12级冶金专业(金属凝固与连铸连轧技术)作业题

第一篇：12级冶金专业(金属凝固与连铸连轧技术)作业题

东北大学大连函授站2013-2014学年第一学期级专升本科《金属凝固与连铸连轧技术 》作业题

专业：学号：姓名：得分：

一、单项选择题

1、下列哪种晶体结构中原子数最少（A）。

A体心立方B面心立方C 密排六方

2、在均匀形核的开始阶段，形核率随过冷度的增加而（A）。

A增加B减弱C不变

3、下列二元合金相图不属于匀晶的是（A）。

AAg-CuB Cu-NiCAg-Au4、过冷度越大，固溶体合金的形核率越大，越容易获得(B)的晶粒。

A粗大B 细小C 不均匀

5、由一种固相转变为另外两种固相的转变是（C）转变。

A共晶B包晶C共析

6、渗碳体是一种（C）。

A稳定化合物B不稳定化合物C介稳定化合物

7、在Fe-Fe3C相图中，钢与铁的分界点的含碳量为（C）。

A2％B2.06％C2.11％

8、晶核在长大时，其界面总是向（C）区域推进。

A无畸变B 新晶粒C畸变

9、目前国内外开发的各种形状的小方坯结晶器铜管，其目的均在于减少(A)的厚度，以提高铸机的拉速。

A．铜壁B．渣膜C．气隙

10、连铸比水量的概念是(A)。

A．二冷水总水量/(铸坯单重×拉速)

B．二冷水流量/(冶金长度×铸坯单重)

C．结晶器水量/(拉速×铸坯单重)

11、Cu在钢中含量高时，可能使铸坯产生的缺陷是(A)。

A．星状裂纹B．纵裂C．结疤

12、弧形连铸机弧形段内外弧喷水量是(B)。

A．内弧比外弧大B．外弧比内弧大C．内、外弧一样

13、铸坯的“干式冷却”的概念是：(B)。

A．铸坯喷水冷却而不喷气

B．铸坯不喷水，靠辐射和辊子冷却

C．铸坯只喷气，而不喷水

14、为减少裂纹，保证铸坯质量，尽量消除FeS共晶体的影响，通常规定钢中Mn/S比应大于(C)以上。

A．5∶10B．10∶15C．15∶2015、连铸机结晶器的主要作用是(B)。

A．让钢液通过B．使钢水形成一定厚度的坯壳C．便于保护渣形成渣膜

16.150mm×150mm连铸坯，保持V＝1.5m/min，比水量1.5L/kg钢时，凝固系数K＝29.5mm/min1/2。其液芯长度为(A)。

A．[150/(2×29.5)]×1.5B．[(150×29.5)]×1.5C．150/(2×29.5)×1.5

17．钢水凝固放出的热量有过热、潜热、显热三种，其中(B)的放出速度直接关系到连铸的生

产率。

A．过热B．潜热C．显热

18．钢水凝固收缩分为三部分，其中对铸坯产生裂纹影响大的是(C)。

A．液态收缩B．凝固收缩C．固态收缩

19．金属的实际结晶温度Tn与理论结晶温度Ts之差值即：△T＝Ts-Tn，称为(A)。

A．过冷度B．过热度C．浇注温度

20．连铸坯的直接轧制工艺，即连铸－(C)－轧制方式的组合。

A．切断B．切断－保温C．切断－加热或补热

21．若转炉出钢量为30t的四流150mm×150mm连铸机，拉速为1.5m/min，铸坯比重7.4t/m3，则其一炉钢的浇注时间为(B)min。

A．30/(4×150×150×7.4×1.5)B．30/(4×0.15×0.15×7.4×1.5)C．30/(4×0.15×0.15×1.5)

22．为了防止铸坯鼓肚，应采用的技术是(A)。

A．密排辊列B．压缩铸造C．轻压下技术

23．浇注温度越高，拉坯速度越(B)。

A．快B．慢C．两都都不是

24．采用轻压下的技术主要改善铸坯：(C)。

A．中心裂纹B．纵裂C．中心偏析

25．二冷强度过大，会使铸坯的(B)扩大。

A．边部激冷层B．柱状晶区C．中心等轴晶区

二、填空题

1．三种典型的晶体结构有、。

2．纯金属铸锭的宏观组织通常有、晶区。

3．由一种组元组成的合金成为。

4．由一种液相转变为两种固相的转变是

5．珠光体是

6．碳溶解在称为铁素体。

7.钢中含碳量增加时，8.提高二冷区冷却效率的主要措施是保证足够的结构和水条件

9.连铸坯的切割方法有两种：和。

10.铸坯的横裂纹属于

三、判断题

1．金属的纯度越高，则过冷度越小。（x）

2．在实际的生产过程中，合金的的结晶是平衡结晶。（x）

3．相图上成分间隔和温度间隔越大，合金的流动性越差。（√）

4．铁素体是碳溶解在γ-Fe中所形成的间隙固溶体。（x）

5、奥氏体是碳溶解在γ-Fe中所形成的间隙固溶体。（√）

6、晶粒越细，金属的强度越高。（√）

7、结晶器的倒锥度过大，易产生气隙，降低冷却效果，过小增大摩擦力，加速铜板磨损。(x)

