连铸连轧课程论文综述
题目： 薄板坯连铸连轧技术研发
高强度钢的概述
姓 名 专 业 学 号 指导教师 日 期
摘要：随着世界大环境对节能降耗的要求越来越高，薄板坯连铸连轧技术以其
显著的优势也被各大钢铁企业所采用，利用该技术研发高强度钢也成为了当今热点的研究项目之一。近年来，该研究已取得了一些成果，不少钢厂有利用薄板坯连铸连轧技术生产的高强度钢投入市场。但是，薄板坯连铸连轧技术的特点并非完全有利于高强度钢的研发，如何利用该技术在研发方面的优点、克服其缺点，也是亟待解决的问题。
关键词：薄板坯； 连铸连轧； 高强度钢； 产品研发；
1 前言
薄板坯连铸连轧生产工艺是20世纪90年代世界钢铁工业发展的一项重大新技术，以其投资省、成本低、节能降耗、生产周期短和高钢材收得率等优势，在世界范围内得到迅速地发展[1],[2]。近年来，随着薄板坯连铸连轧技术研究的深入和其工艺、设备和自动控制等方面技术不断发展，钢铁企业在薄板坯连铸连轧技术不断扩展产品品种，其中，研发生产高强度钢就是其中一项。
一般，我们将拉伸强度在350MPa以上的钢板为高强度钢板，高强度钢板不仅具有较高的拉伸强度和屈服强度，而且还具有高的减重潜力、高的碰撞吸收能、高的成型性和低的平面各向异性等优点。近20年来，钢材的高强度化成为钢铁工业最具活力和创造性进展的领域，一系列热轧高强度钢（板）被越来越广泛用于建筑业、制造业和加工业，特别是载重汽车、轿车、桥梁、起重机、舰船、铁路、集装箱、容熙、工程机械、甚至航空航天等领域。可以预见，高强度钢的用途将越来越广泛，也越来越重要，如火车提速、汽车减重等[3]。
2 薄板坯连铸连轧技术研发高强度钢的概况
2.1 高强度钢的国内外发展
近年来，高强度钢的研发一直受到国内外的高度重视，不少国家，如日本，甚至将其列为国家重点研究项目，在欧洲最高级的研究项目库——尤里卡计划的新材料研究项目自足下，奥迪汽车等联合研制的轻型高强度薄板可以使汽车用钢减少25%。1994年，世界18家汽车生产厂联手 成立了超轻汽车钢财团，支持高强度汽车用钢的研究。我国“973”计划中更是把新一代高强度钢铁材料的研究作为重大课题。俄罗斯也在重点研究高强度铁道用钢，力图在降低车厢自重饿条件下，车厢载重能力由6070吨提高到100110吨。
国际上也形成了一些先进的高强度钢生产厂，以瑞典SSAB公司为例，该公司的TUNNPLAT厂2001年产钢材250万吨，其中冷轧钢55万吨，各种镀层板35万吨，彩涂板20万吨，热轧高强度板达到140万吨，占其总产量的56%。在SSAB生产的高强度钢中，屈服强度范围达到：315700MPa，该公司正在开发750MPa和800MPa级的极高强度板，如图1所示。
图1 SSAB高强度钢强度范围
2.2 薄板坯连铸连轧技术在高强度钢开发情况
薄板坯连铸连轧生产线不仅生产效率高，同时开展了大量的产品开发工作，世界各地钢铁企业都取得了具有自己特色的产品研发成绩，有的已实现了批量生产。
自从纽克钢铁公司Crafordsville分厂采用CSP工艺生产第一卷热轧带材以来23年里，伯克利分厂已能由电炉熔炼生产先进的高强度钢如HSLA钢和双相钢，产品有热带和由连续退火或连续镀锌线上生产的各种尺寸的冷轧板。相近地，加上真空脱气，还可以在连续退火或者镀锌线上生产无间隙原子钢和铝镇静深冲钢
[4]
。
