短流程產(chǎn)品特性研究報告

1、短流程產(chǎn)品特性研究報告一、 國現(xiàn)狀薄板坯連鑄連軋技術(shù)是20世紀(jì)90年代開發(fā)成功的一種高效的板帶生產(chǎn)技術(shù)。自投入工業(yè)生產(chǎn)以來取得了巨大的成功，受到了鋼鐵生產(chǎn)廠家的青睞。本鋼在經(jīng)過周密調(diào)研和論證后，決定引進(jìn)薄板坯連鑄連軋工藝，即短流程BSP，并計劃在2004年年底建成投產(chǎn)。 1998年我國第一條薄板坯連鑄軋機(jī)生產(chǎn)線在珠鋼投產(chǎn)，之后邯鋼、包鋼、唐鋼、馬鋼、漣鋼和鞍鋼也相繼建成投產(chǎn)，七條線總生產(chǎn)能力將超過1000萬噸/年，各廠家短流程的概況見表1。 表1 國各廠家短流程概況企業(yè)煉鋼形式煉鋼公稱容量/實際出鋼量連鑄機(jī)形式薄板坯尺寸（mm）連鑄生產(chǎn)能力(萬噸/年)軋機(jī)形式產(chǎn)品規(guī)格(mm)均（加）熱爐形式投

2、資(億元)投產(chǎn)時間珠鋼電爐1×150噸1流立彎型CSP連鑄機(jī)50×9501350806機(jī)架CSP軋機(jī)Min1.27輥底式加熱爐191.8m281998 .11邯鋼轉(zhuǎn)爐2×100噸/120噸1流立彎型CSP連鑄機(jī)50,70×95013501231+6機(jī)架CSP軋機(jī)Min1.2輥底式加熱爐191.8m25.21999.12包鋼轉(zhuǎn)爐2×210噸2流立彎型CSP連鑄機(jī)70×90016802006機(jī)架CSP軋機(jī)Min1.2輥底式加熱爐200.8m×2擺動式聯(lián)接32.62001.08唐鋼轉(zhuǎn)爐2×150噸1流直弧型FTSR連鑄機(jī)

3、90,70,65×8501680150(250)2+5機(jī)架達(dá)涅利+三菱0.86輥底式均熱爐187m2002.12馬鋼轉(zhuǎn)爐2×100噸/110噸2流立彎型CSP連鑄機(jī)90,70,65×90016002207機(jī)架0.88輥底式均熱爐270m×2擺動式聯(lián)接2003.12漣鋼轉(zhuǎn)爐2×90噸/105噸1流立彎型CSP連鑄機(jī)70,55×90016001307機(jī)架0.812.7輥底式加熱爐291m24.72004.03鞍鋼轉(zhuǎn)爐2×90噸/110噸1流直弧型CONROLL連鑄機(jī)135(100150) ×90016201501+6機(jī)

4、架ASP軋機(jī)Min1.0步進(jìn)式加熱爐2000.11本鋼即將建成的BSP引進(jìn)達(dá)涅利公司的FTSC（flexible thin slab cast）連鑄機(jī)，使用H2漏斗型結(jié)晶器，采用動態(tài)軟壓下技術(shù)。采用輥底式加熱爐，軋機(jī)采用日本三菱公司高強(qiáng)鋼軋機(jī)，兩機(jī)架粗軋機(jī)組，五機(jī)架精軋機(jī)組。二、 短流程工藝和產(chǎn)品主要特點(diǎn)目前工業(yè)性生產(chǎn)的薄板坯連鑄連軋技術(shù)有德國SMS-Demag公司的CSP技術(shù)和ISP技術(shù)，意大利Danieli公司的FTSR技術(shù)，奧鋼聯(lián)VAI的CONROLL技術(shù)以及美國Tippings公司的TSP技術(shù)等，其中CSP技術(shù)和CONROLL技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最廣。各種薄板坯連鑄連軋工藝主要特點(diǎn)見表

5、2。表2 各種薄板坯連鑄連軋工藝主要特點(diǎn)項目CSPISPFTSRCONROLL連鑄坯厚(mm)50 70607590(100)4080 90/707080 75125連鑄機(jī)形式立彎式直弧直-弧直-弧結(jié)晶器漏斗結(jié)晶器上口170mm，長1100mm，漏斗700mm平板直結(jié)晶器，全弧-直弧小漏斗H2結(jié)晶器上口180mm，長1200mm全長漏斗平板直結(jié)晶器長約900mm連鑄冷卻方式水冷氣水氣-水氣-水水氣連鑄機(jī)弧形半徑(m)頂彎半徑3.003.255655連鑄機(jī)冶金長度(m)6.09.711.015.115.014.6液芯壓下未采用-采用最早采用液芯壓下采用動態(tài)軟壓下無拉坯速度(m/min)46最大6