8、结晶器，又称为连铸机的一冷系统。(√)

9、立弯式连铸机比弧形连铸机，结晶器内夹杂易上浮。(√)

10、结晶器长度，主要取决于拉坯速度，结晶器出口安全坯壳厚度和结晶器的冷却强度。(√)

四、简答题

1、什么叫固溶强化？ 在固溶体中，随着溶质浓度的增加，固溶体的强度、硬度提高，而塑性、韧

性有所下降，这种现象叫固溶强化。

2、铁碳合金中基本相有哪几相？其机械性能如何？ 铁素体：软韧相，塑性好，强度和硬度低，奥氏体：塑性很好，具有顺磁性。

渗碳体：硬度高，塑性差

3．写出铁碳相图上共晶和共析反应式及反应产物的名称。

共晶反应：L→γ+ Fe3C，反应产物为莱氏体。

共析反应：γ→α+ Fe3C，反应产物为珠光体。

4．弧形连铸机有什么特点？

弧形连铸机的特点是：铸机的高度基本上等于圆弧半径，铸机高度低，仅为立式铸机高度的三分之一；设备较轻，安装和维护方便，基建投资低。铸坯在被矫直前没有附加的弯曲变形，坯壳承受钢水静压力小，不易产生鼓肚和内裂，但钢水中非金属夹杂物的上浮条件不好，有向内弧侧聚集的倾向。

5．结晶器长度决定于哪些因素？

结晶器长度决定的因素有：

(1)导出的热流强度。以保证结晶器坯壳厚度；

(2)拉坯阻力。选择长度的原则应保证出结晶器坯壳厚度的前提下，尽可能选用短结晶器，既可减少铜耗和造价，又可减少拉坯阻力，有利于提高铸坯质量

五、简述CSP、ISP、FTSR、CONROLL、QSP、TSP、CPR各类连铸连轧技术特点。csp 可生产0.8mm或更薄的碳钢、超低碳钢

isp 可生产0.1mm或更薄的产品

ftsr 可生产低碳钢 高碳钢 包晶钢

conroll 可生产低碳钢 中碳钢 高碳钢 合金钢 不锈钢

qsp 可生产碳钢 低合金钢

六、计算题

1.150mm×150mm连铸坯，结晶器长度：L＝700mm，结晶器凝固系数K＝18mm/min，浇注过程中结晶器液面稳定在离上口50mm。求钢水在结晶器内的停留时间t和结晶器内钢水的凝固速度V凝。(计算过程中小数点保留二位)解：结晶器有效长度Lˊ＝700－50＝650mm

钢水在结晶器内的停留时间：t＝Lˊ/V＝0.650/1.5＝0.43min

结晶器内钢水的凝固速度V凝＝K/(2t)＝18/(2×0.43)＝13.64mm/min

答：钢水在结晶器内的停留时间为0.43min，结晶器钢水的凝固速度为13.64mm/min。

七、实践实验题或作图题

画出铁碳相图

第二篇：2016冶金连铸专业毕业论文资料

毕 业 课 题

课题名称：

浅

议

连

铸

坯

质

量

控

制

学

号

姓

名

马

军

专业班级

指导教师

2011年 月 21

日

浅议CC坯质量控制

摘 要

CC坯质量决定着最终产品的质量。从广义来说所谓CC坯质量是得到合格产品所允许的CC坯缺陷的严重程度，CC坯存在的缺陷在允许范围以内，叫合格产品。CC坯质量是从以下几个方面进行评价的：

(1)CC坯的纯净度：指钢中夹杂物的含量，形态和分布。(2)CC坯的表面质量：主要是指CC坯表面是否存在裂纹、夹渣及皮下气泡等缺陷。CC坯这些表面缺陷主要是钢液在结晶器内坯壳形成生长过程中产生的，与浇注温度、拉坯速度、保护渣性能、浸入式水口的设计，结晶式的内腔形状、水缝均匀情况，结晶器振动以及结晶器液面的稳定因素有关。

