低碳高强度热轧薄板生产技术探讨

摘要 介绍了国内外高强度钢/板的发展状况和珠钢电炉薄板坯连铸连轧工艺生产低碳高强度钢板（HSLC）的主要进展，初步分析了HSLC钢高强度化的主要成因——钢水的洁净化、薄板坯连铸连轧的特殊工艺条件以及钢水中残余元素。与HSLA相比，HSLC具有塑性好、焊接性能优良、生产成本低等优点，是提高钢铁材料可竞争性及经济可持续发展的绿色材料。
　　关键词 CSP 低碳高强度钢 低合金高强度钢
　　1 热轧高强度钢（板）的用途
　　随着我国和世界经济的发展，消费者对钢铁工业提出了越来越多的要求，与此同时，钢铁替代品的不断涌现也使得钢铁工业面临前所未有的竞争压力。钢材的高强度化成为钢铁工业近20年最具活力和创造性进展的领域，一系列热轧高强度钢（板）被越来越广泛用于建筑业、制造业和加工业，特别是载重汽车、轿车、桥梁、起重机、舰船、铁路、集装箱、容器、工程机械、甚至航空航天等领域。可以预见，高强度钢的用途将越来越广泛，也越来越重要，如火车提速、汽车减重等。
　　2 国内外高强度钢（板）的发展
　　提高钢材强度的一般途径有：高碳、合金化、热处理等，但都各有利弊。自上世纪50年代以来，低合金高强度钢（HSLA）作为成熟的钢种，比较大量的生产和应用，并形成一系列钢号和生产标准。
　　近年来，高强度钢的研发一直受到国内外的高度重视，不少国家，如日本，甚至将其列为国家重点研究项目，在欧洲最高级的研究项目- 尤里卡计划的新材料研究项目资助下，奥迪汽车等联合研制的轻型高强度薄板可以使汽车用钢减少25%。1994年，世界18家汽车生产厂联手成立了超轻汽车钢（ULSAB）财团，支持高强度汽车用钢的研究。我国“973”计划中更是把新一代高强度钢铁材料的研究作为重大课题。俄罗斯也在重点研究高强度铁道用钢，力图在降低车厢自重的条件下，车厢载重能力由60-70t提高到100-110t。
　　随着国内外高强度钢的不断研发，双相钢（DP）、相变诱导塑性钢（TRIP）、复相钢（CP）、贝氏体钢（B）、和马氏体钢（M）也相继投入工业化生产。各种高强度钢的强度和伸长率范围如图1所示。
　　3 珠钢低碳高强度钢（HSLC）的研究和生产实践
　　珠钢一期引进德国FUCHS150t竖式交流电炉和SMS CSP 生产线，1999年8月全线投产，二期新增意大利DANIELI 150t 预热式电炉、LF精炼炉、VOD真空处理炉、以及SMS薄板坯连铸机各1座/台。是国内唯一1条短流程CSP生产线，具有生产周期短、产品精度控制和强度控制好等一系列优点。
　　自1999年8月一期工程投产以来，珠钢一直注重于新产品开发，特别是市场欢迎的高强度热轧板的开发，已开发出X52、SPA-H、ZJ510L、ZJ590L等一系列钢种，在热轧钢板的传统钢种领域，珠钢对应生产的ZJ330、ZJ400、ZJ470等系列钢种的普遍特点是在塑性不降低且更优的情况下、强度均高于类似国标钢种，创造出一种低成本生产高强度钢的生产工艺流程，低碳高强度钢（High Strength Low Carbon）已成为珠钢产品的一个鲜明特色。在珠钢工艺条件下生产的热轧高强度钢板有别于HSLA钢，最明显的差别是低碳、合金含量低、成分设计中没有添加任何微合金元素等，目前，珠钢开发的汽车用热轧钢板，最高强度等级已经达到600MPa。将珠钢生产的这类高强度钢统一命名为低碳高强度钢，简称HSLC钢。
　　3.1 珠钢热轧板的成分与性能特点
　　珠钢HSLC板性能特点如下：
　　（1）方向异性小（如图3所示）；
　　（2）伸长率高。珠钢目前所有品种均达到国标或JIS标准对伸长率要求，大部分品种均有20%以上的富余量，图4为珠钢ZJ330伸长率生产统计结果；
　　（3）焊接性能好。在珠钢投产以来，未发生因为焊接性能不合导致的客户投诉；
　　（4）组织均匀，晶粒细小（如图5、6所示，略）；
　　3.2 珠钢生产工艺特点
　　（1）珠钢主要设备配置
　　炼钢系统：电弧炉/t 150×2、精炼炉/t 150×2、真空炉/t 150×1、 冶炼周期/min 60
　　原料 ：废钢、海绵铁、生铁
　　CSP铸机：类型 立弯式、流数1+1、坯厚度/mm 50、坯宽度/mm 1000-1350、中包容量/t 28、结晶器长度/mm 1100、拉坯速度/m·min-1 2.8-6、出坯温度/℃ 1050
　　辊底炉：长度/m 192、加热方式 燃油摆动式辊底炉、缓冲时间/min 20
　　CSP 精轧机：事故剪 液压定剪、除鳞 高压除鳞、轧机 6机架、带卷厚度/mm 1.2-12.7、带卷宽度/mm 1000-1350、卷重/t 23（最大）、工作辊直径/mm 720-800（F1-F3）540-600（F4-F6）、轧制力/t 3000、带卷冷却方式 层流冷却、卷取机 1、卷取类型 地下，踏步控制
　　珠钢在成分设计上不采取高合金化思路，仍能够保证生产出高强度钢的主要归因于珠钢先进的工艺控制手段，这包括洁净钢生产技术、CSP薄板坯连铸高拉速控制技术、温度控制技术以及控轧控冷技术等。
　　（2）洁净多生产技术
　　现代钢质量研究表明，提高钢水纯净度对于改善钢材综合性能具有非常重要的意义，薄板坯连铸机的生产实践也对钢水质量（成分和温度）提出严格的要求。
　　珠钢在采用废钢为原料、短流程工艺、无真空处理手段等不利条件下，通过优化配料、电炉全程泡沫渣控制、电炉终点控制技术、无渣出钢、优化的精炼造渣制度和吹氩控制技术以及钙处理工艺等一系列手段使珠钢精炼结束的钢水纯净度达到一个较高的水平，其中：
　　a[o]<3×10-6；TO<25×10-6；[N]<60×10-6；[S]<50×10-6；[P]<150×10-6；[Al]s<20×10-6；