带钢冷弯不合格的原因分析与控制

管庆刚，闵凡启，赵修领

（莱芜钢铁股份有限公司，山东 莱芜 271104）

摘　要： 针对带钢存在的冷弯断裂及分层现象多、冷弯一次合格率低的问题，采用XL30扫描电镜、金相显微镜等，对冷弯不合格的带钢取样进行组织、夹杂物、晶粒度、断口等检验和氧含 量分析并与正常试样对比。结果表明：钢中氧含量高、夹杂物多是导致带钢冷弯不合格的主要原因。通过采取炉前加大脱氧剂用量，对夹杂物进行变性处理等深脱氧技术及保护浇注， 优化连铸工艺等措施，钢材全氧含量由153.5×10^－6降到100×10^－6，冷弯一次合格率由97.5％提高到99.0％。
关键词：带钢；冷弯；氧含量；夹杂物

　

1  概  述

　　热轧带钢是莱芜钢铁股份有限公司（简称莱钢）主导产品品种之一，主要用作冷弯型钢、焊接钢管及高速公路的护栏等。随着莱钢转炉线实现全连铸，由生产热轧沸腾带钢开始生产热轧镇静带钢，一次冷弯合格率达到97%以上。进入2003年6月份以来，莱钢带钢冷弯一次合格率大幅度下降，冷弯断裂及分层现象明显增多，同时存在带钢冷弯不合格复验后仍不合格的现象（见表1）。
　　莱钢热轧带钢执行GB/T3524-1992《碳素结构钢和低合金结构钢钢带》标准，力学性能和冷弯试样按GB/T2975标准取横向试样进行检验，表2是GB/T3524标准对碳素结构钢力学性能和冷弯性能检验的条件和基本要求。表3是GB/T700标准对钢板和钢带（厚度不大于16mm）取横向样的性能要求。对比表2、3（表中a为试样厚度，d为弯心直径），可以看出：GB/T3524比GB/T700要严格得多,特别是冷弯性能试验。

表1 2003年1～6月份带钢冷弯检验情况统计

表2 GB/T3524力学性能和冷弯性能

表3 GB/T700力学性能和冷弯性能

2  检验分析

2.1　检验方法
　　借助XL30扫描电镜、显微镜等，分别从冷弯不合格的带钢及合格带钢上取样进行组织、夹杂物、晶粒度、断口及气体含量分析。
2.2　组织、夹杂物与晶粒度检验
　带钢试样的组织、夹杂物与晶粒度检验结果见表4。结果表明：带钢的基体组织是铁素体和珠光体，没有发现魏氏组织，晶粒度以8.0～8.5级为主，但冷弯不合格带钢中存在较多并且级别较高的氧化物与硅酸盐夹杂物。

表4 组织、夹杂物与晶粒度检验结果

　　对冷弯不合格的试样借助扫描电镜进行断口分析，同时对带钢表面存在的细小类似划痕的黑线进行了分析。冷弯不合格的断口形态见图1～2。断口呈层状结构，上面存在许多空洞，并伴有裂纹。层状结构上沿轧制方向分布着成串形态不规则的夹杂物。图3是对图2中横裂纹的放大，裂纹处分布许多颗粒状的夹杂物。带钢冷弯断裂是一种以韧窝＋撕裂岭+微孔为主的断口形态。
    图4、图5是带钢冷弯不合格的另一种断口形态。断口形态也呈层状结构，夹杂物沿层分布，但带钢皮下存在夹杂物。冷弯断裂是一种以准解理及韧窝为主的断口形态。

   图1 断口宏观形态                              图2 断口层状组织 88×

图3 断口裂纹内存在夹杂物                        图4 断口呈准解理形态

     图5 钢材皮下夹杂    

    图6、图7是带钢表面有许多细小类似划痕的黑线，在拉力作用下撕开的断口形态。从图7可以看出，黑线撕开处呈层状结构，每层上都存在形状不规则的夹杂物，部分夹杂物沿纵向轧制方向分布在带钢皮下。

图6 黑线撕开宏观形态 29×                         图7 层状结构及夹杂物    

2.4　气体分析
　对带钢冷弯裂缝、断裂和合格分别取样进行气体分析，统计结果见表5。从表5可以看出：冷弯断裂的T[O]含量平均为153.5×10^-6，比冷弯合格的高54.8×10^-6。

