薄板坯連鑄連軋中高碳鋼生產(chǎn)技術(shù)隨著薄板坯連鑄連軋技術(shù)的推廣

1、薄板坯連鑄連軋中高碳鋼生產(chǎn)技術(shù) 隨著薄板坯連鑄連軋技術(shù)的推廣應(yīng)用，至 2009 年底，全球薄板坯連鑄連軋生 產(chǎn)線年生產(chǎn)能力達(dá)10618萬t，其中中國已具備3280萬t年生產(chǎn)能力，成為全球 擁有薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線最多、產(chǎn)能最大的國家。經(jīng)過 20多年的理論研究和 生產(chǎn)實(shí)踐， 人們對(duì)薄板坯連鑄連軋流程的特點(diǎn)有了新的認(rèn)識(shí)， 例如：鑄坯熱履歷 的不同使得鑄態(tài)組織均勻、 第二相析出物細(xì)??； 采用直接軋制工藝， 精軋前原始 奧氏體晶粒粗大；熱形變過程溫度均勻、板形好、厚度精度高等。目前，薄板坯 連鑄連軋流程主要生產(chǎn) w （C ） 0.25%的鋼種，對(duì)于w （ C） 0.25%,特別是 w （C）0.65%

2、的高碳、合金成分復(fù)雜，同時(shí)要求具有高的表面硬度、良好的紅 硬性、高的尺寸精度和均勻的組織性能的工具鋼、 結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼等鮮有研究和 開發(fā)。中高碳板帶鋼主要基于傳統(tǒng)流程、以窄帶方式生產(chǎn)，存在成分偏析嚴(yán)重、 表層脫碳嚴(yán)重、 組織性能不穩(wěn)定等問題。 近年來采用薄板坯連鑄連軋流程已開發(fā) 并批量生產(chǎn)系列中高碳板帶鋼，包括優(yōu)質(zhì)碳素鋼（ 30、 45、 50、 60、 65）、碳素 工具鋼（T7、T8、T10、SK85、SK4、SK5、M100）、彈簧鋼（65Mn、60Si2Mn ）、 合金結(jié)構(gòu)鋼（20CrMo、30CrMo、42CrMo、40Cr、50CrV4）及合金工具鋼（75Cr1、 8CrV2、SK

3、S51）等，w （C）最高達(dá)1.0%，一定程度上緩解了傳統(tǒng)流程流程生 產(chǎn)上述產(chǎn)品所存在的問題并得到廣泛應(yīng)用。1 關(guān)鍵技術(shù)針對(duì)傳統(tǒng)流程生產(chǎn)中高碳板帶鋼存在的成分偏析嚴(yán)重、 表層脫碳嚴(yán)重、 組織 性能不穩(wěn)定等問題， 發(fā)揮薄板坯連鑄連軋流程鋼水凝固速率高、 鑄坯加熱溫度低、 加熱時(shí)間短等技術(shù)特點(diǎn)， 同時(shí)開發(fā)了薄板坯連鑄中高碳鋼專用保護(hù)渣， 采用了液 芯壓下等技術(shù)。1.1 成分偏析控制中高碳鋼由于碳含量高、合金成分復(fù)雜，凝固過程容易產(chǎn)生碳、硫、磷及部 分合金元素的偏析，直接影響產(chǎn)品組織性能的穩(wěn)定均勻性。 與傳統(tǒng)板坯連鑄相比， 薄板坯連鑄的冷卻強(qiáng)度大， 凝固速率比傳統(tǒng)板坯連鑄高十多倍， 鑄態(tài)組織的二次、

