（材料加工工程专业论文）csp线热轧sphc及ss400钢工艺和组织性能研究.pdf

北京科技大学硕士学位论文 摘要 本课题结合国际上先进的薄板坯连铸连轧工艺技术，针对邯钢c s p 线生产的s p h c 和s s 4 0 0 钢，开展钢的组织、性能关系的试验和理论研究，目的是优化c s p 线生产 s p h c 和s s 4 0 0 钢的生产工艺，改善钢的性能。通过实验室研究和现场试验本课题取得 的主要进展如下： 对邯钢c s p 线的生产数据，进行了统计分析。确定了各个元素成分对于s p h c 和 s s 4 0 0 钢性能得影响，确定了合理的冶金成分，探讨了各个成分对于产品性能的影响规 律。 对钢中的析出物和夹杂物进行观察和分析，确定了其成分及形成原因，探讨了其对 产品性能的影响，确定了残留元素t i ，c u 的作用。 对s p h c 和s s 4 0 0 钢变形后不同冷却工艺条件下的组织转变规律进行了研究，确定 了不同冷却条件下，组织变化的趋势和规律，为制订合理工艺提供了依据。 通过对s p h c 和s s 4 0 0 钢试样一定变形条件下的压缩变形实验，获取是实验数据， 进行了s p h c 和s s 4 0 0 钢得变形抗力与变形程度、变形速率和变形温度之间得数学模型 回归和建立。所采用的模型得计算值与实测值吻合较好，模型的建立可以为工艺参数的 选择提供有价值的理论依据。 现场试验优化现场生产工艺，提高了生产的稳定性和产品的合格率。 通过大量的实验室试验研究、现场试验及理论分析，明确了c s p 线生产s p h c 和 s s 4 0 0 钢的成分一工艺一组织一性能综合控制理论。研究明确了合理的冶金成分，优化 了现有的轧制工艺，对于如何控制s p h c 和s s 4 0 0 钢的性能提供了理论依据。 关键词：薄板坯连铸连轧，低碳钢，组织性能，变形抗力 北京科技大学硕士学位论文 r e s e a r c ho nm i c r o s t r u c t u r ea n d p r o p e r t yo fs p h ca n ds s 4 0 0b yc s p a b s t r a c t t h cf u n d a m e n t a lt e s ta n dt h e o r e t i c a lr e s e a r c ho nt h er e l a t i o n s h i po fm a n u f a c t u r e m i c r o s t m c t a r ea n dp r o p e r t yo f t r a n s f o r m a t i o nw h i c ho f f e ra ne x c e l l e n tc o m b i n a t i o no f s 心e n g t h a n dd u c ：t i u t yf o ra p p l i c a t i o n s ，h a db e e nc a r r i e do u tb yi n t e r n a t i o n a la d v a n c e dt h i ns l a be a s t i i l g a n dr o l l i n gp r o c e s s i n gt e c h n o l o g y ，t oo p t i m i z et h et e c h n i q u eo fp r o d u c t i o no ft h es p h ca n d s s 4 0 0p r o d u c e db yc s p ( c o m p a c ts t r i pp r o d u c t i o n ) a n di m p r o v et h em e c h a n i c a lp r o p e r t y b yt b el a bs t u d i e sa n df i e l d se x p e r i m e n t s ，m a i np r o g r e s sa n di n n o v a t i o n sh a v eb e e nm a d e f i e l d d a t a a b o u t t h e p r o d u c t i o n o f s p h c a n d s s 4 0 0 f i o m c s p f a c t o r y i n h a n d a n i r o n a n d s t e e lc o 。