中厚板生产技术发展

中厚板生产技术发展摘要；中厚板生产技术是经济发展状况的重要钢铁产品标志之一。

通过查阅书籍、期刊、技术资料及相关情报的收集，本文主要介绍了中厚板生产的主要原材料，基本工艺设备，以及新型的轧机。

关键字；中厚板；连铸坯；轧制工艺；新型轧机1 中厚板生产原料选择中厚板产品用途广泛，使用环境复杂，对产品尺寸精度，尤其是性能要求各不相同，因此要求高质量，低成本的生产原料。

中厚板材所用的原料主要有钢锭和钢坯两种类型，其中，钢坯按生产方式的不同又可分为初轧坯、连铸坯。

根据钢材品种、规格和生产工艺的不同，对坯料断面的大小和厚宽比有着不同的要求，对于钢锭和钢坯来说，其适用生产中厚板材的种类和范围也各不相同，现重点介绍如下两种坯料的特点。

1.1 钢锭用钢锭直接轧制中厚板是中厚板生产早期的主要生产方式。

在20世纪70年代中期以前，钢铁企业生产规模普遍较小，总体装备技术水平较为落后，板坯连铸设备尚处在早期应用阶段，因此钢锭直接用于中厚板生产比较普遍。

目前用钢锭直接轧制中厚板材的生产方式较少见到，主要用于特厚钢板和部分钢种的生产。

一般说来，用钢锭作原料直接轧制钢板存在很多缺点：一是钢锭生产占用的场地较大，生产周期较长，各种耗材的用量很大，成材率较低；二是生产效率低，生产成本高，产物的废弃物多，大大地限制了钢铁企业的生产规模；三是常规工艺生产的钢锭，由于结晶凝固的时间比较短，钢中的夹杂物不能充分上浮，因此钢锭中的夹杂、疏松较严重，缩孔较深，且容易形成二次缩孔，再由于轧制过程中压缩比较小，钢锭存在的上述问题难以在轧制中解除，因此用该原料生产的中厚板表面质量差，钢锭被作为大批量生产中厚板的原料已经被淘汰。

[1]1.2 连铸坯中厚板的原料，经历了钢锭-初轧坯-连铸坯的演变，初轧机基本被淘汰。

连铸坯是用板坯连铸机将钢水连续不断地注入其结晶器，一定厚度和宽度的板坯连续地被拉出，并切成一定长度，连铸坯的优点是：(1)简化和缩短了冶金生产过程，减少了厂房和设备投资；(2)节约能源，提高了金属的所得率；(3)物理化学性能均匀；因此采用连铸坯对于提高产品质量，降低生产成本是很有意义的[2]。

1.2.1 连铸坯尺寸的确定连铸坯厚度尺寸的确定：为保证钢板的组织和性能，其厚度保证轧制有一定的压缩比，采用多大的压缩比好，其说法不一，美国认为4～5，日本要求6以上，德国提出3.3即可。

为保证质量，对一般用途钢坯，宜选用压缩比为6～8，重要的用途宜选用8～10以上。

连铸坯长度的确定：当板坯需要宽展轧制时，长度受到粗轧机座辊身长度限制，一般最大取辊身长度减去500mm；终轧温度和轧件的头尾温差，也是确定坯料长度的限制条件。

连铸坯的厚度可以达到320mm，宽度可以达到800～2500mm，重量可以达到45t。

[3]1.3 原料的材质原料的材质首先是要保证材料符合标准对该钢种提出的化学成分要求。

目前，钢水净化技术已在国际上被普遍使用，使钢中的杂质含量大为减少，可达到P+S小于0.003%，H2小于0.0001%，O2小于0.002%,As、Sn小于0.004%，Sb小于0.006%。

其次要保证钢锭或连铸坯的浇铸质量。

1.3.1 中厚板中各元素在控制轧制中的作用中厚钢板普通热轧工艺主要是保证产品的几何形状，为提高生产效率和保证较低的变形抗力和设备的安全，一般都采用高温轧制，开轧温度在1250～1300℃，终轧温度在750～950℃。

