關(guān)春立1，2，韓立海2

( 1． 東北大學(xué) 材料與冶金學(xué)院，遼寧 沈陽 110819 ; 2． 通化鋼鐵集團有限公司 煉軋廠，吉林 通化 134003)

摘  要: 通化鋼鐵集團有限公司 FTSR 薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線采用硼微合金化低碳軟鋼技術(shù)，嚴格控制鋼水化學(xué)成分、成品氮含量、優(yōu)化連鑄和軋制工藝等，成功開發(fā)硼微合金化鋼 TG270，并替代低碳冷軋基料 SPHC 板卷，產(chǎn)品質(zhì)量和力學(xué)性能均達到用戶要求。

關(guān)鍵詞: FTSR; 硼微合金化; 以熱代冷

薄板坯連鑄連軋技術(shù)自 1989 年投入生產(chǎn)以來，得到了很快的發(fā)展。在冶金工業(yè)節(jié)能降耗、提高附加值的發(fā)展趨勢下，開發(fā)以熱軋代替冷軋新產(chǎn)品，進一步開發(fā)產(chǎn)品的新市場非常必要［1］。目前，通化鋼鐵集團有限公司( 以下簡稱“通鋼”) 當前生產(chǎn)的用于冷軋的 SPHC 熱軋板卷屈服強度較高，不能滿足“以熱代冷”產(chǎn)品—熱軋酸洗涂油板( P/O 板) 的技術(shù)要求，而國外對用傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)加硼低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼降低屈服強度已進行了相應(yīng)的研究［2］，所以在滿足用戶對板材產(chǎn)品表面質(zhì)量和成形性能要求的前提下，借鑒國內(nèi) SPHC 鋼硼微合金化的研究［3］和生產(chǎn)試驗，2006—2007 年通鋼采用硼微合金化低碳軟鋼技術(shù)，開發(fā)生產(chǎn)硼

微合金化鋼 TG270 替代低碳冷軋基料 SPHC 板卷，降低了熱軋板卷的屈服強度，達到 CQ 級板的標準要求，實現(xiàn)“以熱代冷”，降低了工序能耗和環(huán)境污染，節(jié)約了生產(chǎn)成本。

1 FTSR 生產(chǎn)線概況

通鋼薄板坯連鑄連軋 FTSR 生產(chǎn)線主要包括: 意大利達涅利公司的 FTSR 薄板坯連鑄機、美國布里克蒙公司的輥底式均熱爐、日本三菱公司的“2R + 5F”模式1 710 mm 熱連軋機組。單流FTSC 薄板坯連鑄機于 2005 年 10 月 18 日一次性熱試成功，并在 2005 年 12 月 5 日全線投產(chǎn)貫通。該生產(chǎn)線采用了一系列薄規(guī)格板帶生產(chǎn)的前沿技術(shù)，如: 連鑄動態(tài)軟壓下、結(jié)晶器漏鋼預(yù)報系統(tǒng)、鐵素體軋制技術(shù)等。

2 低碳鋼硼微合金化的軟化機理

熱軋板的屈服強度受鋼水中自由氮含量的影響非常大，鋼水中 20 × 10－ 6的自由 w( N) 就可以使屈服強度提高約 10 MPa，采取相應(yīng)的措施固定鋼水中的自由氮可以達到降低熱軋板的屈服強度的目的。

由圖 1 可以看出，在相同溫度、相同氮含量下，硼在鋼中的固溶度要遠小于鋁，并且硼和氮在鋼中的擴散速率幾乎相同，而鋁在鋼中擴散速率大概是硼和氮的 1/10，由此可見，硼和鋁相比，硼在鋼中更容易與鋼水中的自由氮結(jié)合，即鋼中硼和氮生成 BN 要比鋁與氮生成 AlN 更容易，所以硼與氮很容易從基體中脫溶。因此，將一定量的硼加入鋼水中，并且控制鋼中 w( B) /w( N) ，可以使鋼中自由 N 的含量明顯降低，從而使熱軋板的屈服強度降低［6］。

