1017 宝钢汽车板夹杂缺陷的分析与控制

2016年（第十九届）全国炼钢学术会议论文集

宝钢汽车板夹杂缺陷的分析与控制

林顺财

（宝山钢铁股份有限公司制造管理部，上海201900）

摘要：针对用户冲压开裂零件，进行了检测分析，发现导致开裂的主要原因是夹杂缺陷。对夹杂缺陷炼钢过程进行调查与分析，得出炼钢板坯夹杂主要与过程氧、中间包过热度、浇铸拉速、中间包吨位等因素有关。研究发现，炼钢过程氧高，是板坯氧化物夹杂的主要来源；浇铸过程过热度低、中间包吨位低、生产拉速高均不利于夹杂物上浮，从而导致板坯夹杂缺陷增多。通过制定炼钢各工序过程氧相应控制基准、优化浇铸过热度、中间包吨位及浇铸速度等措施；可以有效控制板坯夹杂缺陷。

关键词：板坯夹杂质量控制

Analysis and Control for Inclusion Defectson Automobile sheet of Baosteel

Lin Shuncai

(Manufacture Management Department, Baoshan Iron&steel Co.,Ltd., Shanghai 201900, China) Abstract: The Cracks stamping parts for the user were analyzed, the main cause of cracking is inclusions defects.The process of the steelmaking for inclusion defect were investigated and analyzed, the research showed that the slab inclusions defects were main correlated with total oxygen in steelmaking process, tundish superheat, tundish tonnage and casting speed. The study found that oxygen of the steelmaking process, is the main source of inclusions; the low tundish superheat and tundish tonnage , high casting speed were not conducive to the inclusion float, which caused inclusions defects increased in the slab.Through formulated the appropriate control standards oxygen of steelmaking process , optimized the superheat casting, improved the tundish tonnage and casting speed ; the inclusion defects of slab were controlled effectively.

Key words: Slab, inclusion defects, quality control

1 前言

随着国内汽车工业的迅速发展, 对高质量汽车板的需求量大幅增加，国内大型钢厂大都已具备生产汽车板的设备与工艺，如何在量化生产的同时确保用户端生产质量，成为各钢厂重点关注的问题之一。连铸过程中各种夹杂物，由于各种原因被未充分上浮, 残留在板坯内部及表皮位置，成为汽车板冲压开裂的主要原因之一。本文主要对冷轧汽车板表面典型的夹杂缺陷进行了分析，着重对缺陷板坯的生产过程进行了调查, 初步探讨了汽车板夹杂缺陷产生原因及其防控措施。

2 汽车板夹杂的介绍及分析

某用户端汽车板冲压开裂的缺陷外观如图1所示，缺陷样板的表面及截面SEM形貌及能谱分析结果分别如图2-3所示。分析结果显示，在基板的开裂缩颈位置发现氧化铝内生夹杂颗粒，推断该开裂缺陷由氧化铝夹杂引起。

图1 缺陷外观

Fig. 1 The appearance of defects

图2 缺陷表面SEM形貌及EDS分析

Fig. 2 The SEM micrographs and EDS analysis of surface about defects

图3 缺陷截面SEM形貌及EDS分析

Fig. 3 The SEM micrographs and EDS analysis of section about defects

板坯中的夹杂物，经后工序热轧、冷轧轧制减薄后还未显露，在冲压过程中，钢板进一步拉延减薄，浅表层中的细小夹杂物未能与钢基体同步变形延伸，在夹杂部位易造成应力集中，导致零件出现缩颈，从而出现开裂现象。

3 工艺分析及改进

根据以上分析可以得出，导致汽车板冲压开裂的的主要原因是AL2O3夹杂缺陷；针对上述原因，对缺陷对应板坯的炼钢生产过程进行了跟踪与分析，找出影响板坯异常的内在原因，并提出了改进措施。

3.1炼钢过程总氧控制

对于汽车板而言，钢材的纯净度反映了钢的总体质量水平，也是钢材内在品质的保证。炼钢纯净度对

夹杂物的形成有着至关重要的影响，而钢液中氧含量是钢水纯净度的重要指标。一般认为冷轧深冲汽车板用钢在炼钢生产过程中用铝脱氧，钢液中的溶解氧与钢中溶解的铝元素互相平衡，其含量很低且波动较小，结合氧则以夹杂物的形式分布在钢液中，因此全氧含量可以代表钢液中夹杂物的水平［１－２］。

