薄板坯連鑄連軋中高碳鋼生產(chǎn)技術(shù)

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)實踐，人們對薄板坯連鑄連軋流程的特點有了新的認(rèn)識，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)?。徊捎弥苯榆堉乒に?，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，對于w（C）0.25%，特別是w（C）0.65%的高碳、合金成分復(fù)雜，同時要求具有高的表面硬度、

2、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、SKS51）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

3、在的問題并得到廣泛應(yīng)用。1 關(guān)鍵技術(shù)針對傳統(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、加熱時間短等技術(shù)特點，同時開發(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、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

4、元素碳的偏析為例，實際檢驗結(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，對中高碳鋼而言，由于碳含量高、合金成分復(fù)雜，夾雜物對產(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，有利于改善中高碳鋼的相關(guān)性能，提高產(chǎn)品質(zhì)量。對珠鋼生產(chǎn)的中高碳鋼夾雜物的評級表明：各類夾雜物級別均小于傳統(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，

5、級別不大于1級，尺寸大多數(shù)在5 m 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。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)鋼液流動強(qiáng)烈，常出現(xiàn)漏鋼、裂紋等事故，對于碳含量高、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，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)定的前提。針對薄板坯連鑄工藝特點和中高碳鋼化學(xué)成分特點開發(fā)了專用保護(hù)渣，所開發(fā)的專用保護(hù)渣具有低熔點、低黏度、低堿度的特點。對于w（C）為0.26% 0.10%的中高碳鋼半球熔點溫度為840 9

6、60、黏度（1 300）為0.080 0.083 Pa·s、堿度為0.85 0.92，實現(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 1050提高到適于軋制的溫度1 130 1 150，具有加熱幅度小、在爐溫度低、時間短的特點，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

7、的1.0%，為傳統(tǒng)流程深度的30% 60%，見表1。表1 脫碳層深度比較鋼種珠鋼產(chǎn)品傳統(tǒng)流程產(chǎn)品鋼板厚度/mm脫碳層深度/m脫碳層比例/%鋼板厚度/mm脫碳層深度/m脫碳層比例/%50CrV45.0026.500.535.0055.701.113.0019.300.643.0060.302.01SKS515.0016.670.335.0038.500.774.0010.500.263.0031.001.03SK855.0016.670.335.0060.601.214.0010.500.264.0030.120.751.5 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

8、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0.20m，而傳統(tǒng)流程的約為0.52m（圖1）、漣鋼生產(chǎn)的65Mn珠光體片層間距為0.1 0.5m，而傳統(tǒng)流程的為0.5 2.5m（圖2）。珠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鋼板力學(xué)性能的比較。圖1 不同流程生產(chǎn)SKS51珠光體片層間距的比較圖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)性能的比較項目

9、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4898730.5618.036.7傳統(tǒng)流程無屈服點654-8.516.51.6 高精度軋制中高碳鋼板帶一個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

10、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±10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)品厚度波動小于±10 m（頭尾部分小于±25m），平直度控制在±101之內(nèi)，凸度偏差小于±10 m。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

11、 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

12、、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，金相組織如圖3所示，經(jīng)鹽浴淬火后的試驗性能如表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（

13、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

14、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個系列、35個牌號的中高碳鋼，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；單面脫碳層深度小于1.0%，為傳統(tǒng)流程