l i dh a db e e na n a l y z e dt oe n s u r et h ei n f l u e n c ea n dt b er e g u l a r i t yo ft h en o r m a l e l e m e n t s m 鲫i h ca n ds s 4 0 0 p r e c i p i t a t e sa n di n c l u s i o n sh a db e e no b s e r v e da n da n a l y z e dt oe n s u r et h ec o m p o n e n ta n d t h er e a s o n 8o ft h ef o r m a t i o n 1 1 1 ei n f l u e n c eo ft h ep r e c i p i t a t e sa n di n c l u s i o n sw h i c hh a v et h e e l e m e n t st ia n dc uh a db e e nd i s c u s s e di nt h i sd i s 删o f l 1 1 圮c h a r a c t e r i s t i c so fm e c h a n i c a lp r o p e r t i e sa n dm i c r o s t n m u r eo ft h es p h ca n ds s 4 0 0 w e r ec o n c l u d e d mr e g u l a r i t yo fm i c r o 舭e v o l v e m e n th a db e e ne n s u r e dt o 鲥d et h e r o l t i n gp r o c e s s n l eh o td e f o r m a t i o nb e h a v i o ro ft h es p h ca n ds s 4 0 0w e r ei n v e s t i g a t e db ys i n g l e c o m p r e s s i o nt e s t i i lt h e r m o - m e c h a n i e a l s i m u l a t o r n 圮r e l a t i o n s h i p so ft h ed e f o r m a t i o n t e 【i l 】p e r a 】 1 i l 岛s t r a i nr a t e ，d e f o r m e dd e g r e ea n dd e f o r m a t i o nr e s i s t a n c ew e t e 柚a l y 刀e d t 1 l c m a t h e m a t i c a lm o d e lo fd e f o r m a t i o nr e s i s t a n c ew a sr e g r e s s e da n dt a l l i e sw i t ht h ee x p e d m 酬 d a t a t h r e et i m e sf i e l de x p e r i m e n t st h eo p t i m i z e dt h er o l l i n gp r o c e s st oi n c r e a s et h es t a b i l i t ya n d p e r c e n to f p a s so f t h ep r o d u c t i o n a i n t e g r a t i o ne o n h o lt h e o r yw a se s t a b l i s h e di nr e l a t i o n s h i po fe l e m e n tc o m p o s i t i o n , p r o c e s s ，m i c r o 蜘a n dm e c h a n i c a lp r o p e r t yi ns p h ca n ds s 4 0 0p r o d u c e db yc s p b yt h e r e s e a r c h ，t h ep r o p e rm e t a l l u r g yc o m p o n e n t , r o l l i n gp r o c e s sh a db e e no b t a i n e d k e yw o r d s ：t h i i is l a bc a s t i n ga n dr o l l i n g ，l o wc a r b o ns t e e l ，m i c r o s t r u c t u r ea n d p r o p e r t y ，d e f o r m a t i o nr e s i s t a n c e 独创性说明 本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得 北京科技大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同 工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表 示了谢意。 签名：盘搁雄日期：三卑：墨： 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公 布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论 文。 ( 保密的论文在解密后应遵循此规定) ，列出：一 北京科技大学硕士学位论文 1 文献综述 1 1 薄板坯连铸连轧工艺及钢的组织i 生能研究 1 1 1 坯连铸连轧的技术特点 薄板薄板坯连铸连轧技术是2 0 世纪9 0 年代世界钢铁工业发展的一项重大新技术， 其中c s p 线技术设备比较简单，流程通畅，节省能源，运行可靠，而且工艺比较成 熟，生产比较稳定，产量高且质量好，从而得到了较为广泛的应用【l j 。墨西哥的希尔沙 h y l s a 公司利用c s p 设备于1 9 9 5 年2 月就成功的生产出第一个热轧带卷，同年9 月轧 制出第一个1 0 m m 热轧带卷。该公司目前可达到并能生产盈利的最小热轧带钢厚度为 o 9 l 毫米，其各种规格的热轧带钢的年总产量约为2 5 0 万吨1 2 1 。目前，在a c m es t e e l u s a 钢厂，利用c s p 线已能轧出的最小带材厚度为0 7 6 m m 【3 】。预计到2 0 1 0 年，世界 连铸连轧带钢产量将占总产量的1 5 2 0 到2 0 2 0 年将有可能达到4 5 6 0 ，在美 国c s p 等技术生产的热轧板带2 0 0 4 年九将达到其国内钢产总量的5 0 4 - 5 1 。 典型的薄板坯连铸连轧技术主要包括德国西马克的c s p 技术( 目前以建成的薄板 坯连铸连轧生产线中，c s p 线约占总数的6 5 t 6 ) 、西马克的i s p 技术、意大利达涅利 的f r s r 技术、奥地利奥钢联的c o n r o l l 技术、日本住友金属的q s p 技术、美国蒂 平斯的t s p 技术等，各种薄板坯连铸连轧技术各具特色，同时又相互影响，相互渗 透，并在不断的发展和完善【7 。”。 薄板坯连铸连轧技术与传统的热连轧在以下4 个方面有着显著的差异： ( 1 ) 原始的铸态组织形状比较规则，晶粒尺寸较细小； ( 2 ) 热历史与传统连珠连轧有明显不同； ( 3 ) 层流冷却作为一个有效的热处理设备得到了充分体现，层流快速冷却可保证 薄板坯在长度及宽度方向上温度均一，抑制微合金元素的固溶状态，实现薄板中这些元 素的化合物微细弥散析出，有利于相变细化和组织强化【1 2 , 1 3 。 ( 4 ) 板带在传输辊道上的传输速度有着较大的差异。 十多年来，薄板坯连铸连轧工艺本身也不断发展和改进，一些新的技术，如液芯压 下，电磁制动，非正弦振动等得到开发和应用1 1 4 】。 目前，c s p 产品向薄规格和多品种方向发展，为了从根本上解决坯料头、尾的喂入 问题，现已基于c s p 线提出了半无头轧制和无头轧制的新概念。铁索体轧制和半无头 轧制两项新技术的开发应用，使薄板坯连铸连轧技术更加具有市场竞争力【15 1 。 北京科技大学硕士学位论文 ( 1 ) 铁素体轧制 与奥氏体轧制相比，铁素体轧制的优越性主要表现为【1 6 1 ： 1 ) 由于加热温度低，热耗低，氧化铁皮少； 2 ) 适于生产温降快，难于在奥氏体区完成轧制的超薄带钢； 3 ) 生产的热轧带钢拉伸强度和屈服低，延伸率高，适于深冲加工，可以替代冷轧 带钢； 4 ) 作为冷轧原料使，因厚度薄，氧化铁皮少，可提高冷轧产量2 0 ； 5 ) 铁素体的变形阻力小，可以降低轧制力，降低能耗。 近十几年来，经过人们不断的理论研究和工业化实践，铁素体轧制工艺已基本形成 了一套较完善的技术体系。随着薄板坯连铸连轧技术市场的不断扩大，随着市场对超薄 规格、良好深冲性能的热轧薄板需求的日益增长，铁索体轧制工艺将具有更广阔的市场 前景【17 1 。 ( 2 ) 半无头轧制和无头轧制 所谓的半无头s l $ i j 就是依据辊道式加热炉的总长度来切断坯料，而不是将坯料切为 多块中间坯；在成品卷取机前设飞剪，由卷取机的卷取能力来设定剪取长度，这样就避 免了多块中间坯的头、尾喂入问题。实施半无头和无头轧制技术后，c s p 线有能力批量 生产厚度小于o s m m 的薄规格带材f 1 8 御】。 半无头轧制工艺一经出现就得到了广泛的应用，近年来建成或在建的第二代的薄板 坯连铸连轧生产线无一例外都采用了半无头轧制工艺，如德国t k s 的c s p 机组、荷兰 c o r u s 的d s p 机组，埃及e h i 的f t s r 机组以及我国唐钢的f i 葛r 机组、马钢和涟钢 的c s p 机组等【2 1 1 。无头轧制技术无论对传统热连轧，还是薄板坯连铸连轧都是很有发 展前途的 2 2 - 2 3 1 ： 1 1 2 薄板坯连铸连轧工艺的关键技术 薄板坯连铸连轧工艺和传统工艺相比，关键在于突破了传统的工艺概念采用了 许多先进的新技术、新装备 2 4 1 。 1 ) 结晶器及相关技术的设计 为提高薄板坯连铸单流产量，提高铸坯质量，扩大品种，结晶器己由传统的平 行板型演化成现在的漏斗型乃至全鼓肚型，使上口的面积加大，以利于浸入式水口 的插入及保护渣的熔化。结晶器的形状不同，所采用的浸入式水口也不同。但随着 技术的发展，各种类型的浸入式水口也都在不断演变。如c s p 工艺所采用的长水 口，已由传统的板坯连铸机使用的第一代演变到现在的十字出1 2 状的第四代，这种 2 北京科技大学硕士学位论文 十字状出口可增加钢水流量，稳定拉速，提高使用寿命。