我国ＣＳＰ生产线的钢材品种开发
我国ＣＳＰ生产线的钢材品种开发 １． 技术与挑战 紧凑型带钢生产技术（Compact Strip Production）已被世界冶金界和钢材用户所接受，到目前为止全世界已建有２８流１９条生产线，年产能力已超过３０００万吨。ＣＳＰ生产线以其高效率和低成本的优势，不断开拓钢材的新品种和应用新领域。在１０年前，ＣＳＰ技术的出现对世界冶金界曾是一个革命性的冲击，那么在今后若干年内，ＣＳＰ生产线在我国参与钢材市场竞争无疑将加速我国钢铁行业已进行的结构调整。 我国第一条ＣＳＰ生产线已在广钢集团的珠江钢厂建成，邯郸的第二套生产线在２００1年全面达产，包钢的第三套生产线也已经在2001年投入生产。ＣＳＰ在技术上突破，对已建成的传统热轧宽带钢轧轨是一个挑战，但仅是本身取得成功的部分原因。珠江钢厂试生产中暴露的问题： （１）由于能源费用较高，并没显示ＣＳＰ产品低成本的优势； （２）废钢等原材料引起的钢质不纯，将影响产品的质量； （３）mucor的产品纲领可以借鉴，由于技术方面的综合弱势，钢材品种开发有相当难度； （４）板形和尺寸精度超过规定。 应当说这些方面尚未能达到预期目标。１０年前曾在国外"谁是胜者和败者"的争论，今日在中国可能由于钢材品种开发基础薄弱和生产质量观念上的滞后（包括为降低高质量钢中的杂质含量而采用直接还原球团铁）。在数年之内难以达到盈专平衡。 由德国森－克虏伯与ＳＭＳ联合开发的第二代ＣＳＰ生产线，在技术上又有了新的进展，在今年初已建成投产，设计能力为２００万吨，成品厚度０．８～６．３５mm,产品的主要使用领域是汽车制造、建筑业、家电及轻工产品的生产。与第一代ＣＳＰ生产线相比，有如下的技术特点： ①装备以薄规格和超薄规格带材为主，设计最小厚度０．８?。 ②具有紧凑加速冷却系统及近距离的卷取装备； ③增加加热炉长度，提高加热能力； ④连铸坯的液态压下功能； ⑤实现全流程的高度自动化控制。 国内有关面又有引进４～５套第二ＣＳＰ生产线的动向，本文无意去评价"重复引进，产能失控"的不良后果，仅试图探讨ＣＳＰ生产线适产钢材品种的开发和现阶段可能性问题。 ２、技术障碍和解决途径 鉴于ＣＳＰ生产流程的特点，有几个与传统热轧宽钢生产有所差异的技术难点，或叫做技术障碍，直接影响ＣＳＰ产品高质量及其推广应用的效果。 （１）化学成分和杂质元素的偏析； （２）混晶和组织的不均匀性； （３）延性／强度、屈强比的匹配难度。 （４）产品的表面质量。 据已投产的珠江钢厂介绍，产品的表面质量尚可。其余三个方面的问题导致ＣＳＰ产品性能（在长度、宽度和厚度上）不均一分布和延展性（例如，最通常的冲压性能）的恶化，即使是低碳钢也是如此。 美国、意大利和德国的一些ＣＳＰ厂家在品种开发上投入大量的资金，积累了许多经验，将可生产的钢材品种划分为易生产、强化工艺控制和待开发三大类。 现将上述诸总是的解决技术和途径归纳如下： ２．１ 偏析 钢中的成份偏析是冶炼和连铸过程的产物，尤其是铸心部的碳，磷偏析（俗称黑线）最为通常，影响也最大。 解决途径： ①严格在连铸结晶器内的喂丝和其他成份微调的操作； ②包括电磁搅抖和液面电磁制动技术的应用； ③合理的水冷制度； ④高效连铸技术对于成份均匀化、改善偏析有意义； ⑤延长加热炉长度对于钢中成份均匀化有好处； ⑥对于钢和超洁净钢仍要重视偏析问题。 ２．