采用薄板坯工艺生产扁平材的技术

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1产自小型钢厂的扁平材

　　薄板坯浇铸技术的出现、成熟和快速发展已不可逆转地改变了世界钢铁工业的发展方向。近20年来，我们目睹了小型钢铁厂因其涉及的产品大纲而被“解放”。从最简单和最便宜的钢种开始，以钢筋为代表，一直发展到包括大型热轧结构型钢在内的整个长产品范围。目前，至少在美国，小型钢铁厂在该领域占据着主导位置。其生产份额约占国家钢总产量的4O%。
2成本降低一钢技术发展的主要动力
　　在与其它材料的不断竞争中，成本的降低是钢最为可靠的防御线之一。微合金钢被广泛接受说明了工程材料的降本趋势。这类铁素体一珠光体钢具有相当高的屈服强度(350～550MPa)和良好的工程性能，并不是靠高合金含量或热处理，而是利用两种强化机理一晶粒细化和沉淀硬化而获得的。这两种经济的强化机理占了总屈服强度的6O%～7O%。对HSLA钢生产过程中的成本降低产生影响的因素如下：
(1)从钢水到成品的在线加工，缩短了加工时间，并取消了昂贵的间歇处理。
(2)近终形连铸，使热轧简化。
(3)直接装料，节省了能源。
(4)微合金(MA)与热机械处理(TMP)，使得在热轧期间产生极好的显微组织。
(5)TiN完全弥散，防止热轧期间再结晶奥氏体晶粒粗化。
(6)在高温状态中轧制，改善显微组织，从而提高生产率。
(7)用N作为合金元素，优化沉淀。
(8)使用加速冷却，细化铁素体晶粒度并增加析出。
　　以上每一步降本步骤实际上都是互相独立的，且其效果相辅相成。用薄板坯技术生产HSLA钢可运用上述所有因素，因此可能达到最大的降本效果。
3薄板坯浇铸技术
　　用薄板坯浇铸技术生产热轧带钢的小型钢铁厂由一套电炉熔炼设备和辅助钢包冶金设备、带有专门设计的结晶器的连铸设备、一座隧道均热炉、4或6(甚或7)架带钢热轧机以及一套卷取前输出辊道上的加速冷却装置组成。年产100万t的设备的基础投资费(约4亿美元)至少比传统设备所需的低一大半。
　　CSP工艺的缺点之一是无法浇铸包晶范围内的钢。这个不足之处可能似祸而实福，因为含有最大含量大量新设计的薄板坯连铸机不是处于改进阶段，就是正被推广运用于生产之中。显而易见，人们利用已被证实的CSP工艺的成果，努力为进入钢技术新领域赢得入场券。其目的在于通过下述几点突破CSP工艺的一些局限：
(1)在热轧前消除铸态组织：ISP、CPR和FTSC。
(2)便于轧制lmm厚或更薄的薄带钢：UTHS。
(3)提高表面质量：Conroll和SMI。
(4)简化设备布局并降低投资费：TSP。
4薄板坯浇铸的冶金效果
4.1钢的质量
　　小型钢铁厂生产的薄板坯浇铸用钢主要由电炉炼成，以废钢作为炉料。仅仅在少数情况下，薄板坯连铸机将会与依赖碱性氧气转炉钢的联合钢铁厂相联合。从废钢中遗留下来的各种残余元素，其中有些是允许存在的，可用作合金添加剂，补充HSLA钢中的Mn。它们是Ni、Cr、Mo，这些元素的总和不能超过0.25～O.30。但是Cu，尤其与Sn结合时，是有害的，而且在其含量超过临界范围后，可能导致板坯中的热脆性及晶问表面裂纹，这些元素的有害作用可通过下述几种方法加以防止：(a)对废钢加以选择以减少Cu与Sn。(b)在废钢中加入预还原铁或碳化三铁。(c)添加Ni。电炉钢的高残余氮含量(100ppm)于HSLA钢有利，它加速MA氮化物而非碳化物的形成以沉淀。
