薄板坯连铸连轧生产汽车用微合金化钢

LL@

#######################################################

薄板坯连铸连轧生产汽车用微合金化钢

薄板坯连铸连轧生产汽车用微合金化钢

!"#$%&’(&)(*+

，，!"#$"%&’(#)%*+,-#&/0&$3，4+5"0,+(6789:7;:<=,,5>)#(?25(&/01.12

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

摘

要：薄板坯连铸连轧非常适合于热轧和冷轧铌微合金化高强度钢板带。热机械处理，即通过控制奥氏体的热加工硬化与软化过程以及奥氏体向铁素体的多晶型转变，获得显著的组织细化效果。这是生产高强度并具有优异塑性和韧性热带钢的可靠基础。薄板坯连铸连轧生产的热带钢容易进一步加工成冷轧带以及表面处理冷轧带。然而，必须采取特别措施以满足汽车应用对表面质量的特殊要求。

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

!引言

从7薄板坯连铸连轧:世纪@:年代早期，技术就发展成为热带生产的标准工艺技术。在全世界范围内薄板坯连铸连轧生产厂厂址最集中的地方在美国、中国和欧洲。最近的工程是（C，）建45A5(-#((BB-在-#>%&$%,",,",,""D4..设一条薄板坯连铸连轧厂，生产汽车外部件用薄板。产品包括热轧、冷轧和镀层板。

薄板坯连铸加上后面的直接轧制的使用非常适合低碳含!$微合金化钢的生产。在此工艺中，薄板坯的厚度在E直接轧制后7!@:&&，的带钢厚度;。!;7&&。典型厂房布置见图;

工厂在热试后，一开始经常生产的产品为无微合金化的一般结构用钢，以及供冷轧用低

碳无合金软钢（表;）。在经过短的运转期后，

［，］;7厂家通常转向高附加值钢材的生产。

表!典型的产品

（<）F!G!;:;;;与<F!G!;::7E

钢

种

!!／,

-

）／C）!0&/H&/H

C’/

／&／!$"0

C’/I

<;:6;7

冷轧用无合

<;:6;:金化软钢<;:6:8;8E

—

:6J:K:!L9"99:78:697K:!L7"97:L::6LEK:!L;"9::LL—

;8E@:!E;87LEJ:!E;J7KEL:!E877@E@:!JJ:!J8;LEE;:

##################

7LE:6;K

一般结构

7KE:6;8用钢

7@—

LEE:67:

;69:;6E:—;6J:

图;薄板坯连铸连轧厂房基本布置图

由于技术与经济的原因，汽车工业需要使用更好的焊接性能的钢，并要求减重，实现这一目标

是使用更高强度钢以保证改善重量／强度比，更好的韧性以及冷成形性能。对汽车工业而言表面质

薄板坯连铸连轧工艺生产汽车薄钢板 *4%

""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""

"

量尤为重要。以下部分将介绍用薄板坯连铸连轧生产汽车用!"微合金化钢的工艺。

热产差异显著。从图#的温度曲线可以看出，轧前的温度不会低于$。结果，由于总应%%%&’变小，且没有传统生产过程中板坯再加热，所以无!因此奥氏体尺寸粗大。!"!!相变，

!微合金化钢生产

直接热轧结合薄板坯连铸的冶金与传统生

图#’()设备典型温度情况

降低碳含量将提高韧性，降低转折温度并提高表面质量和焊接性能。低的碳含量也对偏析行

［］*为产生正面影响。低的氮含量有利于实效稳定

晶粒相当粗大。采用!"微合金化配合热机械处理显著地细化随后的组织。

不同微合金化元素对强度和韧性的影响如图*所示。晶粒细化是唯一同时提高强度，改善韧性和塑性的机理，铌是最强的晶粒细化元素，

即使少量加入也发挥很大作用。

性和焊缝+,-的韧性以及抗晶间应力腐蚀开裂。

薄板坯连铸连轧利用了#!!多晶转变的奥氏体化。此时，奥氏体化温度高，原始奥氏体

图*微合金化元素对%、.%/0’%.1%023钢的塑性和韧性的贡献

$%)

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

薄板坯连铸连轧生产汽车用微合金化钢

铌的晶粒细化作用主要是由于延迟或阻止了热轧后面机架中的奥氏体再结晶。奥氏体的饼状化以及高的位错密度提高铁素体形核。（!），!"通过降低奥氏体向铁素体相变温度#$提高铁素体形核速率的同时降低晶粒长大速率，综合作用导致显著细化的相变组织。!"也有析出强化作用。为了最大限度地利用铌的冶金优势，当板坯在铸机和隧道炉中移动时!"的最大回收率。必须注意保证铌铁块不要跑到炉渣中。对薄板坯铸造一个重要的准备阶段是通过钙处理，提高钢水的铸造性能，防止结口，并且通过夹杂物控制来提高韧性。当均热炉的温度达到或高于)板坯在均热炉中时)**,-时，间约8，就可以获得最佳的力学性能。这*90:样的工艺可保证热轧开始温度足够高到能让钢在第一机架发生完全再结晶。

