第17卷第6期2005年12月 钢铁研究学报 Journal of Iron and Steel ResearchVol.17,No.6 Dec.2005作者简介:张树堂(19362),男,大学本科,教授级高工,钢铁研究总院副总工程师; E 2m ail :zhangangxh @ ; 修订日期:2005205214薄板坯连铸连轧生产冷轧用低碳热轧带钢的力学性能张树堂(钢铁研究总院总工程师办公室,北京100081)摘 要:综述了板坯连铸连轧生产冷轧用低碳热轧带钢力学性能偏高的现状以及性能强化机理。
讨论了性能软化的途径。
指出通过提高钢的纯净度、降低夹杂物含量、采用铁素体温度范围轧制、高温卷取(≥700℃)工艺以及硼微合金化等措施,可以得到屈服强度不超过255MPa 的冷轧用低碳热轧带钢,并生产出合格的冷轧深冲板。
关键词:连铸连轧;低碳钢;热轧带钢;力学性能中图分类号:T G 33515 文献标识码:A 文章编号:100120963(2005)0620010206Mechanical Properties of Low 2C arbon Steel Strip for Cold R ollingProduced by Thin Slab C asting and R ollingZHAN G Shu 2tang(Central Iron and Steel Research Institute ,Beijing 100081China )Abstract :The higher strength of low carbon steel strip produced by thin slab casting and rolling ,and its possible reason were described briefly.The softening procedure was discussed.It is found that increasing steel purity ,de 2creasing inclusion content ,rolling in the temperature range of ferrite ,increasing coiling temperature (≥700℃)and B microalloying are possible to obtain the yield strength ≤255MPa for low carbon steel strip and to produce cold rolled deep 2drawing strip up to standard.K ey w ords :casting and rolling ;low 2carbon steel strip ;mechanical property 目前,国内已投产7条以CSP 工艺为主的薄板坯连铸连轧(TSCR )生产线,另外还有6条即将投产。
2005年,薄板坯连铸连轧生产线的产量可达到2300万t ,其中一部分以中板和薄板热轧材供应市场,而另一部分为冷轧提供原料。
因为我国薄板坯连铸连轧生产线后几乎都建有酸洗-冷轧联合生产线,产量大多超过热轧带钢产量的50%,最多达75%。
这就要求必须提供合适的热带作为冷轧原料。
但是,根据目前的生产实际情况,国内外薄板坯连铸连轧生产线生产的低碳热轧薄带钢的力学性能均偏高,组织细小均匀,作为热轧材具有一系列优点,但是作为冷轧原料则因其力学性能偏高将出现一系列问题。
传统热连轧生产的SPCH 带钢的屈服强度(σs )平均值约为250M Pa ,而薄板坯连铸连轧生产的SPC H 带钢的屈服强度平均值约为315M Pa ,可见其屈服强度大约比传统热连轧生产的SPCH 带钢高26%。
这就意味着轧制同样规格的冷轧产品要多消耗26%的能量。
此外,对可轧薄规格的厚度受到限制,比如轧制同样薄规格的产品需降低坯料厚度等。
根据目前冷轧生产实际情况,尽管薄板坯连铸连轧热轧带钢的屈服强度偏高,但可以通过调整冷轧工艺生产出合格的SPCC 和SPCE 产品。
此外,人们仍力图通过降低连铸连轧生产的低碳热轧带钢的屈服强度来促进冷轧生产的顺行和得到高冲压性能的热轧薄带钢。
为此,有必要讨论在薄板坯连铸连轧生产条件下,降低低碳热轧带钢屈服强度的方法。
1 低碳热轧薄带钢的力学性能现状111 国外生产的低碳热轧薄带钢 国外的生产实践证明,各种薄板坯连铸连轧生产线所生产的低碳热轧薄带钢的屈服强度和抗拉强度都偏高,而伸长率良好(见图1[1]和图2[2])。
薄板坯连铸连轧工艺生产的低碳钢A ISI 1005,A ISI 1006的力学性能表明,按典型工艺(终轧温度880℃,卷取温度660～650℃)生产的热轧带钢,其屈服强度在270～320M Pa 范围内,平均值为285M Pa 。
A ISI 1006的屈服强度平均值为310M Pa 。
CSP 和ISP 工艺生产的低碳热轧薄带钢的屈服强度不低于270M Pa ,而传统热连轧带钢的屈服强度平均值约为260M Pa 。
112 国内生产的低碳热轧薄带钢 国内投产的薄板坯连铸连轧线,尽管轧机布置形式有所不同,但均按薄板坯连铸连轧工艺生产,其生产的SP HC 带钢的力学性能见图3。