薄板坯连铸机比传统的板 坯连铸机拉速更高，再加上结晶器上口空间的限制，一般连铸机上常用的混合型和 预熔型颗粒渣已不适用。现在采用的是粘度更低、流动性更好的中空颗粒渣，加入 后可在结晶器壁与坯壳间迅速形成稳定可控的渣膜，起到良好的润滑和吸附作用。 2 ) 铸轧技术 铸轧技术是薄板坯连铸连轧工艺的关键技术，包括液芯压下和液一固两相轧制两 方面。铸坯从结晶器下口出来，经过铸轧其厚度可减少6 0 。液芯铸轧对细化晶粒 效果明显，可获得良好的韧性，而固相轧制为薄板坯连铸机直接生产中板提供了条 件。铸轧技术的成功运用为提高铸坯质量，进一步降低能耗作出了贡献。 3 ) 拉坯速度 拉坯速度高是薄板坯连铸的特点之一，拉坯速度一般在5 - 8 m m i n 。为使薄板坯 连铸连轧生产线上的连铸机和连轧机更加匹配，提高铸坯的拉速势在必行。要提高 拉速，则要求进一步改善结晶器的传热，所以必须加大冷却强度、减小结晶器铜板厚 度、控制保护渣为薄膜状。 4 ) 加热方式 薄板坯连铸连轧工艺中大都采用均热炉的加热方式，炉内布置内芯冷却的耐热 辊道，保温效果好。视薄板坯入炉温度的高低而进行保温或加热，大大降低了能 耗。对于2 流薄板坯连铸机及1 套连轧机的流程，均热炉为平移式或摆动式，极大 地方便了铸坯的加热和传输。在某些薄板坯连铸连轧工艺中，均热炉还承担了一定 的连铸和连轧之间的衔接匹配缓冲作用。 5 ) 连轧机组 薄板坯连铸机提供的板坯厚度一般为5 0 9 0 m m ，对于某些不带液芯铸轧的工 艺，可设粗轧机组，将铸坯减薄后再送精轧机组，这就为采用尽量少的精轧机架生 产较薄的热轧带卷创造了条件。连铸连轧机组一般都配备了先进的板型控制技术， 如：c v c 技术、r t c 技术、p f c c f c 技术等。在轧制设备与控制系统上采取了以 上先进的技术措施，使板带成品精度质量达到崭新的水平i 2 ”。 另外，在薄板坯连铸连轧工艺中的热除鳞技术、在线磨辊技术、宽度自动控制技 术、控制冷却技术等相对传统的厚板坯生产工艺都做了大量的技术改进。总之，正是 这些新技术的研究应用，使得薄板坯连铸连轧工艺得以成功应用。 3 北京科技大学硕士学位论文 1 2 几种典型的薄板坯连铸连轧工艺及其比较 l - 2 1c s p 工艺 c s p ( 紧凑式热带生产技术，c o m p a c ts t r i pp r o d u c t i o n 的缩写) 是较为成熟的典 型的薄板坯连铸连轧工艺之一。目前，在c s p 线连轧关键技术中，均热采用直通式 辊底隧道炉，冷却采用层流快速冷却技术，而且c s p 线轧机的布置与传统生产线不 同，精轧机组与均热炉紧密衔接，大压下和高刚度轧制等，是现代薄板坯连铸连轧 的工艺特点之一。直通式辊底隧道炉可以保证坯料头尾无温降差，因而不需要采用 类似于带钢边部加热、提速或中间机座冷却的修正措施来均匀板坯温度；层流快速 冷却可保证薄板在长度及宽度方向上温度均匀，抑制微合金元素的固溶状态，实现 薄板中析出物细小弥散析出，有利于相变强化和组织细化1 2 6 - 3 0 1 。由于板卷头尾无温 差，温度均匀，因此各板卷头尾的组织性能十分均匀，另外，据c s p 线的大生产统 计分析，对于相同成分的低碳钢，通过c s p 生产的板材的强度比采用传统流程生产 的明显高，纵横向力学性能更均匀，基本上无各向异性。c s p 线的铸坯厚度一般在 5 0 7 0 m m ，精轧机组由5 0 机架组成。 1 2 2i s p 工艺 i s p 工艺在带液芯压下，铸坯输送及开卷等方面采用很多的新技术。其流程 短、设备紧凑。两流或三流生产时，由于i s p 工艺成卷过渡操作方便，因而优点明 显。阿尔维迪厂几年生产也证明，产品质量好。其缺点是水口寿命短，克雷莫纳 ( c r e m o n a ) 炉缓冲时间短，连浇炉数少，产量不稳定。此外还有一个突出的特点 是，i s p 工艺在压下轧机和连铸之间为真正的连铸连轧，二者为刚性联结，一旦发 生故障将对连铸机生产造成较大的影响。 1 2 3t s r 和c o 】岍的l l 工艺 t s r 工艺优点明显，工艺可靠、注重整体、技术先进。该工艺适用于大型钢铁 联合企业改造要求，同时可满足高炉一转炉流程要求。 奥钢联的c o n r o l l 生产线，工艺简单、技术成熟，经过几年的生产实践证 明，该工艺具有灵活性强，质量高及生产效率高等特点。 奥钢联和意大利达涅利的设计不乏先进之处，但较c s p 和i s p 工艺还有欠缺， i s p 和c s p 工艺则更为成熟。比较i s p 和c s p 工艺，前者生产线短且比后者的柔性 大，设备投资少，厂房小。同时c s p 工艺简单而可靠，该技术已有十余年的生产经 验，得到了世界认可。而i s p 工艺采用了铸轧，因而增加了设备的复杂性。 4 北京科技大学硕士学位论文 1 2 4 薄板坯连铸连轧钢的组织与性能研究进展 ( 1 ) 薄板坯连铸连轧工艺下钢的相变规律研究 采用物理模拟的方法，对薄板坯连铸连轧工艺下的低碳钢、无间隙原子钢、低 碳锰钢、相变诱导塑性t r i p 钢连续冷却转变及显微组织进行了研究1 3 1 3 2 】。