CN111719079A - 一种冷镦钢絮流的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冷镦钢领域，具体为一种冷镦钢絮流的控制方法。按质量百分数计，冷镦钢ML08AL的化学成分为：C 0.06～0.09；Si≤0.08；Mn 0.35～0.45；P≤0.017；S≤0.015；Als 0.02～0.05；N 0.03～0.05；其余为Fe。生产工艺路线为：混铁炉→铁水预处理→顶底复吹转炉→钢水预脱氧→LF炉精炼→方坯连铸。LF炉精炼时，挡渣出钢，控制钢包内渣厚不大于50mm，使用电石渣与铝粒混合脱氧，控制LF炉内气氛为还原性气氛，底吹氩搅拌。本发明解决了冷镦钢Ml08AL因钢中夹杂物较多引起的冷顶锻开裂问题，对非金属夹杂物进行评级，以0.5、1.0级为主，1.5级及以上占受检总量5％以下，晶粒度达到了8.5级以上，冷顶锻性能满足1/4要求。

Description

一种冷镦钢絮流的控制方法

技术领域

本发明涉及冷镦钢领域，具体为一种冷镦钢絮流的控制方法。

背景技术

冷镦钢是利用金属的塑性，采用冷镦加工成型工艺生产互换性较高的标准件用钢。冷镦钢常用来冷镦成型制造各种机械标准件和紧固件，如螺栓、螺母、螺钉、铆钉、自攻螺钉等各类紧固件和各种冷镦成型的零配件。冷镦钢产品主要用于汽车、造船、设备制造、电子、家电、自行车、工具、轻钢结构、建筑等行业。冷镦钢盘条的钢种一般为低、中碳优质碳素结构钢和合金结构钢。因冷墩钢冷成型性能良好，在机械加工行业用冷镦代替热轧材冷切削机加工，在节约大量工时的同时，金属消耗也可以降低10％～30％，而且产品具有尺寸精度高、表面光洁度好、生产率高、抗拉强度高等特点。

冷镦钢用盘条在后期的深加工程序基本上为：线材→再结晶退火→冷拉→球化退火→冷镦成型。由于在加工过程中变形量大，变形速度快，因此要求其具有良好的冷顶锻性能和塑性、韧性以及较低的强度及硬度。因其为方坯低硅含铝，因此浇注困难，属于生产难度大、附加值高的典型钢种。由于高铝控制以及夹杂物的大量存在，导致在金属晶体内部使金属与金属之间发生间断，在材料冷镦变形过程中，间断的金属组织之间不能承受或只能承受较小的应力，不可避免的在缺陷周围引起应力集中，使材料的冷加工性能变坏，出现镦压开裂问题，并且随着冷顶锻变形量加大，从1/2至1/3、1/4镦压开裂问题更加严重。因此，对于冷镦钢ML08Al来说，必须严格控制钢水铝含量以及钢中夹杂物，特别要求高熔点Al₂O₃夹杂物要少，此外该钢种大量采用铝脱氧，为防止水口的结瘤，需要钙处理以改变Al₂O₃夹杂的存在形态，提高钢水可浇性。

在生产初期，转炉在调铝后未采用渣面预脱氧工艺，由于钢水以及转炉渣氧化性强，造成精炼脱氧困难，全程脱氧，从而导致精炼铝控制波动较大并且脱氧产物上浮不充分，钢水可浇性较差，经常出现絮流问题，对应轧材冷顶锻性能无法满足要求，出现1/2镦压开裂问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种冷镦钢絮流的控制方法，解决了冷镦钢Ml08AL因钢中夹杂物较多引起的冷顶锻开裂问题，对非金属夹杂物进行评级，以0.5、1.0级为主，1.5级及以上占受检总量5％以下，晶粒度达到了8.5级以上，冷顶锻性能满足1/4要求。

本发明的技术方案是：

一种冷镦钢絮流的控制方法，按质量百分数计，冷镦钢ML08AL的化学成分为：C0.06～0.09；Si≤0.08；Mn 0.35～0.45；P≤0.017；S≤0.015；Als 0.02～0.05；N 0.03～0.05；其余为Fe。