6、3.55.0最大5.56.03.55.0最大5.56.03.03.5加熱爐形式隧道式加熱爐感應(yīng)加熱+卷取箱或隧道式加熱爐隧道式加熱爐+保溫輥道步進(jìn)梁式加熱爐軋機(jī)組成6(5)7機(jī)架1R+5(6)F2R+5F1R+6F6盡管各廠家采用的短流程工藝各不相同，但它們的產(chǎn)品特性是相同的。與常流程產(chǎn)品相比，還有有許多不同之處。傳統(tǒng)連鑄連軋的基本過程是，將鋼水連鑄成200250mm厚的板坯，冷卻至室溫或到600左右熱送熱裝，再重新加熱到奧氏體高溫區(qū)，然后進(jìn)入由粗軋機(jī)和精軋機(jī)組成的連軋機(jī)組軋成寬帶鋼。鋼在此工藝過程中經(jīng)歷的相變?yōu)? ， 2，2 。而在短流程工藝中，鋼水被連續(xù)鑄成4570mm（少數(shù)到90mm）的

7、厚的薄板坯，在約9501000時直接進(jìn)入輥底式加熱爐加熱后，再進(jìn)入機(jī)架較少的熱軋機(jī)組軋成寬帶鋼。與常規(guī)傳統(tǒng)工藝比較，薄板坯連鑄連軋工藝流程明顯縮短，兩種工藝過程中的組織形成和性能控制存在不同的特點(diǎn)和機(jī)制。普通低碳碳素鋼在薄板坯連鑄連軋工藝流程中的原始奧氏體組織演化規(guī)律（軋卡樣分析）見圖17。圖1 板坯 圖2 經(jīng)F1軋制后圖3 經(jīng)F2軋制后 圖4 經(jīng)F3軋制后圖5 經(jīng)F4軋制后 圖6 經(jīng)F5軋制后以上面各圖表明，F(xiàn)1變形后原樹枝晶奧氏體再結(jié)晶并顯著細(xì)化，枝晶破碎，但并不完全。F2變形后奧氏體通過再結(jié)晶進(jìn)一步細(xì)化，通過再結(jié)晶，奧氏體已經(jīng)基本呈等軸形態(tài)。F3-F6變形，原始奧氏體通過再結(jié) 圖7 經(jīng)F

8、6軋制后晶進(jìn)一步細(xì)化，最后可達(dá)到30um。其變化規(guī)律如圖8所示。 圖8 各道次變形后原始奧氏體晶粒尺寸變化通過碳素鋼的軋制變形過程中的組織演變規(guī)律分析表明，短流程帶鋼軋制技術(shù)具有明顯的變形兩階段過程，其主要作用為：首先高溫大應(yīng)變變形促進(jìn)奧氏體再結(jié)晶，完成鑄造枝晶向等軸晶的轉(zhuǎn)化；然后軋制第二階段為通過奧氏體再結(jié)晶細(xì)化進(jìn)一步細(xì)化、均勻化原始奧氏體組織，最終獲得理想的組織形態(tài)。通過變形后原始奧氏體反復(fù)再結(jié)晶以實現(xiàn)鋼板組織的細(xì)化和均勻化是薄板坯連鑄連軋工藝中組織控制的關(guān)鍵，因而，控軋工藝的合理應(yīng)用十分關(guān)鍵。從已開通的幾條薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線的實際生產(chǎn)產(chǎn)品檢驗看, 鋼板的顯微組織明顯比傳統(tǒng)流程生產(chǎn)的組織

9、要細(xì)化很多。薄板坯連鑄的凝固速度高和連軋機(jī)組壓縮比高，易形成較小的二次枝晶間距和更加微細(xì)的宏觀晶粒組織，有利于鋼的組織細(xì)化。另外，最近科技大學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)用短流程工藝生產(chǎn)的不添加Nb、V、Ti等微合金元素的低C-Mn高強(qiáng)度鋼（HSLC）的屈服強(qiáng)度可達(dá)450MPa級，與含Nb、V的低C-Mn高強(qiáng)度鋼（HSLA）的強(qiáng)度相當(dāng)。這是由于在HSLC鋼中存在大量的尺寸為520nm的納米級粒子，見圖9。 圖9 納米級非金屬化合物初步分析為碳化物、氮化物、硫化物和氧化物等析出物，見圖10、11和12。這些析出物彌散分布在鋼的組織中，必然對鋼的強(qiáng)度性能產(chǎn)生重要的影響。圖10 普通碳素鋼中納米級硫化物 圖11 珠鋼

