脱氧合金化顺序对大梁钢氮含量控制的影响分析

徐剑 徐正彪 赵任 游加伟 李强刚 盛凯英

摘要：根据日照钢铁板材制造部生产实际，研究了转炉脱氧合金化顺序对大梁钢转炉工序氮含量控制的影响，提出改进意见并进行工业试验，为高品质大梁钢控氮给予指导意见。

关键词：转炉;脱氧合金化;氮含量

引言

随着我国汽车制造业水平的快速发展，对钢铁原材料的质量也提出了更高的要求，提升钢材洁净度是当前钢铁企业的主要目标之一。除了耐热和不锈钢外，氮在大多数钢种中被视为一种有害元素，其在钢中的危害是多方面的[1]。

尤其是用于制造汽车纵梁、横梁、加强梁、油箱挂梁、槽钢或矩形管、桥壳、保险杆等构件的大梁钢，该钢种要求具有足够的强韧性、良好的耐疲劳性、冷成型性和焊接性能，因此对杂质元素含量要求严格。对于大梁钢而言，当氮含量较高时，氮与铁原子结合生成Fe4N质点，并在α-Fe中以微细弥散的形式析出，增加了钢材时效性趋势，导致蓝脆等现象发生，进而使钢材的延展性、韧性、冷态加工等性能都得到不同程度的降低[2]。另一方面较高的氮含量易与钢中的[Al]、[Ti]等元素形成夹杂物簇群，影响钢的抗疲劳性能。因此，必须严格控制大梁钢中氮含量。

本文根据日钢板材制造部汽车大梁钢生产数据，研究分析转炉脱氧合金化顺序对氮含量控制的影响，为优化合金加入顺序、降低钢中氮含量提供必要的技术支撑和指导。

1大梁钢生产工艺状况及氮含量控制水平

1.1转炉工艺状况

当前日钢板材制造部大梁钢生产工艺路线：转炉→LF精炼→连铸。

其中，转炉工序吹炼末期脱氧及合金化主要合金为铝锭及硅/锰系合金，其加入顺序为：铝锭→硅/锰系合金。

1.2大梁钢氮含量控制水平

为反映大梁钢氮含量控制水平，以610L一个浇次20炉的生产数据进行分析，在工艺过程的选取四个节点（转炉氩站、LF出站、连铸中包、铸坯材样）分别取气体样，使用美国LECO ONH-836型氧氮氢分析仪分析试样中氮的质量分数，同一工序取整个浇次的平均值，绘制成氮含量变化趋势，如图1所示。

由图1可见，日钢610L成品氮含量较高，整体控制在56ppm～67 ppm。其中转炉出钢氮含量平均50ppm，是导致610L成品氮含量偏高的主要原因。

2脱氧合金化顺序对氮含量控制的影响分析

2.1钢水吸氮的理论基础

2.1.1钢水吸氮热力学理论

钢中氮原子在钢液中的溶解过程为吸热反应，由于氮最终以离子态存在于钢液当中，因此氮在钢液中会发生溶解反应，但氮的溶解和钢液中碳相似，多以氮原子形式进行计算，且氮在钢液中的溶解度服从西华特定律。[3]氮在钢液中溶解过程，可以按照下式进行描述：

由公式（8）可见，随着钢液中铝元素活度的增加，氮与铝能够形成比较稳定的AlN，从而促进了吸氮的发生。

3调整脱氧合金化顺序后钢液氮含量变化

为降低氩站氮含量，日钢板材制造部对转炉脱大梁钢氧合金化顺序进行了调整由铝锭→硅/锰系合金调整为硅/锰系合金→铝锭，且铝锭量≤150kg/炉。

调整后，同样以610L一个浇次的生产数据进行分析，转炉氩站气体样氮含量控制情况如图3所示。

脱氧合金化顺序调整后，610L转炉氩站氮含量均值由之前的50ppm将至32ppm，降幅显著，对610L成品的低氮控制起到了至关重要的作用。

4结论

转炉吹炼结束后优先加入铝锭脱氧再加入硅/锰系合金，会导致钢水严重增氮，不利于大梁钢低氮控制。冶炼大梁钢时，转炉吹炼结束后先加入硅/锰系合金后加入铝锭脱氧，可以有效地控制转炉出钢氮含量，确保大梁钢产品的性能稳定性。

参考文献：

[1]高海潮.氢、氮、氧对钢的危害来源及对策[J].内蒙古科技大学学报，1999，18（0Z1）：373.

[2]李田茂，倪勤盛，刘贺华，等.钢水氮含量影响因素及控制措施[J].鞍钢技术，2015，（3）：43～46.

[3]梁英教，车荫昌编，无机物热力学数据手册[M]，东北大学出版社，1993，p.506.

[4]劉光银.钢液吸氮的热力学和动力学分析[J].四川冶金，1989，（2）：24～29.

[5]项长祥，GammalT.钢液和铁液的吸氮脱氮动力学研究[J].河北冶金，1997（1）：20～24.

作者简介：徐剑，1985年11月，男，汉族，湖北荆门，日照钢铁控股集团有限公司，本科，工程师，洁净钢控制技术。