所述的冷镦钢絮流的控制方法，按质量百分数计，伸长率≥40％，抗拉强度≤470MPa，断面收缩率≥60％。

所述的冷镦钢絮流的控制方法，ML08AL生产工艺路线为：混铁炉→铁水预处理→120吨顶底复吹转炉→钢水预脱氧→120吨LF炉精炼→150mm×150mm方坯连铸。

所述的冷镦钢絮流的控制方法，120吨顶底复吹转炉进行预脱氧，在转炉出钢结束前向钢包内加入铝粒30～40kg，在出钢结束后使用喂丝机补加铝线，使钢水铝含量在0.020％～0.050％范围内；补加铝线后，吹氩4～6min，使脱氧产物能够充分上浮。

所述的冷镦钢絮流的控制方法，LF炉精炼时，挡渣出钢，控制钢包内渣厚不大于50mm，使用电石渣与铝粒混合脱氧，控制LF炉内气氛为还原性气氛，底吹氩搅拌；按质量百分数计，LF炉渣成分控制如下：SiO₂，2.45～5.06；CaO，49.02～55.54；Al₂O₃，21.96～30.08，TFe，1.82～3.00；炉渣碱度8.93～13.62。

所述的冷镦钢絮流的控制方法，冷镦钢ML08AL中，酸溶铝[Al]s与全铝[Al]t的重量比例为：[Al]s/[Al]t≥0.9。

所述的冷镦钢絮流的控制方法，LF炉精炼时进行钙处理，钙铁线的喂线深度为距离钢包底部300～400mm深处，喂线速度应在2.5～3.5m/s间，钙铁线使用为300～400m/炉。

所述的冷镦钢絮流的控制方法，在精炼LF炉钙处理结束后，对钢水进行软吹氩处理；当氩气流量在70～110L/min时钢中夹杂物去除效果最好，去除指数在0.97～1.0之间。

本发明的设计思想是：

在生产初期，转炉在调铝后未采用渣面预脱氧工艺，由于钢水以及转炉渣氧化性强，造成精炼脱氧困难，全程脱氧，从而导致精炼铝控制波动较大并且脱氧产物上浮不充分，钢水可浇性较差，经常出现絮流问题，对应轧材冷顶锻性能无法满足要求，出现1/2镦压开裂问题。针对此问题，研究将脱氧环节提前，在转炉采用预脱氧工艺，取得了较显著地效果，钢中铝含量得到了稳定，钢水氧化性减弱，精炼脱氧压力降低，铝粒使用量以及铝含量控制均得到了大幅度降低，钢水可浇性得到了保证。

精炼工序在冷镦钢的生产过程中起到关键的作用，担负着降低成本有效控制铝含量及钙处理用量、去除夹杂物保证钢水可浇性、保证冷顶锻性能的重要任务。铝含量控制在什么范围，采用何种脱氧方式能够有效减少脱氧产物，钙处理量达到什么比例才能对铝脱氧产物进行变性上浮，静吹环节氩气流量如何确定，吹氩时间长短对夹杂物去除的影响，保证钢水可浇性，以上是精炼工序研究的主要课题。通过研究，确定了酸溶铝控制工艺，成分合理控制，钙处理夹杂物变形工艺，吹氩夹杂上浮，充分发挥了精炼的二次处理作用。

本发明的优点及有益效果是：

⑴本发明针对ML08Al钢水絮流问题，将脱氧工艺前移至转炉炉后，从而使脱氧产物成为体积较大的Al₂O₃一SiO₂一MnO夹杂得以上浮，减少了钢水全氧含量并且减轻了精炼压力。

⑵本发明LF炉精炼在采用电石渣与铝粒混合脱氧后，铝粒单炉消耗量降低了123～132kg，而钢液[Al]s含量降低了0.012％～0.019％，钢液[Al]t含量降低了0.018％～0.028％，钢液[Al]s/[Al]t比值从2011年的0.85逐渐提高到2014年的0.97，成本大幅度降低。

⑶本发明优化了LF精炼ML08Al钢水[Als]含量以及钙处理工艺，通过静吹环节促进夹杂物上浮，使[Al]s/[Al]t≥0.9，并且钙处理目的[Ca]/[A1₂O₃]≥1，钢水可浇性良好，钙铁线用量从2012年开始比2011年降低了227米/炉～478米/炉。

