连铸连轧课程论文6_连铸连轧技术论文

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连铸连轧技术

题目： 薄板坯连铸连轧技术及高强度微合金钢

产品开发

学

院: 专

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摘 要

薄板坯连铸连轧工艺的生产流程有别于传统工艺流程。由于连铸薄板坯没有经过α-γ和γ-α 和这两个相变过程，因而导致轧前奥氏体晶粒粗大，不利于产品的组织细化和性能提高。另外，因轧前奥氏体中微合金元素的溶解量相对较高，故而轧后的沉淀强化效果较强。通过优化道次变形量、轧制速度、轧制温度、冷却速率和卷取温度等工艺参数可得到综合性能优良的微合金高强度的带钢产品。

关键词：薄板坯；连铸连轧；微合金化；高强度钢；工艺参数

1．引言

薄板坯连铸连轧生产宽带钢是80年代末开发成功的一项短流程工艺。该工艺能缩短生产周期、节约能源、提高钢材收得率和生产率、降低基建和生产费用、减少占地面积和操作人员；因而受到冶金界的青睐。但近年来的实践和研究结果表明，用薄板坯连铸连轧技术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。

本文归纳了薄板坯连铸连轧的典型工艺（CSP）—（Compact Strip Production）工艺的特点，分析了存在的问题，探讨了对其进行技术改进和提高微合金高强度钢产品质量的途径。

2薄板坯连铸连轧工艺技术

世界上第一条薄板坯连铸连轧生产线即采用了CSP技术，它于1989 年由美国纽柯公司的克拉福兹维尔厂建成并投入使用。该工艺设备包括漏斗型结晶器、立弯式连铸机、辊底式隧道均热炉及5-6机架连轧机。钢水经连铸机铸成50-70mm厚的薄板坯，进入均热炉匀热，再经高压水除鳞后进入热连轧机组轧制，然后冷却后成卷，从钢水浇铸到成品离线仅需1.5小时。如图1。

图1 薄板坯连铸连轧设备图

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90-230μm 减小到50mm厚板坯的50-120μm。

2.1 CSP工艺技术(Compact Strip Production)CSP工艺也称紧凑式热带生产工艺。CSP生产工艺流程一般为：电炉或转炉炼

钢→钢包精炼炉→薄板坯连铸机→剪切机→辊底式隧道加热炉→粗轧机(或没有)→均热炉(或没有)→事故剪→高压水除鳞机→小立辊轧机(或没有)→精轧机→输出辊道和层流冷却→卷取机。

2．2 ISP工艺技术(Inline Strip Production)ISP工艺也称在线热带钢生产工艺。ISP生产线的工艺流程一般为：电炉或转炉炼钢→钢包精炼→连铸机→大压下量初轧机→剪切机→感应加热炉→克日莫那炉→热卷箱→高压水除鳞机→精轧机→输出辊道和层流冷却→卷取机。

2.3 FTSR工艺技术(Flexible Thin Slab Rolling)FTSR工艺(Flexible Thin Slab Rolling)被称之为生产高质量产品的灵活性薄板坯轧制工艺。FTSR工艺流程一般为：电炉或转炉炼钢→钢包精炼→薄板坯连铸机→旋转式除鳞机→剪切机→辊底式隧道式加热炉→二次除鳞机→立辊轧机→粗轧机→保温辊道→三次除鳞装置→精轧机→输出辊道和带钢冷却段→卷取机。

2.4 CONROLL工艺技术

CONROLL工艺是奥钢联工程技术公司开发的用于生产不同钢种的连铸连轧生产工艺。CONROLL工艺流程为：常规连铸机→板坯热装(或直接)进步进梁式加热炉→带立辊可逆粗轧机→精轧机架→输出辊道和层流冷→卷取机。

2.5 QSP工艺技术

QSP技术是日本住友金属开发出的生产中厚板坯的技术，开发的目的在于提高铸机生产能力的同时生产高质量的冷轧薄板。QSP工艺生产流程一般为：电炉或转炉炼钢→钢包精炼炉→薄板坯连铸机→剪切机→辊底式隧道加热炉→立辊轧边机→粗轧机→高压水除鳞机→精轧机→卷取机。

2.6 TSP工艺技术(Tippins-Samsung Proce)倾翻带钢新技术，简称TSP。TSP工艺流程一般为：电弧炉(AC或DC）或转炉炼钢→钢包精炼→薄板坯连铸机→步进式加热炉→高压水除鳞机→立辊轧边机→单机架斯特克尔轧机→层流冷却→卷取机。

2.7 CPR工艺技术(Casting Preing Rolling)

CPR工艺即铸压轧工艺，用于生产厚度小于25mm的合金钢和普碳钢热轧带材。它利用浇铸后的大压下(60%的极限压下量)，仅使用一组轧机，最终可生产厚度为6.0mm的薄带卷，也可生产低碳钢、管线钢、铁素体和奥氏体不锈钢及高硅电工钢等。该生产线包括一台连铸机、一台感应炉、除鳞机、一台四辊轧机。工艺流程示意为：电炉或转炉炼钢→钢包精炼炉→薄板坯铸压轧→感应加热炉→旋转

