1、.低碳高強度（HSLC）熱軋薄板的生產與研究進展低碳高強度（HSLC）熱軋薄板的生產與研究進展王中丙  柴毅忠  陳貴江           傅杰  康永林  周德光（廣州珠江鋼鐵有限責任公司）    （北京科技大學）摘要  介紹了國內外高強度鋼/板的發展狀況和珠鋼電爐薄板坯連鑄連軋工藝生產低碳高強度鋼板（HSLC）的主要進展，初步分析了HSLC鋼高強度化的主要成因鋼水的潔凈化、薄板坯連鑄連軋的特殊工藝條件以及鋼水中

2、殘余元素。與HSLA相比，HSLC具有塑性好、焊接性能優良、生產成本低等優點，是提高鋼鐵材料可競爭性及經濟可持續發展的綠色材料。關鍵詞  CSP  低碳高強度鋼  低合金高強度鋼THE PROGRESS OF RESEARCH AND PRODUCTION ON HOT STRIPWITH HIGH STRENGTH LOW CARBON（HSLC）WANG Zhongbing   CHAI Yizhong   CHEN Guijiang(Guangzhou Zhujiang Iron and Steel Co., Ltd.

3、)FU Jie   KANG Yonglin   ZHOU Deguang (University of Science and Technology Beijing)ABSTRACT The development on high strength steel/strip in the world is being introduced, the progress on hot strip with HSLC in EAF-CSP process in zhujing steel is characterized, some reasons, incl

4、udes clean liquid steel insurance, special process of mini mill CSP, and residential elements which increase the strength of HSLC are analyzed in this paper. Compared with HLSA, HSLC becomes one of new green material which promote the competitive of steel material, because of its high yield, good we

5、lding properth and low production cost.KEY WORDS  CSP, HSLC, HSLA1  熱軋高強度鋼（板）的用途隨著我國和世界經濟的發展，消費者對鋼鐵工業提出了越來越多的要求，與此同時，鋼鐵替代品的不斷涌現也使得鋼鐵工業面臨前所未有的競爭壓力。鋼材的高強度化成為鋼鐵工業近20年最具活力和創造性進展的領域，一系列熱軋高強度鋼（板）被越來越廣泛用于建筑業、制造業和加工業，特別是載重汽車、轎車、橋梁、起重機、艦船、鐵路、集裝箱、容器、工程機械、甚至航空航天等領域。可以預見，高強度鋼的用途將越來越廣泛，也越來越重要，如火車提速、汽車減

6、重等。2  國內外高強度鋼（板）的發展提高鋼材強度的一般途徑有：高碳、合金化、熱處理等，但都各有利弊。自上世紀50年代以來，低合金高強度鋼（HSLA）作為成熟的鋼種，比較大量的生產和應用，并形成一系列鋼號和生產標準。近年來，高強度鋼的研發一直受到國內外的高度重視，不少國家，如日本，甚至將其列為國家重點研究項目，在歐洲最高級的研究項目- 尤里卡計劃的新材料研究項目資助下，奧迪汽車等聯合研制的輕型高強度薄板可以使汽車用鋼減少25%。1994年，世界18家汽車生產廠聯手成立了超輕汽車鋼（ULSAB）財團，支持高強度汽車用鋼的研究。我國“973”計劃中更是把新一代高強度鋼鐵材料的研究作為重大

7、課題。俄羅斯也在重點研究高強度鐵道用鋼，力圖在降低車廂自重的條件下，車廂載重能力由60-70t提高到100-110t。隨著國內外高強度鋼的不斷研發，雙相鋼（DP）、相變誘導塑性鋼（TRIP）、復相鋼（CP）、貝氏體鋼（B）、和馬氏體鋼（M）也相繼投入工業化生產。各種高強度鋼的強度和伸長率范圍如圖1所示。國際上也形成一些先進的高強度鋼生產廠，以瑞典，SSAB公司為例，該公司的TUNNPLAT廠2001年產鋼材250萬t，其中冷軋鋼55萬t，各種鍍層板35萬t，彩涂板20萬t，熱軋高強度板達到140萬t，占其總產量的56%.在SSAB生產的高強度鋼中，屈服強度范圍達到：315-700MPa，該公司

8、正在開發750和800MPa級的極高強度板（UHS）。如圖2所示。但是，總的來說，在世界范圍內的高強度鋼領域，HSLA鋼仍然是最主要的生產和應用鋼種。根據最新統計，全世界HSLA鋼的產量大約在8000萬t左右，約占世界鋼產量的10%，在工業發達國家，占鋼產量的7%-15%1。1998年，我國HSLA鋼的產量約為630萬t2，約占鋼產量的5%左右。3  珠鋼低碳高強度鋼（HSLC）的研究和生產實踐珠鋼一期引進德國FUCHS150t豎式交流電爐和SMS CSP 生產線，1999年8月全線投產，二期新增意大利DANIELI 150t 預熱式電爐、LF精煉爐、VOD真空處理爐、以及SMS薄板