⑷本发明通过对冷镦钢生产工艺流程的一系列的研究工作，冷镦钢ML08Al已形成批量生产，冷顶锻性能由最初的无法满足1/2要求，达到目前的1/3、1/4均能满足要求。

⑸本发明通过冷镦钢ML08Al絮流控制技术的研究与成功生产，加快了冷镦系列钢种的开发进度，提高了冷镦钢的质量，技术经济效益和社会效益显著，具有很大市场前景。

⑹本发明进行脱氧前移，在转炉出钢结束后进行预脱氧炉渣改质，既降低钢液整体脱氧产物又减轻精炼处理压力，稳定了钢液铝含量。

⑺本发明优化了LF精炼“白渣”工艺、脱氧工艺和钙处理工艺，既提高了钢水纯净度，又使铝脱氧产物通过钙化处理充分变性上浮，确保了浇注顺行以及钢质量的稳定提高。

⑻本发明LF精炼关键技术研究：合理控制钢中[Al]s含量，使其既降低钢中全氧含量又避免含量偏高造成的连铸浇注过程中产生过多的二次氧化产物，充分起到细化晶粒的作用。

⑼本发明冷镦钢ML08AL经：线材→再结晶退火→冷拉→球化退火→冷镦成型，制造各种机械标准件和紧固件，如螺栓、螺母、螺钉、铆钉、自攻螺钉等各类紧固件和各种冷镦成型的零配件，产品主要用于汽车、造船、设备制造、电子、家电、自行车、工具、轻钢结构、建筑等行业。

附图说明

图1为钢中酸溶铝与夹杂物之间的关系。

图2为钢中全氧与夹杂物总量之间的关系。

图3为不同温度下[S]-[Ca]平衡图。

图4为喂线速度与钙铁线回收率之间的关系。

图5为金相组织检验图。

具体实施方式

在具体实施过程中，本发明冷镦钢ML08AL絮流的控制方法，其生产工艺路线为：

混铁炉→铁水预处理(脱S、扒渣)→120吨顶底复吹转炉→钢水预脱氧→120吨LF炉精炼→150mm×150mm方坯连铸。

本发明冷镦钢ML08AL絮流的控制方法如下：

1、冷镦钢钙处理以及夹杂物变性理论

关于冷镦钢中夹杂物形态及成分的控制，国内外专家研究表明：当铝脱氧产物通过钙处理转变为12CaO·7Al₂O₃时，因其熔点仅1455℃，因此很容易上浮并被吸附到炉渣中。在进行钙处理时，从理论上讲反应产物应按CA6—CA2—CA—C12A7方向变形，为确保夹杂物变性处理，必须控制加入钢水的钙含量，如Ca不足，则Al₂O₃无法转变为液态铝酸钙；Ca加入量过大，可能生成CaS也容易导致水口堵塞和水口侵蚀加剧。在钙处理中，需要优化喂线量、喂线速度、温度以及喂入深度等参数，确保钢中[Ca]/[Al]等指标以保证生成的钙铝酸盐处于低熔点区域，使夹杂物在钢液中易上浮去除。钙铝酸盐性能见表1。

表1各种钙铝酸盐物理性能

夹杂物	晶体结构	密度，g/cm3	熔化温度，℃
				Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	三角系	3.96	2052
CaO·6Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	立方系	3.28	1850
				CaO·2Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	单斜晶系	2.91	1750
CaO·Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	立方体	2.98	1605
				12CaO·7Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	立方体	2.83	1455
3CaO·Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	立方体	3.04	1535

2、冷镦钢铝控制以及夹杂物控制理论

炼钢生产中铝是强脱氧元素，大部分钢均采用铝或含铝的复合脱氧剂脱氧。用铝终脱氧与硅锰脱氧相比，可保持从出钢—浇注—凝固时钢中氧含量始终是低浓度，这样不仅可以有效降低钢中的氧，还有细化钢的晶粒、改善韧性、防止时效的作用。因此，Ml08Al中加入的铝部分形成Al₂O₃或含有Al₂O₃的夹杂物，部分则熔于固态铁中，以后随着加热和冷却条件的不同，或者在固态下形成弥散的AlN或者继续保留在固溶体中。