根據(jù)文獻［7-10］介紹，加硼微合金化后熱軋板卷晶粒明顯粗大化，主要是因為硼微合金化鋼中 BN 和 AlN 的標準吉布斯能關(guān)系為 ΔG0BN＜ ΔG0AlN，所以 BN 優(yōu)先于 AlN 析出，即粗大 BN顆粒優(yōu)先形成，同時 BN 的優(yōu)先析出在一定程度上也抑制了鋼中細小 AlN 的析出，使得加硼鋼中 AlN 的析出量要比不加硼鋼少，進而降低了AlN 在晶界的釘扎作用，降低了 AlN 析出強化對屈服強度的貢獻，同時由于 B 元素在奧氏體晶界的偏聚，也抑制了鐵素體形核。綜上，熱軋板屈服強度降低的主要原因是晶粒的粗大化，即粗大 BN 顆粒的優(yōu)先析出抑制了鋼中細小 AlN的析出。

3 以熱代冷產(chǎn)品的工藝技術(shù)控制

TG270 鋼主要在原有 SPHC 鋼生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)上進行硼微合金化，通過優(yōu)化鋼水化學(xué)成分、優(yōu)化連鑄連軋工藝，降低熱軋卷板的屈服強度。使得在原有 SPHC 鋼生產(chǎn)技術(shù)基礎(chǔ)上優(yōu)化的 TG270 熱軋板卷符合 CQ 級冷軋薄板要求，達到以熱代冷的目的。

3． 1 TG270 鋼生產(chǎn)工藝路線

通鋼生產(chǎn) TG270 鋼的工藝路線如下: 鐵水倒罐站或混鐵爐→鐵水預(yù)處理→120 t 轉(zhuǎn)爐→氬站→LF→FTSC 薄板坯連鑄機→輥底式加熱爐→粗軋機→精軋機→層流冷卻→地下卷取機→檢驗入庫。

3． 2 試驗內(nèi)容

TG270 鋼種先后進行了 4 個批次的生產(chǎn)，生產(chǎn)方案主要針對煉鋼、精煉、連鑄、軋制各工藝進行試驗和調(diào)整，共生產(chǎn)了4 個澆次31 爐，累計澆鋼量4 650 t，生產(chǎn)概況見表 1。生產(chǎn)過程中每一爐鋼分別在轉(zhuǎn)爐吹煉終點，氬站，精煉處理前、中、末期，連鑄大包剩余 70 t 時取樣分析( 共31 個) ，檢測鋼水成分，并且按澆次分為 4 組; 同時在精煉和連鑄工序過程中取氮樣分析鋼水中氮含量( 共 17 個) 。試驗主要通過調(diào)整鋼水的成分、合金加入量、鋼水的過熱度、連鑄和軋制的工藝參數(shù)，以及連澆過程中采用保護澆鑄等措施優(yōu)化生產(chǎn)，最終實現(xiàn)了 TG270 硼微合金化鋼的批量生產(chǎn)。

3． 3 工藝過程控制要點

3． 3． 1 LF 精煉過程全鋁含量控制

鋁不單純是冷軋用鋼極好的脫氧劑，而且是影響該鋼種 r 值的重要元素，它的使用又易引起增硅，這要求精煉頂渣 w( SiO2) 濃度小，同時對鋁的用量和用法進行控制。LF 出站時 31 個試樣w( Alt) 、w( AlS) 分別為0． 027 % 、0． 025 % ，w( Alt) 主要分布在0． 02 % ～ 0． 03 % ，如圖 2 所示。

試驗中為控制全鋁采取的主要措施包括: 1)減少轉(zhuǎn)爐出鋼時的下渣量，可以節(jié)省鋁用量和縮短精煉時間。2) 轉(zhuǎn)爐爐后采用弱脫氧，降低精煉進站鋼水硫含量，Alt達到要求含量范圍在 LF 精煉末期完成，嚴格控制底吹氬強度，避免精煉后期的增硅、吸氮和鋁的燒損。3) 調(diào)整硼合金中鋁含量，有利于鋼水中 Alt含量的穩(wěn)定控制。

3． 3． 2 硅含量的控制

4 次試驗的精煉出站鋼水硅含量分布如圖 3所示，精煉出站時 31 個試樣的 w( Si) 平均為0． 038 % ，除第 2 組和其他組少數(shù)爐次，w( Si) 基本控制在0． 04 % 以下，尤其是最后 1 組 w( Si) 除第 4 爐基本控制0． 02 % 以下。由于鋼中硅含量顯著影響板材的力學(xué)性能及鍍鋅質(zhì)量，硅含量偏高與屈服強度較高是一致的，因此控制增硅是生產(chǎn)冷軋用低碳、低硅鋼的一項關(guān)鍵任務(wù)。

