HSLA钢冶金工艺技术的进展.pdf

第 2 7 卷第 2 期 2 O O 6年 3 月 特殊钢 I f 阻 V0 1 ． 2 7． N o ． 2 Ma r c h 2 0 0 6 l 综述 HS L A钢冶金工艺技术的进展 王祖 滨 付俊 岩 1 钢铁研究总院， 北京 1 0 0 0 8 1 ； 2中信金属公司， 北京 1 0 0 0 0 4 摘要2 o 世纪 9 o 年代以来， 薄板坯连铸连轧技术及中厚板坯炉卷轧制工艺， 进入了低合金高强度钢 H s I A 的生产流程 ； 并在该流程中对 H s L A 钢热机械控制轧制工艺 T M C P 取得了不少有益的经验。目前薄 板坯连铸连轧 C S P C o m p a c t S t r i p P r o d u c t i o n 工艺所开发的钢种有 1 E C C 、 U C C和 I F 软钢 ； 2 高强度多相 D P 和 T R I P 钢； 3 X 8 0 级管线钢。介绍了薄板坯连铸连轧和中厚板坯炉卷轧制工艺开发的 H s I A钢品种的工艺 特点和工 艺优化 。 关键词H S L A钢薄板坯连铸连轧 中厚板坯炉卷轧制进展 Ad v a n c e i n M e t a l l u r g y T e c h n o l o g y o f HS LA S t e e l Wa n g Z u b i n a n d F u J u n y a n 1 C e n t r a l I r o n a n d S t e e l R e s e a r c h I n s ti t u t e ， B e ij i n g 1 0 0 0 8 1 ； 2 C I T I C Me t al C o ， B e l j l ng 1 O O O O 4 A b s t r a c t S i n c e t h e n i n e ti e s o f2 0 c e n t u r y the t h i n s l a b c a s ti n g-d i r e c t r o l l i n g a n d the me d i u m- h e a v y s l a b c a s ti n g-- S te c k e l M i l l w i l i n g t e c h n o l o g i e s h a v e b e e n i n v o l v e d i n p r o d u c ti o n l i n e o f h i g h s t r e n g t h l o w a l l o y H S L A s t cel ， and i n the s e p r o c e s s e s a l o t of a v a i l a b l e o p e r a ti o n e x peri e n c e s of t h e r m a l m e c h a n i c a l c o n t r o l p r o c e s s T MC P f o r p r o d u c ti o n of H S L A s t e e l hav e b e e n a c hi e v e d ． A t p r e s e n t th e s t e al g r a d e s b e i ng d e v d o p e d b y C S P c o m p a c t s t r i p p r o d u c ti o n p r o c e s s a l e 1 E C C ，U C C a n d I F s o f t s t e e l ； 2 h i g he n g t h m u l ti p h a s e D P a n d 凹 s t e e l ； a n d 3 X 8 0gra d e p i p e s t e e 1 ． T h e c h a r a c - t e r i s ti c and o p t i miz a t i o n of hath p r O C e s s e s f o r d e v e l o p i n g H S L A s tee l g r a d e a r e p r e s e n t e d ． Ma t e r i a l I n d e x HS L A S t e e l ， T h i nS l a bC asti ng -D i r ect Ro l l i ng ，Me d l um - He a v y S l ab C ast i n g-S t eck e lMi l lR o l l i n g ， D e v e l o p me n t 2 0 世纪 6 o年代以来 ， 由于钢铁冶金生产工 艺变革的推动 表 1 ， H S L A钢的制造技术有了长 足的发展。特别是 T M C P 热机械控制轧制 工艺 及 M A 微合金化 技术的开发和应用， 使得 H S L A 钢的面貌焕然一新l 1 】 。在开发和应用上述工艺技 术过程中揭示的一些原理和规 律， 如 C C R 、 R C R 、 A C C 或 IA C 、 I G F 等已经在传统的中厚板轧机或半 连轧热轧带钢轧机上得到应用并取得成效。图 1 基本上覆盖了 H S L A钢的强韧性范围和 T M C P 工 艺及 M A技术的关系【2 J 。