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概述薄板坯连轧连轧技术在高强度钢产品方面的应用
摘要：近几年，薄板坯连铸连轧生产线在我国得到了迅速的发展，如何利用该技术来生产新的高强度钢，来满足社会日益发展的需要成为目前研究的重点。本文简要介绍一下薄板坯连铸连轧技术的优势和常见微合金元素在薄板坯连铸连轧技术中的应用；综述了近年我国在利用薄板坯连铸连轧工艺进行低成本高强度微合金化钢的研发方面的进展，指出该技术今后的发展方向。关键词：薄板坯连铸连轧；高强度钢；优势；微合金；应用
薄板坯连铸连轧是近十几年来世界钢铁工业取得的重要技术进步，目前在全球范围已得到广泛推广应用。然而，随着TSCR流程产能的不断扩大，国内外市场需求的变化以及与常规连铸连轧流程板带产品的竞争，对TSCR流程的板带产品研发提出了新的挑战，这就是如何根据新流程的特点不断研究开发出低成本、高性能的热轧板带产品。
又由于微合金化技术是提高钢材综合性能的有效的技术措施，于是国内外在这方面做了大量研究，通过对钢中微合金化元素的固溶、析出、相变组织形成以及板带力学性能关系的研究，逐步形成了TSCR流程微合金化技术，开发出了一批具有较低成本的高性能、高强度微合金化板带新产品。薄板坯连铸连轧技术的优势
薄板坯连铸连轧的工艺过程与常规厚板坯连铸连轧工艺的最大不同在于热历史不同。在薄板坯连铸连轧工艺过程中，从钢水冶炼、浇铸到热连轧板卷成品约为2h，板坯经历了由高温到低温、由γ→α单向变化过程，而常规连铸连轧工艺中板坯的热历史为γ（1）→α,α→γ（2）,γ（3）→α的3次反复相变过程。由于薄板坯和厚板坯连铸连轧的热历史及变形条件与过程不同，决定其再结晶、相变以及第二相粒子析出过程和条件不同，从而对成品板材的组织性能具有不同的影响[ 1]。
拿涟钢在CS P线上开发的一种低合金高碳高强钢65Mn来说，所生产的65Mn的碳含量为 0.65％，屈服强度为490MPa，抗拉强度为870MPa，延伸率为18％。所生产的65Mn强度比传统工艺生 产的65Mn强度提高了约40％—30％。金相检验其组织为铁素体和珠光体，在薄板试样中发现了纳米级珠光体。与传统生产工艺比较，CSP生产的高碳钢晶粒更细小。其细小的沉淀析出强化物也能 在试样中发现[ 2]。
正是由于薄板坯连铸连轧技术具有传统工艺所没有的巨大优势，使开发新的钢种出来产生了可能。例如，国内外还未见其关于生产TRIP钢的报道，如何利用现有的薄板坯连铸连轧生产线开发TRI P钢种并使之批量化生产，对钢铁企业、汽车工业及其相关行业的发展具有深远的意义。于浩等人在实验室条件下模拟薄板坯连铸连轧工艺试制了600MPa级C—Si—Mn系TRIP钢，其力学性能检测及组织分析结果表明，用此工艺生产600MPa级C—Si—Mn系TRI P钢是可行的[ 3]。
由此可见，薄板坯连铸连轧技术在开发新钢种方面具有巨大的潜力。常见微合金元素在薄板坯连铸连轧技术中的应用
（1）V元素
V微合金化技术是最早应用于薄板坯连铸连轧流程的微合金化技术。V在奥氏体中固溶度大、析出温度低、对粗晶奥氏体再结晶的抑制作用小的特点，与薄板坯连铸连轧流程加热温度低、加热时间短、铸造粗晶组织直轧的特点相适应，特别是氮含量高的电炉一薄板坯连铸连轧流程更有利于发挥钒的作用；已开发出屈服强度275～550 MPa级各种用途的低合金高强度钢；例如马钢和安徽工业大学开发的X60管线钢[ 4]。同时还发现了钒及其碳氮化物在薄板坯连铸连轧流程上对组织超细化的作用，由此开发出了超细晶高成形性结构钢。例如珠钢与钢铁研究总院在电炉一薄板坯连铸连轧流程上采用V—N微合金化技术获得铁素体晶粒尺寸3～4µm，屈服强度可达到550 MPa级高成形性结构钢[ 5]。
（2）Nb元素Nb微合金化技术在传统流程中已得到广泛应用，人们对其在薄板坯连铸连轧流程上的应用也寄予了厚望。基于大量的试验研究结果和工业化生产经验，人们已认识到铌微合金化技术应用于薄板坯连铸连轧流程所面临的混晶和无效Nb的问题，并已找到解决问题的办法。目前，Nb微合金化技术已较广泛地应用于薄板坯连铸连轧流程，采用薄板坯连铸连轧Nb微合金化技术已开发出系列低合金高强度钢，包括QSt E34O～46OTM的高强度汽车结构钢、X52～X70的管线钢以及石油套管用钢J55、马钢开发了低合金高强度钢Q460D、邯钢开发了汽车大梁板H510等。