(3)CC坯的内部质量：是指CC坯是否具有正确的凝固结构，以及裂纹、偏析、疏松等缺陷程度。二冷区冷却水的合理分配、支撑系统的严格对中是保证铸坯质量的关键。

(4)CC坯的外观形状：是指CC坯的几何尺寸是否符合规定的要求。与结晶器内腔尺寸和表面状态及冷却的均匀程度有关。本文从以上四个方面对实际生产中CC坯的质量控制采取的措施进行说明。

关键词：CC坯、质量、控制

浅议CC坯质量控制

Abstract Casting billet quality determines the quality of the final product.From the generalized casting billet quality is for so-called get qualified products allowed by the severity of casting billet defects, the defects of continuous casting slab in allowing scope, call of qualified products.Casting billet quality from the following several aspects to evaluate:(1)Is dramatically: refers to the continuous casting slab in steel inclusion content, form and distribution.(2)The surface of continuous casting slab quality: mainly refers to the existence of casting billet surface cracks, slag inclusion and subcutaneous bubble etc defects.These surface defects casting billet is mainly in the crystallizer liquid steel solidified shell produces in the process of forming growth, and pouring temperature, throwing speed, protection of slag, into the design, crystallization type spout the inner chamber shape, water, seam uniform mould oscillation and mould the liquid surface stability factors.(3)The internal quality of casting billet: refers to whether has the correct casting billet solidification structure, and crack, segregation, loose defects such as degree.Two cold district cooling water rationing, supporting system for the strict is the guarantee of billet quality in the key.(4)The appearance of continuous casting slab shape: refers to the geometric size of casting billet compliance with requirements.And the mould cavity dimensions and within the uniform cooling surface state and depend on.This article from the above four aspects to actual production of casting billet quality control measures taken for instructions.Keywords: casting billet, quality, control浅议CC坯质量控制

目 录

摘 要.............................................1 目 录.............................................3 ⒈ CC坯纯净度与产品质量..........................4 1.1纯净度与质量的关系............................4 1.2提高纯净度的措施..............................4 ⒉CC坯的表面质量.................................5 2.1表面裂纹......................................5 2.2表面夹渣......................................6 2.3皮下气泡与气孔................................7 ⒊CC坯内部质量...................................7 3.1中心偏析......................................7 3.2中心疏松......................................8 3.3内部裂纹......................................8 ⒋CC坯的外观形状.................................9 4.1鼓肚变形.....................................9 4.2菱形变形.....................................9 4.3圆铸坯变形...................................10 参靠文献............................................11 浅议CC坯质量控制

⒈CC坯纯净度度与产品质量

1.1纯净度与质量的关系

纯净度是指钢中非金属夹杂物的数量、形态和分布。与模铸相比，CC的工序环节多，浇注时间长，因而夹杂物的来源范围广，组成也较为复杂；夹杂物从结晶器液相穴内上浮比较困难，尤其是高拉速的小方坯夹杂物更难于排除。夹杂物的存在破坏了钢基体的连续性和致密性。大于50μm的大型夹杂物往往伴有裂纹出现，造成CC坯低倍结构不合格，板材分层，并损坏冷轧钢板的表面等，对钢危害很大。夹杂物的大小、形态和分布对钢质量的影响也不同，如果夹杂物细小，呈球形，弥散分布，对钢质量的影响比集中存在要小些；当夹杂物大，呈偶然性分布，数量虽少对钢质量的危害也较大。

例如：从深冲钢板冲裂废品的检验中发现，裂纹处存在着100~300μm不规则的CaO-Al2O3和Al2O3的大型夹杂物。

再如，由于CC坯皮下有Al2O3夹杂物的存在，轧成的汽车薄板表面出现黑线缺陷，导致薄板表面涂层不良。

还有用于包装的镀锡板，除要求高的冷成型性能外，对夹杂物的尺寸和数量也有相应要求。国外生产厂家指出，对于厚度为0.3mm的薄钢板，在1m2面积内，粒径小于50μm的夹杂物应少于5个，才能达到废品率在0.05%以下，即深冲2000个DI罐，平不到1个废品。可见减少CC坯夹杂物数量对提高深冲薄板钢质量的重要性。

