薄板坯連鑄連軋技術將傳統鋼鐵制造流程獨立分散的工序有機集成,以高效、節能、環保的優勢受到全球廣泛關注,在世界范圍內得到迅速推廣。傳統煉鋼工藝中,鑄鋼后形成的900攝氏度鋼坯需降至室溫,運輸至軋鋼機組后再加熱到1200攝氏度才能軋制,中間巨大能量損耗可想而知。連鑄連軋,薄板坯鑄完即可直接軋制,既能避免能量損失又能充分發揮流程特點,開發與之相適應的低成本高性能鋼,具有工序簡單、投資少、生產周期短、能耗低等優點。
微合金化技術是提高鋼材綜合性能的有效技術措施,但薄板坯連鑄連軋流程存在許多有別于傳統流程的特點,對微合金化元素的行為產生較大影響,因此,在薄板坯連鑄連軋工藝條件下采用微合金化技術必須解決新的技術問題。
研究結果和生產經驗表明,混晶是鈮微合金化技術應用于薄板坯連鑄連軋流程面臨的關鍵技術問題。產生混晶的直接原因是在奧氏體部分再結晶區的變形。薄板坯連鑄連軋流程軋前的奧氏體組織是粗大的鑄態樹枝晶組織,原始奧氏體由樹枝晶向等軸晶的轉化、等軸組織的均勻化、細化都是在變形過程中完成的,難度比傳統流程大很多;另一方面,鈮是阻止奧氏體再結晶最有效的元素,隨著鈮含量的增加,奧氏體再結晶溫度將顯著提高,減小了奧氏體完全再結晶的溫度區間。
如果在薄板坯連鑄連軋過程中粗大奧氏體再結晶不完全,已發生再結晶的奧氏體較細小,未發生再結晶的奧氏體晶粒較粗大,那么細小的奧氏體將轉變成細小的鐵素體,粗大的奧氏體將轉變成粗大的鐵素體,從而導致組織不均勻即混晶。為此,解決混晶問題的技術方案如下。
(1)通過適度控制鈮含量來控制奧氏體完全再結晶溫度,保證在奧氏體完全再結晶溫度以上的充分變形,從而獲得均勻的奧氏體組織。從目前研究結果看,鈮質量分數控制在0.05%以下可以避免混晶問題。
(2)合理調整軋制過程的負荷分配,盡可能增加軋機前段F1、F2和軋機后段F5、F6的負荷,降低軋機中段F3-F4的負荷。目的是盡可能擴大在奧氏體完全再結晶區變形的效果,使粗大奧氏體通過充分的再結晶使晶粒細化、均勻化;最大限度地減小在部分再結晶區的變形;最大限度地在未再結晶區使奧氏體“餅形化”,為相變細化晶粒創造條件。
(3)盡可能提高開軋溫度,即提高F1、F2的變形溫度,避免這兩道次變形進入奧氏體部分再結晶區。
目前,在我國,鈮微合金化技術已廣泛地應用于薄板坯連鑄連軋流程。例如,珠鋼開發了QStE340-460TM系列高強汽車用鋼;用60mm鑄坯開發出9.5mm的X60管線鋼和7.1mm的X65管線鋼以及J55石油套管用鋼。漣鋼開發了汽車大梁板LG510L,LG590L和Q345C。包鋼開發了X52,X56和X60等系列管線鋼和J55石油套管以及汽車沖壓結構用高強度鋼帶。馬鋼開發了低合金高強度耐磨板Q460D。邯鋼開發了汽車大梁板H510L以及X60管線鋼。