维普资讯 http://www.cqvip.com 第２８卷第２期 山 东 冶 金 Ｖ０１．２８．Ｎｏ．２ ２００６年４月 Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ Ａｐｒｉｌ ２００６ ・专论与综述・ 薄板坯连铸连轧生产冷轧基板的工艺与组织性能分析 康永林－，温德智 ，吴光亮 ，周春泉： （１北京科技大学材料科学与一 程学院．北京１０００８３；２涟源钢铁集团有限公司技术中心．湖南娄底４１７００９） 摘要：比较分析了薄板坯连铸连轧的工艺特征。轧制工艺特点及板坯热历史。第二相粒子的析出行为．传统流程与ＴＳＣＲ 流程中低碳钢的组织、析出、位错．性能差异等．结合薄板坯连铸连轧生产低碳钢板力学性能的生产统计结果实例。提出了 冷轧冲压板用热轧基饭的成分和性能要求及解决的途径．并给出了在ＣＳＰ线上进行冷轧基板的冶金成分与工艺控制的生 产性试验的初步结果。 关键词：薄板坯；连铸连轧；冷轧基板；Ｔ艺特征；性能分析 中圉分类号：ＴＧ３３５．５＋５ 义献标识码：Ａ 义章编号：１００４—４６２０（２００６）０２—０００６－０５ 表明，通过合理地控制钢的凝固、析出和轧制、冷却 Ｔ艺过程，可以控制钢中纳米尺寸析出和进一步细 化晶粒，提高强度，在不添加微合金元素的前提下， 开发出具有良好成形性能的低碳高强钢板系列（低 Ｃ—Ｍｎ钢的屈服强度从３３０ＭＰａ到接近５００ＭＰａ）。 国内的大部分薄板坯连铸连轧企业都建有冷轧 及相应的镀锌线，当为低碳冷轧冲压板生产供料的 热轧基板生产时，通常要求屈服强度低于３００ＭＰａ， 屈强比也低一些（在Ｏ．８左右或更低一些），这也为 康永林，北京科技大学材料加工与控制＿ｒ程系主任，博 采用薄板坯连铸连轧生产冷轧冲压板基板提出了 士，教授．博士生导师。主要从事连铸连轧 ［艺控制、汽 新的课题，即如何控制冷轧基板的力学性能并使其 车板、金属材料半固态加工相关理论技术和新产品开发 以及材料加工过程模拟仿真研究，出版专著译著６部， 满足冷轧工艺及成形性能的要求。本研究针对这一 发表学术论文３００余篇，获国家科技进步奖一等奖１ 课题进行分析、讨论，并给出建议和初步生产性试验 项．省部级科技进步奖８项，获国家发明专利５项。 结果。 １ 引 言 ２薄板坯连铸连轧的工艺特征分析 ２００６年上半年我国薄板坯连铸连轧生产线（包 ２．１ 轧制工艺特点及板坯热历史比较 括中薄板坯连铸连轧）将达到ｌ３条，连铸线２７流，其 ＴＳＣＲ线的铸坯厚度一般在５０—９０ｍｍ（当采用 中ＣＳＰ线６条（珠钢、邯钢、包钢、马钢、涟钢、酒钢）， 动态软压下时，可将结晶器出口６０～９０ｒａｍ软压下到 ＦＩＳＲ线３条（唐钢、本钢、通钢），ＡＳＰ线３条（鞍钢、 ５０—７０ｍｍ左右），精轧机组由５～７机架组成。由薄 济钢），ＺＳＰ１条（唐山国丰），年产能将达到３５００万ｔ。 板坯连铸连轧工艺流程的特殊技术组成和工艺特 目前已生产和开发的热轧品种除普碳钢外，主要有低 点，决定其在连铸和轧制等主要工艺环节与传统工 碳高强钢、集装箱板、高强耐候钢、超低碳深冲钢、气 艺的区别，下面简要地将二者在轧制工艺特点等方 面进行比较。 