对于极细的钢丝（如直径为0.01~0.25mm的轮胎钢丝）和极薄钢板（如厚度为0.025mm的镀锡板）中，其所含夹杂物尺寸的要求就可想而知了。此外，夹杂物的尺寸和数量对钢质量的影响还与铸坯的比表面积有关。一般板坯和方坯单位长度的表面积（S）与体积（V）之比在0.2~0.8。随着薄板与薄带技术的发展，S/V可达10~50，若在钢中的夹杂物含量相同情况下，对薄板薄带钢而言，就意味着夹杂物更接近铸坯表面，对生产薄板材质量的危害也越大。所以降低钢中夹杂物就更为重要了。

1.2提高纯净度的措施

提高钢的纯净度就应在钢液进入结晶器之前，从各工序着手尽量减少对钢液的污染，并最大限度促使夹杂物从钢液中排除。为此应采取以下措施：

⑴无渣出钢。转炉应挡渣出钢；电炉采用偏心炉底出钢，阻止钢渣进入盛钢桶。⑵根据钢种的需要选择合适的精炼处理方式，以纯净钢液，改善夹杂物的形态。

-6⑶采用无氧化浇注技术。经过精炼处理后的钢液氧含量已降到20×10以下；在盛钢桶→中间罐→结晶器均采用保护浇注；中间罐使用双层渣覆盖剂，钢液与空气隔绝，避免钢液的二次氧化。

⑷充分发挥中间罐冶金净化器的作用。采用吹Ar搅拌，改善钢液流动状况，消除中间罐死区；加大中间罐容量和加深熔池深度，延长钢液在中间罐停留时间，促进夹杂物上浮，进一步净化钢液。

⑸）CC系统选用耐火度高，融损小，高质量的耐火材料，以减少钢中外来夹杂物。⑹充分发挥结晶器的钢液净化器和铸坯表面质量控制器的作用。选用的浸入式水口应有合理的开口形状和角度，控制注流的运动，促进夹杂物的上浮分离；并辅以性能良好的保护渣，吸收溶解上浮夹杂净化钢液。

另外，还可以向结晶器内喂入包芯合金线，实现结晶器内微合金化，这不仅提高了合金的吸收率，而且能精确控制钢液成分，调整凝固结构，改善夹杂物形态，有利于钢 4 浅议CC坯质量控制 的质量。

⑺采用电磁搅拌技术，控制注流的运动。计算指出，在静止状态下，大于1mm的渣粒上浮速度约100~200cm/s；而注流向下流动速度为60~10cm/s；可见结晶器液相穴内注流流股冲击区域夹杂物上浮是有困难的；有部分夹杂物很可能被凝固的树枝晶所捕集。实际上在铸坯表面以下10~20cm处往往夹杂物含量较高。安装电磁制动器可以抑制注流的运动，促进夹杂物上浮，提高钢液的纯净度。

⒉CC坯的表面质量

CC坯表面质量的好坏决定了铸坯在热加工之前是否需要精整，也是影响金属收得率和成本的重要因素，还是铸坯热送和直接轧制的前提条件。CC坯表面缺陷形成的原因较为复杂，但总体来讲，主要是受结晶器内钢液凝固所控制。

2.1表面裂纹

表面裂纹就其出现的方向和部位，可以分为面部纵裂纹与横裂纹；角部纵裂纹与横裂纹；星状裂纹等。

2.1.1纵向裂纹

纵向裂纹在板坯多出现在宽面的中央部位，方坯多发生在棱角处。表面纵裂纹直接影响钢材质量。若铸坯表面存在深度为2.5mm，长度为300mm的裂纹，轧成板材后就会形成1125mm的分层缺陷。严重的裂纹深度达10mm以上，将造成漏钢事故或废品。

其实早在结晶器内坯壳表面就存在细小裂纹，铸坯进入二冷区后，微小裂纹继续扩展形成明显裂纹。由于结晶器弯月面区初生坯壳厚度不均匀，其承受的应力超过了坯壳高温强度，在薄弱处产生应力集中致使纵向裂纹。坯壳厚度不均匀还会使小方坯发生菱变，圆坯表面产生凹陷，这些均是形成纵裂纹的决定因素。

影响坯壳生长不均匀的原因很多，但关键仍然是弯月面初生坯壳生长的均 匀性，为此应采用以下措施：

⑴结晶器采用合理的倒锥度。坯壳表面与器壁接触良好，冷却均匀，可以避免产生裂纹和发生拉漏。

⑵选用性能良好的保护渣。在保护渣的特性中粘度对铸坯表面裂纹影响最大，高粘度保护渣使纵裂纹增加。

⑶浸入式水口的出口倾角和插入深度要合适，安装要对中，以减轻注流对铸坯坯壳的冲刷，使其生长均匀，可防止纵裂纹的产生。

⑷根据所浇钢种确定合理的浇注温度及拉坯速度。⑸保持结晶器液面稳定。

⑹钢的化学成分应控制在合适的范围。

2.1.2角部裂纹

角部纵裂纹常常发生在铸坯角部10~15mm处，有的发生在棱角上，板坯的宽面与窄面交界棱角附近部位，由于角部是二维传热，因而结晶器角部钢水凝固速度较其他部位要快，初生坯壳收缩较早，形成了角部不均匀气隙，热阻增加，影响坯壳生长，其薄弱处承受不住应力作用而形成角部纵裂纹。