4、 三次枝晶更短，晶粒更加細(xì)小、均勻，微觀偏析也得到改善，同時(shí)采用液芯壓下 技術(shù)可進(jìn)一步減少鑄坯的中心偏析。 以主要偏析元素碳的偏析為例， 實(shí)際檢驗(yàn)結(jié) 果表明：基于薄板坯連鑄連軋流程生產(chǎn)的中高碳鋼的碳分布更均勻， 碳的最大偏 析度為 1.16，較傳統(tǒng)流程的 2.0有明顯改善。1.2 非金屬夾雜物控制鋼中非金屬夾雜物的數(shù)量、 形貌等特性嚴(yán)重影響鋼的塑性、 韌性、疲勞性能 和沖擊性能，對(duì)中高碳鋼而言，由于碳含量高、合金成分復(fù)雜，夾雜物對(duì)產(chǎn)品綜 合性能影響的問題尤為突出。 如上所述， 與傳統(tǒng)板坯連鑄相比， 薄板坯連鑄的冷 卻強(qiáng)度大， 凝固速率高， 使氧化物、 氮化物、硫化物等非金屬夾雜物的尺寸減小，

5、有利于改善中高碳鋼的相關(guān)性能， 提高產(chǎn)品質(zhì)量。 對(duì)珠鋼生產(chǎn)的中高碳鋼夾雜物 的評(píng)級(jí)表明： 各類夾雜物級(jí)別均小于傳統(tǒng)流程生產(chǎn)的同類產(chǎn)品，非金屬夾雜物以D類夾雜物為主，級(jí)別不大于1級(jí)，尺寸大多數(shù)在5呵以下，外形為近球形。 文獻(xiàn)11表明：某薄板坯連鑄連軋流程生產(chǎn)的 65Mn 的 A、 B、 C、 D 類夾雜 也不大于 1.5級(jí)。1.3 專用保護(hù)渣開發(fā) 薄板坯連鑄速度快、冷凝速率高、結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動(dòng)強(qiáng)烈，常出現(xiàn)漏鋼、裂紋等事故， 對(duì)于碳含量高、 合金成分復(fù)雜的中高碳鋼問題更突出， 因此基于薄板 坯連鑄工藝以及中高碳鋼成分的特點(diǎn)，開發(fā)與之相適應(yīng)的保護(hù)渣是確保薄板坯連 鑄中高碳鋼工藝過程順利、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定

6、的前提。針對(duì)薄板坯連鑄工藝特點(diǎn)和中 高碳鋼化學(xué)成分特點(diǎn)開發(fā)了專用保護(hù)渣，所開發(fā)的專用保護(hù)渣具有低熔點(diǎn)、低黏 度、低堿度的特點(diǎn)。對(duì)于 w （C）為0.26% 0.10%的中高碳鋼半球熔點(diǎn)溫度為840 960C、黏度（1 300C ）為 0.080 0.083 Pas、堿度為 0.85 0.92,實(shí)現(xiàn)在 薄板坯連鑄機(jī)上的穩(wěn)定澆鑄，漏鋼率小于等于0.2%，縱裂率小于等于0.1%。1.4脫碳行為控制表面脫碳是影響中高碳鋼表面硬度、耐磨性和抗疲勞性等重要性能的關(guān)鍵因 素。與傳統(tǒng)板坯相比，薄板坯連鑄連軋流程采用直接軋制工藝，即板坯連鑄后在高溫狀態(tài)下直接送入均熱爐，將鑄坯溫度從950 1050C提高到適于軋

7、制的溫度 1 130 1 150C，具有加熱幅度小、在爐溫度低、時(shí)間短的特點(diǎn)，有利于降低鑄 坯表面碳的擴(kuò)散速度，減少脫碳量。通過采取相關(guān)技術(shù)措施，基于薄板坯連軋連 軋流程生產(chǎn)中高碳鋼板帶單側(cè)脫碳層深度不超過板厚的1.0%，為傳統(tǒng)流程深度的 30% 60%，見表 1。表1脫碳層深度比較珠鋼產(chǎn)品傳統(tǒng)流程產(chǎn)品鋼種鋼板厚度脫碳層深脫碳層比鋼板厚度脫碳層深脫碳層比/mm度/pm例/%/mm度/pm例/%5.0026.500.535.0055.701.1150CrV43.0019.300.643.0060.302.015.0016.670.335.0038.500.77SKS514.0010.500.26

