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IF鋼的成分控制

間隙原子C和N對IF鋼的織構、R值和時效特性有非常重要的影響。C和N原子的固溶不利於{111}織構的形成,R值急劇下降。此外,高含量的碳和氮會明顯增加IF鋼的時效硬化傾向。Nb、Ti等元素可以去除基體中的C、N間隙原子,從而獲得相對純凈的鐵素體鋼,有利於{111}織構的發展和R值的提高,保證IF鋼的不時效。因此,如果鋼必須具有超低碳氮、鈮鈦微合金化的特點。

IF鋼的成分特點是:①為了獲得良好的深沖性能,鋼中的[C]、[N]、[Si]都很低;②鋁脫氧鋼。除脫氧外,Al在冷軋鋼板的織構控制中也起重要作用。③對[S]和[P]的控制要求相對寬松;④為了保證良好的表面質量,對鋼中的非金屬夾雜物要求嚴格。日本企業提出冷軋IF鋼中非金屬夾雜物的尺寸必須小於100μm..

根據IF鋼的性能,鋼中最有害的元素是間隙原子C和n,為了保證鋼的深沖性能、表面質量、鍍鋅性能和生產的順利進行,對鋼中的其他元素和夾雜物也有壹定的要求。根據對鋼的危害程度,鋼中有害雜質的順序如圖1: C:嚴重影響鋼的深沖性能,必須盡可能去除。對於鋼中殘留的C,通過添加Ti來固定。

N:對鋼的有害作用與C相似,但由於煉鋼壹般能控制N在40ppm以下,脫氧後的殘余al能與N生成穩定的AlN,能完全固定N,所以N對IF鋼的有害作用基本得到控制..

夾雜物:對鋼的表面質量和深沖性能有壹定的影響,所以鋼中的夾雜物要盡量少,尺寸要盡量小。

Si:壹方面增加鋼的強度,降低鋼的延展性,對鋼的深沖性能有害;另壹方面影響鋼材的鍍鋅性能。鋼中的矽含量應盡可能降低。

s:在壹定程度上(約0.005 ~ 0.006%)有利於C的析出,提高鋼的深沖性能。但是過高的S對鋼是有害的。

p:對IF鋼的延性和低溫塑性影響很大。要求IF鋼中磷含量越低越好。在壹些高強度IF鋼中用作強化元素,以提高鋼的強度。在IF鋼的生產中,碳控制是壹項關鍵內容。鋼中的碳對IF鋼的性能有很大影響。IF鋼中不允許有固碳,鋼中的碳必須通過添加鈦合金來固定。鋼中的碳含量應盡可能低,以減少合金的加入量;第二,要穩定,這樣才能確定鈦鐵的加入量。這兩點必須在鋼鐵能夠大規模生產之前得到保證。

目前IF鋼轉爐冶煉終點碳含量壹般控制在(200 ~ 400) × 10-4%。如果鋼中的碳含量小於50×10-4%,甚至小於20×10-4%,就必須通過RH真空精煉來完成。

RH真空精煉是生產超低碳IF鋼的關鍵技術。通過吹氧強制脫碳控制碳,防止後續工藝增碳。

提高鋼水脫碳速度的工藝措施如下:

(1)進壹步提高了真空系統的抽氣能力。

真空泵的抽氣能力通過真空室的真空度影響脫碳速度。真空度決定RH真空脫碳的速度。較大的抽氣能力可以使真空度在短時間內獲得較高的真空度,即可以迅速降低真空室內的壓力,增加CO氣泡的出現率,迅速降低鋼中的碳含量,最終的碳含量頁可以更低。WISCO第1和第二煉鋼廠RH真空度變化曲線與碳含量變化的對應關系說明了這壹點,如圖2所示。

(2)增加驅動氣體流量。

驅動氣體是RH鋼水循環的動力源,驅動氣體的多少直接影響鋼水的循環狀態和脫碳等冶金反應。驅動氣體流量控制不當會產生強烈的飛濺。脫碳過程中產生CO氣體,加劇了飛濺程度。脫碳初期,隨著C-O反應的減弱,應減少並適當增加驅動氣體的量,直至脫碳結束達到RH循環所需的驅動氣體量,這樣可以加強後期鋼水的攪拌,抑制傳質系數的降低,從而抑制後期脫碳速度的降低。

(3)脫碳初期吹氧強制脫碳

在真空脫碳反應中,當鋼水中碳含量較高([c]/[o] >: 0.66)時,即在脫碳反應初期,氧的傳質決定脫碳速度。此時用頂氧槍吹氧,可有效提高表觀脫碳常數,縮短處理時間。此外,高速氧氣流沖擊鋼水表面,鋼水彌散成大量小液滴,進壹步增加了脫氣表面積,加快了脫碳速度。但吹氧壹般會增加脫碳後鋼水中的溶解氧含量,從而惡化鋼水的潔凈度。要把握好吹氧的時機和吹氧的量。