正是由于铝在钢中有着特殊的作用，在生冷镦钢中夹杂物形态及成分的控制，国内外专家研究表明：生产Ml08Al过程中，对酸溶铝在钢中含量的控制产生了分歧。有的认为控制越高越好，因为现在连铸实行全保护浇注，钢中酸溶铝高钢中溶解氧低，铝的二次氧化少；但随着铝加入量增加，带来成本的增加和铸坯缺陷的增加。以铝为主的终脱氧剂，可以通过调整钢中的Als来控制钢中夹杂物总量。因此，Als控制过高或过低都会引起夹杂物总量的增加，控制好Als是降低夹杂物的一个关键工艺。

3、转炉预脱氧的研究

(1)转炉预脱氧原因与目的

冷镦钢ML08AL因钢水含铝量高，在方坯浇注困难，因此需脱氧至还原性白渣。因此钢液中铝脱氧产物较多，若上浮不充分会造成水口内脱氧产物沉积絮流甚至钢水停浇。在精炼区域脱氧，前期形成的脱氧产物颗粒较大，而中后期脱氧产生的纯氧化铝夹杂为细小颗粒夹杂，不利于聚集上浮。而转炉炉后脱氧，其脱氧产物为体积较大的Al₂O₃一SiO2一MnO以及Al₂O₃一CaO一SiO₂易于上浮，从而降低钢水全氧含量，稳定钢水铝含量。因此将脱氧前移至转炉炉后，缓解精炼压力，减轻钢水絮流。

(2)转炉预脱氧措施及其效果

转炉预脱氧就是在转炉出钢结束前向钢包内加入铝粒30～40kg，在出钢结束后通过定氧后使用喂丝机补加铝线，使钢水铝含量在0.020％～0.050％范围内。补加铝线后中吹氩5min，使脱氧产物能够充分上浮，并降低炉渣氧化性，改渣前后炉渣平均组份以及钢水铝含量，见表2，可以看出在经过预脱氧后，转炉炉后钢包渣氧化性明显降低，并且因吹氩搅拌以及渣预脱氧，钢水[Al]t趋于稳定，根据实际控制情况，与精炼化渣铝之间差距较小。

表2转炉预脱氧改进前后炉后钢包渣组份以及铝控制情况

组成	SiO<sub>2</sub>	CaO	MgO	TFe	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	碱度R	最高Alt	最低Alt	平均Alt
										改进前	18.52	45.53	8.54	13.72	11.69	2.46	0.096	0.055	0.072
改进后	11.84	43.48	8.26	7.55	27.43	3.67	0.058	0.028	0.034

4、LF精炼工艺的研究

(1)炉外精炼的目的和手段

钢水炉外精炼就是将炼钢炉中初炼的钢水移到钢包或其它专用容器中进行精炼，也称为二次精炼。

炉外精炼的目的是：在真空、惰性气氛或可控气氛的条件下进行深脱碳、脱硫、脱氧、除气、调整成分和调整温度并使其均匀化，去除夹杂物，改变夹杂物形态和组成等。钢水炉外精炼是为适应钢的品种质量的提高，生产新钢种以及生产过程合理化，为连铸对钢水成分、温度、纯净度和时间等衔接的严格要求，不可缺少的工序，成为现代炼钢、连铸生产中的重要环节。

LF炉称为钢包炉，是20世纪70年代初由日本开发成功的，现已大量推广应用，成为当代最主要的炉外精炼设备。LF炉通过电弧加热、炉内还原气氛、造白渣精炼、气体搅拌等手段，强化热力学和动力学条件，使钢水在短时间内达到脱氧、脱硫、合金化、升温等综合精炼效果。确保达到钢水成分精确，温度均匀，夹杂物充分上浮净化钢水的目的，同时很好地协调炼钢和连铸工序，保证多炉连浇的顺利进行。