珠江钢厂CSP作业线已成为全球集装箱用薄钢板最大供应商，其中包括了厚
≥720MPa、
≥770MPa）集装箱用薄钢板。观察珠
度≤1.6mm的超高强度（
钢和北京科技大学合作开发的低碳高强度汽车大梁板ZJ550L的细晶组织，平均铁素体晶粒尺寸为5.5μm。另外，在珠钢开发的Ti微合金化高强耐大气腐蚀钢的工艺中，成功地解决了含Ti钢板带沿板卷长度方向性能波动较大的问题；由珠钢开发的屈服强度550MPa级Ti微合金化高强耐候钢沿板卷全长的力学性能分布的实测结果可知，同板性能良好且均匀，同板屈服强度差最大为30MPa，抗拉强度差最大为25MPa[5],[6]。不仅如此，珠钢采用钒微合金化技术在薄板坯连铸连轧流程工业化研制出屈服强度550MPa级HSLA S-F80高强度钢，通过对该钢带进行拉伸试验、V型冲击试验和冷弯试验可知，其强度
≥550MPa、
≥620MPa，
延伸率≥16%，各项性能均达到或超过了屈服强度550MPa级性能指标[7]。
包头钢铁公司与钢铁研究总院联合对CSP流程中Nb的固溶、析出规律及Nb
微合金化钢在薄板坯连轧过程中的再结晶规律进行了系统地分析和研究，成功地解决了Nb微合金钢在CSP流程生产中的混晶问题。在生产实践中，利用Nb微合金化技术成功开发了汽车冲压用高强度钢带——QStE380TM[8][9]。涟钢针对自身薄板坯连铸连轧工艺的特点，较好的掌握了微合金化工艺，在控轧控冷和卷取方面取得突破，在2006年成功开发出屈服强度600MPa级的工程机械用高强度LG600[10]。唐山钢铁公司薄板坯连铸连轧生产线首次开发生产冷轧料用钢（SPHC、SPHD），抗拉强度平均为390MPa，伸长率平均为32.5%，冷弯合格，已经投入市场，目前产品性能和使用情况良好[11]。本钢利用钛、铌微合金化和适当的控轧控冷技术，在1880薄板坯连铸连轧机组上成功开发了屈服强度为600MPa级的BGS600MC低碳微合金高强度钢板，该钢板除强度大幅度提高外，同时又具有良好的冷弯性能、抗冲击性能，可广泛应用于工程机械、车辆等领域。BGS600MC高强度钢板已应用于高空作业车吊臂、支架及道路清障车吊臂等位置上，使用性能优良[12]。唐山钢铁公司薄板坯连铸连轧生产线首次开发生产冷轧料用钢（SPHC、SPHD），抗拉强度平均为390MPa，伸长率平均为32.5%，冷弯合格，已经投入市场，目前产品性能和使用情况良好。
3 薄板坯连铸连轧技术研发高强度钢的优劣势
近年来的实践和研究结果表明，用薄板坯连铸连轧技术生产的微合金高强度钢，仍存在一些影响产品质量的问题，如：原始组织细化不足，晶粒尺寸分布不均匀，以及存在中心偏析和带状组织等。
3.1 薄板坯连铸连轧技术的优势
从物理冶金方面看，薄板坯连铸技术主要的不同之处是铸坯有快速凝固速度。快速凝固获得了细化弥散分布球状杂物。快速凝固还细化了铸态奥氏体组织，实验结果表明，薄板坯的奥氏体经历尺寸约在1mm的数量级，而传统薄板坯连铸晶粒尺寸在23mm。
薄板坯连铸连轧工艺以生产低碳钢为主，其工艺过程与传统连铸-热轧工艺相比，冶金差异显著，因而得到的组织有所不同。因薄板坯厚度减薄，它在结晶器内的冷却速率远远大于传统的板坯，其二次、三次枝晶更短。某些试验已经证明，枝晶间距已由230mm厚板坯的90300
减小到50mm厚板坯的50120
。
