薄板坯连铸连轧的冶金学问题及其工艺优势

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1、薄板坯连铸连轧的冶金学问题及其工艺优势唐荻米振莉蔡庆伍作者单位:北京科技大学高效轧制国家工程研究中心,北京100083TheMetallurgyproblemsofthinslabcontinuouscastingandcontinuousrollinganditsadvantagesTANGDi,MIZhen-li,CAIQing-wu(NationalEngineeringResearchCenterforAdvancedRollingTechnology,UniversityofScience&TechnologyBeijing,Beijing100083,Ch

2、ina)1引言　　薄板坯连铸连轧技术在一定程度上有利于提高热带的质量，但也有局限性，一些高质量的热轧板带尚不能用此技术生产；对于可以生产的产品，在生产控制方面也要注意，并非把传统工艺简单照搬。2　薄板坯连铸连轧提高质量的基础条件2.1　铸坯冷却强度大，晶粒细　　由于薄板坯在结晶器内的冷却强度远远大于传统的板坯，其二次、三次枝晶更短，原始的铸态组织晶粒更细，更均匀，为最终组织的细化创造了条件。同时，由于冷却强度大，板坯的微观偏析可得到较大的改善，分布也更均匀。2.2　原始晶粒尺寸结构与传统有所不同　　传统的冷装工艺，通过中间冷却、加热的γ→α→γ重结晶过程，形成细化的奥

3、氏体组织。直轧工艺取消了γ→α相变温度区的中间冷却，铸坯组织是相对粗大的原始奥氏体晶粒，这种粗大的组织在传统热轧条件下轧出的钢材韧性指标低。　　另外，如果铸坯装炉前温度降到A3以下，A1以上，则一部分奥氏体相变为铁素体，加热时未相变的奥氏体晶粒继续长大，相变产生的铁素体消失，生成新的奥氏体晶核，这样奥氏体中，一次奥氏体和相变再结晶的二次奥氏体并存，铸坯组织粗细不均，导致产品出现混晶组织。　　必须改变相应的热轧工艺，如加大道次变形量和总变形量等，才能解决上述问题。2.3　合金元素的溶解量和作用效果不同　　微合金元素的完全溶解是合金元素在钢中起多重作用的前提，为了在成品组

4、织中取得弥散硬化，一部分合金元素在相变后仍应处于溶解状态。常规冷装工艺，在再加热前的冷却过程中合金元素以碳、氮化物的形式析出，在再加热过程中，以固溶状态存在。薄板坯高温直接装炉，许多合金元素不会析出，始终处于溶解状态，对初始组织和再结晶组织均起到细化晶粒的作用。　　通过工艺优化，在变形前使材料中的合金元素处于固溶状态，经变形诱导析出，析出物细小，均匀分布，没有析出的合金元素直到相变后析出，对材料进一步强化。这种状态可最大限度地发挥合金元素的潜力，减少合金元素的用量。2.4　薄板坯连铸连轧轧制过程的热脆现象　　对铝镇静钢、某些碳锰钢、碳铬钼钢、在采用薄板坯连铸连轧工艺时

5、，如果铸坯温降较大，其表面常常出现晶间裂纹，这是由于钢坯塑性下降引起的，即所谓热脆。　　热脆是合金元素化合物AlN或VCN、NbCN在奥氏体晶界析出引起的，细小的AlN等集中在γ晶界，阻止了金属热变形过程中晶界的移动，于是应力在晶界边界聚集，当应力值超过晶粒间亲和力时，就产生了晶界裂纹。研究发现，AlN在750～900℃温度范围内有最大的析出速度。2.5　国外的一些研究结果　　国外已经对薄板坯直接轧制的某些金属学问题进行了初步研究：利用连铸模拟机进行近终型尺寸试件的连铸模拟，然后利用凝固余热直接在热变形模拟机上以平板压缩方式进行热变形实验，随后进行各种冷却速度的控制冷

6、却模拟，再进行热卷取时缓冷过程的模拟。其结论是：　　（1）由于板坯减薄而产生的快速冷却和凝固，不仅使板坯内部宏观偏析均匀分布，而且起到细化一次奥氏体晶粒的作用。这是由于铸坯在凝固过程和凝固后的δ-γ相变过程中，存在非常好的高形核率条件，通过凝固过程的强冷使奥氏体组织明显细化，并且晶粒的细化作用随铸坯在冷却过程（1500～1350℃）中冷却速率的提高而加强。　　（2）直接轧制可以发挥微合金元素的全部潜在作用。　　（3）为了获得具有良好力学性能的细化铁素体晶粒，必须在γ→α相变之前对奥氏体凝固组织尽可能细化。提高相变前的奥氏体位错密度可以促进铁素体形核，这可通过在奥氏体非

7、再结晶区进行热变形而实现。　　钢的再结晶过程取决于合金成分、析出物状态、变形程度、变形温度、变形速度及原始奥氏体晶粒度。有的微合金元素能缩小奥氏体区，提高奥氏体再结晶温度，因而具有阻止再结晶的特性；而当合金元素以细小的析出物状态存在时，又阻碍位错运动，堵塞晶界、亚晶界的迁移。因此通过多次再结晶对奥氏体进行细化必须认真选择所要求的变形温度、变形程度等参数。　　直接轧制在热变形开始时是在粗大的奥氏体组织上进行，单位体积内具有较少的可再结晶形核的奥氏体有效晶界面积。此外，低合金钢直接轧制时，合金元素对再结晶的阻碍作用比冷装工艺时更大。因此，直接轧制时为了得