10、ZJ330鋼板中彌散氧化物AB圖12 納米級TiN（A）和MnS（B）但關(guān)于這些納米級析出物的準(zhǔn)確組成、體積分?jǐn)?shù)的定量確定、對鋼強(qiáng)度影響的定量分析以及在連鑄連軋過程中各工藝環(huán)節(jié)的析出條件和如何控制等問題，尚需進(jìn)一步深入研究。三、 本鋼與其他鋼廠工藝和產(chǎn)品對比本鋼即將建成的BSP主要采用以下新技術(shù)：1、 使用H2漏斗型結(jié)晶器CSP漏斗型結(jié)晶器的優(yōu)點(diǎn)是有足夠的鋼液量及液面，能保證保護(hù)渣的熔化形成良好的渣熔池；有合理的空間，有利于浸入式水口的合理設(shè)計，避免產(chǎn)生搭橋延長使用壽命，穩(wěn)定生產(chǎn)，提高作業(yè)率；鋼液面相對穩(wěn)定，無大的喘流和波高，避免保護(hù)渣卷入；結(jié)晶器熱流均勻，坯殼應(yīng)力小，有利于坯殼均勻生成。而達(dá)

11、涅利公司開發(fā)的H2（High speed、High quality）結(jié)晶器，長度約1200mm，出結(jié)晶器時帶凸度的鑄坯經(jīng)78對帶輥型的夾持輥壓平，加上結(jié)晶器總長約2100mm，漏斗上部開口約180mm。因此，H2結(jié)晶器應(yīng)力更小，約為CSP漏斗型結(jié)晶器的三分之一，另外鋼液量及液面更大，更有利于液面穩(wěn)定，澆鑄90/70mm鑄坯拉速為5.5m/min時不必采用電磁制動EMBR。2、 采用動態(tài)軟壓下LPCS（Liquid Pool End Point Soft Reduction Control System）該技術(shù)緩解了連鑄與軋鋼的矛盾，增加了生產(chǎn)的靈活性，即連鑄希望適當(dāng)增加坯厚，以改善結(jié)晶器區(qū)域的

12、澆鑄條件，穩(wěn)定生產(chǎn)提高鑄坯質(zhì)量，而軋鋼希望連鑄供給較薄的鑄坯，軋制薄規(guī)格產(chǎn)品。根據(jù)達(dá)涅利及德馬克公司的報道，采用液芯壓下LCR（Liquid Core Reduction）或軟壓下明顯改善了鑄坯在質(zhì)量，減少了中心偏析和疏松。而達(dá)涅利公司開發(fā)的動態(tài)軟壓下技術(shù)可以根據(jù)鋼種、拉速、過熱度自動計算鑄坯凝固點(diǎn)，因而可以在一個或多個扇形段對鑄坯實施壓下，最大壓下量可達(dá)2025mm。每個扇形段弧側(cè)設(shè)置兩對帶位移傳感器的液壓缸，系統(tǒng)設(shè)壓力傳感器，不僅可以控制壓下位置而且可以控制壓下力。3、 采用半無頭軋制技術(shù)新一代薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線開發(fā)應(yīng)用了半無頭軋制技術(shù)，即在連鑄后板坯剪切成倍尺坯（58倍），連續(xù)通過軋機(jī)

13、，在精軋機(jī)后，按用戶訂貨要求，高速切分，高速卷取成一定卷重的鋼卷。用這種生產(chǎn)方式，生產(chǎn)多個鋼卷，僅有一次穿帶、一次拋尾，不僅減少了操作事故，提高了成材率，且使大部分帶鋼在穩(wěn)定力狀態(tài)下軋制，產(chǎn)品的幾何形狀精度大幅度提高。4、 使用鐵素體軋制技術(shù)鐵素體軋制是近年來開發(fā)研究的新技術(shù)，利用這種技術(shù)可以生產(chǎn)更薄規(guī)格的熱軋帶鋼，提高質(zhì)量，降低成本。鐵素體軋制是粗軋后完成奧氏體向鐵素體的相變，在鐵素體區(qū)進(jìn)行精軋或終軋。實踐證明，采用鐵素體軋制和高的卷取溫度，可以獲得粗大鐵素體晶粒及較軟的帶鋼。鐵素體軋制用于超低碳熱軋帶鋼生產(chǎn)，可獲得更薄的帶鋼，若供冷軋做原料時可生產(chǎn)沖壓性能更高的帶鋼。鐵素體軋制不僅能節(jié)約能