控制板坯夹杂物的途径首先是减少冶炼及浇铸工艺操作过程中夹杂物的产生和外来夹杂物对钢水的污染，因此转炉冶炼终点时的工艺参数需要重点控制。为了减少夹杂物的数量，需从源头上降低转炉停吹氧含量，现场调查发现，好的底吹搅拌效果、采用炼钢终点自动控制技术，提高终点控制精度、减少过吹以及后吹、出钢挡渣等措施可以有效控制转炉冶炼终点时钢水氧含量。

相对于转炉停吹氧，RH精炼的OB量及脱碳终游离氧的控制更为重要。对于转炉停吹氧偏高炉次，夹杂物在RH处理工序，部分可以上浮，以减对钢液的危害。但受制于钢包温降及生产节奏的影响，如果RH脱碳终游离过高，加铝脱氧后生产的夹杂物上浮不充分，是导致板坯内生夹杂增多的主要原因。对现场数据分析发现，RH脱碳终游离氧与后工序夹杂（渣）缺陷有较强的关系，如图4所示。

图4 RH脱碳终游离氧与后工序夹杂（渣）缺陷的对应关系

Fig. 4 The relationship between the free oxygen in the end of RH decarburization and inclusions (slag) defect

有关研究发现，RH工序OB升温会使得钢渣全体系夹杂物数量增加，若生成的夹杂物数量过多则会影响钢渣夹杂物的饱和度，从而影响精炼后期夹杂吸附能力。因此降低或避免精炼过程吹氧升温是提高钢水纯净度的基础［3］，这在现场跟踪过程中得到有效验证。此外，现场分析中还发现，在钢液温度和现场生产允许的条件下，适当延长精炼纯循环时间也有利于钢液纯净度的提高。

因此，针对汽车板冲压开裂的敏感钢种，需对炼钢各工序的过程氧进行有效管理；并结合后工序缺陷发发生情况，制定各工序相应的控制标准，确保炉次过程氧得到有效管控。

3.2 浇铸过程中间包参数控制

对于炼钢工序，如何保持精炼后钢水的纯净度是连铸工序中需要解决的问题，中间包各参数的控制对钢的纯净度影响很大。现场研究表明，为了减少中间包夹杂物或者防止夹杂物进入结晶器，主要可以采取如下措施：一是提高钢种浇铸过热度，改善钢液流动性，有利于夹杂物上浮；同时在确保钢液面一定的深度的条件下，可以适当增加中间包的容量，延长了钢液在中间包的停留时间，可以有效促使夹杂物上浮、分离并排除。二是确保浇铸过程中中间包的最小吨位，防止中间包钢水液面低于临界值；现场实验表明，在连铸过程中，当中间包钢水吨位较小，钢水高度较低时，在中间包内的钢水表面会形成漩涡，将一些液态或固态的覆盖剂及脱氧产物卷入钢液，这些夹杂物在上浮的过程中被凝固坯壳所捕获，成为板坯夹杂物的主要来源之一。

针对上述问题，炼钢结合冲压开裂敏感钢种，从中间包过热度、浇铸过程中间包最小吨位等方面，制定了相应管控标准；为夹杂物上浮、分离并排除创造了有利条件。

3.3 浇铸拉速的控制

浇铸过程的拉速控制对板坯的夹杂物控制有重要影响。现场研究表明，汽车板生产过程中要避免浇铸拉速的异常波动。目前存在的主要问题是开浇、终浇、换包及快换水口等非稳态浇铸阶段由于拉速变化引起卷渣；此外，Al2O3粘结堆积在浸入式水口,在吹氩及拉速波动的双重作用下，Al2O3极易卷入钢液中，形成板坯夹杂物。

针对此情况，对钢种的拉速进行了管控，制定了相应控制标准。同时，对拉速波动异常的板坯进行了改钢处理，以确保送后工序的板坯质量。

通过上述相关措施的实施之后，有效控制了板坯夹杂物水平，用户端冲压开裂情况得到有效改善。