8、3.0031.001.035.0016.670.335.0060.601.21SK854.0010.500.264.0030.120.751.5珠光體片層間距w （C ）為0.65% 1.0%的高碳鋼的基本組織以珠光體為主。與傳統(tǒng)板坯連 鑄相比，薄板坯連鑄的冷卻強(qiáng)度大，凝固速率高，鑄態(tài)組織的二次、三次枝晶更 短，晶粒更加細(xì)小，同時(shí)由于采用大壓下軋制技術(shù)，道次壓下量大，有助于細(xì)化 晶粒、減小珠光體片層間距，例如珠鋼生產(chǎn)SKS51珠光體片層間距約為0.20pm， 而傳統(tǒng)流程的約為0.52即（圖1）、漣鋼生產(chǎn)的65Mn珠光體片層間距為0.1 0.5pm，而傳統(tǒng)流程的為0.5 2.5pm （圖2）。珠

9、光體片層間距的減小有利于提高 材料的綜合性能，表2給出了不同流程生產(chǎn)65Mn 6 5M n鋼板力學(xué)性能的比較。佚統(tǒng)加稈生產(chǎn)SKSj I匸（L）珠鋼生產(chǎn)SKS51.傳軌瀝耀生嚴(yán)c b）社稍生產(chǎn)的Mtu圖2不同流程生產(chǎn)65Mn珠光體片層間距的比較表2不同流程生產(chǎn)65Mn鋼力學(xué)性能的比較項(xiàng)目屈服強(qiáng)度/Mpa抗拉強(qiáng)度/Mpa曲強(qiáng)比伸長率/%斷面收縮率/%薄板坯連 鑄流程邊緣5018810.5716.338.81/8處4828630.5618.735.42/8處4958810.5619.335.03/8處4878660.5617.936.84/8處4818720.5617.934.4平均值4898730

10、.5618.036.7傳統(tǒng)流程無屈服點(diǎn)654-8.516.51.6高精度軋制中高碳鋼板帶一個(gè)重要的用途是制造量具、刃具及一些特殊用途的工具，要 求具有高的厚度精度和板形質(zhì)量。高的碳含量、復(fù)雜的合金元素顯著提高了材料 變形抗力，增大了厚度控制和板形控制的難度。薄板坯連鑄連軋流程采用輥底式 均熱爐銜接連鑄和熱連軋工序，鑄坯加熱均勻、溫差小，鑄坯長度、寬度和厚度 方向的溫差可控制在±0C以內(nèi)。鑄坯高的溫度均勻性是確保熱形變過程變形均 勻、產(chǎn)品具有高的厚度精度和良好的板形質(zhì)量的前提條件，特別對(duì)于厚度小于 2.0 mm的薄規(guī)格板帶。發(fā)揮薄板坯連鑄連軋流程的優(yōu)勢并采取相關(guān)的技術(shù)措施， 產(chǎn)品厚度波

11、動(dòng)小于±0 pm （頭尾部分小于 吃5口），平直度控制在±01之內(nèi)，凸 度偏差小于±0 pm。2產(chǎn)品的組織性能2.1碳素工具鋼SK4的組織性能碳素工具鋼主要用于制作刃具、模具和量具，此類鋼w （C）為0.65% 1.35%。目前已按日本標(biāo)準(zhǔn)JIS G 4401 - 2002批量生產(chǎn)碳素工具鋼熱軋鋼板 T7、T8、T10、SK85、SK4、SK5、M100。其中碳素工具鋼 SK4的力學(xué)性能如表3所示。 可見SK4熱軋鋼板抗拉強(qiáng)度為1040 1155Mpa,伸長率為4.0% 5.5%，硬度為 30.2 32.9HRC,組織以珠光體為主。表3 SK4熱軋鋼板的力學(xué)性能厚