14、源，減少軋輥磨損和氧化鐵皮，而且，利用其生產(chǎn)的產(chǎn)品柔軟性和加工成型性好的特點(diǎn)，可以擴(kuò)大產(chǎn)品品種規(guī)格圍。目前一些高爐 轉(zhuǎn)爐流程的聯(lián)合企業(yè)，如荷蘭霍戈文廠建成一條薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線，由于上游配有RH真空處理等精煉設(shè)備，可以提供高純凈度的超低碳鋼水，生產(chǎn)線粗軋機(jī)后配置強(qiáng)制冷卻設(shè)備，進(jìn)行超低碳鋼鐵素體軋制，計劃批量生產(chǎn)超低碳熱軋薄鋼帶，并供冷軋生產(chǎn)沖壓性能較高的冷軋帶鋼。經(jīng)過多年的發(fā)展，薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)的鋼種不斷擴(kuò)大，達(dá)涅利公司的FTSR工藝生產(chǎn)線可生產(chǎn)低碳鋼、超低碳鋼、包晶鋼、中碳鋼、高碳鋼、合金鋼、高強(qiáng)度低合金鋼、不銹鋼及硅鋼。薄板坯連鑄連軋技術(shù)的優(yōu)勢在于薄規(guī)格帶鋼產(chǎn)品的生產(chǎn)上，成品帶鋼厚度越

15、薄，生產(chǎn)難度越大，產(chǎn)品價格越高。絕大多數(shù)薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線生產(chǎn)的熱帶產(chǎn)品規(guī)格大都在1.212.7mm之間。近期建設(shè)的新生產(chǎn)線在產(chǎn)品規(guī)格上有趨向生產(chǎn)薄規(guī)格產(chǎn)品的趨勢，如德國蒂森公司的CSP生產(chǎn)線的產(chǎn)品厚度圍設(shè)定為（0.8）1.06.35mm；荷蘭霍戈文的ISP生產(chǎn)線的產(chǎn)品厚度圍是（0.8）1.03.0mm；埃及亞歷山大鋼廠的FTSR生產(chǎn)線的產(chǎn)品規(guī)格為0.820mm；包鋼的CSP生產(chǎn)線能生產(chǎn)的產(chǎn)品規(guī)格為1.220mm。在墨西哥，希爾薩鋼廠短流程生產(chǎn)的熱軋帶鋼已取代了國50%的普通冷軋帶鋼。在美國，已有3040%的冷軋帶鋼市場被熱軋薄板所代替，1.21.5mm厚度的產(chǎn)品最受歡迎，2mm熱軋帶鋼的價

16、格要比同規(guī)格冷軋產(chǎn)品低100200美元，具有很強(qiáng)的市場競爭力。由于目前本鋼短流程正在建設(shè)中，沒有短流程的實物產(chǎn)品，為此，特從唐鋼取回短流程產(chǎn)品，進(jìn)行對比了解。鋼種為SS400，進(jìn)行了成份、電鏡、高倍、低倍、拉伸等理化檢驗，結(jié)果如下：l 成份：表3 單位：（%）CSiMnPSN10.2040.0430.220.0190.00660.006320.2030.0420.220.0190.00640.006330.2010.0410.220.0180.00640.006740.2090.0410.220.0190.00660.0068表中成份說明唐鋼短流程產(chǎn)品成份比較均勻，其硫含量比較低，控制水平比較

17、高。但磷含量卻明顯偏高，還有氮，平均達(dá)到65ppm，有些過高。l 電鏡：唐鋼的鋼板中的夾雜物主要是大量的極細(xì)硫化錳夾雜物（圖13）和以鏈狀分部為主鋁酸鹽同硫化鈣的復(fù)合夾雜物（圖14）。ElementWeight%Atomic%O K2.266.55Al K4.708.06S K6.048.72Ca K13.8215.97Fe K73.1860.70Totals100.00ElementWeight%Atomic%S K3.926.62Mn K5.165.09Fe K90.9388.29Totals100.00圖13 硫化錳夾雜物 圖14 鋁酸鹽同硫化鈣的復(fù)合夾雜物上述電鏡檢驗結(jié)果表明，短流程產(chǎn)

18、品中夾雜物尺寸比較細(xì)小，但唐鋼的夾雜物有許多以鏈狀存在，說明精煉對夾雜物改性處理還不夠徹底，這直接影響到鋼板部質(zhì)量性能。l 高倍：檢驗結(jié)果見表4。表4試樣編號夾雜晶粒度（級）P%帶狀（級）組織ABCD10.511.50.510.513.41A0.520.5110.510.515.06A0.5F+P+B（少量）30.50.520.510.514.78A0.5F+P+B（少量）從高倍檢驗來看，鋼的非金屬夾雜物中C類（硅酸鹽）夾雜偏高，其它夾雜物尚可。鋼的顯微組織為F+P+B（少量），金相組織總體來說比較均勻，但在鋼板厚度方向的中心部位存在一定的中心偏析。鋼板的鐵素體平均晶粒度為10.5級，晶粒比較均勻。此外鋼板的帶狀組織也比較輕微，只有0.5級。本鋼常流