需要指出， 这里的 D Q 直接淬火 已经不是传统热处理工艺中的所谓淬 火， 它实际上是T M C P 工艺 中加速冷却的极限运 表 l 钢铁冶金生产工艺的变革 Ta b l e 1 Ev o l u t i o n i n i r o n a n d s l e d p r o d u c t i on p r o c e s s 用。德国D il l in g e r 厂已经成功地把厚板轧机后面 的加速冷却线改造成可以进行直接淬火。而上世 纪9 O 年代后期在开发超细晶粒钢过程中采用的 低温大变形工艺实质上也是 T M C P 工艺中控制轧 制的极限运用， 只不过轧制温度已经到相变点。 8 O 年代末出现的薄板坯连铸连轧以及 9 o 年代开 始受到重视的中厚板坯连铸炉卷轧制给上述原理 及规律的运用带来了新的课题。本文将简要介绍 维普资讯 特殊钢 第 2 7 卷 图 1 H S L A钢的强韧性与 T MC P及 M A工艺的关系 F i g ． 1 R e l a ti o n o f s t r e n g t h - t o u g h n e s s o f HS L A s t e e l V S T M C P a n d MA p r o c e s s 这方面研究开发工作的新进展 。 1 薄板坯连铸连轧 薄板坯连铸连轧工艺是 2 O 世纪后期冶金工 艺的一项重大创新。S M S公司的 C S P是开发最 早、 普及最广的一种。自 从 1 9 8 9 年美国纽柯公司 在克劳福兹维尔建设第 1 条 C S P生产线以来， 不 仅在产能方面， 而且在技术内涵方面都有了很大 的发展。图2 从产能和产品质量综合指数两个方 面将 C S P 与其他轧钢工艺作了比较-3 J 。图中横坐 标取一个无量纲的数来表征产品的厚度、 宽度、 钢 种、 轧制规程以及质量在内的综合情况。由图2 可 以看到， 第 1 代和第 2 代 C S P的综合指数基本与高 效率的连轧机相当， 只是产能上还有一段差距。 除 S M S 外 ， 还有4 个公司相继开发了具有自 己特色的薄板坯连铸连轧生产线。 即原 D M H公司 的 I S P 、 D a n i e l i 的 F I S C 、 S u m i t o m o的 Q S P 及 V A I 的 日 二 宝 ＼ R 刊 图 2 C S P与传统工艺的比较 F i g ． 2 C o m p a r i s o n b e t w e e n C S P a n d c o n v e n ti o n a l t e c h n o l o g l e s C O N R O L L 。 对薄板坯连铸连轧技术的理论和实践 都做出了相应的贡献。据统计， 到 2 0 0 4 年初， 全 球共有 3 5 条薄板坯连铸连轧生产线， 年产能力近 5 8 o 0 万 t 。包括 C S P 2 1 条， I S P 5条， F I S C 4 条， Q S P 3 条， C O N R O L L 2 条。其中美国9 条。 年产能 力1 4 2 0 万 t ， 包括 C S P 6条， Q S P 2条， C O N R O L L 1 条。中国 7条 ， 年产能力1 4 4 2 万 t ， 包括 C S P 5 条 ， F T S C 1 条及 A S P C O N R O L L 1 条。目前中国还在 建 5 条， 年产能力1 0 7 5 万 t ， 包括 C S P 2 条， F I S C 2 条， ASP C O N R O L L 1 条。在未来 2 ～ 3 年内， 中国 将成为世界上拥有薄板坯连铸连轧薄板生产线最 多的国家。 1 ． 1 品种开发 对于 C S P流程能够生产什么样的钢种， 从 S M S 公司在不同时期的介绍来看， 从低碳、 中碳到 高碳 ， 从结构、 弹簧、 工具、 电工到不锈钢均可生 产。但是如果进一步了解和分析 1 5 年来投产的 C S P 流程及其他类型连铸连轧流程生产线的品种 结构， 其生产的主要产品为低碳软钢和 H s L A钢。 包括焊接用细晶粒结构钢、 管线钢、 成形性好的 H S L A钢及耐候钢。正在开发的品种有 1 E C C 、 U C C和 Ⅱ 1 软钢； 2 高强度多相钢 D P和 1 ] 日 钢； 3 X 8 0 级管线钢。 表 2 指出了这些品种 的工艺特点和性能要 求。由于大多数薄板坯连铸连轧生产厂在建设之 初， 为减少投资没有考虑真空精炼， 因此必须增加 高效率的真空处理条件。对于第 l 类产品。 实现 铁素体轧制是一个方向， 对解决轧制较薄规格时 的温度控制、 改善产品表面质量、 减少工作辊的磨 损和节约输出辊道上冷却水的消耗都有很好效 果。对第 2 、 3 类产品除了钢质纯净以外， 恰当地 设计热机械加工的参数对保证组织和性能有决定 意义。 与传统连轧机组相比， 薄板坯连铸连轧生产 表 2 C S P流程正在开发 品种 的T艺特点和性能要求 Ta b l e 2 Te c h n o l o g y f e a t u r e s a n d p r o p e r t y r e q u i r e me n t s o f d e v e l o p i n g g r a d e s b y C S P p r o c e s s 器 台 L C 、 Ⅲ 系 列 嘉 精 炼 、 铁 素 体 优 良 的 成 形 性 的 软 钢 轧 制 骞 翥 相 钢 坤热 机 械 加 工 的 成 形 性 和 高 高 强 度 管 线 钢 黔精 炼 、 热 机 械寝 蓑 星 x s 0 ti d y _ _ 一 莲 蓬 辱 搓 ＼ 删蛞罄 乙 L 维普资讯 第 2 期 王 祖滨等 H S L A 钢冶金工艺技术的进展 3- 线已经将可能轧制厚度的下限以及适宜轧制规格 范围显著下移， 开发薄规格品种以热代冷已成为 产品发展的一项重要趋势。 