①精炼功能强，脱氧、脱硫、净化钢水效果好，钢的质量显著提高；适宜生产超低硫、超低氧钢种。

②具有电弧加热功能，热效率高，升温幅度大，温度控制精度高。

③具备搅拌和合金化功能，易于实现窄成分控制，提高产品的稳定性。

④采用渣钢精炼工艺，精炼成本低。

⑤设备简单，投资少。

LF炉有四个独特的精炼功能：埋弧加热、氩气搅拌、炉内还原气氛、白渣精炼。LF炉的四大精炼功能相互渗透、互相促进。炉内的还原气氛，在加热条件下的吹氩搅拌，提高了白渣的精炼能力，创造了一个理想的精炼环境，从而使钢的质量显著提高。

(2)脱氧控制

LF炉吹氩操作就是在精炼过程通过钢包的底吹氩装置向钢水中吹入一定量的氩气使之带动钢水循环，以均匀成分和温度，促进夹杂物的集聚及上浮。从而达到均匀钢水温度和成分、稳定浇铸工艺、降低钢中夹杂及气体含量，改善钢的质量。

LF炉白渣精炼工艺要点：

①挡渣出钢，控制钢包内渣厚不大于50mm。

②钢包渣改质，控制钢包渣碱度。

③使用电石渣进行发泡，通过铝粒脱氧使炉渣保持良好的流动性，保证脱硫、脱氧效果。

④控制LF炉内气氛为还原性气氛，避免钢水二次氧化。

⑤良好的底吹氩搅拌，保证炉内具有较高的传质速度。

总之，LF炉造渣要求“快”，“白”，“稳”。“快”就是要在较短时间内造出白渣，处理周期一定，白渣形成越早，精炼时间越长，精炼效果越好；“白”就是要求ω(FeO)降到3.0wt％以下，形成强还原性气氛；“稳”有两方面含义，一是炉与炉之间炉渣性质要稳定，不能有较大差异；二是同一炉次的白渣造好后要保持渣中ω(FeO)≤3.0wt％，提高精炼效果，精炼渣检验结果见表3。

表3统计100炉LF炉渣成分结果

单一用铝粒脱氧，因铝粒无发泡功能，因此渣面铝粒部分进入钢液造成钢水增铝，使脱氧效率降低，并且因增铝原因使钢水的铝含量呈现不稳定状态。使用电石渣与铝粒混合脱氧，既利用了电石渣的发泡功能，改善了炉渣埋弧效果，减少了钢水裸露使渣钢反应界面迅速增加电石渣脱氧的反应式：

CaC₂+3[O]＝CaO(s)+2CO(g)△G＝-75300-37.51T

CaC₂+3(FeO)＝CaO+3Fe+2CO(g)

(3)酸溶铝控制工艺的研究

Als控制过低时会增加溶解氧的含量，不但会造成钢中氧化物增加，还会影响钢的组织性能。随着Als的提高，一方面可以使溶解氧迅速地降低到较低水平，细化钢的晶粒；另一方面浇注时较高的Als会增加钢液的二次氧化，产生滞留在钢中的Al₂O₃夹杂物导致钢水浇注时出现絮流，且生成AlN在铸坯凝固时晶界析出易导致裂纹。

钢中[Al]与T[O]之间的关系是复杂的，常压下铝脱氧能力可用下式进行计算：

2[Al]+3[O]＝(Al₂O₃)

lnk⁰＝64000/T-20.57

随着钢中Als的增加，溶解氧将明显降低，也就是说钢中Als对夹杂物有显著的影响，得出的结论如图1所示。由图1可知，钢中酸溶铝的控制范围规定为0.020％以上。此外，为了控制夹杂物总量，务必减少钢中全氧含量，钢中全氧与夹杂物之间的关系如图2所示。要降低钢中夹杂物总量，最主要的是降低T[O]，所以以铝为主的终脱氧剂，可以通过调整钢中的Als来控制钢中夹杂物总量。

在采用电石渣脱氧及有效的酸溶铝控制后，近几年钢水含铝量得到了逐渐降低，具体见表4。

表4近几年Ml08AL钢水铝含量控制情况对比表

成分铝控制	2011年	2012年	2013年	2014年
					[Al]s，％	0.057	0.045	0.042	0.038
[Al]t，％	0.067	0.049	0.045	0.039
					[Al]s/[Al]t	0.85	0.91	0.94	0.97

通过表4可以看出，从2012年开始至今钢液[Al]s比2011年分别降低了0.012％、0.015％、0.019％，[Al]t比2011年分别降低了0.018％、0.022％、0.028％。此外通过表4可以看出，2011年由于[Al]s/[Al]t偏小，钢水中氧化铝成分偏多，这也是导致钢水絮流的主要原因。