12、度/mm抗拉強(qiáng)度/Mpa伸長率/%硬度（HRC）4.0010405.530.23.5011005.030.93.0011304.031.62.7510454.532.02.5011554.031.92.3010504.030.42.2合金工具鋼75Cr1的組織性能合金工具鋼是在碳素工具鋼基礎(chǔ)上加入鉻、鉬、鎢、釩等合金元素以提高淬透性、韌性、耐磨性和耐熱性的一類鋼種，主要用于制造量具、刃具、耐沖擊工 具和冷、熱模具及一些特殊用途的工具。珠鋼已按日本標(biāo)準(zhǔn)JIS G4401 - 2002批量生產(chǎn)合金工具鋼熱軋鋼板 75Cr1、8CrV2和SKS51。生產(chǎn)的合金工具鋼SKS51的力學(xué)性能如表4所示，金

13、相組織如圖3所示， 經(jīng)鹽浴淬火后的試驗(yàn)性能如表 5所示?？梢奡KS 51熱軋鋼板抗拉強(qiáng)度為960 1090 Mpa，伸長率為6.0% 8.0%，硬度為27.0 30.0HRC,組織以珠光體為主。 經(jīng)鹽浴淬火后的硬度為58 61 HRC，性能穩(wěn)定。表4 SKS51熱軋鋼板的力學(xué)性能厚度/mmRm/MpaA/%硬度（HRC）冷彎（d=3a）4.8010606.028.5合格3.609609.027.0合格3.509957.527.0合格3.2010357.530.0合格3.0010608.029.0合格2.8010907.530.0合格2.5510907.530.0合格(a )4. 0 mm ；(

14、 h)厚度 2” (i mm«圖3不同厚度SKS51熱軋板心部金相組織表5 SKS51熱軋鋼板經(jīng)鹽浴淬火后的硬度組數(shù)1234硬度（HRC）59， 58， 5959， 58， 5860， 61， 6159， 58， 58注：鋼板厚度為3.6 mm3產(chǎn)品的應(yīng)用目前，基于薄板坯連鑄連軋流程開發(fā)并批量生產(chǎn)的中高碳優(yōu)質(zhì)碳素鋼、 碳素 工具鋼、彈簧鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼及合金工具鋼，已廣泛應(yīng)用于汽車制造、工程機(jī)械、 特種設(shè)備、高端鋸片以及專用器具等領(lǐng)域，如：合金結(jié)構(gòu)鋼 50CrV4可制作汽車 離合器，合金工具鋼SKS51可制作各類圓形鋸片基體，合金工具鋼 75Cr1可制 作超薄排切鋸片基體，碳素工具鋼

15、SK4可制作刀片等。4結(jié)論1） 基于薄板坯連鑄連軋流程開發(fā)并批量生產(chǎn)中高碳優(yōu)質(zhì)碳素鋼（30、45、50、60、65）、碳素工具鋼（T7、T8、T10、SK85、SK4、SK5、M100 ）、彈簧鋼 （65Mn、60SiMn ）、合金結(jié)構(gòu)鋼（20CrMo、30CrMo、42CrMo、40Cr、50CrV4） 及合金工具鋼（75Cr1、8CrV2、SKS51 ）等在內(nèi)的5個(gè)系列、35個(gè)牌號(hào)的中高 碳鋼，w （C）最高達(dá)到1.0%，拓展了薄板坯連鑄連軋流程的產(chǎn)品范圍，產(chǎn)品已 廣泛應(yīng)用于汽車制造、工程機(jī)械、特種設(shè)備、高端鋸片以及專用器具等領(lǐng)域。2）薄板坯連鑄連軋流程生產(chǎn)的高碳鋼板帶具有良好的產(chǎn)品質(zhì)量：碳的最大偏析度為1.16,較傳統(tǒng)流程的2.0有明顯改善；單面脫