關(guān)春立1，2，韓立海2

( 1． 東北大學 材料與冶金學院，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; 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)品力學性能

4 批次的熱軋板力學性能與通鋼生產(chǎn)的 50爐 SPHC 的力學性能比較見表 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)，并采取了相應的措施保證產(chǎn)品的質(zhì)量和力學性能，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

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