IF钢缺陷产生机理及对策

IF钢缺陷产生机理及对策

【摘要】本文针对IF钢出现的几种质量缺陷，从缺陷处的成分、板坯内夹杂物、板坯内部质量及表面状态等方面进行了系统分析研究，认为导致IF钢出现质量缺陷的因素为疏松、夹杂物、弯月面的长度等。从而提出了消除各种IF钢质量缺陷的相应措施。

【关键词】IF钢质量缺陷对策措施

1.前言

80年代以来，随着冶金生产技术的进步和汽车工业的发展，IF钢得到迅速发展。我国研制IF钢始于1989年[1]，北京科技大学与宝钢合作，在没有引进外国专利的情况下，用了不到二年的时间基本完成了IF 钢的开发，填补了国内空白。目前开发和应用高强度IF钢成为深冲钢发展的新热点，引起了许多学者的关注。

2.生产工艺

IF钢的生产工艺流程为[1]：转炉冶炼—RH真空脱气—连铸—热轧—冷轧—退火—平整。生产过程的每一步工序，从成分控制到热轧、冷轧、退火、平整都影响IF钢的最终性能。

IF钢的生产工艺要点如表1所示：

3.质量缺陷

IF钢所出现的质量缺陷主要有以下几种：

3.1起泡缺陷[3]

这种缺陷呈现出23um高、1.6mm宽、0.16mm深的划痕，并在整个表面连续不规则地散开。有时，在背面相应的位置也有划痕出现。通过对该缺陷进行分析，可以发现其含有铝、钙、硅、钛等元素，其中的主要成分为氧化铝。里面也存在氮和氩。有时也有缺陷不包含夹杂物的情况。

3.2表面线纹缺陷[3、4]

线纹缺陷呈现出细小的划痕状态，这种缺陷不规则地广泛扩散。大部分的这种缺陷出现在中心部位。通过分析，可以看出其中主要含有钙、钠、钾、镁、硫和硅等元素。

4.缺陷原因分析研究

4.1成份分析

IF钢冷轧板表面线状缺陷为附着在冷轧板表面的一薄层缺陷，其厚度约30μm；成分不均匀，主要包括块状Al2O3颗粒和CaO-SiO2-Al2O3-MgO-Na2O-K2O系的氧化物。该缺陷是由夹杂物引起的，夹杂物的最大可能来源是中间包覆盖渣与浸入式水口内壁堵塞物的结合物[4、5]。

4.2 板坯内夹杂物

IF钢连铸板坯表面夹渣缺陷存在两种类型，一种是直接贯通于铸坯表面并深人铸坯内部的夹渣，另一种位于铸坯表层内部。将前种称为Ⅰ类型夹渣，后种称为Ⅱ类型夹渣[6]。

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其中，Ⅰ类型夹渣即贯通型夹渣是由于初生坯壳在产生裂纹随即又被焊合的过程中，保护渣渗入而形成的。该类型夹渣尺寸大，大多数分布在离铸坯表面0-6mm内，若不采取清理措施，对薄板表面质量会造成直接危害。

结晶器钢水卷渣造成的Ⅱ类夹渣尺寸较大（最大尺寸达5.32mm），此类夹渣在轧制过程中有可能暴露于薄板表面，造成表面缺陷。

4.3 板坯内部质量及表面状态

对IF钢板坯进行抽样测试，发现在板坯表面以下10-30mm处存在直径2-3mm的圆形孔。在20mm深的位置取横截面样，通过检测，可以发现有2mm深的星状裂纹和短裂纹[3]。

通过对有缩孔缺陷的板坯进行抽样，并且模拟从热轧、冷轧、到退火的过程，可以发现缺陷的变化过程。这个过程表明，具有疏松缺陷的板坯将会导致气泡缺陷，缺陷位置主要含氧化铝夹杂物。因此，可以确定气泡缺陷与板坯的疏松有很大的关系。