式高压水除鳞机→精轧机→层流冷却→卷取机。

3Ti微合金化高强耐候钢系列产品开发与应用

高强耐候钢的开发，主要技术路线是晶粒细化和沉淀强化。微合金化在细化晶粒的同时，还能提供可观的沉淀强化效果，钢中常用的微合金元素有Nb、V和Ti。珠钢根据集装箱和汽车行业对高强耐候钢的需求，结合珠钢电炉薄板坯连铸连轧流程产品组织和性能的特点，通过Ti微合金化技术，合理调整化学成分、优化热连轧工艺及冷却工艺，开发出综合性能优良、屈服强度450—700 MPa级的高强钢系列产品。其主要生产工艺流程为：原料一电炉冶炼一钢包精炼一薄板坯连铸一均热一热连轧一层流冷却一卷取。

珠钢高强耐候钢主要在集装箱、载重汽车等物流运输、工程机械制造行业应用。应用结果表明，高强耐候钢在零部件冲压、焊接和组装成形等工序都表现出性能稳定、强度较高，具有良好的加工成形性能，满足工业制造工艺的要求；同时实现了减轻重量、提高运输效率、降低运输成本的目的[4]-[7]。

3.1 CSP厂生产铌微合金化低合金高强度钢的工艺

Nb微合金化对热机械工艺是必不可少的。它能起强烈的奥氏体加工硬化作用，并像Mn那样可以降低奥氏体向铁素体转变的温度，因此具有强烈的晶粒细化作用。晶粒细化为其它强化机制的应用打下了基础和提供了关键的前提条件。Nb微合金化还有促进贝氏体组织的形成和析出强化作用。

CSP厂生产的Nb微合金HSLA钢范围很广，覆盖了屈服强度至700MPa的可成形热轧薄板钢。强度高至X70的API钢种可以大规模生产。更高强度的微合金热轧钢和耐酸性气体的管线钢正在开发当中。薄板坯连铸和直轧工艺生产的Nb微合金钢具有均匀的细晶粒微观组织，有很高水平的强度、塑性和韧性，满足标准的要求。CSP厂生产的热轧带钢在不同工业领域都有广泛的应用[8]。

3.2 钒微合金化技术——坯连铸连轧高强度钢

20世纪60年代发展起来的V、Ti、Nb微合金化技术，以其显著的技术经济优势，在世界范围内获得了广泛的应用。微合金化技术的发展对钢铁工业的进步起到了巨大的推动作用，有入把它称为20世纪钢铁工业领域最突出的物理冶金成就之一。在V、Ti、Nb三种微合金化元素中，般认为V主要是通过沉淀强化来提高钢的强度。

研究结果表明，为充分发挥V的沉淀强化作用，含钒钢中增氮是十分必要的。含钒钢中增氮。通过利用廉价的氮元素，优化了钒的析出，显著提离沉淀强化效

累，达到节约钒熙用量，降低成本的目的。钒氮钢中V(CN)在奥氏体中析出，起到晶内铁素体核心作用，明显细化铁素体晶粒。钒在贝氏体中的析出起到明显强化作用，提高了贝氏体的强度。钒氮徽合金化技术在高强度钢筋、非调质钢、薄板坯连铸连轧高强度带钢等产品中获得广泛应用。

薄板坯连铸连轧工艺与传统热轧带钢工艺存在很大差异。首先，薄板坯连铸连轧工艺因其近终形和快速凝固的特点，包晶区成分的钢(C含量0．07％-0．15％范围)无法采用此工艺生产，而这一成分范围恰恰是传统HSLA钢的典型成分。为了适应工艺条件的要求，薄板坯连铸连轧技术生产的高强度钢大多采用低碳含量设计(低于0．07％C)。其次，传统的高强度热轧带钢主要采用了Nb微合金化技术，通过对含Nb钢的控轧控冷依靠晶粒细化和沉淀强化来提高钢的强度。但对薄板坯连铸连轧工艺。含Nb钢因铸坯裂纹问题造成了生产上的困难，这一问题至今仍未能得到很好的解决。另外，国际上薄板坯连铸连轧生产线主要采用电炉工艺来冶炼。电炉钢中较高的氮含量(80-100ppm)不仅加剧了含Nb钢连铸坯形成横向裂纹的倾向，而且由于NbCN在奥氏体内的析出，减弱了Nb的细化晶粒效果并降低Nb的强化作用。针对薄板坯连铸连轧工艺的上述特点，其合金设计的原理必须作出相应的调整。V-N微合金化技术的发展为高强度薄板坯连铸连轧产品的开发开辟了一条有效的途径。目前，国际上针对薄板坯连铸连轧工艺开发的系列HSLA钢采用V-N微合金化的技术路线。