瓶钢、含Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ微合金钢、无取向硅钢、管线钢等 另一方面，为冷轧冲压板生产供料的热轧基板在薄板 薄板坯连铸连轧工艺过程与传统连铸连轧工艺 的最大不同在于热历史不同，图１为二者之间工艺 坯连铸连轧产品中占有较大的比例。 过程流程的比较，图２为二者之间热历史的比较。由 近年的生产实践表明，与传统连铸连轧工艺所 图１可见，薄板坯连铸连轧ｌＴ艺过程中，从钢水冶炼 牛产的低碳钢热轧板相比，采用薄板坯连铸连轧生 到板卷成品约为２．５ｈ，而传统连铸连轧ｒＴ艺所需时 产的低碳热轧板的力学性能普遍偏高，尤其是屈服 强度较高（如Ｑ１９５ｏ或８Ａ１的屈服强度一般高于 问耍长得多。图２清楚地表明，在薄板坯连铸连轧工 ３００ＭＰａ或更高）。珠钢和北京科技大学在组织性能 艺中，从钢水浇铸到板卷成品，板坯经历了由高温到 控制和相关机理方面做了大量的研究 作１１－４１。实践 低温、由 ＋ 转变的单向变化过程。而传统连铸连 轧工艺中板坯的热历史为 （Ｉ） ，ａ－－＇３，（ ）， ｆ２】 收稿目期：２００６—０４—０７ 过程。由于薄板坯和厚板坯连铸连轧的热历史及变 ６ 维普资讯 http://www.cqvip.com 康永林等 薄板坯连铸连轧生产冷轧基板的工艺与组织性能分析 ２００６年第２期 约９５０一ＩＯ００￣Ｃ直接进均热炉中间无相变 粱Ｈ蔷水Ｉ ｌ固霞成薄嚣蓑板 ２坯ｌ ｌ（５ 一 ）３０热ａｒｉｎ Ｈ鬻 ｌｌ精轧ｌＨ嚣 Ｉ冷 Ｈ蕞却ｌ ｌ取 （ａ）薄板坯连铸连轧：Ｌ艺流程 粱Ｈ囊譬水ｌ ｌ成厚鬈 加板坯ｌ ｌ １００ 一 ）１均５０ｍ ｉｎ Ｈ Ｈ Ｈ霪ｌ ｌ轧Ｉ Ｉ精轧Ｉ ｌ冷却 Ｈ ｌｔ鼗取 （ｂ）传统连铸连轧工艺流程 时 图２ 薄板坯连铸连轧与传统连铸连轧工艺热历史比较 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、状态和条件的不同，从而对板材成品 的组织性能具有不同的影响同。 目前，在ＴＳＣＲ线连轧关键技术中，均热采用直 通式辊底隧道炉，冷却采用层流快速冷却技术，而且 ＴＳＣＲ线轧机的布置与传统生产线不同，精轧机组与 均热炉紧密衔接，大压下和高刚度轧制等，是现代薄 板坯连铸连轧的工艺特点之一。直通式辊底隧道炉 可以保证坯料头尾无温降差，因而不需要采用类似 于带钢边部加热、提速等的修正措施来均匀板坯温 度；层流快速冷却可保证薄板在长度及宽度方向上 温度均一，抑制微合金元素的固溶状态，实现薄板中 这些元素微细弥散析出，有利于相变细化和组织强 化Ｍ。 ２．２ 第二相粒子的析出行为比较 在连铸连轧生产时，为了细化粗大的奥氏体晶 粒，就不得不进行多次晶粒细化过程；为了细化晶 粒，必须发生完全再结晶。奥氏体的再结晶行为可以 通过加入微合金元素得以改善。 