由于薄板坯 连铸连轧工艺过程与传统的轧制钢的热历史不同，导致在冷却过程中对相变产生很大的 影响。 ( 2 ) 薄板坯连铸连轧工艺与钢的组缇力学性能研究 薄板坯连铸连轧技术除了其短流程、近终形、节约能源、低成本的优势外，另一重 要优点就是质量好。薄板坯原始铸态组织的二次、三次枝晶更短，晶粒比传统板坯更 细、更均匀，这种原始组织精细为最终组织细化创造了条件。同时，由于冷却强度大， 板坯的微观偏析也可以得到较大的改善，分布也更均匀。因此，产品的性能更加均匀， 稳定。 在现场选取的6 道次轧卡件上研究了c s p ( c o m p a c ts t r i pp r o d u c t i o n ) 线热轧低碳薄 板的组织演变及微观取向规律田】，发现其最终组织为大量铁素体加部分珠光体，铁素体 外貌呈不规则的多边形状，晶粒仍有继续长大的趋势；变形量不同，最终的组织状态及 取向分布规律也是不同的：热轧终轧组织是再结晶奥氏体和变形奥氏体的混合体，再结 晶奥氏体所占的比例较大。通过对c s p 线生产低碳钢板的力学性能及组织的研究发现 0 4 1 ，c s p 薄板坯连铸连轧线生产的低碳钢板和普通厚板坯连铸连轧线生产的热轧板在组 织状态和力学性能特征等方面存在较明显的差异，主要表现在：板材强度高，屈强比 高，伸长率较高，各向异性小。当变形量增加时，晶粒的尺寸变小，由于变形、冷却不 均匀或终轧温度较低造成晶粒尺寸的不均匀程度增加，最终组织中残留有热轧织构，引 起带材力学性能的各向异性、造成薄带材强度和延伸率的轻微下降。 ( 3 ) 薄板坯连铸连轧工艺下的夹杂物 热轧低碳钢薄板中的夹杂物数量较少，尺寸约在1 l o u m 左右，多数夹杂物的尺 寸都在5 1 a n 以下。扫描电子探针检测表明主要为钙铝酸盐、硫化钙、氧化铝或它们的 复合物等：夹杂物的形状以球形或类椭球形为主，部分较软的夹杂物在变形过程中被拉 长。c s p 工艺条件下，钢水的洁净度高，因而低碳钢热轧薄板中的夹杂物多为细小的内 生夹杂物，尺寸较大的外来夹杂物数量极少1 3 5 1 。 通过在炼钢和连铸过程的各个阶段加入不同的示踪元素，采用全氧分析、金相观 察、大样电解、电子探针及扫描电镜等多种方法对邯钢c s p 流程低碳铝镇静钢中非金 5 北京科技大学硕士学位论文 属夹杂物行为进行了研究( 3 6 1 ，找出了对夹杂物的类型、来源、数量及尺寸大小在不同工 序的变化规律。 文献 3 7 , 3 8 】根据奥氏体中第一相的固溶度积理论、o s t w a l d 熟化理论、晶粒尺寸控制 理论和沉淀强化理论，对薄板坯连铸连轧时钢中主要夹杂物在奥氏体中形成的可能性及 其尺寸的控制进行了理论分析。结果表明，硫化锰有可能在奥氏体中以1 0 0n l n 以下尺 寸沉淀析出；而氧化铝夹杂在目前条件下很难使之完全在固态铁中析出；夹杂物在钢中 控制再加热时奥氏体晶粒尺寸及产生沉淀强化效果的可能性的分析表明，固态铁中析出 的硫化锰可有效抑制均热态奥氏体晶粒粗化并产生微弱的沉淀强化效果。而在传统热轧 工艺中，硫化锰是作为有害夹杂物来看待的，这说明t s c r 工艺的金属学特点对夹杂物 行为会产生很大影响。 ( 4 ) t s c r 工艺下的第二相析出行为 对c s p 工艺热轧低碳钢薄板组织中的析出相进行了深入研究田删。在c s p 工艺热 轧薄规格板中发现大量微小的弥散析出相粒子，其成分主要为a i ：0 3 、m n s 和a i n 。在 薄晶体透射试样中观察到极少量晶内析出的a l n 粒子，线度约在3 0 r i m 左右，此外在 晶界处还存在许多1 0 0 3 0 0 n m 大小的复杂的复合析出物。通过电解萃取化学相分析实 验，在c s p 热轧低碳钢薄板中发现纳米级a i n 粒子的存在，实验结果表明：a i n 粒子 为六角晶体结构，尺寸约在8 r i m 左右。基于c s p 技术1 0 r a m 薄板的有关工艺参数，提 出了a i n 粒子析出的热力学和动力学模型，理论分析表明：a n 粒子在第6 道次终轧之 后的3 秒内全部析出；析出结束时，a i n 粒子的直径为2 r i m ，这与实验结果吻合较好， 另一方面也说明此过程中析出的a i n 粒子的粗化速率是非常缓慢的【4 2 】。 ( 5 ) 薄板坯连铸连轧数值模拟 文献1 4 5 】综合考虑传热、变形及变形过程中的再结晶之间的相互影响，对c - m n 钢在 c s p 热连轧过程的温度场进行了计算机模拟，确定了各种工艺条件下的传热边界条件及 其对应的换热系数关系式，计算出了轧件变形过程中温度变化和温度场分布。结果表 明，模拟计算具有较好的精度，能为进一步模拟带钢轧后组织演变和性能预测分析提供 计算基础。通过分析带钢层流冷却的传热过程，将相变潜热引入到层流冷却热过程数学 模型，用过程模拟的方法研究了珠江钢厂c s p 热连轧层流冷却系统，讨论了喷水方 式、喷嘴位置、板速和板厚对带钢温度场分布的影响 4 6 1 。结果表明建立的模型对于珠钢 c s p 热连轧层流冷却系统有较好的适应性。 