薄板坯连铸连轧

薄板坯连铸连轧

薄板坯连铸连轧技术是 20 世纪 80 年代末世界钢铁工业发展的一项重大技术 , 它的开发成功是近终形浇铸技术的重大突破。按类型可分为CSP、ISP、FTSR、和CONROLL技术，但就不同类型的生产线来看，以CSP建设得最多[3]。

CSP(Compact Strip Production)即紧凑式板带生产工艺，是由德国施罗曼.西马克（SMS）公司研究开发的薄板坯连铸连扎技术，世界上第一条CSP生产线，于1989年在美国NUCOR公司的CRAWFORDSVILLE厂建成，投产后，取得满意的生产效果和良好的经济效益，因而得到广泛应用。目前，有38台CSP连铸机在内的24条CSP生产线广泛分布在北美、南美、欧洲、亚洲、非洲等世界各地，生产能力达到3900万吨/年[4，5]。

图1.1为CSP生产线示意图，工艺流程为：电炉（AD或DC）→钢包精炼炉→薄板坯连铸机→均热保温→热连轧机→层流冷却→地下卷取。该工艺设备结构简单，操作稳定，产量高。具有流程短、生产简便且稳定，产品质量好、成本低、有很强的市场竞争力等一系列突出优点。

图1.1 CSP工艺生产线

1-中间包；2-结晶器；3-切断剪；4-均热炉；5-事故剪；6-除鳞机；7-精轧机；

8-1号层流却；9-飞剪；10-生产薄规格的旋转式卷取机；11-2号层流冷却；

12-生产厚规格的常规卷取机

薄板坯连铸连轧工艺流程特点：

(1) 整个工艺流程是由炼钢(电炉或转炉) -炉外精炼- 薄板坯连铸- 物流的时间节奏与温度衔接- 热连轧5 个单元工序组成, 将原来的炼钢厂和热轧厂紧凑地压缩, 有机地组合在一起。

(2) 在整个工序流程中, 炼钢炉、薄板坯连铸机和热连轧机都是刚性较强的工艺装置, 为了稳定地连续浇铸和轧制, 需匹配好各段物流。例如, 对于宽度1350～1600 mm的薄板坯, 若平均拉速为415 m/ min , 则转炉容量应在100 t以上。

(3) 在薄板坯连铸连轧工艺中, 热连轧是决定规模和投资的主要因素, 充分发挥热连轧机组的能力是整个工程建设的要点之一。炼钢炉、炉外精炼装置、薄板坯连铸机及铸机与轧机间的缓冲、衔接装置的设计、选择应以充分发挥热连轧机组的效率为主要前提。

薄板坯连铸连轧技术应用于工业生产已有十多年时间, 生产的钢种也不断扩大, 目前能覆盖传统板带产品的75%[6] , 其中以低碳钢为主, 也可生产低合金钢、硅钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢等。薄板坯连铸连轧还是一项正在发展的技术, 随着技术的不断完善, 产品的范围还会进一步扩大。薄板坯连铸连轧省去了传统的冷装炉工序, 属直接轧制, 可以完全发挥微合金化元素的潜在作用, 对提高产品的性能有很大影响[7]。另外, 因坯料的减薄而产生的快速冷却和凝固的过程, 可以减少坯料内部宏观偏析的均匀分布, 而且起到细化一次晶粒的作用, 但由于坯料的减薄导致了压下率的减小,因此在性能的进一步提高上也存在着一定的困难。由于薄板坯连铸一般都采用复杂横截面的结晶器, 都是在狭窄的空间下浇钢, 给浇铸带来一定的困难, 坯料容易产生横向角裂和表面纵裂, 这是需要进一步解决的问题。总的来说, 薄板坯连铸连轧来料的尺寸精度高, 温度控制均匀, 所以产品质量好, 性能更加均匀、稳定。目前CSP工艺已经生产的品种包括：用于冷轧和涂层板的含碳量小于0.075％的低碳钢、含碳量为0.15％—0.75％的中碳钢、高强度低合金钢，主要是铝、钒微合金化的屈服强度达550MP 的钢、含硅量小于2.4％的无取向硅钢、双相钢、铁素体不锈钢。