（3）Ti元素
由于Ti微合金钢强度波动大、性能不稳定的问题，Ti微合金化技术在传统流程上没有得到广泛应用，受此影响基于薄板坯连铸连轧流程的Ti微合金化技术的研究一直无人问津。最近，珠钢与北京科技大学合作，以Ti为微合金化元素，在普通集装箱板SPA—H的基础上，开发出组织和性能良好的屈服45O～700MPa级高强耐候钢系列产品[ 6]。
（4）B元素
随着薄板坯连铸连轧技术 的广泛应用，人们逐步认识到薄板坯连铸连轧流程生产的热轧板卷组织细化、强度偏高，不适于用做冷轧原料的特点，受在传统流程上向低碳铝镇静钢加入微量B能够实现晶粒粗化的经验的启发，开始研究薄板坯连铸连轧B微合金化技术。目前，人们已对B粗化铁素体晶粒、降低强度的机理有了清楚的认识，并普遍用B微合金化的方法解决薄板坯连铸连轧冷轧原料强度偏高的问题，已批量生产出冷轧原料用钢SPHC、SPHD和SPHE。
同时，为完善薄板坯连铸连轧微合金化技术，我们需重点从以下几个方面着手：①深入研究上面四种常见元素在连铸连轧技术中对钢组织和性能的影响；②加强基于薄板坯连铸连轧流程的复合微合金化技术的研究，特别是薄板坯连铸连轧流程各种微合金元素的耦合作用，丰富和拓展薄板坯连铸连轧微合金化技术；③充分发挥薄板坯连铸连轧微合金化技术的特点，开发低成本地生产各类高性能的低合金高强度钢的生产技术，进而建立低成本高性能钢的技术体系。利用薄板坯连铸连轧技术开发的高强度钢种
（1）高强、超高强耐候钢
高强耐候钢主要用于车辆、桥梁和集装箱等的制造，属于高附加值的钢材。因同时要求高强度、高耐蚀性以及良好成形性和焊接性能，故对其冶金工艺控制要求很高。国内已有多家TSCR企业研制开发出高强及超高强耐候钢板带系列产品，其屈服强度在450～700MPa 级，不仅相对成本较低，而且具有良好的综合性能。就拿广州珠钢同北京科技大学合作开发的钢来说吧，在SPA—H普通耐候钢成分的基础上，添加成本最低的微合金元素Ti，通过合理调整化学成分、优化热连轧及控冷工艺，控制组织细化和析出强化，从而生产出性能良好的Ti微合金化高强及超高强耐候钢系列产品，屈服强度在450～700MPa级[ 6]。其冶金成分特是不添加价高的Nb，V，Mo等合金元素，采用添加微量的合金元素Ti(Ti含量质量分数为0.04％ ～0.13％)通过优化控制热连轧及冷却卷取工艺参数，使钢中形成大量弥散分布的纳米析出粒子，从而形成强烈的析出强化效果，使钢的强度达到高强和超高强。
（2）低碳贝氏体超高强钢
利用TSCR线采用微合金化技术可以生产屈服强度600 MPa和700 MPa级低碳贝氏体超高强钢，这类超高强钢主要用于制造高空作业车、起重机吊臂等工程机械，以达到减轻结构重量的作用。表1为在本钢的TSCR线上研究开发出的600 MPa和700 MPa级低碳贝氏体超高强钢的力学性能[ 7]。
表1 本钢TSCR线上生产的600 MPa和700 MPa级低碳贝氏体超高强钢的力学性能。
由表1可见，低碳贝氏体超高强钢的屈服强度在655～845MPa，抗拉强度在720～870MPa，伸长率在15.5％～22％，钢板具有良好的塑性和强韧性。钢的微观组织由均匀细小的B+F构成，B组织约占50％(体积分数)。
（3）高强汽车结构用钢
近年，在我国的一些TSCR线上研究开发出Nb，V，Ti单一微合金化或复合微合金化技术，生产汽车大梁板或轮辋、轮辐用热轧高强汽车用钢。其中，生产汽车大梁板多采用低碳(c≤0.20％)+Nb微合金化技术生产。表2为邯钢、珠钢及马钢CSP线，本钢FTSR线和济钢ASP线开发生产的510 L汽车大梁板的冶金成分范围[ 8-13]，表3为板材的力学性能。
表2 TSCR线开发生产微合金化5IOL钢的成分范围(w/％)
表3 TSCR线开发生产微合金化5IOL钢的力学性能
从表2冶金成分看，前三个企业的510L均采用Nb微合金化，Nb含量≤0.045％，而后两者(马钢和珠钢)采用更经济、成本更低的微量Ti处理(Ti≤0.03％)。从表3力学性能来看，钢板的抗拉强度在520～605MPa，均达到或明显超过51OL的强度要求，并且均具有较高的强韧性、良好的塑性和成形性能[ 8-13]。