与传统工艺相比，薄板坯连铸连轧丁艺具有独 特的微合金元素行为，这是由于铸坯凝固后较高的 冷却速度（约２ ｃ（＝／ｓ）以及直装铸坯温度，使合金元素 在溶解和析出过程中表现出来的行为与传统工艺不 同，即可由碳、氮化合物溶解和沉淀强化的不同作用 来解释。微合金元素在ＴｓｃＲ丁艺热轧开始前，在奥 氏体中几乎完全溶解，不像传统生产工艺的板坯因 冷却而析出，具有全部微合金优势，可用于奥氏体晶 粒细化和最终组织的析出强化，所以会对最终产品 的性能产生重要的影响。在传统１ 艺冉加热前的冷 却过程中，部分合金元素已经以碳化物和氮化物的 形式析出，随后因有限的加热温度．仅有少部分元素 及化合物能够溶解，所以损失了一部分可细化奥氏 体晶粒和最终沉淀强化的微量元素及二相粒子。 ２．３低碳钢的组织、析出、位错、性能差异比较 对于同样化学成分低碳钢板的组织观察比较还 发现，在传统连铸连轧 ｒ艺生产的低碳钢板的铁素 体晶粒形状多呈近于等轴晶，且晶界较圆滑（见图 ３一ｈ），而薄板坯连铸连轧生产的低碳钢板铁素体晶 粒也多呈不规则的尖角形（见图３一ａ）。这样，若晶 粒尺寸相同，不规则的尖角形铁素体的品界面积要 大些，对强度也有贡献。进一步分析还发现，两种丁 艺条件下的珠光体形状也不同。在４００００—５００００倍 下的观察发现，采用薄板坯连铸连轧低碳钢的珠光 体由点状或棒状的渗碳体与铁素体间隔而成（图 ４一ａ），传统连铸连轧低碳钢板中的珠光体为典型的 渗碳体与铁素体片构成的片状珠光体１８１。 （ａ）ＣＳＰ １＝艺 （ｈ）传统ｌＴ艺 图３ ＣＳＰ工艺和传统工艺生产的低碳钢板 铁素体晶粒形状比较 （ａ）ＣＳＰ丁艺 （ｈ）传统工艺 图４ ＣＳＰ工艺和传统工艺生产的低碳钢板珠光体形状比较 从采用正电子淹没测定的两种工艺生产的低碳 钢板中的位错密度来看。采用薄板坯连铸连轧工艺 的钢板位错密度约高２７％（见图５）。 另外，根据测定分析结果，薄板坯铸坯的一次枝 晶问距为０．２５ １．８３ｍｍ，平均为０．６９ｍｍ，二次枝晶 间距为５２～１８０ ｍ，平均为９９ ｍｌｇ］，普通连铸板坯 二次枝晶间距一般为２００—５００ ｍｆ 。根据近年关 于薄板坯连铸连轧低碳钢成品板材的晶粒尺寸测定 分析结果来看，一般在４～７ ｍ。 ７ 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００６年４月 山东冶金 第２８卷 表１ 传统热连轧工艺生产的热轧基板的性能 ４ ４ ３ ３ ２ ２ １，Ｏ ５ Ｏ ５ Ｏ ５ Ｏ ５ Ｏ ５ 钢种 屈服强度／ＭＰａ 屈强比 延伸率／％ × 船 ｊｉ譬 表２为根据国内部分钢铁厂家生产的及日本钢 铁厂家为国内汽车厂供货的冷轧冲压板０８Ａ１和 ０３Ａ１的实际成分。 表２国内生产的０３ＡＩ。０８ＡＩ和日本板材的实际成分％ 降低ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ和Ｎ含量有利于降低屈服强度、 提高延伸率、改善成形性能，降低Ｐ、Ｓ、０含量对于减 少钢中夹杂物、改善冷轧板表面质量、提高力学性能 和成形性能的均匀性和稳定性十分重要。国际先进水 平的冷轧深冲汽车板均按纯净钢的要求进行生产。 