9、坯連鑄機各1座/臺。是國內唯一1條短流程CSP生產線，具有生產周期短、產品精度控制和強度控制好等一系列優點。自1999年8月一期工程投產以來，珠鋼一直注重于新產品開發，特別是市場歡迎的高強度熱軋板的開發，已開發出X52、SPA-H、ZJ510L、ZJ590L等一系列鋼種，在熱軋鋼板的傳統鋼種領域，珠鋼對應生產的ZJ330、ZJ400、ZJ470等系列鋼種的普遍特點是在塑性不降低且更優的情況下、強度均高于類似國標鋼種，創造出一種低成本生產高強度鋼的生產工藝流程，低碳高強度鋼（High Strength Low Carbon）已成為珠鋼產品的一個鮮明特色。在珠鋼工藝條件下生產的熱軋高強度鋼板有別于

10、HSLA鋼，最明顯的差別是低碳、合金含量低、成分設計中沒有添加任何微合金元素等，目前，珠鋼開發的汽車用熱軋鋼板，最高強度等級已經達到600MPa。將珠鋼生產的這類高強度鋼統一命名為低碳高強度鋼，簡稱HSLC鋼。3.1 珠鋼熱軋板的成分與性能特點 珠鋼HSLC板性能特點如下： （1）方向異性小（如圖3所示）； （2）伸長率高。珠鋼目前所有品種均達到國標或JIS標準對伸長率要求，大部分品種均有20%以上的富余量，圖4為珠鋼ZJ330伸長率生產統計結果； （3）焊接性能好。在珠鋼投產以來，未發生因為焊接性能不合導致的客戶投訴； （4）組織均勻，晶粒細小（如圖5、6所示，略）； （5）強度高。表1和表

11、2例舉了C<0.08%和C<0.20%兩組朱鋼生產的鋼種和類似國標牌號在成分和抗拉強度方面的比較。 從表1和表2可知，珠鋼在低碳系列鋼種中，強度等級高于類似國標牌號約10%以上。正因如此，加上珠鋼板材薄規格的優勢，不少用戶用珠鋼低牌號的鋼種代替國標高牌號的鋼種，客觀上已經實現了開發高強度鋼的目標。 表1 珠鋼C<0.08%典型鋼種與類似國標鋼種在成分和抗拉強度方面的比較 鋼種平均b/MPaCSiMnPSCrNiRes330B4301)<0.08<0.10<0.35<0.25<0.010<0.10<0.1<0.3Q1953500.

12、06-0.120.300.25-0.500.450.0500.300.30表2 珠鋼C<0.20%典型鋼種與類似國標鋼種在成分和抗拉強度方面的比較 鋼種平均b/MPaCSiMnPSCrNiResZJ590L5901)0.20<0.40<1.30<0.025<0.010<0.1<0.1<0.3Q3452）4900.200.551.0-1.600.0450.0450.300.30圖7顯示了珠鋼幾種典型鋼種強度趨勢，對比圖2可知，珠鋼鋼板強度已進入超高強度范圍，預計在幾年內，珠鋼可以用較低的成本開發出極高強度鋼（600-700MPa級）。 綜上述，珠鋼

13、熱軋板在各向異性、伸長率、焊接性能等表現出優良的特性，當然，在某些性能指標方面，如某些鋼種屈強比略高、特殊條件下存在帶狀組織等，其原因還在分析中。 3.2  珠鋼生產工藝特點 （1）珠鋼主要設備配置 煉鋼系統：電弧爐/t  150×2、精煉爐/t  150×2、真空爐/t  150×1、 冶煉周期/min  60 原料  ：廢鋼、海綿鐵、生鐵 CSP鑄機：類型  立彎式、流數1+1、坯厚度/mm  50、坯寬度/mm  1000-1350、中包容量/t  28、結晶

14、器長度/mm  1100、拉坯速度/m·min-1  2.8-6、出坯溫度/  1050 輥底爐：長度/m  192、加熱方式  燃油擺動式輥底爐、緩沖時間/min  20 CSP  精軋機：事故剪  液壓定剪、除鱗  高壓除鱗、軋機  6機架、帶卷厚度/mm  1.2-12.7、帶卷寬度/mm  1000-1350、卷重/t   23(最大)、工作輥直徑/mm  720-800(F1-F3)540-600(F4-F6)、軋制力/t&#

15、160; 3000、帶卷冷卻方式  層流冷卻、卷取機  1、卷取類型  地下，踏步控制 珠鋼在成分設計上不采取高合金化思路，仍能夠保證生產出高強度鋼的主要歸因于珠鋼先進的工藝控制手段，這包括潔凈鋼生產技術、CSP薄板坯連鑄高拉速控制技術、溫度控制技術以及控軋控冷技術等。 （2）潔凈多生產技術 現代鋼質量研究表明，提高鋼水純凈度對于改善鋼材綜合性能具有非常重要的意義，薄板坯連鑄機的生產實踐也對鋼水質量（成分和溫度）提出嚴格的要求。 珠鋼在采用廢鋼為原料、短流程工藝、無真空處理手段等不利條件下，通過優化配料、電爐全程泡沫渣控制、電爐終點控制技術、無渣出鋼、優化的精煉造