此外，直接轧制工艺与传统工艺相比，合金元素的溶解和作用效果不同。微合金元素的溶解是合金元素在钢中发挥多重作用的前提。常规热轧工艺，在连铸和随后的冷却过程中，合金元素以碳、氮化合物的形式析出，在再加热过程中，受加热温度和时间条件，合金元素的溶解量相对较少。相比之下，薄板坯铸后高
温直接装炉，许多合金元素往往处于过饱和状态，溶解量相对较高，从而能充分发挥合金元素的潜力，其原理如图2所示。值得一提的是，合金元素的沉淀析出既可能发生在较高温度的奥氏体相变过程中（如TiN、NbCN或VN），从而细化晶粒，提高强韧性；也可能发生在相变后的铁素体中（如NbC、NbCN或VCN），使强度提高但韧性恶化。所以，应合理控制这两种沉淀机制，以得到材料强韧性的最佳配合。
图2 直接轧制工艺和传统加热工艺的时间-温度曲线
薄板坯连铸连轧的工艺特性在某些方面可提高热轧带钢的质量。由于铸态枝状晶较细小，轧制温度均匀，产品的同板性能趋于一致。轧制过程的均热工艺也保证了产品性能质量的稳定和均匀。以CSP工艺为例，辊底式隧道炉与轧机同在一条生产线上，板坯头部进入轧机时，其他部分处于炉内保温状态，板坯出炉后至进入连轧机的间隔极短，保证了板坯横截面和长度方向上温度均匀分布。
3.2 薄板坯连铸连轧技术的劣势
尽管薄板坯连铸连轧工艺在保证产品质量上具有上述优点，但是也存在某些不足。
首先，薄板坯连铸连轧技术中轧前薄板坯未经过相变，轧前铸态组织粗大，并且由于轧制时的压下比小，再结晶过程不及厚板坯轧制时充分，因而粗大的组织保持到轧制结束后，导致最终材料的帖数提晶粒尺寸较大。其细晶强化效果不如传统轧制工艺。加拿大材料技术实验室的Essadiqi等人所进行的薄板坯连铸连轧和传统再加热轧制实验室研究的结果表明[13]，对应50mm厚的薄板坯，直接轧制后的铁素体平均晶粒尺寸明显大于传统再加热轧制工艺，分别为17.18.4
，并且直接轧制材料的横向屈服强度和看啦强度也偏低，
和分别为
329MPa和417MPa，而分别为480MPa和498MPa。
其次，与传统的板坯生产工艺不同，薄板坯连铸连轧工艺的钢坯没有了经历从奥氏体向铁素体转变的冷却过程，所以在加热炉中也没有从铁素体经再加热转变成奥氏体的过程。因此传统工艺是对板坯进行冷却、再加热后轧制，经历了
和
两个相变过程，细化了铸态粗大的奥氏体晶粒
[14]
。而直接轧制
工艺生产的板坯从结晶器中出来后，尚未冷却下来（奥氏体温度以上）便直接进行均热和轧制，此时，铸坯组织是未能细化的相对粗大的原始奥氏体晶粒，铸态元素未能及时均匀化扩散，易形成偏析，特别是碳、锰元素和杂质元素的偏析，导致钢板中心偏析和带状组织较为严重，这是产品开发中必须解决的问题。如果铸坯装炉前温度降到A3线以下至A1线以上，则一部分奥氏体会转变为铁素体。加热时未相变的奥氏体晶粒（一次奥氏体）继续长大，同时，相变产生的铁素体又因温度上升重新转变成新的奥氏体晶核（二次奥氏体），这样一次奥氏体和相变重结晶的二次奥氏体并存，铸坯组织粗细不均，导致产品出现混晶组织，在板坯边角尤为严重。对邯钢CSP生产线生产的热轧带钢X42的铸态组织进行观察，其中心偏析较为严重，并且这种非微合金化的C-Mn钢的柱状晶一直发展到铸坯厚度中心线；观察邯钢CSP生产线生产的微合金化热轧带钢X52的横截面铸态组织，可见与X42钢有明显的不同，中心等轴晶区清晰可见。X52.钢的中心等轴晶区可能与中心偏析有关，建议改进和利用液芯轻压下技术，为开发高质量、高耐蚀性、高强度带钢准备条件[15]。
