薄規(guī)格高品質(zhì)汽車板交接坯降級策略的優(yōu)化

近年來在汽車輕量化大趨勢及成本控制的壓力下，諸多車企將汽車板減薄至0.65mm左右后，加工制作沖壓變形大部件時鋼板沖壓開裂缺陷(俗稱“針眼”)顯著增加，其主要發(fā)生于連鑄交接坯軋制的鋼板。對薄規(guī)格高品質(zhì)汽車鋼板沖壓開裂問題開展了研究，通過采用掃描電鏡和能譜分析分別對開裂缺陷部位進行高倍觀察和成分分析，同時運用數(shù)值模擬方法研究了爐爐連澆過程接續(xù)爐次鋼水進入中間包后的流動和混合特征。研究發(fā)現(xiàn)造成汽車板沖壓開裂的夾雜物主要分為2類，一類為條、塊狀A(yù)l2O3夾雜物，另一類為CaO·2Al2O3、CaO·6Al2O3類鈣鋁酸鹽夾雜物。交接坯軋制的汽車板中Al2O3夾雜物和鈣鋁酸鹽類夾雜物較正常坯多，主要原因為接續(xù)爐次開澆時刻中間包內(nèi)少量鋼水裸露被氧化和少量覆蓋渣混入鋼液。開發(fā)了板坯連鑄爐爐連澆過程交接坯長度預(yù)測模型，并通過對混澆過程產(chǎn)生的鑄坯取樣分析驗證了模型的適用性。鋼板軋制發(fā)生沖壓開裂的交接坯主要是中間包出口處接續(xù)爐次鋼水質(zhì)量分數(shù)達到20%~80%時間段內(nèi)所澆鑄形成的鑄坯，采用“雙擋墻+雙擋壩”控流結(jié)構(gòu)的中間包產(chǎn)生交接坯時間最短，為7.33min。根據(jù)以上研究結(jié)果進行了工業(yè)試驗，并且對30個澆次的實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行了跟蹤和統(tǒng)計，按照之前的交接坯降級策略需要降級84塊鑄坯，通過策略優(yōu)化，僅降級了38塊鑄坯，降級量由之前的41.38%減少至18.72%，而所生產(chǎn)薄規(guī)格汽車板的“針眼”狀沖壓開裂發(fā)生率沒有增加，仍保持在每萬件2.5起以下的先進控制水平。