屈服强度为350-550 MPa级的薄板坯连铸连轧高强度钢均采用了低碳(

4工艺参数对组织性能的影响

对低碳微合金钢来说，薄板坯连铸连轧最终组织为晶粒细小的铁素体和少量珠光体组织 其中还分布有合金元素的碳氮化合物沉淀，整个工艺过程的每一个环节都会影响最终材料的组织和性能，下面对各种工艺参数的影响作简单归纳

4.1板坯加热温度

薄板坯在铸后进入隧道式加热炉，其目的是使铸坯达到一定的温度，并保持温度均匀一致，为随后的开坯粗轧作准备，此均热炉的温度对板坯中合金元素的均匀分布，减少偏析有一定作用。但板坯加热温度的最大影响还是对粗轧段的热变形，再结晶过程和晶粒长大的作用，以及间接对连轧机组的轧制以前，关于板坯加热温过程和组织变化产生的影响度对组织和性能影响的研究，大多是针对再

加热厚板坯工艺的。其结果说明，过高的板坯加热温度特别是超过晶粒粗化温度很多时，会引起最终铁素体和珠光体组织的粗化并降低低温韧性。但对钢的强度影响不大，至于厚板坯加热温度的这种影响是否适用于薄板坯连铸连轧，还有待进一步探讨。

4.2轧制温度

直接轧制材料出现组织不均匀的原因不仅是由于未经过α-γ和γ-α的相变过程而保持了粗大的奥氏体晶粒而且轧制时奥氏体再结晶行为的变化也是很重要的。在粗轧阶段应有足够高的开轧温度和大的变形量，使奥氏体晶粒发生再结晶。细化晶粒但是温度过高也会使再结晶后的晶粒长大，一般认为，尽量在发生再结晶的较低温度区域开轧能获得最细的再结晶奥氏体晶粒。

4.3道次规程

传统板坯生产的热带一般是将厚板坯轧制到成品厚度，而薄板坯连铸连轧的板坯是从50-70mm轧到成品厚度，前者的总压下率相当于后者的3-5倍，两者的显著差异必然会影响产品质量。为了获得具有良好力学性能的细化铁素体晶粒必须在γ-α相变之前使奥氏体组织尽可能细化 提高相变前的奥氏体位错密度 促进铁素体形核。因此，合理的安排道次规程是非常重要的。

在直接轧制工艺过程中，由于开始时是在较粗大的奥氏体晶粒基础上进行热变形，单位体积内可再结晶形核的奥氏体有效晶界面积较少。此外，合金元素对再结晶的阻碍比冷装工艺时大，因此，为了得到完全的再结晶细晶组织，需要比冷装工艺更高的加工温度和更大的变形量，已有实验结果证明Nb-Ti微合金钢热直接轧制工艺的总变形量不足60%时，因粗大奥氏体晶粒的淬硬性强，会有大量贝氏体产生。

4.4冷却速度

提高冷却速率可以有效细化晶粒这是因为，首先，提高冷却速率会降低奥氏体向铁素体转变的温度，减少珠光体的体积并细化相变铁素体组织从而改善强韧性。显著提高低温冲击性能，其次，提高冷却速率促使细小的VCN和NbCN在铁素体中沉淀，有效地起到沉淀强化的作用。但是，冷却速率过高时也会因增加游离态氮和形成贝氏体而使韧性一般来说，冷却速率控制在10-30℃可得降低到最好的强韧性结合.为了避免产生贝氏体和马氏体，必须严格控制冷却停止温度 提高冷却停止温度 对最终铁素体晶但会降低屈服强度，提高材料的粒尺寸的影响不大韧性，戈拉庭厂对HLSA80钢的控制轧制研究结果表明，冷却停止温度应高于500℃ 并且板材温度超过640℃时冷却速率应为35℃/s，板材温度低于640℃时，应降低冷却速率。

5.结语

（1）薄板坯连铸连轧时，连铸板坯在凝固后高温直接入炉并紧跟着进行带钢连轧，此时，微合金元素在奥氏体中的溶解量，相对于传统工艺较高，轧后在铁素体中以碳氮化合物的形式析出，能充分起到沉淀强化的作用。

（2）直接轧制工艺的连铸薄板坯没有经过α-γ和γ-α这两个相变过程，轧前奥氏体晶粒粗大，但由于铸坯冷却速率远大于传统的铸坯，其枝晶较短。（3）尽量在再结晶的较低温度区域开轧能获得最佳韧性，终轧温度一般控制在再结晶停止温度以下。

（4）由于直接轧制工艺热变形开始时存在较粗大的奥氏体晶粒，单位体积内可再结晶形核的奥氏体有效晶界面积较少，且合金元素对再结晶的阻碍比冷装工艺时大，因此需要加大道次压下量以细化奥氏体晶粒，为了保证再结晶的充分行 连轧机组轧制的前几个道次可以采用较大压下量。

（5）合理控制冷却速率和卷取温度，以保证材料的最终组织和性能，一般情况下，采用的10-30℃/s冷却速率可得到最佳的强韧性结合。

参考文献

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