根据冷轧冲压用低碳钢板材的成形性能和冷轧 冷轧冲压钢板对Ａｌ含量的控制要求比较严 工艺的需要，作为冷轧基板一热轧板在成分、组织和 格，既要求酸溶铝含量不能低于一定水平，叉要防止 性能方面必须达到一定的质量要求，才能为冷轧供 加铝量过高而造成大量Ａ１ Ｏ，夹杂。因此，在薄板坯 货。表１是根据传统热连轧工艺生产的热轧板 连铸连轧条件下，冷轧基板的冶金成分必须进行控 ＳＰＨＣ、０８ＡＩ和０３ＡＩ作为冷轧基板的屈服强度、屈强 制，表３提出不同冷轧冲压板的冶金成分控制范围 比和延伸率的参考值，这些数据是根据部分生产数 参考值。 据和实验室数据整理得到的。 另外，为了满足冷轧板退火后的成形性能，冷轧 表３ 不同冷轧冲压板的冶金成分控制范围参考值 基板在热轧过程的开轧、终轧和冷却、卷取工艺控制 产的低碳热轧板（主要是Ｑ１９５、ＳＰＨＣ和ＳＳ３３０）的 十分重要，其中主要控制钢的晶粒组织和析出物，尤 力学性能来看，普遍存在强度偏高的现象。 其是Ａ１Ｎ的控制。需要注意的是，在传统流程中，通 （１）电炉ＣＳＰ线生产的ＳＳ３３０级别低碳钢板的 常采用＝ｉ高一低的工艺控制原则，即高温加热、高温 力学性能统计结果…１。表４为由珠钢ＣＳＰ线生产 初轧、高温终轧和低温卷取。其目的是在铸坯加热过 ＳＳ３３０钢（珠钢企业钢号为ＺＪ３３０）和通常采用国标 程中尽量使Ａ１Ｎ溶解于钢的奥氏体基体中，在随后 生产Ｑ１９５钢的化学成分范围比较。与通常国标 的轧制和冷却过程中尽可能抑制Ａ１Ｎ析出，而在冷 Ｑ１９５钢的化学成分范围比较，ｃｓＰ线生产ｓｓ３３ｏ钢 轧后的再结晶退火过程中再使Ａ１Ｎ析Ｈ。；，这对冷轧 的ｓｉ、Ｐ、ｓ、Ｃｕ均较低，实际控制过程中，碳也较低， 板的有利织构发展并提高ｒ值很重要。 硫一般在０．００５％一ｏ．００６％。 ４薄板坯连铸连轧生产的低碳钢板性能 根据珠钢ｃｓＰ线生产的ｚＪ３３Ｏ钢２３６个热轧板 卷（每个卷重１６ｔ）取标准拉伸试样测定力学性能的 从近年同内投产的薄板坯连铸连轧生产线生 统计结果，屈服强度为３ｌＯ～４３０ＭＰａ，抗拉强度为 表４ ＣＳＰ生产ｚＪ３３０钢的化学成分％ ８ 维普资讯 http://www.cqvip.com 康永林等 薄板坯连铸连轧生产冷轧基板的丁艺与组织性能分析 ２００６年第２期 ３９０—４７０ＭＰａ，延伸率为３２％．一４５％。由屈服强度和 延伸率大生产统计结果分布图可见，绝大多数屈服 强度值在３３０～３９０ＭＰａ之间，绝大多数延伸率值在 ３３％～３９％之间，屈服强度可比通常Ｑ１９５钢约高一 倍，延伸率也较高，特别值得指出的是，ＣＳＰ板材纵 横向力学性能均匀，基本上无各向异性。 （２）转炉ＴＳＣＲ线生产的ＳＳ３３０级别低碳钢板 的力学性能统计结果。图６、图７为涟钢转炉ＣＳＰ线 生产的ＳＰＨＣ（Ｑ１９５）钢板的屈服强度和延伸率的直 方图。钢的冶金成分是按照Ｑ１９５进行控制的，但实 际上８０％以上的Ｃ含量在ｏ．０３％．一０．０６％，近６０％ 的ｓｉ含量在０．０１５％一０．０３５％，７０％的Ｍｎ含量在 ０．１７％～０．