5、成分控制工艺

冷镦钢的化学成分组成主要是碳、硅、锰、铝合金元素和磷、硫、氮、氧等一些杂质元素，各元素以不同的形态存在于材料中，影响材料的塑性。除铝外，其它元素对冷镦钢ML08Al的影响因素如下：

碳：碳在冷镦钢中主要以化合物渗碳体(Fe₃C)的形式存在，含碳量越高渗碳体越多，钢的塑性降低、强度增加。

硅：硅能提高材料的弹性极限，但降低材料的冷变形能力。

锰：锰能提高材料的加工硬化，从而减低材料的塑性，提高强度。但锰可以和FeS反应生成MnS，从而改善材料的热塑性。

磷：磷是钢中的杂质元素，能溶于铁素体中，降低钢的塑性、使钢的强度、硬度提高。磷具有较大的偏析能力，钢中局部磷偏析含量较高时也会变脆。

硫：硫也是钢中的有害杂质元素，不溶于铁素体，但生成FeS。FeS和FeO形成共晶体分布于晶界，造成钢的热脆性。

氮：氮在奥氏体中溶解度较大，在铁素体中溶解度很小，并且随着温度的下降而减小，将含氮量高的钢由高温较快冷却时，铁素体中的氮由于来不及析出而过饱和溶解。在室温或稍高温度下，氮将以FeN形式析出，使钢的强度、硬度提高，塑性降低。

为了得到合适的冷镦性能，成分必须控制在合理的范围内，并且利用微正压操作，冷镦钢ML08AL实际成分控制情况见表5，冷镦钢ML08AL的性能指标见表6。

表5冷镦钢ML08AL实际成分控制情况

实施例	C，％	Si，％	Mn，％	P，％	S，％	Als，％	N，％	Fe
									最高	0.08	0.07	0.42	0.016	0.007	0.05	0.0046	余
最低	0.05	0.02	0.35	0.006	0.004	0.028	0.0038	余
									平均	0.065	0.044	0.38	0.011	0.005	0.038	0.0042	余

表6冷镦钢ML08AL的性能指标

轧制序号	伸长率/％	抗拉强度/MPa	断面收缩率/％
				W30013712	42.8	367	77
W30013708	47	369	79
				W30013714	46.5	364	79
W30013701	48.2	377	78
				W30013705	46.5	359	78
W30013711	47.2	364	79
				W30013703	46.3	360	79
W30013707	45	357	79
				W30013709	44.6	374	79
W30013702	43	376	79
				平均值	45.7	366.7	78.6

6、钙处理及夹杂物变性理论研究

氧在钢中溶解度很小，主要以Al₂O₃、FeO、SiO2、CaO等非金属夹杂物的形态存在于钢中，还有部分硫、氮的非金属化合物，这些夹杂物破坏了材料的基体连续性，造成冷镦时开裂的裂纹源，特别近表面的夹杂物，由于受到应力集中和切向拉应力的作用，影响更为严重。非金属夹杂物是造成冷镦开裂的主要原因之一，夹杂物颗粒愈大，愈易开裂。

钙处理结束后，发现钢水中夹杂物主要有以下三类。

(l)Al₂O₃一CaO(CaS)钙铝酸盐夹杂物。钢水中很少存在高熔点的纯Al₂O₃了，大部分夹杂物都变为(CaO)x(Al₂O₃)y夹杂和个别的Al₂O₃一CaO一CaS杂物。此类夹杂物占所观测到夹杂物的75.7％。

(2)Al₂O₃一CaO一SiO2夹杂物。此类夹杂物数不多，仅占8.1％。为钙铝酸盐和氧化硅结合形成的复合夹杂物，主要成分为Al₂O₃和CaO，SiO2含较低，通常小于10％。

(3)Al₂O₃一CaO一SiO2一MnO系夹杂物。此类杂物占10.8％，夹杂物中Mn的含量在20％左右，直径通常在20μm以上，故推测该种夹杂为二次氧化的产物。在喂钙铁线的同时，带入的空气与[Mn]反应生成MnO。