表5 带钢气体分析统计结果

3　结果分析与工艺改进

3.1　结果分析
　冷弯合格与不合格的带钢组织正常，都是铁素体加珠光体，晶粒细小，说明带钢加热制度正常。由表4可知，冷弯不合格的带钢中夹杂物较多，主要以氧化物和硅酸盐为主。
   从断口分析可知，冷弯不合格的夹杂物呈层状分布，部分位于钢材皮下，特别是热轧带钢表面存在的黑线，实际上是由于连铸坯皮下夹杂在轧制过程中形成的，这是导致带钢冷弯不合格的因素之一。
　钢中夹杂物含量的水平，通常可用钢的总氧含量表示，钢中氧含量越高，夹杂物越多。冷弯不合格，特别是冷弯断裂的钢中T[O]含量平均为153.5×10^-6，比冷弯合格的高54.8×10^-6，这进一步说明导致冷弯不合格的因素主要是钢中夹杂物。
3.2　工艺分析
　2003年6月，莱钢连铸机完成高效连铸改造，为满足连铸机生产需要，缩短转炉炼钢时间，提高了转炉冶炼强度，增加了供氧量，而相应的脱氧制度、脱氧剂用量未作调整。这是导致钢中氧含量高的主要原因。钢包氧含量的测定（自由氧普遍大于50×10^-6）和炉渣成分分析（FeO含量约为14%～17%）结果表明：带钢氧含量高的原因是钢水脱氧不良。为此，采取优化脱氧工艺，进行深脱氧试验。
　实施深脱氧以后，带钢许多炉次中间包自由氧含量降到25×10^-6，但轧材全氧含量仍大于100×10^-6。为了考察钢液二次氧化情况，分别对钢包到中间包注流的氮含量进行了测定，从钢包到中间包注流的吸氮量约为15×10^-6。钢水中的夹杂物没有充分上浮以及钢水二次氧化也是导致钢中氧含量高的一个重要因素。
3.3　工艺改进与效果
    3.3.1　炉前主要采取了加大脱氧剂用量，对夹杂物进行变性处理等措施。 （1）加强炉前终点控制，提高一次拉碳命中率，减少补吹操作次数，避免钢水过氧化。要求炉前控制终点碳大于0.10%。（2）强化脱氧，优化脱氧剂配比和用量。（3）提高挡渣出钢效果，减少下渣量。出钢前检查挡渣塞状况，出钢过程压好渣，挡好一次渣、二次渣，减少钢包下渣量。（4）延长钢包软吹氩时间，以促进夹杂物上浮。（5）为了进一步降低钢中夹杂物的有害性，对夹杂物进行变性处理：向钢包中喂Si-Ca-Ba线，将固态Al₂O₃夹杂物转变为液态铝酸钙，以利于从钢液中上浮，且使不规则的氧化物变为球形氧化物，降低其危害。采取上述工艺措施后炉渣的氧化性大为降低，T(FeO)小于5%，同时钢包中的自由氧含量降到了40×10^-6以下，中包自由氧含量降到了25×10^-6。
    3.3.2　连铸工序加强保护浇注，促进夹杂物上浮，避免卷渣。（1）大包、中间包连铸采取全过程保护浇注。（2）中间包采用碱性覆盖剂，改善夹杂物上浮效果。（3）连铸平台取样观察试样收缩情况，根据需要适当补加Si-Ca脱氧。（4）中间包每10炉放渣一次，确保渣层厚度稳定。（5）稳定中间包液面高度，减少中间包液面波动，同时稳定拉速，避免卷渣。
　采取以上措施后，钢中氧含量降到100×10^-6以下。

4  结  论

4.1　导致带钢冷弯不合格的主要原因是钢中氧含量高、夹杂物多，特别是位于钢材皮下的夹杂物形成的纵向黑线。
    4.2　采取深脱氧技术，优化连铸工艺，从而控制钢中氧含量，降低钢中夹杂物含量，避免皮下夹杂的出现，带钢冷弯一次合格率达99％以上。