一、项目的背景与问题

中国汽车板产能稳居世界第一，中国汽车板发展体现着世界汽车板的发展趋势，就是向着轻量化、高强化、经济绿色的发展方向，其中深冲板占50%，加磷强化汽车板更是由于成本低、强度高、变形好得到用户青睐的绿色经济性品种。但是在实际生产过程中，由于表面近表面存在的大颗粒Al₂O₃复合夹杂物，在带钢轧制过程中延展暴露在产品表面形成了线状缺陷、在大变形减薄冲压中诱发冲压开裂，影响了汽车板冲压性能、合格率低。加磷强化汽车板，存在FeTiP析出影响有利织构、控制P的固溶保障强化效果的技术问题。

包头白云鄂博矿是世界罕见的铁稀土共生矿，利用白云鄂博矿生产汽车板，可充分发挥矿中稀土对钢性能提升的作用，也可起到区域特色矿产资源绿色高效利用的目的。但存在着国内汽车板生产先进企业从所未见的极端恶劣铁水条件（铁水磷含量高（0.15%～0.18%）、硅含量高且不稳定），同时采用连铸工艺生产稀土钢，均会遇到收得率低、可浇性差的世界性难题，这些无疑给汽车板规模化生产、特别是稀土汽车板的规模化开发带来极大的技术难度。

二、解决问题的思路与技术解决方案

稀土作为国家战略资源，包钢白云鄂博矿中富含稀土，其在钢中具有净化钢水、夹杂物变性、组织细化及微合金化作用，通过这些作用很好改善了钢材的性能，如冲击性能，所以探索利用稀土在钢中的作用，通过夹杂物变性、组织细化、阻碍P的析出，来提高汽车板表面质量、冲压性能、稳定加磷强化钢。

本项目通过稀土提升汽车板深冲性能及表面质量的关键技术、高品质汽车板绿色高效智能炼钢关键集成技术、稀土汽车板洁净度精准控制及高效连铸关键集成技术等一系列攻关，解决了利用白云鄂博矿特色资源生产高品质稀土汽车板过程中所面临的磷高硅高极端恶劣铁水冶炼条件、稀土收得率低和可浇性差等世界性技术难题，实现具有资源特色稀土汽车板的规模化稳定生产。

本成果针对汽车板较普遍存在的由于大颗粒夹杂物导致的表面线状裂纹缺陷、大变形减薄过程近表面夹杂物诱发的冲压开裂裂纹、加磷强化高强汽车板轧制过程析出物影响钢板成形性的问题，结合包钢装备条件和工艺特点，充分利用国家特色战略资源稀土在钢中具有的改善钢材性能的优良特点，在白云鄂博矿冶炼铁水磷含量高（0.15～0.18%）、硅含量高且不稳定（0.2～1.2%）的国内汽车板生产先进企业从所未见的极端恶劣铁水条件下，集成开发了白云鄂博矿绿色高效生产稀土汽车板的关键冶金技术，包括:

1、稀土提升汽车板深冲性能及表面质量的关键技术：稀土Ce对Al₂O₃、MnS夹杂物的改善、对铸轧全流程夹杂物整体改善，稀土Ce对带钢金相组织的细化、对带钢有利织构的提升、对不利析出物的抑制；

2、高洁净度汽车板绿色高效智能炼钢关键技术：复吹气流对熔池气液两相动力学作用、硅高磷高铁水高效脱磷关键技术、转炉终点自动控制模型、基于转炉终点条件的炉渣改质工艺以及精准成分控制技术；

3、稀土在汽车板中的高效利用及高效连铸关键集成技术：稀土Ce在钢液中熔化过程及反应行为机理、稀土在RH过程中稳定加入及精准控制技术、浸入式水口结瘤物特征解剖、水口内壁特征对边界层流场结构的影响、水口边界层中Al₂O₃夹杂物运动行为。

