李具中，杜秀峰，王春鋒，劉先同，吳維軒，朱志強(qiáng)

目前，薄規(guī)格高強(qiáng)鋼因其能在滿足安全要求的同時(shí)達(dá)到減重、降耗、減排的目的，成為新一代環(huán)境友好型材料，市場(chǎng)應(yīng)用前景廣闊。常規(guī)熱軋產(chǎn)品受鑄坯厚度制約，其帶鋼厚度在1.6mm以上；薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線因鑄坯厚度薄，已能批量生產(chǎn)厚度在1.0mm～1.5mm的熱軋薄帶鋼，但其屈服強(qiáng)度級(jí)別主要為235MPa或345MPa。屈服強(qiáng)度550MPa以上、厚度2.0mm以下的薄規(guī)格高強(qiáng)鋼目前主要還是依靠冷軋，因此，開(kāi)展熱軋高強(qiáng)薄材的品種開(kāi)發(fā)，有利于提高CSP產(chǎn)線產(chǎn)品的綜合競(jìng)爭(zhēng)力。

工藝優(yōu)勢(shì)與技術(shù)考驗(yàn)

為適應(yīng)高強(qiáng)薄材的生產(chǎn)，武鋼CSP產(chǎn)線進(jìn)行了相關(guān)工藝設(shè)計(jì)創(chuàng)新，主要表現(xiàn)在：均熱爐設(shè)備均按較高出坯溫度設(shè)計(jì)，比同類CSP產(chǎn)線高100℃左右；為保證薄材生產(chǎn)負(fù)荷的均衡分配，特意配置了大能力七機(jī)架熱連軋機(jī)；為了滿足高強(qiáng)度薄材控軋控冷工藝的需要，層冷冷卻為分段式冷卻，具備5種冷卻方式；為實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度鋼的卷取，保證卷形，配置了大功率的卷取機(jī)。

CSP開(kāi)發(fā)高強(qiáng)薄材的主要工藝技術(shù)

成分的設(shè)計(jì)和工藝流程選擇。根據(jù)CSP產(chǎn)線的工藝特點(diǎn)，考慮現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)穩(wěn)定性和帶鋼的焊接與成型性能，其主要成分設(shè)計(jì)參照以下原則：為回避結(jié)晶器內(nèi)鋼水包晶反應(yīng)給鑄機(jī)澆鑄過(guò)程帶來(lái)的漏鋼風(fēng)險(xiǎn)，通過(guò)中碳和低碳成分體系的對(duì)比工藝試驗(yàn)結(jié)果，選擇低碳成分體系（C：0.03%～0.07%）；為保證薄材軋制過(guò)程穩(wěn)定，選擇高溫控軋合金元素Ti，采用高Ti輔助添加一定量的Cr、V成分，取消Nb、Mo等合金元素，以降低軋制負(fù)荷，同時(shí)利用細(xì)晶強(qiáng)化和TiC的析出強(qiáng)化作用保證帶鋼的強(qiáng)度（Ti：0.03%～0.15%）；Mn和Si為主要固溶強(qiáng)化元素，但Si、Mn加入會(huì)增加高溫軋制負(fù)荷，且Mn過(guò)高導(dǎo)致珠光體條帶的形成，Si過(guò)高不利于表面氧化鐵皮的去除，因此，Mn含量控制在1.3%～1.9%，Si含量控制在0.1%～0.4%。同時(shí)，為保證產(chǎn)品的成型和焊接性能，充分發(fā)揮Ti的微合金化作用，對(duì)鋼中有害元素P、S、N等元素含量提出嚴(yán)格要求。

在工藝流程的選擇方面，武鋼根據(jù)LF和RH工藝成分控制的特點(diǎn)，綜合考慮鋼種化學(xué)成分特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的實(shí)際狀況，將LF+RH雙聯(lián)工藝作為高強(qiáng)鋼批量生產(chǎn)的工藝路線。因?yàn)長(zhǎng)F+RH工藝即雙聯(lián)工藝的合金收得率和成分命中率高，且過(guò)程增氮少、成品氮低，對(duì)過(guò)程成分控制更有利。

夾雜物及改質(zhì)處理技術(shù)。鑒于鈦對(duì)改善鋼材性能方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，且從經(jīng)濟(jì)效益方面考慮，為提高鈦收得率，高強(qiáng)鋼采用先加A1進(jìn)行預(yù)脫氧，再加入Ti進(jìn)行微合金化處理。為提高連澆爐數(shù)，武鋼還對(duì)精煉工藝進(jìn)行了部分調(diào)整，在RH鋼水精煉結(jié)束后對(duì)鋼水進(jìn)行微鈣處理，達(dá)到對(duì)鋼中A12O3夾雜進(jìn)行變性的目的，以減少鋼中大顆粒夾雜、提高鋼水質(zhì)量和可澆性，通過(guò)輕鈣處理工藝后，連澆爐數(shù)由4爐提高至7爐。

