1、薄板坯連鑄連軋的冶金學(xué)問題及其工藝優(yōu)勢(shì)唐荻米 振莉蔡 慶伍作者單位:北京科技大學(xué)高效軋制國家工程研究中心,北京100083The Metallurgy problems of thin slab continuous casting and continuous rolling and its advantages TANG Di,MIZhen-li,CAI Qing-wu(National Engineering Research Center for Advanced Rolling Technology,University of Science & Technology Bei

2、jing,Beijing 100083,China)1 引言薄板坯連鑄連軋技術(shù)在一定程度上有利于提高熱帶的質(zhì)量，但也有局限性，一些高質(zhì)量的熱軋板帶尚不能用此技術(shù)生產(chǎn)；對(duì)于可以生產(chǎn)的產(chǎn)品，在生產(chǎn)控制方面也要注意，并非把傳統(tǒng)工藝簡單照搬。2薄板坯連鑄連軋?zhí)岣哔|(zhì)量的基礎(chǔ)條件2.1鑄坯冷卻強(qiáng)度大，晶粒細(xì)由于薄板坯在結(jié)晶器內(nèi)的冷卻強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的板坯，其二次、三次枝晶更短，原始的鑄態(tài)組織晶粒更細(xì)，更均勻，為最終組織的細(xì)化創(chuàng)造了條件。同時(shí)，由于冷卻強(qiáng)度大，板坯的微觀偏析可得到較大的改善，分布也更均勻。2.2原始晶粒尺寸結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)有所不同傳統(tǒng)的冷裝工藝，通過中間冷卻、加熱的重結(jié)晶過程，形成細(xì)化的奧氏體組織

3、。直軋工藝取消了相變溫度區(qū)的中間冷卻，鑄坯組織是相對(duì)粗大的原始奧氏體晶粒，這種粗大的組織在傳統(tǒng)熱軋條件下軋出的鋼材韌性指標(biāo)低。另外，如果鑄坯裝爐前溫度降到A3以下，A1以上，則一部分奧氏體相變?yōu)殍F素體，加熱時(shí)未相變的奧氏體晶粒繼續(xù)長大，相變產(chǎn)生的鐵素體消失，生成新的奧氏體晶核，這樣奧氏體中，一次奧氏體和相變?cè)俳Y(jié)晶的二次奧氏體并存，鑄坯組織粗細(xì)不均，導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)混晶組織。必須改變相應(yīng)的熱軋工藝，如加大道次變形量和總變形量等，才能解決上述問題。2.3合金元素的溶解量和作用效果不同微合金元素的完全溶解是合金元素在鋼中起多重作用的前提，為了在成品組織中取得彌散硬化，一部分合金元素在相變后仍應(yīng)處于溶解狀

4、態(tài)。常規(guī)冷裝工藝，在再加熱前的冷卻過程中合金元素以碳、氮化物的形式析出，在再加熱過程中，以固溶狀態(tài)存在。薄板坯高溫直接裝爐，許多合金元素不會(huì)析出，始終處于溶解狀態(tài)，對(duì)初始組織和再結(jié)晶組織均起到細(xì)化晶粒的作用。通過工藝優(yōu)化，在變形前使材料中的合金元素處于固溶狀態(tài)，經(jīng)變形誘導(dǎo)析出，析出物細(xì)小，均勻分布，沒有析出的合金元素直到相變后析出，對(duì)材料進(jìn)一步強(qiáng)化。這種狀態(tài)可最大限度地發(fā)揮合金元素的潛力，減少合金元素的用量。2.4薄板坯連鑄連軋軋制過程的熱脆現(xiàn)象對(duì)鋁鎮(zhèn)靜鋼、某些碳錳鋼、碳鉻鉬鋼、在采用薄板坯連鑄連軋工藝時(shí)，如果鑄坯溫降較大，其表面常常出現(xiàn)晶間裂紋，這是由于鋼坯塑性下降引起的，即所謂熱脆。熱脆是

5、合金元素化合物AlN或VCN、NbCN在奧氏體晶界析出引起的，細(xì)小的AlN等集中在晶界，阻止了金屬熱變形過程中晶界的移動(dòng)，于是應(yīng)力在晶界邊界聚集，當(dāng)應(yīng)力值超過晶粒間親和力時(shí)，就產(chǎn)生了晶界裂紋。研究發(fā)現(xiàn)，AlN在750900溫度范圍內(nèi)有最大的析出速度。2.5國外的一些研究結(jié)果國外已經(jīng)對(duì)薄板坯直接軋制的某些金屬學(xué)問題進(jìn)行了初步研究：利用連鑄模擬機(jī)進(jìn)行近終型尺寸試件的連鑄模擬，然后利用凝固余熱直接在熱變形模擬機(jī)上以平板壓縮方式進(jìn)行熱變形實(shí)驗(yàn)，隨后進(jìn)行各種冷卻速度的控制冷卻模擬，再進(jìn)行熱卷取時(shí)緩冷過程的模擬。其結(jié)論是：（1）由于板坯減薄而產(chǎn)生的快速冷卻和凝固，不僅使板坯內(nèi)部宏觀偏析均勻分布，而且起到細(xì)