轧后钢板空冷。

因而钢板的金相组织比较粗大，金属的性能不好。

为了获得较好的综合性能，只有调整钢的化学成分和采用轧后钢板热处理工艺，例如采用正火热处理或调质热处理工艺。

从前，为提高钢的强度，而增加钢中碳和锰的含量（直到ω(C)＝0.3％，ω(Mn)＝1.5％），这虽然使钢的强度提高，但焊接性能降低，并且引起脆性。

为保证焊接质量，必须限制碳和锰的含量。

1.3.1.1 常规元素在控制轧制中的作用(1)碳的作用，经过控制轧制，由于晶粒细化，ω(C)＝0.10％钢的σs值相当于普通轧制ω(C)＝0.20％钢(其他成分相同)的σs值。

碳对钢的韧性和可焊性不利，但经控制轧制，晶粒细化和珠光体数量减少，带来韧性的提高，可以抵消碳本身对韧性不利的影响。

因而，当采用控制轧制工艺时都适当降低钢中碳的含量，一般ω(Ce)≤0.40％，因而钢板具有很好的韧性和可焊接性能。

用控制轧制工艺生产屈服强度为420MPa级的钢板其含碳量在ω(C)＝0.20％左右，450MPa级以上板材用钢的含碳量ω(C)≤0.10％，但不小于0.05％，否则因Ar；温度上升，使晶粒粗大而不均匀。

3(2)锰的作用，锰在控制轧制中是重要的元素，主要起细化晶粒作用，提高强，由此导致：度，增加韧性，锰能降低相变温度Ar31)扩大了加工温度范围，增大奥氏体变形区的压下道次和变形量，充分细化奥氏体晶粒。

2)由于铁原子在铁素体区比在奥氏体区中的自扩散系数大一个数量级，所以；温度降低，在温度相同的条件下，铁素体晶粒比奥氏体晶粒容易长大，但因Ar3使铁素体晶粒长大机会大为减少。

ω(Mn)增加1.5％，Ar温度下降100℃左右。

3锰对钢的塑性影响不大。

锰能脱氧，形成MnS取代低熔点的FeS，减少热脆性。

锰还能固溶强化铁素体。

采用控制轧制的钢中锰含量一般在1.3％～1.5％范围，有的达到2.0％，锰含量太高时易形成贝氏体组织，对韧性不利。

(3)硫的作用，S在钢中形成MnS后，尤其在低温轧制时，随轧制方向拉长延伸，使钢的各向异性加大，尤其对横向冲击韧性不利，对塑性也不利，严重时导S腐蚀能力大为下降。

致钢板分层。

含S高时，抗H2高强韧性控制轧制用钢的S含量：一般要求ω(S)不大于0．010％。

(4)磷的影响，磷作为有害元素一般说应愈少愈好，控制轧制用钢的磷含量一般要求ω(P)不大于0.020％。

(5)钥的作用，加入铂是为了进一步提高强度(一般是500MPa级以上的钢才加入)和要求较高的加工硬化率。

控制轧制用钢含铜量一般是ω(Mo)＝0.5％左右。

(6)镍、铬、铜的作用，它们可以提高钢的强度。

N高可以改善钢的韧性，但其总量不应超过ω(Ni)＝0.5％，否则对综合性能不利。

(7)铝的作用，钢中存在可镕铝时[ω(A1)＝0.03％～0.06％]，对性能是有利的，形成AlN可细化晶粒，固定N，可提高钢的韧性，但是对控制轧制用钢一般不追求残铝量。

1.3.2 微合金元素在控制轧制中的作用在控制轧制工艺中大量采用微合金元素，使之在钢中形成碳、氮或碳氮化合物，利用在不同条件下产生固溶和析出机理起到抑制品粒长大及沉淀强化的作用。

在控制轧制工艺中，前者更为重要。

机理研究表明：加入微量元素能提高强度，如不采用控制轧制工艺，钢的韧性反而变坏；只有采用控制轧制工艺，才能得到强度和韧性的同时提高。

钢中加入铝、钒、钻等元素，在加热时可以阻止奥氏体品粒的长大，提高粗化温度，在热变形过程中，铝、钒、钦的碳化物能阻止再结晶后的晶粒长大，使晶粒细化，扩大奥氏体未再结晶区，增加未再结晶区的变形量和轧制道次，使相变后铁素体晶粒细化。