穩(wěn)定澆鋼技術(shù)。這主要包括鑄機(jī)漏鋼控制技術(shù)和鑄坯質(zhì)量控制技術(shù)。

在鑄機(jī)漏鋼控制技術(shù)方面，武鋼在試生產(chǎn)WYS700的過(guò)程中，漏鋼事故主要為開(kāi)澆階段的縱裂漏鋼和正常澆鋼階段的粘連漏鋼。

開(kāi)澆時(shí)縱裂漏鋼的控制。開(kāi)澆縱裂漏鋼發(fā)生時(shí)，澆鑄長(zhǎng)度一般為5m～9m，鑄坯未出扇形段（10.25m），漏鋼發(fā)生在出結(jié)晶器后的扇形1段內(nèi)。發(fā)生漏鋼的部位先是出現(xiàn)了縱向凹陷，凹陷加重后形成縱裂，直至漏鋼?？v向凹陷部位晶粒較正常部位明顯粗化。開(kāi)澆縱裂漏鋼的主要原因有：開(kāi)澆鋼水的過(guò)熱度高，起步拉速偏高，二冷強(qiáng)度大以及鋼水的碳含量接近包晶鋼范圍（0.07%～0.17%）。

開(kāi)澆鋼水的過(guò)熱度及起步拉速優(yōu)化。薄板坯的凝固過(guò)程屬于快速凝固，由于冷卻速率快，其包晶反應(yīng)區(qū)域和包晶點(diǎn)的位置會(huì)發(fā)生變化。對(duì)于WYS700鋼種，碳含量范圍為0.03%～0.07%，由于合金元素的加入，其碳當(dāng)量范圍在0.05%～0.09%，已經(jīng)進(jìn)入包晶區(qū)。高溫澆鑄更容易因?yàn)榘Х磻?yīng)以及熱收縮的加劇而導(dǎo)致坯殼收縮加劇，坯殼與結(jié)晶器脫離導(dǎo)致傳熱不均勻，傳熱差的地方就會(huì)形成凹陷及裂紋。

二冷水的優(yōu)化。由于WYS700的成分設(shè)計(jì)，液固兩相溫度差較大，約為30℃，是普碳鋼的2倍，兩相區(qū)較寬。因此，該鋼種在澆鑄過(guò)程中容易出現(xiàn)冷卻不足而導(dǎo)致鑄坯在扇形段內(nèi)出現(xiàn)鼓肚，從而引起結(jié)晶器液面波動(dòng)。如果二次冷卻太強(qiáng)，又會(huì)導(dǎo)致結(jié)晶器內(nèi)形成的鑄坯凹陷、縱裂等缺陷嚴(yán)重?cái)U(kuò)展甚至漏鋼。因此，二冷的合適控制很重要。

倒錐度的優(yōu)化。對(duì)于WYS700，由于包晶反應(yīng)凝固收縮大，倒錐度過(guò)小，鑄坯窄邊得不到結(jié)晶器的支撐，寬邊坯殼會(huì)因鋼水靜壓力產(chǎn)生縱裂紋，但如果倒錐度過(guò)大，又會(huì)導(dǎo)致已經(jīng)形成的鑄坯凹陷加劇。

正常澆鋼時(shí)粘連漏鋼的控制。WYS700在澆鋼時(shí)發(fā)生粘連的部位在鑄坯的兩個(gè)寬面的中心。漏鋼發(fā)生后，結(jié)晶器內(nèi)通常留有“V”形的坯殼，結(jié)晶器下方的扇形1段上面有大量殘鋼。WYS700的粘連漏鋼主要受保護(hù)渣變性、結(jié)晶器流場(chǎng)的影響。

保護(hù)渣的優(yōu)化。為控制粘連漏鋼，他們對(duì)保護(hù)渣進(jìn)行了優(yōu)化。優(yōu)化后的保護(hù)渣，堿度、黏度、熔點(diǎn)降低，而熱流、耗量增加。堿度降低后，熱流增加，有利于坯殼厚度的增加，增強(qiáng)坯殼強(qiáng)度，以抵抗保護(hù)渣潤(rùn)滑效果變差后摩擦力的增加。黏度、熔點(diǎn)的降低，有利于緩解液渣中Ti氧化物增加導(dǎo)致保護(hù)渣變黏，惡化保護(hù)渣的潤(rùn)滑，同時(shí)，黏度、熔點(diǎn)降低后，保護(hù)渣的耗量增加，有利于保護(hù)渣變性后的及時(shí)更新，防止保護(hù)渣變性加重。