此外，对具有表面星状裂纹缺陷的板坯进行上述处理，发现了具有线纹缺陷的产品。因此，板坯的裂纹缺陷是造成线纹缺陷的主要原因之一[3]。

4.4原因归纳总结

将造成冷轧板缺陷的原因归纳为：

4.4.1 在弯月面处进入铸坯的气体及夹杂物导致了缩孔缺陷，由于热效应，板坯在经过轧制及退火工序后即在产品表面出现气泡缺陷，因此，造成气泡缺陷主要有三个原因：疏松、夹杂物、弯月面的长度。

4.4.2 板坯裂纹缺陷将会导致轧制工序之后的表面线纹缺陷。弯月面处的温度越低，弯月面越长，则越容易卷入连铸保护渣，水口的堵塞也容易造成漩涡卷入保护渣，结晶器的液面波动将卷入保护渣并在板坯表面产生夹杂从而形成表面线纹缺陷。

4.4.3 夹杂物在轧制过程中，脆性部分被碾碎，呈颗粒状零散分布，而塑性部分被碾平，不均匀地分布在铁基体上。

5.对策措施

针对质量缺陷产生的原因，可采取如下相应的措施，以消除IF钢质量缺陷。

5.1对付气泡缺陷的方法[3]

5.1.1 限制出钢时间能有效地减少下渣量，挡渣标的使用能进一步减少钢包中渣层的厚度。下渣量越小，出现缺陷的几率就越小；

5.1.2 增加水口的浸入深度。根据水模试验和实际的操作情况，水口淹没深度为150mm是减少缺陷的最佳深度；

5.1.3 降低上层水口的吹氩速度。在中间包上层喷嘴吹氩的主要目的是为了稳定钢水的流速，避免堵塞。一般情况下，生产普通钢种，在中间包上层水口氩气的流量为10-12L/min。根据经验，如果是生产IF钢还是采用此流量，过剩的氩气将会在凝固过程中产生气泡，吸入夹杂物，从而造成气泡缺陷。将中间包上层喷嘴的氩气流量降为6-8L/min较为合适。但是，必须注意到，在浇注过程中随时可能发生水口堵塞，因此每炉的浇注温度需要保持稳定性。

5.1.4 降低拉速以保持浇注的稳定性。根据以往的生产数据，较大的板坯出现气泡缺陷的几率较高。

5.2对付表面线纹缺陷的方法

5.2.1 提高钢水的洁净度。

（1）中间包采用湍流控制器的控流装置，夹杂物去除率有明显提高。并且50μm以上的大颗粒夹杂物可全部去除，这对降低冷轧IF表面夹杂废品有着特殊意义[4]。

（2）应用新型密封碗，改善钢包下水口与长水口之间的密封效果；采用长水口浸入式开浇工艺；改善长水口吹氩结构，减少或者防止钢液中w（Als）二次氧化；使用吸收Al2O3夹杂能力强的中间包覆盖剂和结晶器保护渣。通过优化结晶器浸入式水口的几何参数和连铸工艺参数，促进夹杂物上浮和防止钢液发生卷渣[4]。

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（3）采用转炉冶炼动态控制，提高转炉w（C）和温度的双命中率、顶底复吹技术、出钢挡渣、钢包渣改质、保证足够的钢包温度，避免RH采用升温手段，确保脱氧合金化后钢水循环时间大于7min等措施；在连铸过程中采用连铸保护浇注、中包采用碱性渣、结晶器液面自动控制稳定精度在±3mm、采用高粘度的结晶器保护渣、使用大容量中包等措施[7]。

5.2.2 采用镀镍的结晶器[3]

使用镀铜的结晶器传热较慢，造成板坯表面裂纹缺陷的产生，而具有较好传热效率的镀镍结晶器将显著减少板坯裂纹缺陷产生的几率。尽管线纹缺陷能够通过清理机对其进行清除处理，但这将会降低生产效率，从而导致成本的增加。镀镍结晶器的使用大大降低了清理机的使用需求。

5.2.3 使用发热性连铸保护渣[3]

使用普通的连铸保护渣与发热性连铸保护渣相比，结晶器内钢水的温度相对较低，这将会导致弯月面较长而使得大量的夹杂物被吸收。

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