生产SWRM6优质低碳低硅钢盘条工艺实践

生产SWRM6优质低碳低硅钢盘条工艺实践
摘要:全面总结杭钢转炉一高线生产SWRM6优质低碳低硅钢盘条工艺实践，并对SWRM6的生产结果进行分析，结果表明杭钢具备生产用于深加工的优质低碳低硅钢盘条的能力。

0 前言
江、浙、沪等地区紧固件及五金行业发达，拉丝、冷镦用钢量较大。

此类钢在加工过程中。

变形量大，对原料的冷变形能力要求高。

杭钢分析了市场形势和现有的技术装备条件，对转炉一高线生产SWRM6优质低碳低硅盘条工艺进行专项研究。

经两年多的批量性生产，结合用户的使用情况，又对产品进行多次设计和调整，目前SWRM6钢生产能力和质量保证能力均达到较高水平，且已经产生一定的经济效益和社会效益。

1 工艺设计及其实现
根据用户对此类钢的使用要求(拉丝、冷镦)，为了提高钢材的延伸性能，开发时综合此钢特点制订了SWRM6的化学成分(见表1)，同时布置了以下生产工艺路线。

表1 SWRM6的化学成分表 %
热装铁水+废钢→转炉冶炼→CAS／LF精炼→R6m→150×150四流四机连铸机→检验→步进梁式加热炉加热→高压水除磷→保温辊道→14架粗中轧→4架预精轧→8架精轧→4架减定径→斯太尔摩控冷→普通精整、检验、包装、入库。

1.1 冶炼
目前国内40t以下的小转炉生产低碳低硅钢的条件并不理想，杭钢也如此，主要表现在钢水氧性高、去硫条件差、钢水纯净度低等。

为克服以上困难，从产品设计初期至今，经历多次的试验和总结。

对顶吹氧气转炉而言，生产低碳低硅钢的主要难度是脱氧脱硫。

试验初期，为了降低钢水中的硫含量，在冶炼过程中采用双渣法操作，文化一定程度上起到了降低出钢时的初始硫含量的作用。

但此操作法对操作工的经验依赖程度较高，须在第一批渣料熔化脱硫后进行倒渣操作，进行第二次造渣。

其难点是第一批渣料熔化终点的捕捉直接影响倒渣时的去硫率，而且过程倒渣不利于生产节奏的提高，严重影响转炉的产量。

通过一段时间的生产摸索和试验研究，其间随转炉部分技术、设备的改造成功，为SWRM6钢的脱氧、脱硫注入了新的内容：
1)通过对此钢操作作业指导书的制订，操作工熟练程度的提高，以及操作工对此钢特性的进一步了解，一次拉碳命中率得到很大提高，在一定程度上减轻了钢水的过氧化程度。

2)挡渣技术的改进，由原来的挡渣球改为挡渣锥，有效地减少了钢包中的渣量，使得钢水中的脱硫脱氧环境得到改善，减少脱硫剂、脱氧剂与炉渣的反应损失，提高了脱硫剂、脱氧剂利用率，从而提高了脱硫脱氧效率。

3)脱氧工艺和脱氧剂的改进。

原脱氧工艺采取一次性在钢包内预加脱氧剂的方式，容易造成出钢前期钢水过脱氧而出钢后期则脱氧不足的问题，而且当时转炉厂无法实现在出钢过程中进行底吹氩，这样就会出现钢水脱氧不平衡，不但增加了脱氧剂的用量，而且脱氧效果不理想。

针对这种情况，我们对脱氧方式进行了改进，首先根据钢水的炉内冶炼情况，出钢前在炉内加入一定量的复合脱氧合金进行预脱氧，使其中的碳参与反应而生成的气体搅拌钢水以达到净化钢水和均匀脱氧的目的。

在出钢过程中采用“多批、少量、分阶段”加脱氧剂方法进行连续脱氧。

以硅、钙、碳为主的高性能脱氧剂在炉前的应用，有效地降低了钢中的氧含量，使氧含量由原来的58.7×10-6下降到43.6×l0-6，同时其本身成分以及脱氧产物也可以作为脱硫剂，在提高脱氧脱硫率的同时也改善了炉前的作业环境。