三、主要创新性成果

1.发现了稀土Ce增加{111}有利织构比例的现象，细化了晶粒，抑制了Fe(Nb+Ti)P 相的析出。

2.阐明了稀土汽车板铸轧全流程稀土对钢中Al₂O₃演变影响规律，实现了CeAlO₃、Ce₂O₃、Ce₂O₂S等稀土化合物的有效变性，有利于提升产品的表面质量、降低了产品冲压开裂率。

3.根据铁水硅的变化，开发出单渣法、双渣法、倒渣三种高效脱磷工艺，提出了转炉强化供氧与底吹等高效脱磷协同控制技术改善熔池动力学条件，转炉平均脱磷率达到92.53%。

4.开发了汽车板中稀土稳定加入和稀土高收得率的控制技术，研发了特殊配比的Ce-Fe合金，获得了50%以上的稀土高收得率，揭示了水口絮堵结瘤沉积的机理，实现了8炉稳定连浇。

该项目获得授权专利23项（其中发明专利18项），团体标准1项，发表论文34篇。中国金属学会组织的以翁宇庆院士为组长的成果评价专家委员会认为该项成果达到国际先进水平，基于白云鄂博矿的特殊性，生产稀土汽车IF钢板技术达到国际领先水平。

四、应用情况与效果

包钢2250mm热连轧生产线2013年投产，定位为西北地区最大的汽车板及家电板生产基地，结合白云鄂博铁稀土共生矿绿色高效利用及高强汽车板超深冲性能的提升和表面质量保障的需求，开发了稀土提升汽车板深冲性能及表面质量的关键技术、高洁净度汽车板绿色高效智能炼钢关键集成技术、稀土在汽车板中的高效利用及高效连铸关键集成技术。这些关键集成技术已在生产中全面推广应用，实现了稀土汽车板的规模化生产，取得了显著的经济效益和社会效益。

图1 轧钢各工序试样Al₂O₃夹杂物检测结果

图2 铸轧各工序试样夹杂物形貌对比分析

不含稀土：(a)热轧 （b）连退   含稀土：(c)热轧 （d）连退

图3 轧制各工序带钢组织晶粒度检测对比

不含稀土：(a)热轧（b）冷轧（c）连退 含稀土：(d)热轧（e）冷轧（f）连退

图4 轧制各工序检测出的带钢ODF截面图（Φ2=45°）含量统计

1# 未加稀土，2# 加稀土

图5 钢带横向纵向检测的力学性能检查结果平均值

 图1-图5说明稀土在超深冲汽车板钢中表现出夹杂物变性、组织细化，提高组织连续性，提高韧性，特别在超深冲加磷强化钢中，具有促进有利织构生成的作用，对于其他板材品种应用稀土提供了很好的科学依据。

图6 超深冲汽车板钢成品卷

本项目立足包钢稀土资源优势进行工业试制研究，开展稀土收得率、稀土钢连浇炉数、稀土汽车钢夹杂物、组织、性能间定量化的遗传规律、稀土元素在钢中赋存状态表征、稀土元素对基体服役性能改善机理和评价方法等方面的研究及技术创新，开发特有的具有竞争力的稀土型高端汽车板产品，并获得规模化效益。该项目的实施对实现稀土的高附加值利用，提升高端汽车用钢的国产化率，推进和带动汽车工业的高速发展具有重要意义。

该项目研究成果于2017年开始应用于稀土钢板材生产线，近三年（2018～2020年）超深冲汽车钢生产销售量共计89.5万吨，实现产值35.99亿元以上，取得了显著的经济效益和社会效益,并荣获2021年冶金科技进步二等奖。

目前稀土超深冲汽车板IF钢已通过北奔、长安、长城、奇瑞等车厂的认证使用，产品应用于摩托车油箱上壳、轮罩外板、汽车底板、汽车驾驶室、汽车座椅、门锁加强板、A柱外板、车架外壳、车架侧围外板、顶盖前面板、车门外板、侧围下横梁等，用户使用反馈意见表明，稀土超深冲汽车钢具有更好的深冲性能及表面质量。

信息来源：包头钢铁(集团)有限责任公司