其中,邯郸钢铁集团有限责任公司(以下简称邯钢)生产的典型牌号带钢的化学成分(质量分数,下同)及力学性能图1 Nucor 厂采用CSP 工艺生产的低碳热轧薄带钢的力学性能Fig 11 T ypical mechanical properties of low 2carbonsteel strip (NucorCSP)图2 A rvedi 厂采用ISP 工艺生产的热轧薄带钢的力学性能Fig 12 Typical mechanical properties of low 2carbonsteel strip (Arvedi ISP)图3 国内采用CSP 工艺生产的低碳热轧带钢(SPH C)的力学性能Fig 13 Typical mechanical properties of low 2carbonsteel strip (China CSP)平均值列于表1[3]。
珠江钢铁有限责任公司、包头钢铁集团公司、马鞍山钢铁股份有限公司和唐山钢铁集团有限公司(以下分别简称珠钢、包钢、马钢和唐钢)的连铸连轧厂生产的低碳热轧带钢的力学性能见图3。
2 低碳热轧带钢的强化机理 国内外对薄板坯连铸连轧低碳热轧带钢的强化机理进行了一系列的研究。
国外的研究结果认为其强化机理分为两方面[4,5]:一是薄板连铸坯偏析小,初始晶粒细,因而对产品性能均匀有利。
所以正确控制奥氏体区的轧制温度可获得晶粒很细的带钢;・11・第6期 张树堂:薄板坯连铸连轧生产冷轧用低碳热轧带钢的力学性能 表1 邯钢生产的典型牌号带钢的化学成分及力学性能T able 1 T ypical chemical composition and mechanical properties of SPH C and SPH D (H angang ,China)牌号化学成分/%力学性能CMn Si P S σs /MPaσb /MPaδ5/%SP HC SP HD010501280104010090100632538541二是连铸薄板坯内的碳化物、硫化物和氮化物的沉淀析出与传统板坯不同,这已从MnS 沉淀析出的样品分析结果得到证实。
薄板坯连铸的MnS 呈细小弥散分布;而传统连铸时,由于凝固慢、高温持续时间长,形成的MnS 沉淀物尺寸大(图4和图5)。
为防止因硫化物引起的形变硬化,钢中的硫含量必须降至超低含量水平(<01005%)。
国内也系统地研究了薄板坯连铸低碳钢的晶粒细化与强韧化机理,认为细晶强化是主要的强化方式,其次是沉淀强化(钢中存在纳米级的硫化物、氧化物、氮化物和碳化物,它们可能起到了沉淀强化的作用)和位错强化,而且沉淀强化和位错强化的贡献相当[6,7]。
图4 铁素体晶粒尺寸与MnS 夹杂物的关系Fig 14 R elationship betw een grain size offerrite and MnScontent图5 MnS 含量对硬度的影响Fig 15 E ffect of MnS content on hardness 可见国内外的研究结论基本一致,即薄板坯连铸连轧的低碳热轧带钢晶粒细小(平均晶粒尺寸约8μm ),同时存在细小弥散分布的硫化物、氧化物、氮化物和碳化物。
因此,要使热轧带钢软化应针对这两方面采取措施。
3 低碳热轧带钢的软化途径及可能性311 提高钢的纯净度和减少夹杂物的沉淀强化 因薄板坯连铸所用的浸入式水口直径很小,所以必须寻求一种特殊的脱氧工艺,以防止水口堵塞。
比如喷入钙铁粉,使钢中钙的质量分数达到0102%,可使钢中的Al 2O 3转变为CaO 2Al 2O 3复合氧化物,这对去除Al 2O 3夹杂物非常有效。
为了防止因硫化物引起的加工硬化(图5),钢中硫含量必须降至超低含量水平。
喷入钙铁粉能够达到这一要求。
控制氮含量,减少AlN 沉淀强化和N f 固熔强化。
此外,为了让夹杂物充分上浮,使用直结晶器也显得很重要。
在实际生产中,为提高钢水纯净度所采用的措施不尽相同,但降低碳含量和提高钢水纯净度可以使热轧低碳钢相应软化的目的则是一致的。
312 优化热轧工艺制度 采用铁素体温度范围轧制和高温卷取的优化热轧工艺制度可使低碳热轧带钢软化。
比利时CRM 的实验结果表明[4,5],在铁素体温度范围轧制(终轧温度为780℃)比在奥氏体温度范围轧制(终轧温度为850℃)对薄板坯连铸连轧更有意义。
在铁素体温度范围轧制能生产极薄(110mm )的热轧带钢,而且热轧带钢的屈服强度可达200M Pa ,这种热轧带可代替冷轧带使用。
图6示出低碳钢(ωC =0105%)在铁素体温度范围轧制(≤750℃)后卷取温度与屈服强度的关系。
CRM 实验用低碳钢的目标化学成分和铁素体温度范围轧制(750℃)、700℃卷取后带钢的力学性能列于表2。
・21・ 钢 铁 研 究 学 报 第17卷表2 CRM实验钢的目标化学成分和力学性能T able2 T arget composition and mechanical properties of experimental steel(CRM)化学成分/%力学性能C Mn Si(max)P(max)S(max)Al(s)N(t)σs/MPaσb/MPaδ5/%r01050122011501010010120104501003240320>28014图6 屈服强度与卷取温度的关系Fig16 R elationship betw een yield strength andcoiling temperature 我国唐钢薄板坯连铸连轧厂对化学成分为: C0105%、Mn0130%、Si0105%、P01014%、S 010042%、Al01023%的低碳钢按铁素体温度范围轧制工艺进行热轧,获得屈服强度为255M Pa 的带钢[8]。