結(jié)晶器流場(chǎng)的優(yōu)化。武鋼CSP連鑄機(jī)主要采用的是兩種類型的水口，分別為Ⅰ型和Ⅱ型，使用Ⅰ型水口粘連漏鋼率大幅提高。其原因應(yīng)是Ⅰ型SEN的流場(chǎng)上回流較Ⅱ型SEN弱，一方面，不利于鋼水與保護(hù)渣的換熱，熔化效果變差；另一方面，也不利于吸附了Ti氧化物的液渣的更新、消耗，導(dǎo)致液渣中含Ti的氧化物含量增多，保護(hù)渣的析晶作用導(dǎo)致傳熱性能變差。二者共同作用，惡化了保護(hù)渣的熔化潤(rùn)滑和傳熱，促進(jìn)了粘連的發(fā)生。除了對(duì)保護(hù)渣及浸入式水口進(jìn)行優(yōu)化外，他們針對(duì)此鋼種在生產(chǎn)過(guò)程中結(jié)晶器內(nèi)熱電偶的溫度變化特點(diǎn)，優(yōu)化了漏鋼預(yù)報(bào)軟件系統(tǒng)的參數(shù)，使粘連現(xiàn)象發(fā)生后能及時(shí)、準(zhǔn)確預(yù)報(bào)，自動(dòng)緊急降速?gòu)亩苊饴╀?。通過(guò)采取上述綜合措施，武鋼CSP連鑄機(jī)在生產(chǎn)WYS700時(shí)，漏鋼事故大幅減少，綜合漏鋼率從1.9%降至0.35%。

在鑄坯質(zhì)量控制技術(shù)方面，由于WYS700的成分設(shè)計(jì)，以及采用CSP薄板坯連鑄工藝，生產(chǎn)出的WYS700的鑄坯極易出現(xiàn)夾雜、縱裂和橫裂等質(zhì)量缺陷。

為降低鑄坯夾雜缺陷，武鋼CSP除了做好夾雜物變性技術(shù)的攻關(guān)外，還要求嚴(yán)格做好澆鑄過(guò)程中的保護(hù)澆鑄。如果保護(hù)澆鑄做得不到位，二次氧化產(chǎn)生的夾雜物就會(huì)尺寸大，數(shù)量多。為此，生產(chǎn)人員采取了以下嚴(yán)格的全程保護(hù)澆鑄措施：大包加蓋保溫密封；長(zhǎng)水口采用專用石棉碗，并吹氬氣密封澆鑄；開(kāi)澆前對(duì)中包進(jìn)行吹掃，清理包內(nèi)殘留物并進(jìn)行氬氣置換，全程氬氣保護(hù)澆鑄；每爐連澆進(jìn)行中包排渣操作，并添加中包覆蓋劑；澆鑄過(guò)程中保持中包滿包澆鑄，促進(jìn)夾雜物的上浮去除。

為減少鑄坯縱裂、橫裂缺陷，武鋼CSP通過(guò)綜合措施進(jìn)行控制，如精準(zhǔn)控制鋼中碳含量在0.04%~0.06%，硫含量不超過(guò)0.005%，控制鋼水過(guò)熱度在18℃~38℃范圍內(nèi)恒速澆鋼，優(yōu)化二冷配水，控制結(jié)晶器內(nèi)液位波動(dòng)在±2mm范圍內(nèi)，控制結(jié)晶器弱冷，寬窄面冷卻水流量降低5%~8%，控制進(jìn)水溫度在35℃~42℃，保證結(jié)晶器窄、寬邊的熱流比在50%~90%的范圍內(nèi)等。通過(guò)技術(shù)攻關(guān)，武鋼CSP鑄坯的質(zhì)量得到了顯著提升。

薄規(guī)格高強(qiáng)鋼的性能與應(yīng)用

武鋼CSP產(chǎn)線開(kāi)發(fā)的批量高強(qiáng)鋼力學(xué)性能情況見(jiàn)附表，其薄規(guī)格高強(qiáng)鋼已經(jīng)形成耐候和非耐候兩大系列，厚度為1.2mm~3.0mm，屈服強(qiáng)度為500MPa～700MPa，具有厚度精度高、性能均勻、成型性好、板形平直和表面質(zhì)量?jī)?yōu)良等優(yōu)點(diǎn)。

非耐候系列主要應(yīng)用于汽車制造領(lǐng)域，其中厚度1.2mm、屈服強(qiáng)度700MPa的產(chǎn)品被大型客車生產(chǎn)企業(yè)用以替代同等強(qiáng)度級(jí)別冷軋板，主要用于制作安全結(jié)構(gòu)部件，為該行業(yè)大幅降低采購(gòu)成本。其他規(guī)格和強(qiáng)度的產(chǎn)品被載重汽車生產(chǎn)企業(yè)用來(lái)替代原先的厚規(guī)格、低強(qiáng)度熱軋帶鋼原料，對(duì)實(shí)現(xiàn)汽車輕量化和節(jié)能減排具有重要意義。

耐候系列應(yīng)用于集裝箱制造行業(yè)，其中厚度1.2mm、屈服強(qiáng)度700MPa的產(chǎn)品因其優(yōu)良的實(shí)物性能及較低的采購(gòu)成本，已被世界最大集裝箱制造企業(yè)用以替代同等強(qiáng)度級(jí)別冷軋板。