4)CAS工艺运用。

CAS工艺作为一种简单的精炼手段，通过炉渣改质及钢包加盖吹氩，不仅提高了炉渣的去硫能力，而且使吹氩时间得以延长，由原来的3min增加到5min甚至更长，使夹杂物进一步上浮，提高了钢水的纯净度，为降低钢水中的氧活度，提高脱硫率，提高钢水的纯净度提供了有力的保证。

5)定氧仪在炉前的应用。

通过对钢水中的氧活度进行定量检测，能及时了解钢水中的脱氧情况，对于脱氧情况欠佳的钢水进行补脱氧处理，以保证钢水的纯净度，提高铸坯的合格率。

1.2 连铸
根据此类钢的特性，碳、硅及合金含量低，液相线温度高，同时因其氧化性高，脱氧后的钢水流动性差，在连铸上须采取以下措施：
1)结晶器上采用高强度的冷却手段加大一冷的散热量，增加二冷水量，以改善铸坯的冷却条件，保证铸坯在出结晶器时形状稳定，防止铸坯回温，以及因冷却强度不够而造成鼓肚等缺陷的发生；
2)采用专用低碳保护渣改善坯壳在结晶器中的润滑条件和传热条件；
3)通过提高中间包液面高度以提高钢水的静压，在一定程度上缓解钢水流动性差带来的不利影响。

通过以上措施的落实，SWRM6钢水的成分、出钢和浇注温度都得到有效保证，各方面表现稳定。

表2为生产过程中随机抽取的实际化学成分和温度等控制情况。

表2 SWRM6钢成分和温度控制情况表
1.3 轧制
拉丝用线材要经受很大的拉拔变形，要求线材的强度低，塑性好，钢种珠光体含量越少越好。

根据这些特点，在制订工艺时，适当提高终轧温度，采用缓冷，有利于先共析铁素体充分析出和长大，同时确保SWRM6钢具有良好的表面质量、严格的尺寸精度、均匀的力学性能等。

高线厂在生产过程中制订了以下方案：
1)钢坯进加热炉前对钢坯逐根目测检查，控制入炉钢坯表面质量。

表面质量不合格的钢坯须经表面清理、磨修合格后再组织生产。

2)制定合理的加热制度，保证钢坯加热均匀。

严格控制预热段、加热段、均热段三段的温度，确保出炉钢坯经高压水除磷后开轧温度控制在970±10℃。

3)通过控制冷却水箱的工艺参数，将预精轧入口温度控制在900-910℃，精轧入口温度控制在:860-870℃，吐丝温度根据规格的不同控制在：900～930℃。

4)确定合适的控冷工艺，高线厂在轧制SWRM6时采用延迟冷却工艺。

5)严格执行轧制工艺，减少轧制缺陷，保证设备运行完好，轧前对活套、轧辊、吐丝管等进行认真检查，以减少钢材在轧制过程中出现擦伤、压痕等缺陷。

2 生产结果分析
根据制订的工艺路线与方案，经过生产过程的精心调试与多次改进，杭钢自2004年以来共生产20 000余t合格SWRM6优质低碳低硅钢盘条。

2.1 化学成分控制水平
在冶炼生产的SWRM6钢中随机抽取50炉进行统计分析，结果见表3。

从表3可知，生产中化学成分控制能够达到设计的要求，其中平均碳含量为0.057％，硅含量为0.021％，锰含量为0.44％，硫磷含量满足优碳钢的要求。

由图1可知，杭钢SWRM6碳成分≤0.06％的控制命中率为82％，硅成分100％控制在0.03％以内，为最终获得良好而稳定的综合性能提供了保证。

表3 SWRM6 冶炼化学成分控制表 %
图1 SWRM6化学成分分布直方图
2.2 内在质量
对SWRM6钢做纯净度分析(参见表4)：钢中全氧含量在(104～130)×10-6之间，氮含量在(45—65)×10-6之间，夹杂物评级总级在1.5～3.5级，未发现粗系夹杂，说明冶炼浇注的能力能够满足用户的使用要求。

