關春立1，2，韓立海2

( 1． 東北大學 材料與冶金學院，遼寧 沈陽 110819 ; 2． 通化鋼鐵集團有限公司 煉軋廠，吉林 通化 134003)

摘  要: 通化鋼鐵集團有限公司 FTSR 薄板坯連鑄連軋生產線采用硼微合金化低碳軟鋼技術，嚴格控制鋼水化學成分、成品氮含量、優化連鑄和軋制工藝等，成功開發硼微合金化鋼 TG270，并替代低碳冷軋基料 SPHC 板卷，產品質量和力學性能均達到用戶要求。

關鍵詞: FTSR; 硼微合金化; 以熱代冷

薄板坯連鑄連軋技術自 1989 年投入生產以來，得到了很快的發展。在冶金工業節能降耗、提高附加值的發展趨勢下，開發以熱軋代替冷軋新產品，進一步開發產品的新市場非常必要［1］。目前，通化鋼鐵集團有限公司( 以下簡稱“通鋼”) 當前生產的用于冷軋的 SPHC 熱軋板卷屈服強度較高，不能滿足“以熱代冷”產品—熱軋酸洗涂油板( P/O 板) 的技術要求，而國外對用傳統工藝生產加硼低碳鋁鎮靜鋼降低屈服強度已進行了相應的研究［2］，所以在滿足用戶對板材產品表面質量和成形性能要求的前提下，借鑒國內 SPHC 鋼硼微合金化的研究［3］和生產試驗，2006—2007 年通鋼采用硼微合金化低碳軟鋼技術，開發生產硼

微合金化鋼 TG270 替代低碳冷軋基料 SPHC 板卷，降低了熱軋板卷的屈服強度，達到 CQ 級板的標準要求，實現“以熱代冷”，降低了工序能耗和環境污染，節約了生產成本。

1 FTSR 生產線概況

通鋼薄板坯連鑄連軋 FTSR 生產線主要包括: 意大利達涅利公司的 FTSR 薄板坯連鑄機、美國布里克蒙公司的輥底式均熱爐、日本三菱公司的“2R + 5F”模式1 710 mm 熱連軋機組。單流FTSC 薄板坯連鑄機于 2005 年 10 月 18 日一次性熱試成功，并在 2005 年 12 月 5 日全線投產貫通。該生產線采用了一系列薄規格板帶生產的前沿技術，如: 連鑄動態軟壓下、結晶器漏鋼預報系統、鐵素體軋制技術等。

2 低碳鋼硼微合金化的軟化機理

熱軋板的屈服強度受鋼水中自由氮含量的影響非常大，鋼水中 20 × 10－ 6的自由 w( N) 就可以使屈服強度提高約 10 MPa，采取相應的措施固定鋼水中的自由氮可以達到降低熱軋板的屈服強度的目的。

由圖 1 可以看出，在相同溫度、相同氮含量下，硼在鋼中的固溶度要遠小于鋁，并且硼和氮在鋼中的擴散速率幾乎相同，而鋁在鋼中擴散速率大概是硼和氮的 1/10，由此可見，硼和鋁相比，硼在鋼中更容易與鋼水中的自由氮結合，即鋼中硼和氮生成 BN 要比鋁與氮生成 AlN 更容易，所以硼與氮很容易從基體中脫溶。因此，將一定量的硼加入鋼水中，并且控制鋼中 w( B) /w( N) ，可以使鋼中自由 N 的含量明顯降低，從而使熱軋板的屈服強度降低［6］。

根據文獻［7-10］介紹，加硼微合金化后熱軋板卷晶粒明顯粗大化，主要是因為硼微合金化鋼中 BN 和 AlN 的標準吉布斯能關系為 ΔG0BN＜ ΔG0AlN，所以 BN 優先于 AlN 析出，即粗大 BN顆粒優先形成，同時 BN 的優先析出在一定程度上也抑制了鋼中細小 AlN 的析出，使得加硼鋼中 AlN 的析出量要比不加硼鋼少，進而降低了AlN 在晶界的釘扎作用，降低了 AlN 析出強化對屈服強度的貢獻，同時由于 B 元素在奧氏體晶界的偏聚，也抑制了鐵素體形核。綜上，熱軋板屈服強度降低的主要原因是晶粒的粗大化，即粗大 BN 顆粒的優先析出抑制了鋼中細小 AlN的析出。

3 以熱代冷產品的工藝技術控制

TG270 鋼主要在原有 SPHC 鋼生產工藝基礎上進行硼微合金化，通過優化鋼水化學成分、優化連鑄連軋工藝，降低熱軋卷板的屈服強度。使得在原有 SPHC 鋼生產技術基礎上優化的 TG270 熱軋板卷符合 CQ 級冷軋薄板要求，達到以熱代冷的目的。

3． 1 TG270 鋼生產工藝路線

通鋼生產 TG270 鋼的工藝路線如下: 鐵水倒罐站或混鐵爐→鐵水預處理→120 t 轉爐→氬站→LF→FTSC 薄板坯連鑄機→輥底式加熱爐→粗軋機→精軋機→層流冷卻→地下卷取機→檢驗入庫。