實際生產(chǎn)中，必須根據(jù)鋼水的進站條件，首先決定 LF 爐的脫氧和脫硫負荷，再綜合考慮頂渣的成渣路線和出站頂渣成分的優(yōu)化設(shè)計。防止增硅措施如下: 1) 控制進站鋼水 S 含量，減輕 LF 脫硫負擔(dān); 2) 提高原材料質(zhì)量，降低原、輔料 SiO2含量; 3) 控制轉(zhuǎn)爐下渣，做到下渣量小于 4kg/t 鋼;4) 適當增加爐后石灰用量，稀釋頂渣 SiO2濃度;5) 白渣形成后，避免氬氣強攪拌; 6) 調(diào)整酸溶鋁達到要求的含量。

3． 3． 3 氮含量的控制

4 次試驗過程中，通過全程控制增氮工藝，根據(jù)中間包取的 17 個氮樣，鋼水 w( N) 大多分布在( 30 ～55) ×10－ 6，平均值為41． 53 × 10－ 6，中包鋼水氮含量的分布如圖 4 所示，鋼水氮含量控制水平可以滿足本鋼種的需要。

3． 3． 4 連鑄工藝改進

硼微合金化低碳軟鋼技術(shù)在試驗初期，鋼的屈服強度得到了有效降低，但是熱軋板產(chǎn)生的邊裂較多，熱軋板發(fā)生邊裂主要是源于連鑄坯存在邊部、角部裂紋。

相變過程中鋼中碳氮化物在晶界的析出是造成鑄坯產(chǎn)生窄邊裂紋的主要原因之一，其主要是鑄坯在矯直的過程中鑄坯溫度大多處在 700 ～900 ℃ ，在這個溫度范圍內(nèi)鑄坯的熱塑性很差，屬于第Ⅲ脆性區(qū)容易產(chǎn)生裂紋，而這一現(xiàn)象是由于鋼中碳氮化合物在晶界析出造成的，所以控制鋼水中氮含量可以在一定程度上可以控制窄邊裂紋的產(chǎn)生。

生產(chǎn)過程中，為了降低鋼水中氮含量提高板卷質(zhì)量，連鑄過程中采取了全程保護澆鑄，尤其是優(yōu)化了大包長水口結(jié)構(gòu)。經(jīng)過連鑄工藝一系列的措施，中間包鋼水平均 w( N) 已經(jīng)控制在 50 ×10－ 6以下; 同時改造了連軋機組側(cè)噴，使得板帶邊部的溫度提高，進而均勻板帶在軋制過程中溫度。通過以上措施，解決了 TG270 鋼熱軋板出現(xiàn)的邊裂缺陷的質(zhì)量問題，同時也進一步提高了熱軋板的性能。

3． 3． 5 軋制生產(chǎn)工藝過程控制

根據(jù) TG270 鋼的性能要求以及 FTSR 生產(chǎn)線的工藝特點，探索總結(jié)出該鋼種的軋制工藝參數(shù)，具體參數(shù)見表 2。

4 以熱代冷產(chǎn)品性能

4． 1 TG270 鋼化學(xué)成分

TG270 鋼的試驗成分見表 3。

4． 2 SPHC 和 TG270 鋼組織結(jié)構(gòu)對比

軋制后 SPHC 和 TG270 兩種鋼板的組織結(jié)構(gòu)如圖 5 所示，可以看出兩種鋼板的組織結(jié)構(gòu)存在差異，其中硼微合金化鋼板的晶粒明顯粗大。

