Q345B无缝钢管：减少Q345B板边部气孔的工艺探索

 摘要：通过对Q345B板边部缺陷的分析表明，板边缺陷主要为连铸坯气泡所致。炼钢厂不断对产生铸坯气泡的原因进行分析，发现转炉出钢时加入的合金受潮、合金中水汽含量过高是造成连铸坯批量气泡的主要原因；三钢炼钢厂制定并实施相应措施，气泡缺陷比例从早期的0.616%降低至目前的0.07%。

关键词：Q345B钢板

1 前言

        近年来人们在注重中厚板性能提高的同时,也更加关注中厚板的表面质量。常见的中厚板的外观缺陷有过热、麻点、表面夹杂、裂纹、气泡、凹坑、翘皮和结疤等。常规流程生产的热轧板是以连铸板坯作为坯料，通过加热、除磷、粗轧和精轧以及层流冷却等工艺完成生产。热轧板材常见的表面质量缺陷大多起源于连铸板坯，其表面质量的好坏对热轧板材外观质量产生很大的影响。Q345B无缝钢管

        近期，三钢中板厂生产的热轧钢板Q345B出现了大批量的边部裂纹及雨点状缺陷，其缺陷深浅、大小和形态不一，裂口沿轧制方向分布且有伸长，此类缺陷导致了中厚板大量改尺，终降级销售，给公司造成了巨额损失。为此三钢炼钢厂就这一缺陷进行分析，探讨其形成原因以及改进措施。

2 缺陷宏观特征分析与结果

        从中板厂火切现场对板材边部缺陷的观察来看，轧材“雨点状”缺陷距边部距离大都在10～30mm范围内，且轧材的边部在窄边部位还出现不同程度的烂边现象。缺陷的宏观形貌Q345B无缝钢管所示。

        为判断缺陷类型，找到问题所在，对边部存有缺陷的板材同一炉次未轧铸坯进行锁坯，并对相应铸坯边部进行火焰吹扫观察口。通过观察发现，问题炉次的未轧铸坯边部皮下存有密集针孔，断定轧材边部的烂边裂纹及“雨点状”缺陷为铸坯皮下气泡所致。皮下针孔的宏观形貌Q345B无缝钢管所示。

3 工艺路线

        Q345B 钢的工艺路线：优质铁水→LD（100t 顶底复吹转炉）→LF（100t 精炼炉）→CCM（1600×180、220、250mm 2 板坯连铸机）。

4 原因分析

4.1 气泡产生的原因

        依据气泡所在的位置，将露出表面的称之为表面气泡，未露出表面的称之为皮下气泡。前者在未经清理的铸坯表面即可观察到，而后者只有在对铸坯表面进行火焰清理之后才可观察到。Q345B无缝钢管

        中板厂轧材边部的气泡缺陷可分为两类：一类气泡实际为皮下夹渣，主要与结晶器保护渣的卷入有关；一般零星出现的气泡缺陷有可能是此类原因导致的。第二类气泡缺陷主要是由钢水中的气体引起的；在钢水凝固过程中，钢液中所溶解的气体的分力大于钢水自身的静压力与大气压之和时就会产生气泡，若这些气泡不能从钢水中及时逸出，钢水凝固形成铸坯后就会造成皮下气泡缺陷。因我厂的Q345B生产过程中多表现为整炉出现气泡，而一类气泡属零星出现，所以可排除一类气泡，断定Q345B钢铸坯气泡为钢水中气体含量过高所致。

        由于气体含量过高导致的板材气泡缺陷根源在于铸坯在浇注过程中已形成的宏观气泡，连铸过程铸坯产生气泡的主要原因有3 类：脱氧不良、过程吸气（空气、保护性气体）及水汽（潮湿的添加料和耐材），而炼钢工序出现上诉3种情况主要体现为终点状况差、强脱氧剂加入不足、钢水二次氧化、加入料潮湿、钢包等功能性耐材预准备使用把关不严等诸多环节问题均可归属于上述气泡产生的3大类原因之中。

4.2 脱氧不良

        钢水脱氧不良是造成连铸坯表面皮下气泡、针孔的主要原因之一。当钢水脱氧不良时，钢中所含有的富氧就会与钢中的碳发生反应生成CO气体，在钢液凝固过程中,若钢中的CO气泡不能及时逸出而随坯壳一起凝固就会形成气泡缺陷。