必须保持固溶。

图%给出不同温度下保温后!"析出分数

与可用氮含量之间的关系［%!&］。由图可以看出，将氮含量降到’$()*%+，即使达到热平

衡，温度高于)*’*,-铌的析出被完全抑制。因此，铌处在固溶态，促进热机械轧制过程中的晶粒细化。同样的原因，也必须避免该温度下的轧制过程中的任何过冷，以及在进入均热炉前，

薄板坯边部在铸机的二冷区的过冷［.］

。

图%氮含量对!"析出的影响

在板坯凝固的过程中/0!就已经开始析出，在离开隧道炉时析出结束。尽管板坯在隧道炉移动过程中/0!的析出物更细小弥散分

布，但没有奥氏体细化作用［1］。经常避免使用

0，原因是/0可能会通过形成复合钛铌氮化物

而增加过早的铌析出。星型析出物的形成以0!为核心，!"（-，!）枝状生长，这点234#56

等做过研究［7］

。此外，/0也会引起结晶器水口结疤。与/0微合金化钢相比，!"微合金化热

带钢的性能分布更小［)*］。

在炼钢还原反应后，铌铁一般成批地加到钢包中，此时温和的气泡与氩气提高钢水的均匀性和洁净度。采用这种加入工艺，可实现!"

直接热轧一般是铸态板坯进入精轧机组的第一机架，之前没有粗轧道次。好获得最优的强度和韧性水平，热轧必须要将枝状铸态组织压实，并实现细晶组织。这就需要采用两阶段轧制方案，一开始在再结晶停止温度以上进行轧制，在非再结晶温度范围内进行精轧。第一机架上的温度和变形必须尽可能地高，以保证

通过完全再结晶来消除原始铸态组织［))，)8］。

因此，第一机架的开轧温度)*&*!)*1*,-，压下率应大于’*+。

有文献报道静态再结晶会加速软化［.，)$，)%］。

图’指出，约)***"

9原始晶粒尺寸，在)*1*,-静态再结晶的临界应变大约为’’+。亚动态再结晶在静态再结晶后无任何孕育期就立即发

生，并在进入下一机架前完成［.］

。

图’温度和晶粒尺寸对亚动态再结晶的临界

应变的影响（2;<）

［.，)$］精轧道次在奥氏体非再结晶温度以下进行，此时奥氏体晶粒保持扁平。相变成的铁素体晶粒尺寸与轧机中累积应变、奥氏体晶粒尺寸以及输出辊道上的冷却速率密切相关，可用

于组织模型，见图&［.，)’］。例如，累积应变*=1

、*"

9的奥氏体晶粒以及平均冷却速率8’,-／>，//8

薄板坯连铸连轧工艺生产汽车薄钢板 =92

"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""

计算得到的铁素体晶粒尺寸约为!!这与实"，

验结果相当吻合。采用层流冷却段早快冷却模

［］

#$式可实现最大化的晶粒细化效果。

［］

#&一步强化的可能性。

图$奥氏体%铁素体相变

产生的晶粒细化

［&，#!］以上所述的固态反应以及最终铁素体晶粒尺寸，与热轧过程中板坯的宏观变形紧密关联。近来的工作主要集中在管线用钢上，然而，这些研究结果也适用于汽车用任何类型的’()*钢，即使最终规格很薄。图&给出微合金化钢以韧脆转折温度（+*,,）表示的韧性与热轧过程中总厚度压下之间的关系。从图可以看出，对-&.管线钢，当板坯厚度不小于&.""，最终.""厚热带钢的转折温度仅为%!./0

。图&微合金化钢总压下与转折温度关系

图1给出终轧温度对#.""板带钢的屈服和抗拉强度的影响。将终轧温度降到约1./0

，可以同时提高屈服和抗拉强度，这是由于奥氏体的加工硬化以及奥氏体向铁素体转变过程中更强烈的组织细化。

要在低温奥氏体区获得稳定的工艺结果，并通过组织晶粒长大产生进一步改善韧性，终轧温度甚至要低于1&./0

。从图1可以看出进图1终轧温度对#.""厚-!2

带钢强度的影响

表2总结了$"#.""厚-!2热轧带钢的

力学性能［#&］。由于热机械轧制后出现的明显

织构，横向试样的强度比纵向稍高些。$""带钢比#.""的强度和伸长率都高，原因是$""

的带钢应变更大，因而组织更细。

表!热轧"#!带钢的力学性能

性能

厚度""

!3

／456!7／456!!／8屈强

比／8

试验结果$

911!992$:..:;!#.