6 北京科技大学硕士学位论文 综上所述，薄板坯连铸连轧技术与传统热轧技术相比，在提高产品质量及性能、降 低能耗和成本、缩短生产流程、提高产品市场竞争力等方面具有其独特的优势，此技术 在汽车工业领域存在着巨大的应用市场。充分利用薄板坯连铸连轧的技术优势，开展高 性能、高附加值产品的研究开发工作，促进这一新技术的理论完善、技术成熟、实际应 用水平的提高和应用领域的扩大，其理论和实际意义将非常重大。 1 3 邯钢c s p 线简介 c s p 技术简化工艺流程，减少工艺设备，具有投资建设少、生产周期短、效率高、 生产投资低的优势，代表当今世界板带技术发展方向。邯郸钢铁集团有限责任公司薄板 坯连铸连c s p 工艺生产线是我国引进的第二条c s p 生产线1 4 ”，采用德国西马克c s p 技 术，生产线的布置情况及主要参数如图1 1 所示，整个的生产流程如图1 2 所示【4 孓4 9 l 。 图i i 邯钢的c s p 线生产线布置图 图1 2 邯钢c s p 线生产工艺流程图 7 m土一1一 。三 一必一 诵圈一 i t 帛l j - 。删 ；。i4i，|4， th 一。势 北京科技大学硕士学位论文 1 4 s p h c 及s s 4 0 0 钢简介 低碳钢和结构钢是最早在c s p 线上投产的产品，其中s s 4 0 0 和s p h c 热轧板是邯 钢生产较多的2 种产品，同时在生产过程中存在一些问题还有待进一步的研究。选取这 2 种产品做了一些系统的研究工作。其化学成分和力学性能的标准如表1 1 所示。 表1 1s s 4 0 0 与s p h c 标准 l国家 标准号牌号屈服点m p a化学成分，w t 日本 j i s g 3 1 0 1s s 4 0 0 2 4 5p o 0 5 0 ，s o 0 5 0 i s g 3 1 3 1s p h c2 1 5p o 0 5 0 ，s 0 0 5 0 目前，低碳甜镇静钢冷轧基料用钢s p h c 、s p h d 普遍出现组织偏细、强度偏高等 特征1 5 “。c s p 线上生产的s p h c 冷轧基料，主要的工艺为采用转炉冶炼 f 炉精炼一 c s p 连铸热轧，其屈服强度一般在2 9 0 3 3 0 m p a 左右1 5 l 】，传统热连轧生产的s p c h 带钢的屈服强度约为2 5 0 m p a ，屈服强度比c s p 生产的s p h c 钢低5 0 m p a 左右，意味 着采用c s p 工艺生产的s p h c 钢板作为冷轧基料轧制同样规格的冷轧产品要多消耗 2 0 以上的能量蚓。 由于s p h c 钢中没有任何着意添加的合金元素，因而m n 和残留元素在其中的作用 就更加的重要。残留元素在冶炼过程中不能从钢中有效去除，因而在钢材中反复回收利 用时会积累较高含量，当这些残留元素达到万分之几至千分之几时，对钢的性能会产生 明显的影响【5 3 1 。炼钢的主导过程是氧化过程，钢种各元素氧化势与铁的比较如表1 2 所 示。氧化势大于铁的元素在氧化过程中将先于铁氧化，形成简单氧化物或复杂氧化物进 入渣小而被排除，也许有少量留在钢中成为夹杂物。那些氧化势小于铁的元素，由于在 炼钢时未被氧化，才有可能保留在钢液中1 5 4 】。保留在钢液中的残留元素，在随后的加工 过程中可能形成纳米级夹杂物，析出的第二相粒子的结构、形貌及分布不同，将会极大 地影响着产品地组织和性能j 。在c s p 工艺条件下，研究低碳钢的组织演变和第二相 粒子的析出规律，阐明c s p 生产低碳钢组织细化和强化机理，具有重要的实用价值和 理论意义。 8 北京科技大学硕士学位论文 表1 2 钢中元素氧化势与铁的比较 全部保留元素部分保留元素全部排除元素 氧化势小于铁氧化势与铁接近 氧化势大于铁 c u 、n i 、c o 、a s 、s 、p 、m n 、p b ，z n ，v ，t i ，s i ， w 、m o 、s n 、s b c r 、c 、h 、n a l 、z r 、m g 、c a 、n b 、r e m 控制轧制和控制冷却对产品的显微组织和综合力学性能具有决定性的影响作用，是 控制产品组织和性能的常用工艺嘲，因而研究c s p 低碳钢的连续冷却转变行为及组织 细化的影响因素，对生产过程有关工艺参数的制定或选取具有重要的指导意义。 1 5 课题研究目标及主要内容 1 5 1 研究目标 课题来源于北京科技大学与邯郸钢铁股份有限责任公司于2 0 0 5 年签订的“邯钢 c s p 线热轧、控冷工艺对钢材组织性能影响规律研究”项目，根据项目的研究计划及任 务书的要求，确立了本论文的研究目标。本课题选择热轧s p h c 钢及热轧s s 4 0 0 钢为主 要的研究对象，通过对该类港中的冶金成分分析、制各工艺的探究与改进以及s p h c 钢 及s s 4 0 0 钢组织性能方面的特点进行全面而系统的研究，从而提出了在薄板坯连铸连轧 线上生产热轧s p h c 钢的合理冶金成分及主要工艺参数，为薄板坯连铸连轧生产线的设 计及产品开发提供了参考依据，另外通过薄板坯连铸连轧s p h c 钢的相变规律研究以及 组织形成、演变机理，丰富了薄板坯连铸连轧的基础理论研究。 