低合金高強(qiáng)度ah60鋼板研制開發(fā)過程的思考

1、2007年?duì)t外精煉不會論文集1812007年7月LadleRefining2007AnnualMeetingProceedingsJuly.2007低合金高強(qiáng)度AH60鋼板研制開發(fā)過程的思考齊新霞1，2)包燕平2)劉建華2)1)安陽鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司安陽4550042)北京科技大學(xué)100083摘要分析板坯表面橫裂紋產(chǎn)生的原因及低合金高強(qiáng)度鋼的強(qiáng)化機(jī)理，采用合理的工藝優(yōu)化措施生產(chǎn)出無缺陷鑄坯，成功開發(fā)出AH60微合金高強(qiáng)度鋼板。特別是在

2、控軋控冷前提下，利用細(xì)晶強(qiáng)化和相變強(qiáng)化，并結(jié)合緩冷工藝實(shí)現(xiàn)微合金的后期析出強(qiáng)化，達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度要求，為該鋼種的成分體系進(jìn)一步優(yōu)化提供了可能。通過合理應(yīng)用控軋控冷工藝，降低合金加入量，降低生產(chǎn)成本。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞板坯；表面橫裂紋；微合金高強(qiáng)度；鋼板；研制開發(fā)安鋼在轉(zhuǎn)爐—鋼包吹氬—浸入式水口保護(hù)澆注—1050mm150mm板坯連鑄機(jī)—中厚板生產(chǎn)線（1#生產(chǎn)線），試驗(yàn)研制微合金高強(qiáng)度AH60鋼板，通過對中間包、浸入式水口、合金成分體系、工藝等優(yōu)化

3、，消除了板坯表面橫裂紋缺陷，并在此基礎(chǔ)上，將試驗(yàn)結(jié)果嫁接到100120噸轉(zhuǎn)爐—LF精煉爐—寬厚板兩條（2#、3#）生產(chǎn)線。同時在控軋控冷前提下進(jìn)一步優(yōu)化成分體系，降低生產(chǎn)成本[1]。1研發(fā)過程遇到的問題研發(fā)初期：連鑄板坯表面橫裂紋嚴(yán)重。該裂紋常隱藏在鑄坯表面氧化鐵皮下，不易直接觀察，對鑄坯表面清理或?qū)㈣T坯在加熱爐加熱后，可看出橫裂紋位于內(nèi)弧面振痕波谷處，長度5~20mm不等，軋成材后在板寬14處沿鑄造方向分布；板材低溫沖擊性能不能完全保

4、證。研發(fā)過程：提高板材延伸合格率；在保證產(chǎn)品性能的前提下，減少微合金元素的加入量，以降低生產(chǎn)成本。2相關(guān)機(jī)理分析2.1鑄坯橫裂紋產(chǎn)生機(jī)理[27]晶界脆化理論:凝固前沿液相分率約10%時富集溶質(zhì)的液體薄膜(硫化物)包圍樹枝晶，降低固相線溫度附近鋼的延性和強(qiáng)度，受外力作用時裂紋沿晶界發(fā)生，致使凝固前沿產(chǎn)生裂紋。柱狀晶區(qū)切口效應(yīng)：凝固前沿柱狀晶生長的根部相當(dāng)一個“缺口”，產(chǎn)生應(yīng)力集中導(dǎo)致裂紋。硫化物：脆性硫化物沿晶界分布形成I類硫化物，引起晶

5、間脆性成為裂紋優(yōu)先擴(kuò)展的地方，也是已凝固坯殼產(chǎn)生裂紋的原因。質(zhì)點(diǎn)沉淀理論：鑄坯冷卻過程中AIN、Nb(CN)等質(zhì)點(diǎn)在奧氏體晶界沉淀，增加晶界脆性，增加裂紋的敏感性。2.2微合金高強(qiáng)度鋼的強(qiáng)化[47]微合金高強(qiáng)度鋼是在低合金基礎(chǔ)上加入微量元素，依靠控軋控冷達(dá)到鋼的強(qiáng)度要求，通過晶粒細(xì)化和析出強(qiáng)化兩種機(jī)制提高其強(qiáng)度。鈮鋼的強(qiáng)度增量主要靠晶粒細(xì)化，且Nb0.04%以下增加很快。釩鋼的強(qiáng)度增量主要靠析出強(qiáng)化。晶粒細(xì)化降低脆性轉(zhuǎn)折溫度，而析出強(qiáng)化

6、提高脆性轉(zhuǎn)折溫度，綜合結(jié)果：鈮0.03%~0.04%降低鋼的脆性轉(zhuǎn)折溫度，釩不論含量多少都提高鋼的脆性轉(zhuǎn)折溫度。強(qiáng)化機(jī)理：在熱軋中通過微合金元素（Nb、V）和熱變形的相互作用實(shí)現(xiàn)細(xì)晶強(qiáng)化。釩鋼借助各軋制道次間多次重復(fù)再結(jié)晶、鈮鋼借助壓扁未再結(jié)晶奧氏體晶粒使之成為“薄餅”使奧氏體晶粒細(xì)化。熱軋結(jié)束后加速冷卻進(jìn)一步細(xì)化晶粒。奧氏體過冷提高鐵素體生核率，降低其長大速率，兩種作用均導(dǎo)致細(xì)小晶粒生成。V的強(qiáng)化：VN微合金化充分發(fā)揮沉淀強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)