２ 混晶 Mucor公司在品种开发中，混晶现象是突出的缺陷之一，不仅出现在极边或中心，也表面在表层或心部，晶粒度上下相差达３～５个等级，同时出现珠光体晶团和碳化物连续网状分布，导致钢的强度下降、韧性变坏，增加焊接裂纹敏感性。解决途径： ①调节第二次水制度； ②铸坯热装温度不低于Ar3； ③采用步进式加热炉，避免铸坯"水印"； ④延长加热炉长度； ⑤必要时，设置铸坯或板边的补偿加热 ⑥保证必要的压缩比。 ２．３ 高屈强比 高屈强比是淬回火钢（调质）的性能特征，也是控轧控冷微合金化钢的特点。一般屈强比在０．８～０．９，但对于要求较优冲压性能的ＣＳＰ产品，希望屈强比控制在０．６左右，即使焊接结构用的微合金化钢，屈强比也不超过０．７５。 ①合理的合金设计，降低钢的时效倾向和冷加工硬化向； ②适于高温形变轧制，减少在非再结晶区的总变形量； ③弱化层流的前段冷却，避免或减少中温转变产物的比例； ④终轧温度和冷却速度对屈服强度的影响基于抗张强度； ⑤ＣＳＰ产品的屈服强度控制在４２０Mpa以下为宜。 ２．４ 表面质量 冶炼的熔渣、结晶由内的保护渣，以及钢中的各类夹杂物在轧材表面的暴露都有换钢的表面质量。热轧和冷轧板带的表面质量也影响到涂镀产品的表面质量，尤其是超薄带，对表面质量的要求十分苟刻。 解决途径： ①改进炼钢和中间包的操作； ②在连铸区的夹送辊和轿直辊辊之前，在加热炉末端和粗轧之前设置高压水除磷； ③热轧机架之间水冷，对于清除氧化铁皮和表面有害物质是有益的； ④层流冷却系统位置的设计； ⑤避免高温卷取； ⑥选择合适成份和硬度的工作辊； ⑦可逆式冷轧机后装有清洗生产线。 ３、 我国ＣＳＰ生产线的钢材品种开发 按品种生产对ＣＳＰ生产流程的适应性和品种商业竞争的性能水平，建议国内ＣＳＰ产品的生产分三个阶段和九个层次进行渐进和开发方案，如下所示： ＣＳＰ产品的渐进开发 阶段 品种类别 ①低碳可焊接结构用钢； Ⅰ ②低碳冲压成形用钢； ③一般用途中低强度等级低合金钢 ④冷加工和冷轧深冲用钢； Ⅱ ⑤中碳结构钢； ⑥采用微合金化钢； ⑦合金结构钢； Ⅲ ⑧高碳钢； ⑨不锈钢等微合金量的特钢 具体的品种开发方案，还需考虑两个因素： （１）中期的市场需求； （２）保有市场的区域性； 西欧ＣＳＰ产品用于冷轧低碳非合金钢的产品占７６．２％。 ３．１ 低碳可焊接结构用钢 这一类钢碳含量通常在０．２０％左右，多数用于焊接或非焊接建筑工程，代表性钢种牌号为ＧＢ／Ｔ７００的Ｑ１９５～Q２３５。钢的屈强比大致在０．５～０．６，冷加工对钢的延伸率要求不低于２０％，适于在常温和不低于－２０℃的环境下使用。根据国外的经验，这类钢的组织晶粒度为９级，但并非必须铝镇解。 生产工艺的特点。 （１）板坯加热的均匀性； （２）稳定的开轧温度、终轧温度和卷数温度； （３）通板（卷）的尺寸精度的均匀性。 在此基础上，可以生产碳含量在０．１５～０．２５～，ＧＢ／Ｔ６９９的优质碳素钢。亦可生产相当的国外钢种牌号： ３．２ 低碳冲压成形用钢 这类钢，不论是热带材或冷轧带材，都是有较低的碳含量（＜０．０５％＝要求钢质的洁净度、表面质量、尺寸精度和较小的时效性。相当于铝镇静级的第二代冲压用钢，拉延级别大致属于F级和ＨＦ级，通常r≤１．５、n～０．２０，广泛用于以热轧材为主的冲压成形用途。 生产工艺的要点： ①无缺陷铸坯； ②清除氧化皮； ③板形和厚度的控制； ④炼钢原材料和杂质控制； ⑤成材晶粒度相邻级别不大于３级。 