此外，为了避免钙处理结束后CaS夹杂的产生，需对钢水的硫含量有明确要求，不同温度下平衡关系见图3，由图可见在温度达到1600℃时，为了避免生成CaS夹杂，与钙含量平衡的[S]≤0.005％。

钙铁线喂入点确定：

喂线的水平位置与钢包吹氩位置有关。对于喂Ca-Fe线而言，Ca的蒸气压很大，而且既使是液态Ca，其密度也比钢液小很多，只有1.48g/cm³(450℃)，因此液态Ca在钢液中所受到的浮力也相当大。所以钙铁线喂入点的水平位置应选择在钢液下降流的中心位置，这样无论Ca是以气态还是以液态进入钢液，都会在下降流的作用下，强制其下降，然后再上浮，或随包底抽吸流被带到透气砖的上升流中去，从而延长了其在钢液中的停留时间，使其充分发挥作用。

钙处理深度确定：

合适的喂线深度与包芯线的熔落深度有关。包芯线喂入一定深度时开始熔落，其深度应保证熔落分散的钙气泡受到较大的钢水静压力，促使其在浮到钢液面以前就尽可能完全消耗。喂线深度一般以距离钢包底部300～400mm深处为宜。而为保证喂线深度，采用可接近钢液面的垂直升降导管，比一般的既不能接近钢液面，且前端不能固定的升降导管所能导入的深度要大得多，其收得率也要高20％左右。

喂线速度的确定：

合适的喂线速度可以提高钙的收得率。如果速度过快，一方面会因局部产生的大量钙蒸气而使得钢液剧烈翻腾，大量钙蒸气直接暴露挥发到空气中，另一方面因钙蒸气来不及溶解而大量上浮，从而降低其收得率；反之，如果速度过慢，会导致喂入深度不足，在其能完全溶解于钢液前便上浮到钢液面而浪费掉。通过试验我们确定最佳的喂线速度应在2.5～3.5m/s间，喂线速度与钙回收率之间的关系见图4。

钙处理量的确定：

理论计算的生成12CaO·7A1203的[Ca]-[Al]曲线和实测值。钢中含钙过低，平均为20ppm，几乎全部实测点位于理论曲线附近以下，未达到理想的夹杂物形态控制效果，从而出现了絮流问题。根据ML08AI对[Als]要求，[Als]/[Alt]≥0.9，为了确保所有酸不溶铝全部得以变性，钙处理的目标是[Ca]/[A1₂O₃]≥1，按此理论计算和控制后钢水可浇性良好。

7、吹氩上浮理论研究

在精炼LF炉钙处理结束后，需要对钢水进行软吹氩处理。搅动的钢水促进了钢中非金属夹杂物碰撞长大，上浮的氩气泡能够吸收钢中的气体，同时粘附悬浮于钢水中的夹杂物并带至钢水表面被渣层所吸收。软吹氩处理是先中吹后弱吹的吹氩方式，氩气搅拌的强度逐渐降低。国内研究资料显示，经LF处理及软吹氩后，消除了大于7.5μm的大颗粒夹杂。

软吹氩气流量对钢中夹杂物的上浮去除影响很大；当氩气流量在70～110L/min时钢中夹杂物去除效果最好，去除指数在0.97～1.0之间；随着软吹流量的增加，夹杂物的去除指数降低，当软吹氩气流量在120L/min时，夹杂物去除指数是0.94；而当软吹氩气流量增加到220L/min时，夹杂物去除指数降低到0.79。

研究表明，软吹氩气流量小时，钢水中的氩气泡均匀、细小、数量多而且分散，有利于对钢中细小夹杂物的捕捉和上浮去除，但氩气流量过小时，单位时间内进入钢水的氩气泡数量减少，也会影响夹杂物的去除效果；当软吹氩气流量最大时，气泡脱离透气砖后相互碰撞合成大气泡，造成钢水中氩气泡集中而且数量减少，从而影响了对夹杂物捕捉和去除的效率。同时大的软吹氩气流量会把钢水表面吹开，造成钢水二次氧化，而且当软吹氩气流量过大时，钢包中的钢水容易形成环流，使得经处理后的已经非常细小的夹杂物沿环流的轨迹进入到钢渣中。所以，为了最大限度地降低钢水中夹杂物，应当保持合理的软吹氩气流量，以保证进入钢水中的氩气泡数量。