7、化兩種強(qiáng)化機(jī)制的作用。VN合金的V與鋼中C、N形成大量細(xì)小V（C、N）析出相，其強(qiáng)化效果比采用VFe形成粗大VC明顯增強(qiáng)。且用VN合金微合金化，析出數(shù)量成倍增長，顆粒尺寸和間距明顯減小。Nb的強(qiáng)化：鈮提高鋼的強(qiáng)度，改善鋼的韌性，每增加0.01%的Nb約可增加強(qiáng)度8～July.20072007年?duì)t外精煉年會論文集?183?9009501000105011001n1io2io3io4i4o5i5o6i6o7i7o8i二冷各段鑄坯表面溫度℃圖

8、1鑄坯表面溫度分布Fig1surfacetemperaturedistributionoftheblank由圖1可知：矯直段鑄坯表面溫度≥980℃。實(shí)際生產(chǎn)過程鑄坯出口溫度≥920℃，表面橫裂紋完全消失。2）提高拉坯速度：適當(dāng)提高拉坯速度，規(guī)定下限拉速，防止拉速過低造成矯直溫度進(jìn)入脆性溫度區(qū)間[3]。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：1#生產(chǎn)線拉速由≤0.9mmin提高到1.10mmin，可保證鑄坯表面和內(nèi)部質(zhì)量良好；2#、3#生產(chǎn)線：0.8mmin拉速鑄

9、坯的內(nèi)部質(zhì)量良好，但表面易出現(xiàn)橫裂紋；1.25mmin拉速鑄坯內(nèi)部出現(xiàn)輕微裂紋；1.35mmin～1.45mmin拉速鑄坯內(nèi)部存在嚴(yán)重裂紋，因此規(guī)定，穩(wěn)定拉速1.20～1.35mmin，即可保證生產(chǎn)順行，又能保證鑄坯質(zhì)量。以上兩種措施均可以使結(jié)晶器內(nèi)鋼液流場的高溫區(qū)下移，有效提高鑄坯矯直溫度。3.6水口優(yōu)化水口結(jié)構(gòu)合理能改善結(jié)晶器內(nèi)鋼液的流動，改善鋼液與結(jié)晶器壁的傳熱，促進(jìn)夾雜物上浮，減少保護(hù)渣卷入[5]，利于凝固坯殼均勻生長。對1#生

10、產(chǎn)線的中間包、浸入式水口進(jìn)行優(yōu)化改造，并取鋼樣做金相顯微鏡、掃描電鏡分析夾雜物情況。優(yōu)化后夾雜物在中間包、結(jié)晶器內(nèi)的上浮率分別提高5.4%、3.7%。半年生產(chǎn)統(tǒng)計：板坯退廢率由1.50%降到0.55%。4優(yōu)化結(jié)果4.1工藝優(yōu)化后AH60生產(chǎn)情況通過上述優(yōu)化消除了板材表面橫裂紋；產(chǎn)品性能滿足設(shè)計要求，已在三條生產(chǎn)線形成批量生產(chǎn)，達(dá)到月產(chǎn)4000～5000噸的生產(chǎn)規(guī)模。對3#生產(chǎn)線提[Nb]降[V]前生產(chǎn)的AH60成份、偏析、性能等進(jìn)行批量

11、統(tǒng)計，見圖2～圖5。00.050.10.150.20.250.30.350.413579111315171921樣本數(shù)個C、Sl、P、S、Nb、V含量%1.41.421.441.461.481.51.521.541.56Mn含量%CSiPSAlNbVMn圖2AH60成分分布Fig2distributionofAH60composition00.511.522.533.51471013161922252831343740樣本數(shù)個拉速mmi

12、n、中心偏析級051015202530354045過熱度℃偏析拉速過熱度圖3中心偏析與工藝因素間的關(guān)系Fig3relationshipbetweencentersegregationprocess由圖2～圖5及生產(chǎn)過程可知：3#生產(chǎn)線生產(chǎn)的AH60工藝控制穩(wěn)定；鑄坯中心偏析0.5～3級；過熱度為20～35℃；沖擊性能遠(yuǎn)高于設(shè)計要求；試驗(yàn)初期因鑄坯內(nèi)部質(zhì)量問題，個別爐次強(qiáng)度指標(biāo)稍低于設(shè)計要求；軋制工藝控制：精軋開軋950℃~850℃，終軋

13、≤850℃，未再結(jié)晶區(qū)累計壓下量50%。產(chǎn)品平均屈服強(qiáng)度515MPa、抗拉強(qiáng)度650Mpa、延伸率29.35%，實(shí)物質(zhì)量滿足產(chǎn)品技術(shù)和用戶要求。且其性能富裕量較大。4005006007008009001000124477093116139162185208231254277300樣本數(shù)個屈服、抗拉05101520253035延伸屈服Mpa抗拉Mpa延伸%圖4相同水表、保護(hù)渣生產(chǎn)的AH60性能Fig4AH60propertyinsamew