!!2

2!:1

.:;2

试验结果#.99$!.#2!:2.:1;

*5<-!2／-$.

／!=!;／9#9／!9!!／!#&／!2.／#1／标准991!=##1—缺口冲击结果进一步证实了钢的优越的韧性。图;说明，纵向和横向试样的上平台能都

在#&."#1.>［#&］

。转折温度约为%!./0

，冲击功即使在%#../0仍保持$."1.>

。图;-!2的韧性（!?#.""

2夏比@形缺口冲击）

#1

)9)

"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""

薄板坯连铸连轧生产汽车用微合金化钢

!汽车应用举例

图!"给出了由#$%工艺生产的几个

其&$’(热轧带钢的强度和韧性之间的关系，

中强度用屈服强度表示，韧性用总伸长率表

［］!!示。它们与传统的热轧带钢具有类似的性

能。相应的化学成分在表)中给出。本文集也给出#*+,-采用#$%工艺生产的其他&$’(钢

［］

!.。的例子

图!"#$%生产的热带钢的力学性能

表!"（/）#$热轧%#&’带钢的化学成分

钢

种

#

01!"<8"<)"

<=!"<>

!"<";;

!<"!!<:!<:!!<9!!<;!<9

!"<;

!"<"!!"<"!

"<":!

"<")8

<":!"<";!"<!8

"<""9!

"<":"

"<"":!

"<""9

$2

%

$

总(3

4564#7

$)!80#$)880#$9:"0#$8""0#$88"0#

$;""0#

("#$设备生产的%#&’钢的化学成分

蒂森?克虏伯钢铁公司最近发表了用他们自己的铸轧生产线生产的热轧&$’(和双相钢

［］!>结果。根据在传统生产上取得的经验，采用

据说明，沿带钢宽向性能均匀，处于传统带钢的性能波动范围中。45钢有向更细小组织发展

的趋势。

图!!给出用薄板坯连铸连轧钢制成的两种汽车零件。悬挂件由热轧带钢制成，而暴露件则采用冷轧带钢。此外，薄板坯连铸连轧技术也可能生产厚度小于!@如@的热轧带钢，果这样，非暴露件使用的非常贵的冷轧带钢就

［］:可能被热轧带钢取代。

的不同合金设计。其中给出了6微合金化

，$)880#45微合金化$)880#以及45微合金化$9:"0#结果。从;)@@厚的板坯生产出

厚为:<:@@宽为!:""@@带钢。力学性能数

［］

图!!薄板坯连铸连轧带钢生产的汽车零件:

薄板坯连铸连轧工艺生产汽车薄钢板 ERR

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

!总结和展望

低碳铌微合金化钢的理念很适合于在薄板坯连铸连轧生产汽车用热轧和冷轧带钢。在炼钢和连铸过程中经过周密仔细的工艺过程板坯可能有足够好的表面质量。薄板坯连铸连轧工艺得到沿带钢长向和宽向非常均匀的力学性能。铌微合金化，通过组织细化，经济有效地生产出具有良好韧性和塑性的高强度钢。在高的U>8AO;>/>;0Y.A-0<A;0>17O701;=.&:$C8><.77A;CC2

”，QO<>8:;..-G.8L.-.7..;=07I>>L?(B

，&，“MN+6A.17<=+3-01L.1I.8>X&A8I>12

Q0>I0O/4A-->.J60=:;8.1;=:;..-U>89O;>/>4?22

”，;0Y.6>;:;80’1J#1;+&>1U+>1!=.8/>/.4C，$’’BBR）<=A10<A-$8><.7701U:;..-7（!H2>

（G，，M0]..-0O/）’BBR+((D4(’B22CC，3+，((*+,-.//0145+6.17.87;A=-O1J.07.122（），，(’B+T)4FT’BBBQ8+’CC，，，总压下、低的终轧温度以及快的层流冷却条件下获得最好的性能结果。

实验室和工业化试验证实，多相钢，如"#$钢、%$钢和&$钢也可用薄板坯连铸连

轧生产［’，()］。这些结果说明，目前汽车用的所有钢种都可用这种工艺生产，下一步工作将应集中在外板的表面质量上。

参考文献

*+,-.//012，3+45+6.172

.8，9#:#:;..-!.<=41>->2?+@A1+’BBB，CC+DE4DFG+512-，H+9-I.J?