1 5 2 研究的主要内容 在g l e e b l e - 1 5 0 0 热模拟机上进行动态c c t 试验，在d t l 0 0 0 型膨胀仪上模拟t s c r 条件静态c c t 试验，分析s p h c 钢及s s 4 0 0 钢的动态、静态相变规律，研究组织变化 情况： 在g l e c b l c 一1 5 0 0 热模拟机上进行变形抗力试验，分析变形条件对t r i p 钢变形抗力 规律研究并提出合理的数学模型； 采用金相、s e m 、t e m 等试验手段研究组织特征，分析析出物及夹杂物的形态及 分布规律，明确析出物和夹杂物形态、成分、形成过程以及影响规律： 对以往生产的s p h c 钢及s s 4 0 0 钢的性能与成分进行统计和分析，探讨了规格、工 艺及化学成分对于s p h c 钢及s s 4 0 0 钢的性能影响规律； 9 北京科技大学硕士学位论文 在现场的条件下，进行了试验性生产，探讨了合理的轧制工艺规程； 通过对研究过程中各种实验现象的观察，在分析薄板坯连铸连轧工艺生产s p h c 钢 及s s 4 0 0 钢过程中的相变规律、变形规律、析出物的分布规律的基础上，总结出薄板坯 连铸连轧生产s p h c 钢及s s 4 0 0 钢的成分工艺组织- 性能的控制理论与方法。 1 0 北京科技大学硕士学位论文 2 薄板坯连铸连轧s p h c 钢及s s 4 0 0 钢的统计分析研究 2 1 统计数据简要总结 邯钢2 0 0 5 年1 8 月份总共生产s p h c 钢板1 6 8 4 8 卷，其中废品和被封的有3 4 3 卷，不发和待发的有1 6 7 卷，1 卷无数据测量结果，符合邯钢s p h c 生产线标准的合格 产品为1 6 3 3 8 卷。根据现场的测试过程，每一炉钢，一般来说只有一卷参与了力学性能 的测定和记录，其它卷都是按照这卷来标定的；有些炉的钢测量了超过l 卷，所以按照 卷统计的话，不能完全的反映出力学性能的分布，为更准确的把握力学性能，把成分， 力学性能，炉号一致的记录，保留一个，剩下了7 8 6 7 个数据，参与力学性能的统计。 邯钢于2 0 0 5 年1 月到2 0 0 5 年8 月总共轧制s s 4 0 0 钢卷4 0 9 4 9 卷，去掉其中有 2 6 8 3 卷没有采样测量其屈服强度和抗拉强度数据，有效的统计数据为3 8 2 6 6 卷。 2 2 元素含量及力学性能统计 1 ) s p h c 钢 对邯钢s p h c 钢卷的碳、硅、锰、磷、硫、的质量分数进行整理。其中基本的数据 统计如表2 1 所示。 表2 1s p h c 钢中各元素统计的主要结果 元素含量w t cs im nps 平均值o 0 4 30 0 3 9 0 2 0 5 0 0 1 3 90 0 0 5 6 误差 7 5 6 e 0 0 50 0 0 0 1o 0 0 0 3 o o o 0 0 40 0 0 0 0 1 标准误差 o 0 0 9 6 0 0 1 3 l o 0 3 6 4 o 0 0 4 5 30 0 0 1 4 4 最小值 o0ooo 最大值 o 5o 30 4 50 0 3 7o 0 1 5 2 50 0 4o 0 30 1 7 50 o l l0 0 0 5 百分点 5 00 0 40 0 3 8o 2 1 10 0 1 30 0 0 6 7 5o 0 50 0 4 70 2 3 2o 0 1 70 0 0 6 从表2 1 可以看出，m n 的控制较好，s i 和p 的成分波动比较大。 参与s p h c 产品性能统计的的数据为1 6 2 3 4 个，在参与数据统计的s p h c 钢卷中， 屈强比大于0 8 2 的为4 0 3 3 卷，占总卷数的2 7 ，屈强比小于0 8 2 的为1 2 0 0 1 卷，占总 卷数的7 3 。根据现场的测试过程，每一炉的钢，一般来说只有一卷参与了力学性能的 测定和记录，其它的卷都是按照这卷来标定的；有些炉的钢测量了超过l 卷，所以按照 卷统计的话，不能完全的反映出力学性能的分布，为了更准确的把握力学性能，所以把 北京科技大学硕士学位论文 成分一致，力学性能一致，炉号一致的记录只保留一个，剩下了7 8 6 7 个数据，参与力 学性能的统计。统计的基本数据如表2 2 所示。 表2 2s p h c 钢力学性能统计的主要结果 元素含i w t 屈服强 变a v l p a 抗拉强度m p a 延伸率肠 屈强比 平均值 2 9 3 5 03 6 7 7 74 2 5 4 0 7 9 8 误差 0 1 9 9o 1 8 5 0 0 3 00 0 0 0 4 标准误差 1 7 6 1 l 1 6 4 1 52 6 4 50 。0 3 7 3 最小值 2 2 52 9 02 80 5 7 7 最大值 3 8 04 8 55 30 9 8 6 2 52 8 0 0 03 5 5 o o4 1 0 0 0 7 7 5 百分点 5 0 2 9 5 o o3 6 5 0 04 3 0 00 7 9 7 7 53 0 5 o o3 7 5 o o4 4 0 0 0 8 2 2 所有生产的产品按照不同的厚度进行了统计，统计的结果如图2 1 所示。