最后，推广薄板坯连铸连轧工艺的另一个不利的因素是它的压下量比厚板坯轧制时要小，由此将导致热加工过程中再结晶区和非再结晶区的晶粒细化不充分。美国某公司生产的CSP管线钢的成批分析结果表明，产品存在晶粒偏大以及晶粒尺寸不均匀的问题。
4 总结
近20年来，薄板坯连铸连轧技术以其独有的特点逐渐受到冶金界的青睐，同时，社会各界对高强度钢的需求也越来越大，性能要求越来越严格，于是利用薄板坯连铸连轧技术研发高强度钢成为当前最热门的研究项目之一。从以上阐述可以看出，就提高产品质量而言，薄板坯连铸连轧工艺既有着传统工艺无法比拟的优势，也有与其自身工艺流程相关的弱势，如何优化工艺参数，提高产品的质量和性能，是利用薄板坯连铸连轧技术研发高强度钢工作的重点。
参考文献
[1] 殷瑞钰. 中国薄板坯连铸连轧的进展[J]. 钢铁,2008(3):1-9
[2] 陈其安. 关注薄板坯连铸连轧技术的热点问题[J]. 轧钢,2004(6):20-22 [3] 王中丙,柴毅忠,陈贵江,等. 低碳高强度（HSLC）热轧薄板的生产与研究进 展[J]. 钢铁,2002:679-685
[4] A.J.DeArdo,R.Marraccini,M.J.Hua,el al. 纽克钢铁公司伯克利分厂采 用CSP工艺生产高质量含铌钢[J]. 钢铁,2006(41):100-112 [5] 殷瑞钰. 中国薄板坯连铸连轧的进展和展望[J]. 钢铁,2006(7):1-6 [6] 赵征志,康永林,于浩,等. CSP流程生产低碳高强度汽车板组织性能的研究 [J]. 材料科学与工艺,2006(2):1-192
[7] 毛新平,李春艳,刘清友,等. 薄板坯连铸连轧流程V微合金化HSLA钢的开 发[J]. 特殊钢,2006(5):51-52
[8] 李德刚,王雪莲,刘清友,等. CSP流程铌微合金化热轧钢带的研制[J]. 钢 铁,2004(5):55-58
[9] 董瑞峰,王雪莲,闫波. 铌微合金化汽车大梁钢板的研制[J]. 轧钢,2006: 8-10
[10] 黄刚,焦国华,温德智,等. 薄板坯连铸连轧低碳微合金高强度钢的力学性 能与组织控制[J]. 世界钢铁,2009(2):30-39
[11] 陈礼斌,刘建华,孔庆福,等. FTSR生产线冷轧用钢新品种的开发[J]. 钢 铁,2005(6):55-58
[12] 闵洪刚. 本钢薄板坯连铸连轧600MPa级冷成型用热轧高强度钢板的开发 [A]. 2007中国钢铁年会论文集
[13] Essadiqi E, Baragar D, Ruddle G R. Direct Hot Rolling of Thin Slabs of Ti-Nb Microalloyed Steel. Chandra T,akai T. THERMEC’97 Proceedings. Wolongong: TMS,1997,579~585.
[14] 刘苏,章洪涛,万瑞珍,等. 薄板坯连铸连轧工艺对铌微合金化高强度钢组 织和性能的影响[J]. 钢铁,2003(10):40-46
[15] 刘苏,章洪涛,万瑞珍. 薄板坯连铸连轧工艺及微合金高强度钢的开发 钢铁研究学报,2002(2):59-63