6、化一次奧氏體晶粒的作用。這是由于鑄坯在凝固過程和凝固后的-相變過程中，存在非常好的高形核率條件，通過凝固過程的強(qiáng)冷使奧氏體組織明顯細(xì)化，并且晶粒的細(xì)化作用隨鑄坯在冷卻過程（15001350）中冷卻速率的提高而加強(qiáng)。（2）直接軋制可以發(fā)揮微合金元素的全部潛在作用。（3）為了獲得具有良好力學(xué)性能的細(xì)化鐵素體晶粒，必須在相變之前對(duì)奧氏體凝固組織盡可能細(xì)化。提高相變前的奧氏體位錯(cuò)密度可以促進(jìn)鐵素體形核，這可通過在奧氏體非再結(jié)晶區(qū)進(jìn)行熱變形而實(shí)現(xiàn)。鋼的再結(jié)晶過程取決于合金成分、析出物狀態(tài)、變形程度、變形溫度、變形速度及原始奧氏體晶粒度。有的微合金元素能縮小奧氏體區(qū)，提高奧氏體再結(jié)晶溫度，因而具有阻止再結(jié)

7、晶的特性；而當(dāng)合金元素以細(xì)小的析出物狀態(tài)存在時(shí)，又阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，堵塞晶界、亞晶界的遷移。因此通過多次再結(jié)晶對(duì)奧氏體進(jìn)行細(xì)化必須認(rèn)真選擇所要求的變形溫度、變形程度等參數(shù)。直接軋制在熱變形開始時(shí)是在粗大的奧氏體組織上進(jìn)行，單位體積內(nèi)具有較少的可再結(jié)晶形核的奧氏體有效晶界面積。此外，低合金鋼直接軋制時(shí)，合金元素對(duì)再結(jié)晶的阻礙作用比冷裝工藝時(shí)更大。因此，直接軋制時(shí)為了得到完全的再結(jié)晶細(xì)晶組織，需要比冷裝工藝更高的加工溫度或變形量。（4）必要的總變形量及變形規(guī)程的安排（包括總變形量、奧氏體細(xì)化變形量和奧氏體強(qiáng)化變形量）必須根據(jù)不同鋼種的不同需要來確定。奧氏體細(xì)化變形量在再結(jié)晶溫度以上，奧氏體強(qiáng)化變形量在

8、再結(jié)晶溫度以下，通過二者的協(xié)調(diào)分配可以得到不同晶粒度的組織。（5）通過優(yōu)化工藝參數(shù)，即使總變形量較小，直接軋制工藝仍可以獲得與厚板坯冷裝工藝相當(dāng)?shù)男阅堋?薄板坯連鑄連軋?zhí)岣哔|(zhì)量的工藝優(yōu)勢(shì)薄板坯連鑄連軋的均熱工藝保證了板坯在軋制過程中溫度的均勻和穩(wěn)定。以CSP技術(shù)為例，輥底式隧道爐與軋機(jī)同在生產(chǎn)線上，板坯頭部進(jìn)入軋機(jī)時(shí)，其他部分仍在爐內(nèi)保溫，出爐后的板坯與空氣接觸的時(shí)間極短，保證了板坯橫斷面和縱向溫度的均勻分布。生產(chǎn)數(shù)據(jù)測(cè)試表明，板坯橫斷面與縱向溫差均在±10內(nèi)。實(shí)測(cè)各架軋機(jī)軋制力的變化曲線，在變形過程中無溫度變化引起的軋制力波動(dòng)。而在傳統(tǒng)的熱軋帶鋼生產(chǎn)中，帶鋼縱向的溫度波動(dòng)是不可避免

9、的（加熱爐內(nèi)水印引起的局部溫降、頭尾溫差等），并影響帶鋼的厚度精度。對(duì)于薄板坯連鑄連軋，原始組織的均勻和軋制過程溫度的均勻保證了產(chǎn)品性能質(zhì)量的穩(wěn)定和均勻。實(shí)測(cè)表明，薄板坯連鑄連軋軋件的出口溫差、卷取溫差均在±14之內(nèi)。產(chǎn)品的尺寸精度高，98.9%帶卷長度的縱向厚差在±0.025mm之內(nèi)、99.3%帶卷長度寬度差在±3.1mm之內(nèi)。4薄板坯連鑄連軋產(chǎn)品組織性能優(yōu)勢(shì)由于鑄態(tài)組織細(xì)小、均勻，加工溫度均勻，產(chǎn)品的組織晶粒也均勻，從而性能均勻一致，見圖1。薄板坯的產(chǎn)品在帶寬的各點(diǎn)性能基本相同，而傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的產(chǎn)品邊部與中部的性能有較大差別，這顯然是邊部溫降快，晶粒細(xì)所致。并且與傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的產(chǎn)品性能相比，薄板坯產(chǎn)品的性能參數(shù)分布非常集中，而傳統(tǒng)方法的產(chǎn)品性能參數(shù)則比較分散。圖1薄板坯連鑄連軋產(chǎn)品與傳統(tǒng)熱軋產(chǎn)品的性能比較1-20個(gè)普通帶卷的平均值；2-20個(gè)CSP帶卷的平均值作者簡介：唐荻（1955），男（滿族），教授，副主任。參考文獻(xiàn)1張樹堂連鑄坯熱送熱裝類型及相關(guān)的冶