=-，H+G8K=-，&+3-01L.14I.82，6+MA121.8，6+$08<=.8+3+NK11.1I.82，7;A=-O1J.07.1((P（())P），Q8+D，CC

+R(4R)3+6O-LA，@+H+*8A?A1J,+6.07;.8LA/C，$0C.-01.!.<=1>->2?，S>-O/.##，G8K22.（G.-20O/），’BBB，CC

+’)(4EBTG+:>.1.1，:+@A<>I7，&+3-01L.1I.82

，H0<8>A-4->?.J:;..-7’BB’，HA;.80A-7:>-O;0>17&>1U.8.1<.F4)V<;>I.8’BB’，9:H#1;.81A;0>1A-CC

+(T4’RW+M0，%+Q+&8>X;=.8，$+:+H0;<=.--，!+Q+GAL.8，0I0J［R］CC+D4(D:+@A<>I7，G+:>.1.1，&+3-01L.1I.82

，’BB’&:H#1;.81A;0>1A-:?/C>70O/>1!=01:-AI&A7;012A1J">--012，Q>Y./I.8()4’(7;’BB’，*OA12Z=>O，&=041A，CC

+ETP4EFP3+45+6.172.8，*+,-.//012

01Q0>I0O/:<0.1<.[!.<=1>->2?+$8><+>U;=.#1;.81+:?/C

+Q0>I04O/’BB(=.-J01V8-A1J>，,->80JA，\:9+%.<./4I.8’4D，’BB(，CC

+RBD4R’TG+512-，&+3-01L.1I.82

，$8><+>U;=.#1;+&>14U.8.1<.>1H0<8>A-->?01201:;..-7，%>1>7;0A4:A1:.IA7;0A1，())P，CC

+DB(4DBP9+@+%.98J>，"+HA88A<<010，H+@+6OAA1J&+#+*A8<0A，“$8>JO<012Y

A-O.4AJJ.J10>I0O/7;..-7’$+\8A12A9+#+,.81A1J.ZG+M>C

.Z@+H+">J802O.Z4#IAI.，RE1JHN:$&>1U.8.1<.$8>4<..J0127，S>-+^^^#^，’BB(，CC+D((4D’)E,.81A1J.Z，9+#+，"+9IAJ，G+M>C.Z，@+H+">4J802

O.Z4#IAI.：5UU.<;>U&>A87.*8A01:0Z.>1;=.;8A17U>8/A;0>1C8>JO<;7>I;A01.JU>8&4H14QI7;..-7

AU;.8<>1;01O>O7<>>-012，#:#@#1;+，()))，E)，Q>+T，CC

+DPE4D)(R:+S+:OI8A/A10A1，*+_=O，6+:+_O8>I，*+"+

$O8J?，*+&+N.A;=.8-?，@+$A;.-，&+3-01L.1I.82

A1J"+3A7C

A8：$8><..J0127>U;=.#1;.81A;0>1A-&>14U.8.1<.>1!=.8/>4/.<=A10<A-$8><.77012：H.<=A10<7，H0<8>7;8O<;O8.A1J&>1;8>-，@+6+G.?

1>1（5J+），#147;0;O;.>UH.;A-7，M>1J>1，\3，（’BBE），CC+(RPDG.12><=.A，"+，G+M>C

.Z，#+*O;0.88.Z：#1U-O4.1<.>UC80>8AO7;.10;./0<8>7;8O<;O8.>1;=.;8A174U>8/A;0>1C8>JO<;7>I;A01.JU>8&4H14QI7;..-7

AU;.8<>1;01O>O7<>>-012，#:#@#1;+，()))，E)，Q>+T，CC

+DPE4D)(TH+M01，:+:+6A17.1，“5UU.<;7>U"O14>O;!AI-.

&>>-012$8>U0-.>1;=.H.<=A10<A-$8>C

.8;0.7>U&4H14QI4S4:;..-7，”EF;=HN:$，&>1U.8.1<.$8>4<..J0127，#::())T（^^^###），CC+F)4PPF!+5-4G0;A8，3+45+6.172.8，&+3-01L.1I.82，!+5+N.080<=，*+H.2A=.J，9+5-43AJ?A

1J*+6.U1?

，’1J#1;+&>1U+>1!=.8/>/.<=A10<A-$8><.77012>U:;..-7（!H$’’BBR），M0]2.（G.-420O/），’BBR，CC

+(PF4()RPHA8LHA0.8A1J&A-O/H<5XA1，“H0<8>A-->?012.-./.1;701;=.J08.<;7=..;C-A1;”，7..;=07I>>L)6+4$+:<=/0;Z，6+@A177.1，H+G‘77-.8，“">--012

A1J<>0-012;.<=1>->2?U>8;=.C8>JO<;0>1>U;=017;80C

>1A&A7;012">--012M01.”，7;..-8.7.A8<=01;+FT（’BBD）Q>+F，CC

+DBP4D(E（中信微合金化技术中心杨雄飞译）

!(((((((((’ERDTFP)

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/jej4.html