表4 SWRM6纯净度水平
2.3 盘条力学性能
表5、图2分别是典型规格Φ6.5mmSWRM6盘条力学性能统计图表。

由此可见，杭钢生产的SWRM6盘条力学性能置信区间是：抗拉强度Rm为340～390MPa；伸长率A11.3为30％～38％。

力学性能稳定，完全能符合用户的要求，与用户反映效果较好的华东某钢厂生产的同类钢种SL2的力学性能相当(见表6)。

1／2冷顶锻合格率为100％。

图2 Φ6.5㎜ SWRM6盘条力学性能分布直方图
表5 Φ6.5㎜SWRM6盘条力学性能
表6 6.5㎜SWRM6盘条与某厂同规格同类钢种SL2力学性能比较
3 结语
杭钢生产的SWRM6优质低碳低硅钢盘条化学成分稳定，碳成分在≤0.06％的控制命中率在82％，硅成分100％控制为0.03％以内；钢中全氧含量在(104～130)×-6，氮含量为(45～65)×10-6，夹杂物评级总级在2～3.5级；抗拉强度Rm为340～390MPa；伸长率A11．3为30％～38％；具有良好的综合性能，能较好地满足用户深加工的要求，深得用户好评。

同时为杭钢创造了较好的经济效益，为生产SWRM系列其他低碳低硅钢积累了宝贵的经验。

连铸小方坯中心裂纹的研究与分析
摘要：通过对现场跟踪及对操作工艺参数的统计，从钢水成分、操作工艺及设备因素分析了对
Q235钢种裂纹的影响，并通过合理控制各环节操作，使裂纹发生率明显降低。

关键词：小方坯中心裂纹分析措施
1 前言：
宣钢炼钢厂有2座80吨顶底复吹转炉，配两台6机6流小方坯连铸机，主要产品为Q215、Q235、XY08Z及20MnSi低合金钢、H08A等，浇注断面以150×150mm为主。

自2002年5月投产以来，产品质量一直较稳定，但自2003年6月出现了Q235钢种的斑点裂纹并呈明显上升趋势，严重影响了此钢产品的质量，以及生产计划的正常运行。

为此，通过对产品过程的研究，找出其裂纹产生原因并提出改进措施。

2 中心裂纹及形成机理：
铸坯中心裂纹的形成是由于凝固壳受到拉应力或拉应变的作用，当拉应力超过凝固前沿钢的强度或拉应变超过某一临界值时，凝固前沿就会开裂，形成中心裂纹。

裂纹形成的温度区间：
◆内部裂纹形成于1410～1480℃之间；
◆内部裂纹发生时的固相率fs在0.8～0.99之间；
◆ 与该固相率区间对应的温度范围在零强度ZST和零延性温度ZDT之间。

在该温度区间，凝固前沿为糊状区。

Yamanaka等小钢锭弯曲试验结果，在零强度温度ZST和零延性温度ZDT之间，凝固前沿为糊状区，二次枝晶已互相搭桥连接但不具备延性。

如在垂直凝固前沿方向施加很小的变形，已连接的二次枝晶臂便会破裂。

这种破裂发生后，未凝固的钢水应能够填补裂纹，使裂纹得到愈合。

但是，由于此时凝固前沿钢水固相率很高，未凝固钢水很难透过糊状区进入裂纹，从而使裂纹得不到愈合。

3 裂纹产生部位
宣钢连铸小方坯裂纹发生在铸坯中心部位，最长的120mm，基本贯通铸坯，最小的为1～2mm，其中小于40mm的占90%以上。

取中心裂纹做低倍和硫印检验，中心和中间裂纹部位硫偏析较严重，且伴随疏松存在。

裂纹大部分为沿晶分布。

现场生产中，坯壳鼓肚应力、热应力、矫直应力、相变应力以及由于对中，导辊变形等引起的附加机械应力作用于凝固前沿时，凝固界面就会开裂，形成裂纹，之后进一步扩展，由于凝固前沿富含溶质元素的钢水流入裂纹部位，故中心裂纹往往伴随中心偏析一起出现。

中心裂纹的产生是钢水成份、操作工艺及设备因素的综合影响。

4 影响因素分析与讨论：
4.1 化学成份：
通过对生产Q235钢种几十个中包的化学成份统计，对中心裂纹的影响如下：
⑴ Mn/S
S是钢中有害元素，随S含量增加，内裂纹倾向急剧增加，因为钢中的S极易形成低熔点硫化物，钢液结晶时，这种硫化物向后凝固的钢液中浓聚，从而降低晶粒处的强度。

宣钢炼钢厂自2003年6月以后，由于原料条件的变化，铁水及废钢中S含量明显提高，导致终点钢水S含量提高了80%，成品钢S平均由原来的0.020上升到到0.037%。