铝能产生显著的晶粒细化和中等的沉淀强化作用。

含铝量小至万分之几就很有效果。

随着钻含量增加，将发生强烈的沉淀强化，使钢的强度提高。

但是钻含量对品粒细化却是中等的作用，对韧性的改善效果差些。

钒能产生中等程度的沉淀强化和比较弱的品粒细化作用。

氯能加强钒的效果。

可以将钒的沉淀强化和钢的晶粒细化作用结合起来。

从细化铁家体品粒的效果来看，铝最为明显，钦次之，钒最差。

其含量分别为”ω(Nb)＝0.049％，ω(T1)＝0.06％和ω(V)＝0.08％较为合适；含量再增大，则细化铁素体晶粒效果并不增大。

含铝、钒、钻钢必须采用控制轧制工艺，使晶粒细化及弥散强化，并且使铁素体数量增加、珠代他数量下陷．在强陵提高的同时改善韧性、使脆性转变温度降低，达到高强韧性的目的。

[4]2 中厚板轧制工艺中厚板的生产工主要包括艺包括:加热，轧制，精整与热处理。

2.1 加热中厚板加热多使用连续式加热炉，连续式加热炉有推钢式和步进式。

近十年来加热技术的发展以节约燃料、提高热效率为主要目标，主要的技术进展表现为以下几个方面：加热炉炉型由推钢式发展为步进式，步进式加热炉操作上便于调整坯料的间隙和加热时间，易于调整出炉节奏，以适应冷装坯、热装坯、冷热混装坯在炉内的加热条件控制。

另一方面表现为由单纯加热冷坯，发展为冷热混装或全部为热坯。

板坯装炉温度每升高100℃，加热炉的热耗能降低80～120k/kg，实现热装能有效地降低能耗。

第三方面是提高加热炉的热效率，在减少废气的热损失、减少炉体辐射热损失、回收废热等方面采取了相应技术措施，如降低炉底强度、增加炉长，以减少废气的热损失；采用绝热炉墙以减少辐射热损失等。

2.1.1 加热的目的及要求将室温提高到满足热加工所需温度的过程称为钢的加热。

加热的目的有：第一，提高钢的塑性和降低变形抗力。

钢在常温状态下的塑性较差，且轧制十分困难，通过加热，可以明显提高钢的塑性，使钢变软，改善钢的轧制条件。

同时，坯料在轧制温度较高时，对轧辊的变形抗力较小；当轧制温度较低时，相应的变形抗力会增大。

因此，轧制温度高时，变形抗力小，可以较大的压下量进行轧制，减少轧辊的磨损或断辊及轧机设备事故。

例如，高碳钢在常温下的变形抗力约为600MPa，这样在轧制时就需要很大的轧制力，消耗大量能源，而且制造困难，磨损快。

如果将它加热至1200℃时，变形抗力将会降至30MPa，比常温下的变形抗力低20倍。

第二，使坯料内外温度均匀，坯料内外温差会使金属产生内应力而造成中厚板的废品或缺陷。

通过均热使坯料断面内外温差缩小，避免出现危险的温度应力。

第三，改变金属的组织。

消除钢坯在浇注中带来的一些组织缺陷。

钢的加热应满足下列要求：(1)加热温度应严格控制在规定的温度范围，防止产生加热缺陷。

钢的加热应当保证在轧制全过程都具有足够的可塑性，满足生产要求，但并非说钢的加热温度愈高愈好，而应有一定的限度，过高的加热温度可能会产生废品和浪费能源。

(2)加热制度必须满足不同钢种、不同断面、不同形状的钢坯在具体条件下合理加热。

(3)钢坯的加热温度应在长度、宽度和断面均匀一致。

2.2 轧制中厚板的轧制过程包括除鳞、粗轧、精轧三个阶段。

2.2.1 除鳞钢板表面质量是钢板重要的质量指标之一。

高温加热时产生的氧化铁皮要及时去除，若清理不及时或清理不干净，会被压入钢板，产生麻点，因此轧前除鳞是保证获得优良表面的关键。

除鳞的方法有多种，有利用撒在板坯上的食盐在高温下爆破除氧化铁皮。

还有在粗轧机前设置一台立辊轧机轧制侧边，即可破碎氧化铁皮，也能同时起调整坯料宽度的作用。

目前中厚板轧机上已经普遍采用造价低廉的高压水除鳞箱，它能满足清除初生氧化铁皮的需要，这种情况已成定局c用高压水泵将高压水供给除鳞箱，水压过去一般在10～12MPa左右，这一压力偏低。