从以上的 厚度统计分布可以看出，邯钢的主要生产的产品集中在1 8 - 4 m m ，其他的产品相对占的 比例较少。主要生产的规格有，1 8 m m ，2 m m ，2 3 m m ，2 5 m m ，2 7 5 m m ，3 m m ， 3 2 m m ，3 5 m m ，3 8 m m 和4 m m 。对于数量很少的厚度产品进行剔除，只列出主要的厚 度产品，如图2 2 所示。 1 2 北京科技大学硕士学位论文 芝 豢 众 咯 l 厚度规格m 图2 1s p h c 钢板不同厚度规格产品的生产数量 厚度规格m m 图2 2s p h c 钢板主要厚度规格产品的生产数量 1 3 m经加侣侣似佗竹8 6 4 2 o 籁尔陋呕址 北京科技大学硕士学位论文 对于邯钢生产的主要的宽度规格产品统计，如图2 3 所示。生产最多的为 1 2 2 0 m m ，1 2 5 0 m m ，1 2 7 0 m m ，1 5 0 0 m m 和1 6 0 0 m m 的产品。 莲 翌 农 妇 图2 3s p i t c 钢板主要宽度规格产品的生产数量 3 t 0 一 i_二 图2 4s p h c 钢板缺陷出现原因的分布 1 4 燃漱恍惴撕|奏|善|墓揣燃擀啭 北京科技大学硕士学位论文 2 ) s s 4 0 0 钢 s s 4 0 0 钢卷产品中所含的碳、硅、锰、磷、硫元素的质量分数进行整理和统计，其 中基本的数据统计结果如表2 3 所示。 表2 3 元素统计的主要结果 元素含量w e , c s im n ps 平均值 o 1 9 90 0 7 0o 4 0 1o 0 1 6 7o 0 0 5 3 误差 o o o 0 0 7o o o o l lo 0 0 0 1o o 0 0 0 2 6o o o o 0 0 8 标准误差 0 0 1 2 8 6o 0 2 0 5 8o 0 1 9 8o 0 0 5 0 4o 0 0 1 6 最小值 o 0 00 0o 0 0o 0 0 00 0 0 0 最大值 0 2 7o 2 61 20 2 8 00 0 2 4 5o 1 80 0 4o 3 80 0 0 90 0 0 3 2 5o 1 90 0 6o 3 9o 0 1 30 0 0 4 百分点 5 0o 2 00 0 70 4 00 0 1 6o 0 0 5 7 5o 2 lo 0 80 4 10 0 2 00 0 0 6 9 0o 2 2o 1 00 4 2o 0 2 3o 0 0 7 从表2 3 可以看出，在最小值一项中出现了0 值，这是由于记录或者在测量是没有 正确记录所造成的，可以通过5 这个百分点的数据来初步估计其最小值。c 和m n 的控 制较好，s i 、p 和s 的成分波动比较大。产品的性能与元素的含量有着很大的关系，较 大的元素波动，很容易造成产品的性能波动过大。 为了更准确的把握产品的力学性能的规律，使结果更精确，把成分一致，力学性能 一致，炉号一致的记录只保留一个，剩下了1 7 3 2 6 个数据，参与力学性能的统计。统计 的基本数据如表2 4 所示。 1 5 北京科技大学硕士学位论文 表2 4s s 4 0 0 钢板力学性能统计的主要结果 屈服强度 抗拉强度 元素含量w t 延伸率屈强比 a脚a 平均值 3 3 3 0 84 6 5 8 73 1 5 00 7 1 4 误差 o 2 0 60 1 7 8o 0 3 4o o ) 3 标准误差 2 7 1 1 7 2 3 3 6 5 4 4 6 2 o 0 3 6 2 最小值 2 1 03 5 01 7 0 4 8 最大值 4 9 5 6 3 5 4 30 9 6 52 9 2 6 64 3 1 0 12 3 6 90 6 5 9 2 53 1 3 9 94 4 9 6 l2 7 8 30 6 9 1 百分点 5 03 3 0 8 84 6 4 2 53 2 4 8 0 7 1 4 7 53 5 0 4 54 8 0 0 73 5 1 70 7 3 7 9 03 6 8 4 94 9 6 0 83 6 7 6o 7 6 0 根据厚度规格不同对生产的产品进行统计，统计的结果如图2 5 所示。 图2 5s s 4 0 0 钢板不同厚度规格产品的数量分布图 从上图的厚度统计分布可以看出，邯钢生产的s s 4 0 0 钢板从1 8 m m 9 5 m m ，的分 布是比较均匀的，即各个规格的产品都有所生产，并且数量相当。对于宽度规格不同的 产品也进行了相应的统计，如图2 6 所示。邯钢生产的主要的宽度规格产品为1 2 5 0 r a m 和1 5 0 0 m m ，其中1 5 0 0 m m 宽的s s 4 0 0 钢板占到了总产品的8 9 0 1 ，1 2 5 0 m m 宽的 s s 4 0 0 钢板占1 0 4 6 ，其他宽度规格的产品很少，只占o 5 3 。 1 6 北京科技大学硕士学位论文 图2 6s s 4 0 0 钢板主要宽度规格产品的生产数量 邯钢2 0 0 5 年l - 8 月份生产的4 0 9 4 9 卷s s 4 0 0 钢卷中，出现缺陷的有1 7 6 6 卷，占产 品总数4 3 ，比例不是很大，说明生产是比较稳定的。在这1 7 6 6 卷出现缺陷的板卷当 中，其出现缺陷的原因是不同的，其