3． 2 試驗內容

TG270 鋼種先后進行了 4 個批次的生產，生產方案主要針對煉鋼、精煉、連鑄、軋制各工藝進行試驗和調整，共生產了4 個澆次31 爐，累計澆鋼量4 650 t，生產概況見表 1。生產過程中每一爐鋼分別在轉爐吹煉終點，氬站，精煉處理前、中、末期，連鑄大包剩余 70 t 時取樣分析( 共31 個) ，檢測鋼水成分，并且按澆次分為 4 組; 同時在精煉和連鑄工序過程中取氮樣分析鋼水中氮含量( 共 17 個) 。試驗主要通過調整鋼水的成分、合金加入量、鋼水的過熱度、連鑄和軋制的工藝參數，以及連澆過程中采用保護澆鑄等措施優化生產，最終實現了 TG270 硼微合金化鋼的批量生產。

3． 3 工藝過程控制要點

3． 3． 1 LF 精煉過程全鋁含量控制

鋁不單純是冷軋用鋼極好的脫氧劑，而且是影響該鋼種 r 值的重要元素，它的使用又易引起增硅，這要求精煉頂渣 w( SiO2) 濃度小，同時對鋁的用量和用法進行控制。LF 出站時 31 個試樣w( Alt) 、w( AlS) 分別為0． 027 % 、0． 025 % ，w( Alt) 主要分布在0． 02 % ～ 0． 03 % ，如圖 2 所示。

試驗中為控制全鋁采取的主要措施包括: 1)減少轉爐出鋼時的下渣量，可以節省鋁用量和縮短精煉時間。2) 轉爐爐后采用弱脫氧，降低精煉進站鋼水硫含量，Alt達到要求含量范圍在 LF 精煉末期完成，嚴格控制底吹氬強度，避免精煉后期的增硅、吸氮和鋁的燒損。3) 調整硼合金中鋁含量，有利于鋼水中 Alt含量的穩定控制。

3． 3． 2 硅含量的控制

4 次試驗的精煉出站鋼水硅含量分布如圖 3所示，精煉出站時 31 個試樣的 w( Si) 平均為0． 038 % ，除第 2 組和其他組少數爐次，w( Si) 基本控制在0． 04 % 以下，尤其是最后 1 組 w( Si) 除第 4 爐基本控制0． 02 % 以下。由于鋼中硅含量顯著影響板材的力學性能及鍍鋅質量，硅含量偏高與屈服強度較高是一致的，因此控制增硅是生產冷軋用低碳、低硅鋼的一項關鍵任務。

實際生產中，必須根據鋼水的進站條件，首先決定 LF 爐的脫氧和脫硫負荷，再綜合考慮頂渣的成渣路線和出站頂渣成分的優化設計。防止增硅措施如下: 1) 控制進站鋼水 S 含量，減輕 LF 脫硫負擔; 2) 提高原材料質量，降低原、輔料 SiO2含量; 3) 控制轉爐下渣，做到下渣量小于 4kg/t 鋼;4) 適當增加爐后石灰用量，稀釋頂渣 SiO2濃度;5) 白渣形成后，避免氬氣強攪拌; 6) 調整酸溶鋁達到要求的含量。

3． 3． 3 氮含量的控制

4 次試驗過程中，通過全程控制增氮工藝，根據中間包取的 17 個氮樣，鋼水 w( N) 大多分布在( 30 ～55) ×10－ 6，平均值為41． 53 × 10－ 6，中包鋼水氮含量的分布如圖 4 所示，鋼水氮含量控制水平可以滿足本鋼種的需要。

3． 3． 4 連鑄工藝改進

硼微合金化低碳軟鋼技術在試驗初期，鋼的屈服強度得到了有效降低，但是熱軋板產生的邊裂較多，熱軋板發生邊裂主要是源于連鑄坯存在邊部、角部裂紋。

相變過程中鋼中碳氮化物在晶界的析出是造成鑄坯產生窄邊裂紋的主要原因之一，其主要是鑄坯在矯直的過程中鑄坯溫度大多處在 700 ～900 ℃ ，在這個溫度范圍內鑄坯的熱塑性很差，屬于第Ⅲ脆性區容易產生裂紋，而這一現象是由于鋼中碳氮化合物在晶界析出造成的，所以控制鋼水中氮含量可以在一定程度上可以控制窄邊裂紋的產生。

生產過程中，為了降低鋼水中氮含量提高板卷質量，連鑄過程中采取了全程保護澆鑄，尤其是優化了大包長水口結構。經過連鑄工藝一系列的措施，中間包鋼水平均 w( N) 已經控制在 50 ×10－ 6以下; 同時改造了連軋機組側噴，使得板帶邊部的溫度提高，進而均勻板帶在軋制過程中溫度。通過以上措施，解決了 TG270 鋼熱軋板出現的邊裂缺陷的質量問題，同時也進一步提高了熱軋板的性能。