1、關(guān)鍵詞汽車板；針眼缺陷；非金屬夾雜物；連鑄交接坯；鋼液混合

2、引言

近年來，隨著車企出于汽車節(jié)能和降低制造成本的需要將很多部件用鋼板厚度減薄，汽車板在沖壓加工開裂的情況顯著增加。如國內(nèi)一些車企將乘用車車門、B柱、后備箱等部件用鋼板減薄至0.65mm后，其稱為“針眼”狀的沖壓開裂缺陷發(fā)生率顯著增加，而由連鑄交接坯軋制的鋼板在其中占很大比例。2021年某段時間邯鋼生產(chǎn)的汽車板共發(fā)生針眼缺陷223次，其中爐次間交接坯(即第1塊和第5塊鑄坯)的針眼狀缺陷發(fā)生率最高，共計141次，占比達63.2%。若將這些交接坯進行降級處理，可以顯著減少針眼狀缺陷的發(fā)生率。日本制鐵、JFE等日本鋼企生產(chǎn)汽車板，對爐爐連澆形成的交接坯采取降級策略。文獻設(shè)計了潔凈鋼煉鋼全流程的工業(yè)試驗，通過評估鋼液全氧、增氮、爐渣成分、鑄坯檢測和DTR產(chǎn)線等參數(shù)的變化，研究轉(zhuǎn)爐工藝、鋼包開澆、中間包控流裝置、中間包覆蓋劑和浸入式水口快換等工藝操作對鋼液潔凈度的影響。指出爐次間交接坯容易造成產(chǎn)品的質(zhì)量缺陷，不能用于“潔凈鋼級別”的產(chǎn)品。文獻重點介紹了日本近100年煉鋼技術(shù)的發(fā)展歷程。文中強調(diào)在爐機產(chǎn)能匹配的情況下，高拉速連鑄應(yīng)該采用單流鑄機，從而減少爐爐間交接坯降級帶來的降級損失。綜上所述，國際先進鋼鐵企業(yè)對爐爐間交接坯都采取了降級的策略。然而，國內(nèi)鋼企在生產(chǎn)薄規(guī)格汽車板時，爐爐間交接坯大多不進行降級。但隨著汽車板減薄后沖壓開裂問題的增多，國內(nèi)鋼企相繼開始采取將連鑄交接坯降級的控制策略，即將爐爐連澆過程上爐次澆鑄的最后1塊鑄坯和接續(xù)爐次澆鑄的第1塊鑄坯降級，然而僅此1項造成的鑄坯降級率接近40%。由于汽車板減薄是今后發(fā)展趨勢，預(yù)計會有更多汽車部件用鋼板減薄至0.65mm及以下。如不能減少連鑄交接坯降級量，將會大幅提升汽車板生產(chǎn)成本，造成極大的物料資源浪費。目前國內(nèi)關(guān)于板坯連澆過程的研究主要集中在異鋼種的混澆坯澆鑄過程，主要采用物理試驗、數(shù)值模擬和工業(yè)試驗的方法分析不同鋼種的鋼液在中間包內(nèi)的混澆過程。劉喜錨采用數(shù)值模擬和工業(yè)試驗相結(jié)合的方法研究了控流裝置對中間包鋼水潔凈度的影響。郭春牧等建立三維模型計算了中間包及結(jié)晶器內(nèi)鋼液的流動和混合過程，繪制了中間包及結(jié)晶器出口處濃度分布曲線和中間包內(nèi)鋼液停留時間分布曲線。安航航等通過開展單流板坯連鑄機中間包及結(jié)晶器內(nèi)異鋼種混澆過程的物理和數(shù)值模擬研究工作，并結(jié)合工業(yè)現(xiàn)場試驗，分析了異鋼種連澆過程中間包內(nèi)剩余鋼液質(zhì)量及拉速對混澆坯長度及成分變化的影響規(guī)律。然而,對于相同鋼種連澆過程中的爐爐間交接坯的研究工作很少。王新華團隊通過對連鑄開澆、終澆、爐爐間交換鋼包、快速更換浸入式水口等非穩(wěn)態(tài)階段澆鑄鑄坯潔凈度和夾雜物進行了分析研究，發(fā)現(xiàn)在各類非穩(wěn)態(tài)鑄坯中，開澆第1塊鑄坯的品質(zhì)降低最為嚴重，其中來源于保護渣卷入形成的夾雜物數(shù)量爐爐間交接坯多于正常坯。本文為了解決薄規(guī)格汽車板沖壓開裂增多問題，對汽車板“針眼”狀沖壓開裂缺陷、造成沖壓開裂缺陷的Al2O3類和鈣鋁酸鹽類夾雜物的來源、爐爐連澆過程接續(xù)爐次鋼水進入中間包后的流動和混合特征等方面開展了試驗與數(shù)值模擬的研究，并據(jù)此研究結(jié)果提出了新的交接坯降級控制策略，將薄規(guī)格汽車板連鑄交接坯降級量減少1/2以上，而汽車板“針眼”狀沖壓開裂發(fā)生率沒有增加，仍保持在每萬件2.5起以下的先進控制水平。

3、精選圖表結(jié)論1)隨著汽車鋼板厚度減薄，“針眼”狀的沖壓開裂缺陷發(fā)生率顯著增加，其中主要為連鑄交接坯軋制成的鋼板。2)造成薄規(guī)格汽車板沖壓開裂的主要是Al2O3夾雜物和CaO·2Al2O3、CaO·6Al2O3類鈣鋁酸鹽夾雜物。3)通過開發(fā)板坯連鑄爐爐連澆過程交接坯長度預(yù)測模型和對混澆坯取樣分析的方法，驗證了研究爐爐間連澆過程數(shù)學(xué)模型的適用性。4)采用“雙擋墻+