因此，软吹氩气流量前期控制在110L/min，后期控制在70L/min对钢中的夹杂物去除最有效。

通过絮流控制技术研究，冷镦钢ML08Al夹杂物控制水平显著提高，具体检测结果见表7。从检测上看，评级以0.5、1.0级为主。

表7非金属夹杂物级别的检测

类别	A	B	C	D
					检测数量/项	130	130	130	130
0.5级频次/％	118	91	102	121
					1.0级频次/％	12	27	20	9
1.5级频次/％	0	12	8	0

通过对ML08AL盘条进行金相检验，检验结果见表8，可见改进晶粒度较高。

表8工艺改进前某一浇次金相检验结果

从图5看出，冷镦钢ML08Al的金相组织均由铁素体、珠光体组成，晶粒度在8.5-9.0级之间，晶粒度更为均匀、细化。

实施例结果表明：

⑴针对ML08Al钢水絮流问题，将脱氧工艺前移至转炉炉后，从而使脱氧产物成为体积较大的Al₂O₃一SiO₂一MnO夹杂得以上浮，减少了钢水全氧含量并且减轻了精炼压力。

⑵通过对冷镦钢生产工艺流程的一系列的研究工作，冷镦钢ML08Al已形成批量生产，冷顶锻性能由最初的无法满足1/2要求达到目前的1/3，1/4均能满足要求。

⑶通过冷镦钢ML08Al絮流控制技术的研究与成功生产，加快了冷镦系列钢种的开发进度，提高了冷镦钢的质量，技术经济效益和社会效益显著，具有很大市场前景。

Claims (8)

1.一种冷镦钢絮流的控制方法，其特征在于，按质量百分数计，冷镦钢ML08AL的化学成分为：C 0.06～0.09；Si≤0.08；Mn 0.35～0.45；P≤0.017；S≤0.015；Als 0.02～0.05；N0.03～0.05；其余为Fe。

2.按照权利要求1所述的冷镦钢絮流的控制方法，其特征在于，按质量百分数计，伸长率≥40％，抗拉强度≤470MPa，断面收缩率≥60％。

3.按照权利要求1所述的冷镦钢絮流的控制方法，其特征在于，ML08AL生产工艺路线为：混铁炉→铁水预处理→120吨顶底复吹转炉→钢水预脱氧→120吨LF炉精炼→150mm×150mm方坯连铸。

4.按照权利要求3所述的冷镦钢絮流的控制方法，其特征在于，120吨顶底复吹转炉进行预脱氧，在转炉出钢结束前向钢包内加入铝粒30～40kg，在出钢结束后使用喂丝机补加铝线，使钢水铝含量在0.020％～0.050％范围内；补加铝线后，吹氩4～6min，使脱氧产物能够充分上浮。

5.按照权利要求1所述的冷镦钢絮流的控制方法，其特征在于，LF炉精炼时，挡渣出钢，控制钢包内渣厚不大于50mm，使用电石渣与铝粒混合脱氧，控制LF炉内气氛为还原性气氛，底吹氩搅拌；按质量百分数计，LF炉渣成分控制如下：SiO₂，2.45～5.06；CaO，49.02～55.54；Al₂O₃，21.96～30.08，TFe，1.82～3.00；炉渣碱度8.93～13.62。

6.按照权利要求1所述的冷镦钢絮流的控制方法，其特征在于，冷镦钢ML08AL中，酸溶铝[Al]s与全铝[Al]t的重量比例为：[Al]s/[Al]t≥0.9。

7.按照权利要求1所述的冷镦钢絮流的控制方法，其特征在于，LF炉精炼时进行钙处理，钙铁线的喂线深度为距离钢包底部300～400mm深处，喂线速度应在2.5～3.5m/s间，钙铁线使用为300～400m/炉。

8.按照权利要求1所述的冷镦钢絮流的控制方法，其特征在于，在精炼LF炉钙处理结束后，对钢水进行软吹氩处理；当氩气流量在70～110L/min时钢中夹杂物去除效果最好，去除指数在0.97～1.0之间。

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