4． 3 TG270 產(chǎn)品力學(xué)性能

4 批次的熱軋板力學(xué)性能與通鋼生產(chǎn)的 50爐 SPHC 的力學(xué)性能比較見表 4?？梢钥闯?，通過硼微合金化技術(shù)生產(chǎn)的 TG270 鋼卷，經(jīng)時效48 h 后，其屈服強度的平均值為241． 9 MPa，抗拉強度平均值為330． 9 MPa，伸長率平均值為48． 9 % ，與 SPHC 鋼板的屈服強度、抗拉強度相比分別降低了62． 1、52． 1 MPa，伸長率提高了8． 15 % 。從表 4 還可以看出經(jīng)過硼微合金化后的 TG270 鋼的力學(xué)性能完全達到要求。因此，通鋼具備了批量化生產(chǎn)硼微合金化鋼 TG270 以熱代冷沖壓用板帶的能力，該鋼種具有廣闊的市場前景。通過對產(chǎn)品跟蹤調(diào)查和用戶反饋的信息，鋼卷酸洗冷軋后板形平整、表面良好、無麻坑和翹皮、無裂紋。厚度負偏差控制偏于下限。寬度正公差平均 12 ～ 20 mm。用戶對產(chǎn)品的表面質(zhì)量、板形、幾何尺寸、機械性能均很滿意。

5 結(jié) 論

1) 鋼水中鋁、硅、氮含量的控制、熱軋板邊裂的控制、軋制參數(shù)的確定是開發(fā)硼微合金化鋼TG270 的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。

2) 采用硼微合金化低碳軟鋼技術(shù)，開發(fā)生產(chǎn)硼微合金化鋼 TG270，熱軋板產(chǎn)品經(jīng)時效48 h后，其屈服強度的平均值為241． 9 MPa，抗拉強度的 平 均 值 為 330． 9 MPa，伸 長 率 平 均 為48． 9 % ，與 SPHC 鋼板的屈服強度、抗拉強度相比分別降低了62． 1、52． 1 MPa，伸長率提高了8． 15 % ，可以替代低碳冷軋基料 SPHC，實現(xiàn)“以熱代冷”。

3) 確定了生產(chǎn) TG270 鋼各工序的生產(chǎn)工藝參數(shù)，并采取了相應(yīng)的措施保證產(chǎn)品的質(zhì)量和力學(xué)性能，為通鋼批量生產(chǎn) TG270 鋼提供了有力的支撐。

4) 自 2008 年產(chǎn)品批量生產(chǎn)以后，根據(jù)產(chǎn)品跟蹤調(diào)查結(jié)果，TG270 熱軋板產(chǎn)品的表面質(zhì)量、板形、幾何尺寸、機械性能均可滿足用戶的使用要求。

參 考 文 獻

［1］   王天義． 薄板坯連鑄連軋工藝技術(shù)實踐［M］． 北京: 冶金工業(yè)出版社． 2009: 309．

［2］   Takahashi N，shibata M． Technology of continuous annealed cold-rolled sheet steel［C］/ / Proceedings of a symposium spon-sored by the Heat Treatment and Ferrous Metallurgy committees of the Metallurgical Society of AIME ，Warrendale，PA: 1984:133．

［3］  范鼎東，張建平，肖麗俊，等． 硼微合金化對 SPHC 鋼組織、析出物以及屈服強度的影響［J］． 鋼鐵，2006，41( 9) : 60-64．

［4］  徐志榮，顏慧成，仇圣桃，等． 冷軋用 SPHC 鋼硼微合金化工藝實踐［J］． 特殊鋼，2006，27( 5) : 53-54．

［5］  干勇，仇圣桃，張慧． 硼微合金化在 TSCR 工藝生產(chǎn) SPHC鋼板中的應(yīng)用［C］/ /2005 年中國鋼鐵年會論文集，2005: 3．

［6］  王曉春． 低碳硼微合金化鋼開發(fā)［D］． 沈陽: 東北大學(xué)，2008．

［7］  仇圣桃，肖麗俊，劉家琪，等． 薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)含硼低碳熱軋帶鋼的軟化機理［J］． 金屬學(xué)報，2006，42 ( 11) :1205-1206．

［8］  景欽廣，康永林，孫建林，等． CSP 工藝生產(chǎn)硼微合金化SPHD 板的組織性能［J］． 北京科技大學(xué)學(xué)報，2007，29( 10) : 989-993．

［9］  王小燕，肖麗俊，仇圣桃，等． 硼微合金化對 CSP 生產(chǎn)低碳鋁鎮(zhèn)定鋼帶力學(xué)性能的影響［J］． 中國冶金，2006，16( 7) :27-31．

［10］  郭亞東，肖麗俊，仇圣桃，等． TSCR 工藝生產(chǎn) SPHC 板過程硼微合金化對 AlN、MnS 析出的影響［J］． 鋼鐵研究學(xué)報，2007，19( 7) : 25-27．