２２５％ ｌｌ ２ 堡 褂 骚 ０二５ － ＿ｉ＿ Ｉ ｌ＿ｊｉ『 叫 屈服强度／ＭＰａ 图６涟钢转炉ＣＳＰ线生产的ＳＰＨＣ（Ｑ１９５ｌ钢板的 屈服强度直方图 ３０．０ ２５．０ ２０．０ １８．４ 堡１５．０ 褂 臻１０．０ ６．２ ７．４ ５．０ ０．０ 簿 耢 延伸率，％ 图７涟钢转炉ＣＳＰ线生产的ＳＰＨＣ（Ｑ１９５ｌ钢板 的延伸率分布直方图 由图６可见，钢板的屈服强度低于２８８ＭＰａ的 仅占１２＿３％，２８８—３４８ＭＰａ的占８１．１％。 图７则表明该ＣＳＰ线的延伸率在３８．０％一 ４６．８％的占７６．８％，其中延伸率大于４０％的占 ７３．８％，显示出很高的塑性值。 ５薄板坯连铸连轧生产冷轧基板的效果 从薄板坯连铸连轧生产的低碳钢板性能来看， 普遍存在屈服强度较高的问题，这对用作冷轧冲压 用钢原料带来生产上的困难。对此可以考虑从以下 几方面着手进行解决。（１）冶金成分设计和控制（Ｃ、 ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｎ、Ａ１）；（２）加热、轧制、冷却、卷取工艺控制 进行调整；（３）钢中加入微量的Ｂ处理；（４）铁素体区 轧制；（５）可生产低屈服强度的微碳钢（ＥＬＣ）、超低 碳（ＵＬＣ）和无间隙原子钢ＩＦ钢冷轧深冲钢板，并发 挥其深冲性能好，各向异性小的优势以生产高强度 高性能冷轧深冲板。从国内几个薄板坯连铸连轧生 产线的生产实际来看，通过一定的冶金成分设计和 热轧工艺调整优化，可以在一定范围内降低冷轧基 板的屈服强度，达到基本满足冷轧工艺及成形性能 的要求。 （１）冶金成分和热轧工艺控制。对于ＤＱ级 （０８Ａ１）冷轧基板，按表３要求的成分控制下限，并适 当提高入炉温度、加热温度和终轧温度，可以使屈服 强度平均下降２０ＭＰａ左右，即屈服强度范围大多数 在２８０ ３１５ＭＰａ，平均值约３００ＭＰａ。图８为试验钢 的典型显微组织，晶粒尺寸较普通轧制的要粗大些， 约在１２～１５ Ｉｎ，晶粒形状呈不规则的多边形。 （ａ）距表面０．１５ｒａｍ处 （ｂ）板材１，２厚度处 图８ ＣＳＰ线生产的热轧板材纵截面室温显微组织 （２）钢中加入微量Ｂ。在冶金成分控制的基础 上，若在钢中加入微量Ｂ元素，可使钢的屈服强度进 一步降低。在ＣＳＰ线１０余炉的试验结果表明，钢板 的屈服强度多数在２７０～２９０ＭＰａ，总平均值在 ２８８ＭＰａ，抗拉强度平均为３５７ＭＰａ，而且钢板延伸率 也很好，达到了４４．７％。图９为４．０ｍｍ加微量Ｂ元 素的０８Ａ１钢板的纵截面晶粒组织。图９表明，钢板 的组织进一步粗化，晶粒尺寸约为１５～１８ Ｉｎ，品粒 边缘也变得圆滑，更接近传统工艺生产的０８Ａ１板材 组织形态。关于在钢中添加微量Ｂ元素对组织性能 的作用机理需要做进一步的工作才可能解释。 （３）铁素体轧制的结果。唐钢在其ＦＴＳＲ薄板坯 连铸连轧线上对低碳钢（ｃｏ．０４％）进行了铁素体轧制 试验，成品板厚度３．０ｍｍ。试验测定了铁素体轧制钢 板的屈服强度、抗拉强度和延伸率，实测数据见表 ５。