连铸连轧课程论文6.doc

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1、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 业:学 号:学生姓名:指导教师:日 期: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-与- 与这两个相变过程，因而导致轧前奥氏体晶粒粗大，不利于产品的组织细化与性能提高。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、冷却速率与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

2、生产周期、节约能源、提高钢材收得率与生产率、降低基建与生产费用、减少占地面积与操作人员；因而受到冶金界的青睐。但近年来的实践与研究结果表明，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与带状组织等。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与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。

3、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90-230m 减小到50mm厚板坯的50-120m。2.1 CSP工艺技术(Compact Str

4、ip 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)精轧机输出辊道与层流冷却卷取机。22 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与层流冷却卷取机。2.3 FTSR工艺技术(Flexible Thin Slab Rolling)FTSR工艺(Fle

5、xible 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与带钢冷却段卷取机。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与层流冷卷取机。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

6、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 Process)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 Pressing Rolling)CPR工艺即铸压轧工艺，用于生产厚度小于25mm的合金钢与普碳钢热轧带材。它利用浇铸后的大压下(60%的极限压下量)，仅使用一组轧机

7、，最终可生产厚度为6.0mm的薄带卷，也可生产低碳钢、管线钢、铁素体与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与沉淀强化。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与Ti。珠钢根据集装箱与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与性能的特点，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

8、工艺，开发出综合性能优良、屈服强度450700 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、焊接与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

9、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与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与析出强化作用。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与耐酸性气体的管线钢正在开发当中。薄板坯连铸与直轧工艺生产的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、塑性与韧性，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

10、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

11、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与快速凝固的特点，包晶区成分的钢(C含量007-015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007C)。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与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

12、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(O07)与V-N微合金化的合金设计技术路线。对较低强度级别的钢(350-450MPa)，采用V-N合金系莸能够满足要求。而对5

13、50MPa级的高强度钢，在V-N微合金化的基础上，添加了微量的Nb。它在不损害热塑性的前提下进一步细化铁索体晶粒，显著提高了钢的强度。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与少量珠光体组织 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与性能，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

14、晶过程与晶粒长大的作用，以及间接对连轧机组的轧制以前，关于板坯加热温过程与组织变化产生的影响度对组织与性能影响的研究，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，会引起最终铁素体与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-与-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与大的变形量，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

15、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-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

16、，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与更大的变形量，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与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与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

17、体与马氏体，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-与-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，

18、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）合理控制冷却速率与卷取温度，以保证材料的最终组织与性能，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1 B. Mukhopadhyay， S. RoychoudhuryPast, Present and Fut

19、ure of Thin Slab Casting and RollingChina academic journal electronic publish house2 文小明，王旭生等. 本钢薄板坯连铸连轧的产品研发与生产实践J，2009年薄板坯连铸连轧国际研讨会论文集，20093 林振源，毛新平，余驰斌，赵刚等. 珠钢Ti微合金化高强耐候钢系列产品开发与应用J，钢铁钒钛，2009：304 谢利群，毛新平，霍向东等面对钢的组织性能的影响J冶金丛刊，2005，155(1)：1-4)5 毛新平，孙新军，康永林，林振源等薄板坯连铸连轧Ti微合金化钢的物理冶金学特征J金属学报，2006，42(10)

20、：1091-10956 毛新平，霍向东，康永林，林振源等TSCR流程生产钛微合金化高强耐候钢中的析出物J北京科技大学学报，2006，28(11)：1023-10287 Fulvio Siciliano 1，Luis ALeduc Lezama 2，Christian Klinkenberg 3，KarlErnst Hensger. Processing of Nb-microalloyed HSLA Steels in CSP Facilities 8张世祥,刘凤潮.邯钢薄板坯连铸连轧设备J邯钢科技.1999,(1):18-21连铸薄板坯的轧制与 紧凑式热轧带钢生产9 Flemming G.连铸薄板坯的轧制与CSP紧凑式热轧带钢生产设备A,冶金部情报研究总所编.国外连铸新技术之六C. 北京:冶金部情报研究总所,1991,273-285第 11 页