研究背景

1.5

薄板坯连铸连轧技术于 20 世纪 80 年代末期开发成功，用于生产热轧板卷的一种全新的短流程工艺，它首次将连铸、温度均匀化和热轧3个工艺阶段连接在一起，实现了流程简化，紧凑，降低了能耗，节约了投资和生产场地,被国际钢铁界公认是继转炉炼钢、连续铸钢之后的又一次革命。

目前,薄板坯连铸连轧生产的产品只能覆盖板材品种的70%～80%，还有相当一部分产品，如汽车面板，超深冲板和表面质量要求高的板材，奥氏体不锈钢板，部分高碳钢板等尚处于开发试验阶段。如美国Armco公司的CONROLL工艺目前只可以生产304和409不锈钢；加拿大Algom公司的FTSR中薄板坯连铸机产品方案包括了汽车面板和高级家电板，实际只生产了包晶钢；北极星-BHP设计时也计划生产汽车板，但现在生产的品种为一般深冲钢和高强度钢板。所以对于高级品种的生产，这些生产线均处于试验阶段，尚未投入工业生产，也没有经用户使用认可的成功先例。总之，采用薄板坯连铸连轧生产高档产品还有待于生产工艺的进一步发展和成熟。

从1999 年以来，我国已有珠钢、包钢、邯钢、鞍钢(2 条) 、唐钢、马钢、涟钢、本钢、通钢、济钢、酒钢、唐山国丰等12 家企业共13 条连铸连轧生产线投入生产，年生产能力达 3900 万吨左右。生产线的总数量和总产能均占世界同类生产线的 1/3 左右，是连铸连轧发展速度最快的国家。2005～2006 年建成的本钢、通钢、济钢、酒钢、唐山国丰等生产线目前尚处于吸取、消化、并尽快达产阶段。其余7 条生产线则多年来围绕全流程生产工艺的稳定与优化，产品质量与产量的提高，新技术的开发与应用，冷轧用板性能的优化与控制等方面展开工作。经过多年的不懈努力和探索，与 4 年前相比，近年来我国的连铸连轧生产的发现趋势出现了一些可喜的变化。

但与先进国家相比，我国板带钢在钢材中占有率远低于发达国家，冷轧板的供给量仍不能满足人们生产生活和国家工业建设的需要，而且连铸连轧生产的薄板质量一般，不能用于汽车板等质量性能要求优良的产品，所以研究CSP工艺下冷轧板的组织性能具有重要的现实意义。另外，关于冷轧再结晶过程中的织构演变规律，虽然已经有很多的研究，但至今仍没有非常确定的理论，存在有争议。

本实验将采用最新的织构研究手段：XRD，研究宏观织构演变规律，不仅在冷轧再结晶织构演变规律领域中有非常重要的理论意义；同时对于当今CSP向着高附加值产品发展具有重要的实际意义。

第二相粒子

一般指的是钢的合金元素在热处理过程中形成的合金化合物粒子，常见的有碳化物、硫化物、氧化物等。

第二相粒子在钢中有很大的作用，可以与基体呈共格或者非共格关系，往往会阻碍位错的运动，使钢的强度增大，这就是第二相强化。第二相强化使刚强度增大，但对塑性是有害的。第二相粒子如TiC、NbC等还有细化晶粒的作用，在钢的生产中第二相粒子具有重要的意义。

第二相在钢中的有利作用

1.第二相控制基体晶粒长大

晶粒细化是使钢材强度提高的同时还提高其韧性的唯一的强化机制，一直受到广泛的重视，在采用各种工艺方法使基体晶粒细化的同时，还必须有效防止晶粒长大才能保证晶粒细化的效果，而第二相钉扎晶界是最重要的阻止晶粒长大的方法。

2.第二相沉淀析出强化

基体中弥散分布的第二相颗粒可产生弥散强化作用，由于第二相通常是通过沉淀析出产生的，故也称为沉淀强化。第二相沉淀强化往往会导致钢材韧性的下降，但相对于位错强化及间隙固溶强化等其他强化方式而言，其脆化矢量较小，故第二相强化是除晶粒细化外应优先采用的强化方式。位错越过第二相颗粒的机制有切过机制和绕过机制，其强化机制分别为切过机制和Orowan机制，当第二相相对较软或尺寸很小时主要为切过机制，其强度增量正比于第二相的尺寸和第二相体积分数的二分之一次方，而当第二相较硬或尺寸较大时主要为Orowan机