3． 3． 5 軋制生產工藝過程控制

根據 TG270 鋼的性能要求以及 FTSR 生產線的工藝特點，探索總結出該鋼種的軋制工藝參數，具體參數見表 2。

4 以熱代冷產品性能

4． 1 TG270 鋼化學成分

TG270 鋼的試驗成分見表 3。

4． 2 SPHC 和 TG270 鋼組織結構對比

軋制后 SPHC 和 TG270 兩種鋼板的組織結構如圖 5 所示，可以看出兩種鋼板的組織結構存在差異，其中硼微合金化鋼板的晶粒明顯粗大。

4． 3 TG270 產品力學性能

4 批次的熱軋板力學性能與通鋼生產的 50爐 SPHC 的力學性能比較見表 4。可以看出，通過硼微合金化技術生產的 TG270 鋼卷，經時效48 h 后，其屈服強度的平均值為241． 9 MPa，抗拉強度平均值為330． 9 MPa，伸長率平均值為48． 9 % ，與 SPHC 鋼板的屈服強度、抗拉強度相比分別降低了62． 1、52． 1 MPa，伸長率提高了8． 15 % 。從表 4 還可以看出經過硼微合金化后的 TG270 鋼的力學性能完全達到要求。因此，通鋼具備了批量化生產硼微合金化鋼 TG270 以熱代冷沖壓用板帶的能力，該鋼種具有廣闊的市場前景。通過對產品跟蹤調查和用戶反饋的信息，鋼卷酸洗冷軋后板形平整、表面良好、無麻坑和翹皮、無裂紋。厚度負偏差控制偏于下限。寬度正公差平均 12 ～ 20 mm。用戶對產品的表面質量、板形、幾何尺寸、機械性能均很滿意。

5 結 論

1) 鋼水中鋁、硅、氮含量的控制、熱軋板邊裂的控制、軋制參數的確定是開發硼微合金化鋼TG270 的關鍵技術環節。

2) 采用硼微合金化低碳軟鋼技術，開發生產硼微合金化鋼 TG270，熱軋板產品經時效48 h后，其屈服強度的平均值為241． 9 MPa，抗拉強度的 平 均 值 為 330． 9 MPa，伸 長 率 平 均 為48． 9 % ，與 SPHC 鋼板的屈服強度、抗拉強度相比分別降低了62． 1、52． 1 MPa，伸長率提高了8． 15 % ，可以替代低碳冷軋基料 SPHC，實現“以熱代冷”。

3) 確定了生產 TG270 鋼各工序的生產工藝參數，并采取了相應的措施保證產品的質量和力學性能，為通鋼批量生產 TG270 鋼提供了有力的支撐。

4) 自 2008 年產品批量生產以后，根據產品跟蹤調查結果，TG270 熱軋板產品的表面質量、板形、幾何尺寸、機械性能均可滿足用戶的使用要求。

參 考 文 獻

［1］   王天義． 薄板坯連鑄連軋工藝技術實踐［M］． 北京: 冶金工業出版社． 2009: 309．

［2］   Takahashi N，shibata M． Technology of continuous annealed cold-rolled sheet steel［C］/ / Proceedings of a symposium spon-sored by the Heat Treatment and Ferrous Metallurgy committees of the Metallurgical Society of AIME ，Warrendale，PA: 1984:133．

［3］  范鼎東，張建平，肖麗俊，等． 硼微合金化對 SPHC 鋼組織、析出物以及屈服強度的影響［J］． 鋼鐵，2006，41( 9) : 60-64．

［4］  徐志榮，顏慧成，仇圣桃，等． 冷軋用 SPHC 鋼硼微合金化工藝實踐［J］． 特殊鋼，2006，27( 5) : 53-54．

［5］  干勇，仇圣桃，張慧． 硼微合金化在 TSCR 工藝生產 SPHC鋼板中的應用［C］/ /2005 年中國鋼鐵年會論文集，2005: 3．

［6］  王曉春． 低碳硼微合金化鋼開發［D］． 沈陽: 東北大學，2008．

［7］  仇圣桃，肖麗俊，劉家琪，等． 薄板坯連鑄連軋生產含硼低碳熱軋帶鋼的軟化機理［J］． 金屬學報，2006，42 ( 11) :1205-1206．

［8］  景欽廣，康永林，孫建林，等． CSP 工藝生產硼微合金化SPHD 板的組織性能［J］． 北京科技大學學報，2007，29( 10) : 989-993．

［9］  王小燕，肖麗俊，仇圣桃，等． 硼微合金化對 CSP 生產低碳鋁鎮定鋼帶力學性能的影響［J］． 中國冶金，2006，16( 7) :27-31．

［10］  郭亞東，肖麗俊，仇圣桃，等． TSCR 工藝生產 SPHC 板過程硼微合金化對 AlN、MnS 析出的影響［J］． 鋼鐵研究學報，2007，19( 7) : 25-27．