S对裂纹影响如图1：
由此可以判断钢中硫含量的增加时产生裂纹坯的内在和主要原因,钢中硫含量的增加,增大了裂纹产生的几率。

Mn/S比和中心裂纹发生率关系如图2所示，从中可见，Mn能抵消S的有害作用，增加Mn/S 有利于减小钢的内裂倾向。

⑵ C
C含量与中心裂纹的关系见图3所示：
从图中可见，随C含量的增加，中心裂纹发生率减小，而C在0.15%左右时发生率最高。

为此，现场操作中应尽量避开此范围。

4.2 工艺影响：
⑴ 过热度
浇注温度过高，中心裂纹的发生率明显呈上升趋势，突出表现在开机第一包普遍有裂纹存在。

分析由于浇注温度高，出结晶器的坯壳薄，坯壳易出现鼓肚变形，产生局部应力所致。

⑵ 拉速：
宣钢小方坯铸机设计拉速平均3.0m/min，实际生产中当拉速低于1.8m/min时，裂纹发生率明显提高。

因为低拉速，配水强，钢坯温度低，在700～900℃拉矫处低温矫直产生中心裂纹。

⑶ 二冷配水：
生产实践表明，二冷对中心裂纹有明显影响，主要是由于铸坯中心部位温度下降而表面温度回升过大，导致热应力而引起的。

a)生产中，由于水质较差，喷嘴堵塞或喷水冷却减弱时，铸坯表面温度回升，导致坯壳膨胀，受压应力作用，而铸坯心部受拉应力作用，易产生中心裂纹。

b)二冷配水不合理，前期过大，后期水量不足，二冷不均匀，亦会导致热应力过大，致使铸坯中心部位被撕开而形成裂纹。

4.3 设备因素：
实际生产中设备因素是影响中心裂纹产生的重要因素之一。

⑴ 导辊因长期在高温下承受机械载荷而发生严重磨损或因在设备维护的原因发生错弧，都会在凝固前沿产生附加的拉应力。

增大内裂纹倾向。

特别是二冷凝固末端及其后对弧精度对中心裂纹的影响更大。

⑵ 由于中心裂纹发生在铸坯凝固末端，因而，拉矫辊压力及开口度的大小，会造成机械应力作用，导致中心裂纹发生。

5 措施
针对以上分析，采取如下措施：
⑴ 降低钢水过热度，严格考核出钢温度及氩后温度，控制过热度在40℃以内。

规定开浇第一包1610～1620℃，连浇大包温度1560～1570℃，生产实践表明，控制浇注过热度是在原料条件（S）没有改观的情况下的行之有效的办法。

⑵ 在外围原料变化不大的情况下，尽量提高Mn/S比，控制在15以上，并采取出钢过程中渣洗的办法，将S控制在0.03%以下，降低S的危害。

对于S大于0.040%的上LF精炼脱S处理，控制精炼周期大于35分钟，并保证软吹时间。

同时控制成品C为0.12～0.13%或大于0.17%，避开裂纹发生率高的区间。

⑶ 增加过滤网，并定期清洗和更换，保证二冷段喷嘴正常工作,确保铸坯二次冷却效果。

⑷ 稳定生产节奏，拉速大于2.2m/min，减少拉速波动。

⑸ 规范脱氧及吹氩喂丝工艺，要求吹气时间大于5分钟，以减少钢中夹杂物含量。

⑹ 调整结晶器水量在100～110m3/h，并优化二冷配水。

⑺ 加强设备管理，保证对弧准确，并通过调整拉矫辊压力及开口度，减少压下裂纹。

通过上述措施，Q235钢种的中心裂纹发生率明显降低至0.5%以下，降低2.2%，说明措施有效。

但同时，因进LF精炼炉处理的钢发生裂纹几率明显增加。

分析其主要影响是精炼周期得不到保证，软吹时间不足，钢中夹杂物多所致。

6 结论：
⑴ 小方坯中心裂纹是在凝固末期，由于各种应力作用于凝固前沿，导致沿晶界开裂，随后进一步扩展而形成的。

钢中P、S夹杂物含量、工艺及设备是影响的主要因素。

通过合理控制各环节参数，可有效减轻裂纹的发生。

⑵ 将成品S控制在0.025%以下可大量减少斑点裂纹。

⑶ 在S变化不大的情况下，降低钢水过热度是减轻裂缝的有效方法。

⑷ LF炉处理钢对裂纹的影响有待进一步研究。