16、渣制度和吹氬控制技術以及鈣處理工藝等一系列手段使珠鋼精煉結束的鋼水純凈度達到一個較高的水平，其中： ao<3×10-6；TO<25×10-6；N<60×10-6；S<50×10-6；P<150×10-6；Als<20×10-6；  （3）CSP薄板坯連鑄高拉速控制技術 珠鋼CSP薄板坯連鑄機設計拉速為：4-6m/min，拉速的控制受到鋼種、過熱度、鋼水溫度等因素的限制，拉速本身同時又對鑄坯組織性能及最終板卷性能產生影響，一般來說，拉速越高越有利于鑄坯晶粒細化，但同時也導致鑄坯表面質量惡化，

17、同時增加了連鑄漏鋼的幾率。因此，必須優化連鑄配套的工藝條件，珠鋼在連鑄保護渣的研究、鋼水上臺溫度和成分控制范圍、SEN的使用等方面做了大量工作，針對不同的鋼種和規格，摸索出最佳的拉速控制范圍，目前，低碳鋼平均的拉速水平達到5.3m/min，最高達到6m/min。 （4）溫度控制技術 提高連鑄連澆率是所有鋼廠共的目標，對于薄板坯連鑄來說，雖然拉速較寬的可調范圍有利于連鑄對鋼水的適應性，但是，由于SEN壽命的限制，特別是由于性能穩定性的要求，多爐連澆是以穩定性為前提條件，主要是拉速的穩定，只有這樣，才能保證穩定的鑄坯組織和入爐溫度，而拉速的穩定是以爐次見的成分和溫度穩定為前提。珠鋼目前已能夠實現1

18、0爐（澆注時間 10 h）以上的穩定連澆。 另一方面，通過控制拉速和二冷水，保證出矯直機進均熱爐的鑄坯溫度達到1000以上，并且鑄坯表面和內部溫度偏差較小，沒有發生的相轉變。 （5）控軋控冷技術 控軋控冷技術是珠鋼在消化吸收SMS的軋制技術基礎上進行優化板材性能控制的又一手段，通過對6機架間軋材中間品的解剖分析，了解到機架間軋材的組織變化，如圖8和圖93（略）所示，為控軋控冷工藝的實現創造了條件。 在控制控冷工藝方面，主要比較了不同機架不同壓下力對板材性能的影響，研究了不同終軋溫度、卷取溫度、冷卻方式、成品規格等諸冷卻條件下的冷卻度及對成品板材力學性能的影響規律。 如圖10可知，隨著終軋溫度的

19、降低，可以看到厚度為20 mm的成品板的屈服強度有了明顯的提高 ，由344MPa提高到 367 MPa，而其抗拉強度變化不大，均在400 MPa左右。不同終軋溫度下成品板的伸長率變化也較為明顯，終軋溫度為840時，成品板的伸長率較低，僅為25，另外兩種終軋溫度下成品板的伸長率相對較高，分別達到了29和30%。 如圖11所示，當卷取溫度為640時，成品板的屈服強度和抗拉強度都相對較低，屈服強度為320MPa，抗拉強度僅為381 MPa。當卷取溫度設定為550時，成品板的屈服強度和抗拉強度比卷取溫度為640時都有了顯著的提高，分別提高了24MPa和31MPa。在不同的卷取溫度下成品板的延伸率相差不

20、大，均在28%至30%之間。 3.3 珠鋼低碳熱軋板高強度化的成因初析 珠鋼短流程CSP生產線生產的低碳鋼板與普通厚板坯連鑄軋制線生產的熱軋板在組織形態和力學性能特征等方面表現出明顯的差異性，特別是較高的強度方面，值得注意的是，在珠鋼以前，對于這方面的研究工作國內外均很少有報道，珠鋼投產以來陸續開展一些相關研究，初步取得一些進展。 3.3.1 晶粒細化 研究表明：晶粒細化是珠鋼熱軋板高強度化最主要的因素。 盡管由于鑄坯薄、拉速快、冷卻速度高，鑄坯組織表現為：表面為細晶區、內部為柱狀晶、基本看不到等軸晶的存在，但是，因為鑄坯在連鑄后的工始終保持在1000以上，F1F2軋制中產生高溫大變形率，導致奧氏體發生再結晶，F3F6雖然軋制溫度下降，奧氏體再結晶困難，但是由于變形量較小、道次間隔短，回復和再結晶進行不充分，造成應變不斷積累，晶界上成核速度和形核點大大增加，終軋后，經過層流冷卻，由于軋材較薄，因此冷卻既較快，很快形成相變，鐵素體在奧氏體晶界和晶粒內部大量形核，最終導致冷態組織明顯細化。 3.3.2 納米級粒子的析出 進一步的