试验测得该钢板屈服强度很低，横向和纵向的屈 服强度分别为２１５ＭＰａ和２４０ＭＰａ，延伸率分别为 ３３％和４１％旧。 ６结束语 通过对薄板坯连铸连轧的工艺特征及板坯热历 史、第二相粒子的析出行为、传统流程与ＴＳＣＲ流程 ９ 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００６年４月 山东冶金 第２８卷 【２】王中丙，李烈军，康永林，柳得橹，傅杰．薄板连铸连轧ＣＳＰ线生 产低碳钢板的力学性能特征『Ｊ】．钢铁。２００１，３６（１０）：３３—３５． 【３】康永林，柳得橹，傅杰，李晶，王元立。王中丙。李烈军．薄板坯连 铸连轧ＣＳＰ生产低碳钢板的组织特征『Ｊ】．钢铁。２００１．３６（６）： ４Ｏ．Ｉ４３． 【４】Ｄｅｌｕ Ｌｉｕ。Ｆｕ Ｊｉｅ，Ｋａｎｇ Ｖｏｎｇｌｉｎ，ｅｔ ａ１．Ｏｘｉｄｅ ａｎｄ Ｓｕｌｉｆｄｅ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕ￣ａｎｄ Ｐｒａｐｔｉｅｓ ０ｆ Ｌｏｗ Ｃａｒ－ ｂｏｎ Ｓｔｅｅｌｓ［Ｊ］．Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎ０１，２００２，１８（１）：７—９． 『５】Ｄｉｅｔｅｒ Ｒｏｓｅｎｔｈａｌ ｅｔ ａ１．Ｓｅｃｏｎｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ＣＳＰ Ｐｌａｎｔ ａｎｄ Ｆｕｔｕｒｅ ０●０●０●ｏ●ｏ●ｏ●ｏ●ｏ●ｏ●ｏ●ｏ●ｏ●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●ｏ●ｏ●ｏ●ｏ●ｏ●ｏ●ｏ●０●０●０●０●０●０●０● —争●・： ●ｏ●０●ｏ●ｏ●０●ｏ●ｏ●ｏ●ｏ●０●ｏ●ｏ● 济钢发展循环经济卓有成效 济南钢铁集团总公司在发展循环经济的实践中。不仅是 套利用低热值混合煤气作燃料的燃气一蒸汽联合循环发电 从源头上节约资源，而且通过减量化使用，过程控制，减少废 项目和具有自主知识产权的干法熄焦发电项目，还有一些余 弃物排放，实现资源利用最大化，废弃物排放最小化。以济钢 热发电项目等也取得了：重大突破。依靠科技创新和技术进 的耗新水为例，从“九五”到“十五”的１Ｏ年间，年钢产量增长 步，对钢渣、含铁尘泥、工业废水等废弃物，进行资源化治理 了６倍，而耗新水总量仅仅增长了６．５％；２００５年吨钢综合 和闭路循环利用，大大提高了资源能源利用效率。取得了节 能耗降到了６７０ｋｇ标煤，以最少的资源消耗和环境代价实现 能、降耗、减污、增效的和谐统一。 了较大的发展。 运用新理念和新文化的引领，打开了广大员工的智慧和 高度重视观念创新、技术创新和管理创新，高度重视自 创造之门，创建了创新文化、和谐文化和以“可尊、可信、共 主创新能力的提高，大大提升了循环经济的质量和层次。在 创、共赢”为核心价值观的共赢文化，为济钢的发展起到了巨 余热余能利用上，先后建成了拥有自主知识产权的世界第一 大的推动作用。 （陈教） １０