(4)增加插入管的橫截面積。

在增加鋼液循環流量的措施中,如果單純增加驅動氣體流量,循環管內鋼液的線速度會增加,容易導致真空室噴濺粘鋼。解決方法是擴大循環管的內徑。增加插入管的內徑意味著增加插入管的橫截面積和增加循環流量。即使在相同的驅動氣體流量下,由於CO氣體擴散成氣泡,可以容納和產生更多的氣泡,增加了循環管上升區的相界面,同時增加了濺入真空室的鋼水量,增加了鋼水乳化區的相界面,加快了脫碳速度。另壹方面,由於循環流量的增加,真空室底部鋼液的線速度增加,使鋼液邊界層變薄,碳、氧向鋼液液面的擴散速度加快。插管內徑越大,脫碳速度越快。有條件的話,盡可能加大插入管內徑,增加循環流量,促進脫碳反應。圖3顯示了新日鐵蒲甘工廠增加插入管內徑後鋼水環流量的變化,可以看出增加插入管內徑對增加鋼水環流量有明顯的作用。

由於使用超低碳覆蓋劑、中空保護渣(含量0.5%)和增加保護渣層厚度至30毫米,RH精煉至鋼坯增碳量由8.1ppm降至2.6ppm。鞍鋼開發了低氮IF鋼生產技術,包括提高轉爐冶煉過程鐵水比,控制冶煉過程幹燥,減少冶煉末期補吹次數和時間, 和用鐵礦石(燒結礦)造渣,可控制冶煉終點氮的質量分數小於12×10; 在RH-TB精煉過程中,處理前期應提高脫碳速度,處理中期應迅速提高真空度,增加氬氣流量和鋼水循環量,處理後期應控制鋼水氧含量,同時必須保證鋼水硫含量極低。目前鞍鋼可以批量穩定生產氮含量小於20×10的IF鋼。馬鋼CSP生產SPHC鋼過程中,轉爐采用全底吹氬方式,並在轉爐自動化系統中增加了氮氣閥控制手段,徹底消除了吹煉過程中的氮氣泄漏,加強了出鋼口的維護,出鋼氮含量由47.4×10降至30×10。劉廣木等考察了不同氮氬切換方式對漣鋼100t轉爐終點氮含量的影響,雖然全流程底吹氬有利於鋼中[N]的降低,但考慮到綜合成本,轉爐冶煉薄鋼的底吹工藝設定為前10min吹氮後吹氬。另外,當吹氬強度合理時,可以避免吹氬站鋼水增氮。

WISCO第三煉鋼廠通過轉爐終點、脫氧系統和連鑄三個環節系統控制鋼中氮含量,並將保護澆註作為控氮的關鍵環節。因此,提高了鋼包開澆的自開率,在長水口和鋼包下水口之間采用特殊的密封材料和氬氣密封方式,中間包采用高堿度覆蓋劑,控制吹氬流量,保證液面不外露。目前,從鋼包到中間包的增氮量已控制在2×10以內,中間包平均含氮量為22.8×10。

內陸鋼鐵公司通過控制轉爐副槍終點降低補吹量,終點加入石灰石造泡沫渣,使用CO2作為底吹氣體。終點氮含量小於13×10,沸騰出鋼時避免了吸氮,出鋼時平均增加7×10。RH精煉通過同時使用低氮合金和廢鋼改善了浸漬管的法蘭密封,RH平均氮含量為18.3×10。保護澆註的增氮量為1×10。

綜上所述,IF鋼氮含量控制的要點是:

轉爐工藝提高了鐵水比和氧氣純度;在吹煉過程中,加大礦石投入,加入石灰石制成泡沫渣,控制轉爐爐內正壓;吹煉後期,采用低槍位操作,增加攪拌強度,強化終點命中率;采用沸騰出鋼。RH工藝加強了真空室的密封,減少了合金和廢鋼帶來的氮,避免了RH吸氮。在連鑄過程中,提高鋼包自開率,改進長水口機構、操作、密封材料和封氬方式,控制合理的吹氬量。中間包采用高堿度覆蓋劑,保證液面不外露。(1)轉爐工藝中氧含量的控制

頂底復吹轉爐壹般用於冶煉IF鋼。冶煉後期,增加底部惰性氣體流量,加強熔池攪拌,降低轉爐冶煉末期鋼中氧含量。實現轉爐冶煉動態模型控制,將IF鋼轉爐冶煉終點碳含量由0.02%~0.03%提高到0.03%~0.04%,提高冶煉終點碳含量和鋼水溫度的雙重命中率,降低補吹率;為了減少鋼包渣對鋼水的汙染,采用了擋渣出鋼、鋼包渣自動檢測技術和鋼包渣改性措施。

IF鋼轉爐冶煉終點爐渣全鐵含量壹般為15%~25%。通過出鋼擋渣技術將鋼包內渣層厚度控制在50mm以下,防止出鋼時渣量過多造成鋼水嚴重二次氧化。出鋼後立即向鋼包中加入改性劑,爐渣改性劑由CaCO3和金屬鋁組成,可將爐渣中全鐵含量降至4%左右甚至2%以下。

(2)連鑄過程中氧含量的控制

在IF鋼冶煉的連鑄過程中,采用大容量連鑄中間包,優化鋼液流場,促進夾雜物上浮,成分和溫度均勻;使用堿性連鑄中間包內襯和覆蓋劑減少鋼包內襯和覆蓋劑對鋼水的氧傳遞汙染;采用連鑄結晶器液位自動控制技術,保證液位波動小於3 mm,減少保護渣對鋼水的卷入。

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