1 ． 2 工艺优化 尽管各种类型的生产线在板坯的厚度、 均温 及保温方式、 粗轧、 精轧及冷却的配置等方面有所 不同， 但都具有以下的冶金特点 1 薄板坯较高的凝 固速率改进了铸造组 织， 宏观偏析较少， 二次枝晶间距较小。热轧带钢 具有较好的组织均匀性。 2 薄板坯总是以直接热装的方式进行轧 制， 因此进连轧机时的奥氏体晶粒比较粗大。粗 的奥氏体晶粒具有阻碍再结晶的作用。但是微合 金元素的固溶比较充分， 析出强化的效果较好。 此外还应注意到， 由于结晶器的厚宽比较小， 常规板坯铸造过程中易产生的缺陷， 在薄板坯连 铸时更容易产生而且程度更为严重， 因此对钢水 纯净度的要求更高。 对于 H S L A钢生产， 合理地选择轧机的道次 规程， 每一道次的变形量尽可能进行有效的分配， 对控制材料的组织和性能有重要的意义。 一 般来说， 轧机需完成 2项任务 首先， 树枝 状的铸态组织必须压实， 而且转变成均匀的、 再结 晶组织。为完成这项任务， 部分形变 e 需在 T T n r 温度时进行。其次， 奥氏体被加工以获得 T M ． c P 效应。为此目的， 部分形变 e 必须在 T 7 n n规程 1 5 04 0 0 7 3 0 随厚度不同可到2 o 5 4 06 2 0 7 9 0 7 3 0℃。由H u l k a 等开发的管线钢的高温加 工 H 】P 工艺， 提高了热加工温度区间， 给不能在 进行强的热机械轧制的炉卷轧机上生产高强度韧 性管线钢创造了有利条件 ] 。 该工艺的合金设计的基本思路是当奥氏体中 固溶铌量增加时， 可以观察到延迟奥氏体再结晶 温度显著提高， 所以在较高的温度就可以获得热 机械控制轧制的效果。钛比铌与氮有更高的亲和 力， 当氮被钛固定以后， 降低碳含量， 可防止碳氮 化铌的生成， 板坯加热时更多的铌量就容易溶解 到奥氏体中。 根据上述思路设计 了一种 0 ． 0 3 ％ ～0 ． 1 0 ％ N b ． 1 ． 7 5 ％M n经 过T i ／ N处理 的 I- 1 T P钢。粗 轧 之 后， 待温度降低到 9 0 0 oC 左右进行非再结晶区精 轧， 终轧温度为 8 2 0℃， 比常规热机械处理管线钢 厚板的终轧温度约高 1 0 0 o C 。显著减轻了轧机的 负荷， 并且使钢板获得极好的韧性和可焊性。 3 结语 用薄板坯连铸连轧及中厚板坯炉卷轧制工 艺， 可以生产包括高强度管线钢在内的所有低合 金高强度钢品种。根据工艺特点提出的成分设计 和工艺优化方面的思路和对策， 有助于获得更好 的综合性能。 参考文献 1 王祖滨． 低合金钢和微合金钢的发展 ． 中国冶金 。 1 9 9 9 3 4 2 Mt l s s h e n b o m W， I ml a u K P， Me y e r L， e t a 1 ． R e c e n t De v e l o p me n t s i n P I l c a l Me t a l l u r g y a n d P r o c e s s i n g Te c h n o l o g y o f Mi c r o a l l o y e d F l a t R o l l e d S t e e l s ， Mi e r o dl o y i n g ’9 5， P i t t s b u r g h， 1 9 9 5． 3 K n e p p e G． F o u r Ma j o r T e c h n o l o g y D e v e l o p m e n t s ， R e p r e s e n t i n g o a r I n - n o v a t i o n s f o r Ho t R o ll i n g Mil l s ， S MS De ma g F o r u m i n l t s s e n a o r f ， 2 0 01 4 H e m e r K ． 扩大 C S P产品应用领域 ， 挑战 C S P 材料性能， S M S I M m a g 2 0 0 0 C S P 研讨会论文集， 2 0 0 0 5 D e Ar d o A J ， G a r c i a C I 。 T o k a r z C． e t a 1 ． C S P A n E x a mp l e o f Ne w S t e e l P r o c e s s i n g R o t u e s ． 马钢 C S P 研讨会论文。 2 0 0 3 6 王祖滨， 侯豁然． 炉卷轧机生产高强度微合金钢 ． 中国冶金， 2 0 0 4 3 7 C o n i m L E， B a r a g a r D L ， K o s fi c M M， e t a 1 ． X 7 0和 X 8 0输气 管线 钢炉卷轧机生产工艺优化 ． 微合金化技术， 2 0 0 2 2 8 H u l k a K ， G r a y J M． 管线钢的高温加工。 铌． 科学与技术 ． 北京 冶金工业出版社 ， 2 0 0 3 王祖 滨 1 9 3 5 ． ， 男， 教授， 高级工程师， 1 9 5 8 年莫斯科钢 铁学院毕业。从事低合金高强度钢研究和开发。 收稿 日期 2 0 0 5 0 8 ． 0 1 维普资讯