4.2快速凝固
　　快速凝固对夹杂物的形成具有积极影响，夹杂物小而呈球状。没有伸长夹杂物是造成弯曲性能各向同性的原因所在。据曼内斯曼的研究表明，氮化铝的析出也是通过提高冷却率而得以抑制。新近对商业性生产的50mmCSP板坯所作的研究支持该观察结果。薄板坯的快速凝固有利于TiN的析出，其尺寸随凝固后冷却速率的提高而减小。薄板坯浇铸期间存在的条件好像很适于达到细TiN弥散(10nm以下)。这种颗粒对再结晶控制轧制(RCR)期间的奥氏体晶界固定很有效。然而，该假设到目前为止还未在工业规模生产中被验证。
4.3连铸
　　冷却时塑性损失造成的横向裂纹的出现是薄板坯连铸中存在的一个严重问题，为了克服这个难题，我们在高于塑性槽的温度下进行板坯的弯曲。就MA钢而言，塑性损失开始时的温度取决于MA化合物的析出温度，并在1000～1150℃之间不等，甚或更高。Nb化合物的这种温度，尤其在N增加时，比V化合物，如VN的高。这个结果影响HSLA钢的MA元素的选择。
4.4隧道式均热炉
　　板坯经过弯曲、矫直以后，以950℃左右的表面温度进入隧道式均热炉。对于含氮量增加的钢种，Nb和V化合物可能在板坯中有一定的沉淀，这一点在模拟试验中已经被揭示。这些化合物的出现会降低钢的沉淀强化作用，因为必须把加热炉的温度提高到1200℃才能将它们熔化。最近对工业性生产的50mm厚CSP板坯的研究中也发现了类似的情况。在进入隧道炉之前的板坯中已有许多的沉淀物形成，平均尺寸1O～15nm的沉淀物已被确认为NbV(C，N)。通过隧道炉以后，沉淀物的形态有些许的变化，可能因为当温度达到1100℃以上时有部分的钒熔化。
4.5直接装料
　　直接装料最大的益处是节省能源。在传统工艺中，200mm厚的冷板坯在预热炉中的能源消耗量是1400MJ/t～而板坯进入CSP隧道炉的温度为1080℃时，能源消耗量仅为130MJ/t。这个能源消耗量的巨大差别在每吨带钢的浇铸和轧制成本估算中也得到了反映：CSP带钢的浇铸和轧制成本为39美元/t，而普通工艺带钢则为67美元/t。
4.6热轧
　　板坯被直接送人5～7架热带轧机中。考虑到CSP工艺中常见的奥氏体粗晶现象，必须采用强大的轧制力，以在极短的间隔时间里完成充分的再结晶。从热轧过程中的奥氏体演化模型可知，要在1～2s之内保证奥氏体粗晶(1000μm)完全再结晶，必须达到5O或更高的形变。这在小型钢铁厂很容易实现，因为小型钢铁厂的每架机座的压缩比在5O%以上。
5展望
　　预计用薄板坯工艺生产的热带，尤其是其中的低档产品，在工业化国家中将出现供大于求的局面。低档产品虽然有一些缺陷，但用途广泛，价格低使其具有很大的市场优势。面对残酷的市场竞争，一些小型钢铁厂将被迫关门，但受生产能力过剩冲击最大的还是联合钢铁厂。一位小型钢铁厂的代表人物就预料到他们将失去一些市场份额，他还预测联合企业生产的过剩生铁锭可以缓解潜在的废钢短缺。
薄板坯技术的新产品之一是1mm厚或更薄的热轧带钢。到目前为止，这么薄的钢板只能由冷轧工艺生产。在建筑工业中，用冷轧薄板和镀锌板材料来替代木材已是大势所趋。用同样厚度的热轧薄板代替冷轧板会使每吨成本至少下降100美元。