钢种牌号举例： 中国 日本 德国 ０８ＡＩＦ ＳＰＣＣ Ｓ t12 ３． ３ 一般用途中、低强度等级的低合金钢 这一类钢的碳含量在０．２０％以下，出于钢中会有较高的猛（≤１．６％）和微量的添加元素（如≤０．０２％Nb、≤０．０１５％Ti、加入量低于０．０２％的混合稀土），热轧状态下具有较高的屈服强度（～４２０MPa）和屈强比（～０．７０），广泛用于高强度焊接结构，同时要求良好的成形性和纵横力学性能均匀性。 生产工艺的要点： ①要求控制化学成份的波动范围； ②控制钢的Ｃ／Ｍn比及添加元素的极限； ③按溶解度积控制钢中的碳、氮含量； ④通过终轧湿度和卷取温度稳定钢的屈强比； ⑤以稀土为夹杂变性剂时，控制钢中的夹杂物总量和夹杂物颗粒度。 这一类包括： ＧＢ／Ｔ１５９１，Ｑ２９５～Ｑ３９０，Ａ～Ｄ级，ＪＩＳＧＥ１３５，ＳＰＦＣ５９０，ＪＩＳＧ３４７４，ＳＴＫＴ５４０，ＤＩＮ１７１５５，ＰＨ３５５，ＤＩＮ１００２５，Ｆe５１０。 ３．４ 冷加工、冷轧深冲用钢 这类钢比碳冲压用钢具有更优的拉延性，相当于ＩＦ级的冲压性能代表的钢种牌号０８ＡＩＺＦ、ＳＰＣＥ、Ｓt１４等。r=１．６～１．７、n＝０．２３～０．２４、σs／σb＝０．５０～０．５５。 这类钢的典型用途是汽车制造，在２０世纪深冲压板带做为优异的结构材料在汽车市场上维持着统治地位，也只有在其不断创新的改善才能低御铝和高分子材料在减轻车辆结构重量方面的竞争。改善冲压性又仅是提高竞争力的一个侧面，发展趋势的驱动力还在环境要求、用户意向、制造成本和全球化等各个相关方面，因此ＣＳＰ生产线的汽车板诸产品具有很大的优势，其进一步发展方向： ①生产第三代的冲压用钢（ＩＦ钢）； ②生产更高强度的冲压用钢（ＢＨ）钢； ③生产更优表面质量的冲压用钢（０５钢）。 技术上的难度，主要在表面质量。因此，改善表面质量的一系列措施都值得重视。采用新的可靠监测装备来防止有害的磨擦表面缺陷、加工裂痕进入冲压件。 ３． ５ 中碳结构钢 ①控制钢中的碳偏析； ②控制钢中带状珠光体的分布； ③通过钢的碳含量的控制，稳定钢的延伸率。 这类钢主要指碳含量０．３～０．４５％的非合金钢，与偏析相仿的问题是脱碳，尤其是薄板带的表面脱碳，将严重影响钢的工艺性能和使用性能。 ３．６ 专用微合金化钢 ２０世纪最后３０年的冶金学及钢铁制造技术的重大进展在钢的微合金化钢领域，ＣＳＰ生产线关注的另一重要方面就是微合金化钢的生产。这类钢广泛用于汽车、船舶、工程机械、管线、容器、气瓶、车辆等领域，巨大的市场容量必然使ＣＳＰ生产线去开发各类专用品种。 生产工艺要点： ①控制钢中微合金化学元素的溶解和析出。 ②按微合金化类型，采用适宜的轧制工艺。 ③终轧温度及轧后层流冷却速度的配合。 ④细小均匀的显微组织和微细分布的碳氮化析出物。 在微合金化钢中，ＣＳＰ生产主要推荐铌微合金化钢，我国在如下的一些领域，已积累了铌钢的生产经验。
３． ７ 合金结构钢 合金结构钢属于中碳钢范畴，在ＣＳＰ生产线上开发的速度主要是连铸坯碳和合金元素的偏析问题，尤其是含有高熔点和低扩散系数元素的合金结构钢。例如钢中固溶的存在，本身扩散缓慢，又降低钢中碳的扩散速度，从而显著影响钢的淬透性。较长的加热炉，有助于连铸坯中碳的合金成份的扩散、均匀化，也有利于轧制的均匀变形和组织的均匀化，将改善冷加工性能，提高钢带的承载能力。
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