        脱氧不良主要与转炉出钢终点控制差有关，如终点出钢碳过低、出钢过程下渣、脱氧合金加入不足等都有可能导致钢水中氧含量过盛而导致铸坯出现皮下气泡缺陷；从大量的轧材改尺数据中分析发现，仅个别炉次存在脱氧剂加入不足、终点出钢碳为0.05%、0.06%过低的现象外，其它多数问题炉次的脱氧剂加入量均满足工艺要求且终点出钢碳基本维持在0.08%以上。钢水终点碳含量与氧含量的关系Q345B无缝钢管所示。

        为进一步分析造成铸坯气泡缺陷的原因，判断轧材边部“雨点状”缺陷是否由于钢中氧含量过高所致，于轧材切割现场取三个边部存有“雨点状”缺陷且不同炉次的切割边角料做氧氮分析，切割边角料试样编号分别为1#、2#、3#；从化验结果得知，所取的三个试样中的氧含量均未超过0.0035%，因此可断定，近阶段铸坯气泡缺陷并非由于钢水脱氧不良所致。所取的三个切边样的氧氮含量Q345B无缝钢管。

4.3 过程吸气

        连铸过程吸入的外来气体（空气、氩气)进入钢水中后以气泡的形式存在，混入结晶器中的气泡若来不及逸出被凝固坯壳捕捉便会形成铸坯气泡。

4.3.1 空气

        过程吸气主要指连铸浇注过程中由于钢包敞开浇注、中间包钢水裸露等造成钢水与空气直接接触或由于钢包下水口与套管间及中间包上下水口滑板间存有缝隙产生负压而吸入空气，终导致钢水二次氧化；这是造成铸坯气泡（氧气泡、氮气泡）缺陷的另一个原因。

        为探索铸坯气泡缺陷是否由连铸过程吸气所造成，于一个连铸浇次中选取三炉，且同一炉次分别取精炼成品样、连铸中包样及连铸坯角样，试样用于做氧氮分析对比，所取试样编号分别为1-1、1-2、1-3，2-1、2-2、2-3，3-1、3-2、3-2。化验结果表明，钢水从精炼到连铸过程浇注到钢水凝固形成铸坯，其各环节试样的氧氮含量波动均在工艺要求范围以内，证实钢水在连铸生产过程中并不存在吸气的现象；因此可断定，此期间的铸坯气泡缺陷与连铸过程吸气无关。不同阶段、不同炉次试样的氧氮含量如表2所示。Q345B无缝钢管

4.3.2 氩气

        氩气作为一种保护性气体，在连铸采取全程保护浇铸中主要用于大包下水口与大包浸入式长水口之间的缝隙及中包上水口与中包浸入式水口滑板面之间的密封保护。由于浇注注流所产生的负压，一定量的保护氩气会被带入钢液之中。前者氩气会从中包的钢液表面上浮逸出，气泡基本上不会进入结晶器中，不会对铸坯气泡缺陷造成影响，而后者则会被带入结晶器中，进入结晶器的氩气泡随钢液运动至结晶器内一定深度的不同部位，一些来不及上浮的气泡在固液界面处会被凝固的枝晶捕捉，终导致铸坯气泡的形成。

        为了进一步摸索近期气泡缺陷与氩气的关系，对板坯生产Q345B钢时，中包上水口与浸入式水口滑板面间均匀涂抹2mm厚的纳米密封涂料进行试验，以排除生产过程中滑板间氩气被吸入的可能性。后续跟踪发现，滑板间涂抹纳米密封材料后生产的Q345B钢仍有出现铸坯气泡缺陷的现象；实验表明，近期铸坯气泡缺陷与中包浸入式水口滑板间保护气体氩气无关。Q345B无缝钢管

4.4 水汽

        当直接与钢水接触的耐火材料、保护渣、覆盖剂及合金等加入料受潮时，材料中的水份可在瞬间转变为蒸汽并在高温下迅速分解为[H]和[O]溶解于钢水之中，进而增加钢液中氢、氧元素的含量，从而促使铸坯皮下气泡的形成。Q345B无缝钢管