在珠钢CSP线上，采用V微合金化开发出屈服强度550 MPa级高强汽车板。表4为 V微合金化汽车用钢的主要化学成分，表5为其力学性能。化学成分设计采用低碳(C=0.05％)添加微合金元素V(0.12％)[ 14]，钢板组织为超细晶组织，晶粒尺寸3—4 µm。随板厚不同，屈服强度范围在590～625 MPa，并具有良好的成形性能。该热轧汽车板主要用于制造物流货运用半挂车车体结构件。
表4 V微合金化汽车用钢的主要化学成分
表5 V微合金化钢的主要力学性能和组织
包钢CSP线采用低成本的成分设计，C≤0.07％，Si≤0.40％，Mn≤1.6％，P≤0.015％，S≤0.00 5％通过热轧工艺控制开发出DP540MPa级热轧双相钢。其屈服强度为355～460MPa，抗拉强度540～645MPa，延伸率28.0％～38.5％，该双相钢主要用于制造轿车及卡车车轮、汽车横梁和纵梁等[ 15]。
（4）冷冲压用钢
目前我国已建成14条TSCR线，绝大多数建有冷轧和退火线，并在转炉后建有RH处理炉，用以生产汽车和家电用冷轧深冲板。开发生产超深冲IF(无间隙原子)钢多采用Ti或Ti+Nb微合金化成分设计，有的企业在生产DQ级冲压板时为了降低热轧板的强度，采用加 B微合金化处理。
马钢CSP线和本钢FTSR线的IF钢化学成分和成形性能[ 7,16]见表6和7。均采用Ti微合金化处理，冷轧退火或热镀锌后的板材具有良好的成形性能，可用于汽车内板成形件。
表6 马钢CSP线和本钢FTSR线的IF钢化学成分
表7 马钢CSP线和本钢FTSR线的IF钢成形性能
（5）高性能管线钢
管线钢、石油套管用钢是薄板坯连铸连轧微合金化产品开发生产的另一重要方向。根据TSCR线的工艺特征，国内外已研究开发出X46，X52，X60，X65，X70，X80等多种级别的石油天然气用管线钢以及J55石油套管用钢。
例如本钢和唐钢的FTSR线以及包钢的CSP线开发生产的X65管线钢[ 17-19]，成分设计均采用微量Nb+V+Ti复合微合金化方式，钢板的力学性能均超过X65级别标准，并具有良好的强韧性。钢板的典型显微组织为铁素体+珠光体+针状铁素体。
近年，在鞍钢和济钢的中薄板坯连铸连轧线ASP上也相继开发出高级别管线钢X70和X80。在成分设计上，鞍钢2150ASP线开发生产的X70采用C—Mn—Mo—Nb系(其中C=0.03％～0.06％，Nb=0.06％～0.08％，Mn≤1.70％)；X80采用C—Mn—Mo—Cr—Nb系(其中C=0.02％～0.05％，Nb=0.07％～0.11％，Mn≤1.90％)，适当添加Cu，Ni等元素，工艺上采用洁净钢冶炼、连铸技术、热装轧制技术和热机械轧制技术，保证板材具有良好的强韧性匹配和良好的抗HIC性能。X70钢的组织特征为针状铁素体，X80钢的组织特征为在针状铁素体中分布大量细小的M／A岛组织[ 20]。济 4 钢1700ASP线开发生产X70管线钢的合金成分设计采用Nb+Ti，Nb+V+Ti和 Nb+V+Ti+Mo3种微合金化方案，由此得到的组织分别为铁素体+珠光体(晶粒尺寸4～10µm)、细小的铁素体+珠光体(晶粒尺寸6～8µm)、铁素体+贫珠光体+针状铁素体(晶粒尺寸5～8µ m)。钢板的强度和韧性值随复合微合金化种类的增加而提高，屈强比和塑性值相差不大[ 21]。结语
目前，薄板坯连铸连轧微合金化技术体系的框架已形成、各类微合金钢的产品结构已基本建立随着薄板坯连铸连轧技术更广泛地推广应用，基于薄板坯连铸连轧流程的各类微合金化技术的基础研究将进一步深化、系统化、将会发现更多的不同于传统流程的特殊规律，各类微合金化钢的生产技术将进一步完善、产品范围将进一步拓展、产品性能将进一步提高，薄板坯连铸连轧微合金化技术的发展将进一步丰富和发展微合金化技术、增强薄板坯连铸连轧技术的竞争力，为钢铁工业产品结构调整和技术进步作出更大的贡献。
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