度平均为468.15mpa，标准差为18.26，而钙处理工艺炉次屈服强度平均为461.12mpa，标准差为22.03；抗拉强度平均为566.71mpa，标准差为15.46，而钙处理工艺炉次抗拉强度平均为560.42mpa，标准差为20.08；热卷厚度≥3mm的延伸率平均为28.05％，而钙处理工艺炉次延伸率平均为27.81％，产品性能值及稳定性较传统钙处理工艺均有所提升。

上述参照实施例对一种无钙处理工艺条件下提高420mpa高强汽车大梁钢洁净度的方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。