4.4.1 连铸辅料

        对连铸现场使用的辅料保护渣、高性能中包覆盖剂、低碳低硅中包覆盖剂、中包干式料等逐一多次进行抽检化验；结果表明连铸过程所用的辅料水份含量除高性能中包覆盖剂水份含量偶有超标现象外，其它辅料均维持在较低水平；为降低保温料高性能中包覆盖剂水汽含量高对铸坯气泡的影响，连铸工序保护浇注过程要求先加入水份含量较低的低碳低硅中包覆盖剂再加入水份含量偶有超标的高性能中包覆盖剂，避免其直接与中包内钢水接触，但生产Q345B钢时出现整炉铸坯气泡的现象仍未缓解。连铸辅料水份化验结果如表3所示。

4.4.2 中、钢包烘烤

        为判断中间包及钢包的烘烤情况对铸坯气泡缺陷的影响，分析了大量的改尺数据发现，缺陷问题炉次均非连铸浇注的中包一炉钢水，因此可排除中间包烘烤不良这一因素（中包烘烤开浇温度可维持在1200～1300℃之间）对铸坯气泡的影响；但通过统计发现，个别整炉气泡缺陷的炉次与炉前启用全新备用钢包有一定关系；由此可见，启用的全新备用钢包烘烤不良、钢包砖中水汽含量过高，对铸坯边部气泡影响较大。Q345B无缝钢管

4.4.3 合金

        对出钢过程加入的合金（硅铁、锰铁等）进行水份抽检化验发现，合金的水份含量时有超标现象（严格要求合金中不允许含有水份）；因三钢地处我国东南一带，受季节性梅雨潮湿气候、储存不当及合金运输过程防雨布遮挡不良等原因的影响，常导致一部分合金出现受潮现象，而转炉未对受潮合金采取有效控制措施，出钢时将受潮合金直接加入钢水中，终造成Q345B钢铸坯出现整炉气泡的现象。为断定这一因素对连铸坯气泡缺陷的影响，转炉通过加强对现场合金存放的管理、杜绝直接使用运输过程被雨水淋到的受潮合金以及启用合金烘烤炉对合金进行烘烤等有效手段后发现，Q345B板边部气泡缺陷比例明显下降，且未再出现整炉气泡缺陷而导致轧材改尺的现象。Q345B无缝钢管

5 整改措施

        为减少Q345B钢板边部气泡缺陷，改善现状，经分析研究后，制定了以下措施：

    5.1 加强转炉终点出钢控制。严加关注转炉出钢碳的含量，杜绝出钢终期出现下渣现象，并根据出钢C含量的不同加入不等量的脱氧剂。具体脱氧方案如表4所示。

    5.2 加强合金管理。严加管控合金的运输过程，提高合金现场存放期间的管理水平，启用合金烘烤装置，保证入炉合金干燥无潮湿。Q345B无缝钢管

    5.3 优化精炼过程。精炼过程造好渣、造白渣，保证精炼炉渣流动性良好，确保白渣稳定时间≥20分钟，保证软吹时间≥8min，确保钢液中的夹杂物及气泡能够充分上浮。

    5.4 严加关注钢包烘烤情况。加强全新备用钢包的烘烤管理，确保每次投入使用前的烘烤时间及烘烤温度满足生产工艺要求。Q345B无缝钢管

    5.5 加强连铸过程保护浇注的控制。确保钢包浸入式长水口垂直无偏斜，确保中包液面始终保持黑面无露红，确保保温覆盖剂的加入次序。

    5.6 定期抽检水分化验。定期抽检合金、中包覆盖剂及保护渣等物料的水份含量，一经发现水份超过工艺要求则立即采取有效控制措施或停用问题批次物料。

6 结论

6.1 边部气泡原因定论

        通过分析发现，造成Q345B钢板边部气泡缺陷主要为转炉冶炼终点过氧化、出钢脱氧剂加入不足、全新备用钢包烘烤不良、出钢过程加入的合金受潮、高性能中包覆盖剂水份含量过多等原因所致。

6.2 结果

        综合以上实验结果，Q345B无缝钢管，通过加强对转炉冶炼终点及出钢过程的控制、加强合金存放及运输环节的管理、保证全新备用钢包的烘烤效果以及连铸过程保护浇注的控制，Q345B钢板边部气泡缺陷改善显著，缺陷比例从早期的0.616%降低至目前的0.07%，下降比例达0.609%。