角部纵裂纹产生关键在结晶器。通过试验指出，倘若将结晶器窄面铜板内壁纵向 5 浅议CC坯质量控制

加工成凹面，呈弧线状，这样在结晶器1/2高度上，角部坯壳被强制与结晶器壁接触，由此热流增加了70%，坯壳生长均匀，因而避免了铸坯凹陷和角部纵裂纹。

另外，还发现当板坯宽面出现鼓肚变形时，若铸坯窄面能随之呈微凹时，则无角部纵裂纹发生；这可能是由于窄面的凹下缓解了宽面凸起时对角部的拉应力。

小方坯的菱变会引起角部纵裂纹。为此结晶器水缝内冷却水流分布要均匀，保持结晶器内腔的正规形状、正确尺寸、合理倒锥度和圆角半径及规范的操作工艺，可以避免角部裂纹的发生。

2.1.3横向裂纹

横向裂纹多出现铸坯的内弧侧振痕波谷处，通常是隐避看不见的。经金相检查指出，裂纹深7mm，宽0.2mm，处于铁素体网状区，也正好是初生奥氏体晶界。晶界处还有AlN或Nb（CN）的质点沉淀，因而降低了晶界的结合力，诱发了横裂纹的产生。当奥氏体晶界沉淀质点粗大，呈稀疏分布，板坯横裂纹产生的废品减少。铸坯矫直时，内弧侧受拉应力作用，由于振痕缺陷效应而产生应力集中，如果正值 脆化温度区，促成了振痕波谷处横裂纹的生成。当铸坯表面有星状龟裂纹时，由于受矫直应力的作用，以这些细小的裂纹为缺口扩展成横裂纹；若细小龟裂纹处于角部，则会形成角部横裂纹。还有，浇注高碳钢和高磷硫钢时，若结晶器润滑不好，摩擦力稍有增加也会导致坯壳产生横裂纹。减少横裂纹可从以下几方面着手：

⑴结晶器采用高频率，小振幅振动；振动频率在200~400次，振幅2~4mm，是减少振痕深度的有效办法。振痕与横裂纹往往是共生的，减小振痕深度可降低横裂纹的发生。

⑵二冷区采用平稳的弱冷却，矫直时铸坯的表面温度要高于质点沉淀温度或高于γ→α转变温度，避开低延性区。

⑶降低钢中S、O、N的含量，或加入Ti、Zr、Ca等元素，抑制C-N化物和硫化物在晶界的析出，或使C-N化物的质点变相，以改善奥氏体晶粒热延性。

⑷选用性能良好的保护渣；保持结晶器液面的稳定。⑸横裂纹往往沿着铸坯表皮下粗大奥氏体晶界分布，因此可通过二次冷却使铸坯表面层奥氏体晶粒细化，降低对裂纹的敏感性，从而减少横裂纹的形成。

2.1.4星状裂纹

星状裂纹一般发生在晶间的细小裂纹，呈星状或呈网状。通常是隐藏在氧化铁皮之下难于发现，经酸洗或喷丸后才出现在铸坯表面。主要是由于铜向铸坯表面层晶界的渗透，或者有AlN，BN或硫化物在晶界沉淀，这都降低了晶界的强度，引起晶界的脆化，从而导致裂纹的形成。减少铸坯表面星状裂纹的措施：

⑴结晶器铜板表面应镀铬或镀镍，减少铜的渗透。⑵精选原料，降低Cu、Zn等元素的原始含量，以控制钢中残余成分ω（Cu）＜0.20%。⑶降低钢中硫含量，并控制ω（Mn）ω（S）＞40，有可能消除星状裂纹。⑷控制钢中的Al、N含量；选择合适的二次冷却制度。

2.2表面夹渣

表面夹渣是指在铸坯表皮下2~10mm镶嵌有大块的渣子，因而也称皮下夹渣。就其夹渣的组成来看，锰-硅酸盐系夹杂物的外观颗粒大而浅；Al2O3系夹杂物细小而深。若不清除，会造成成品表面缺陷，增加制品的废品率。夹渣的导热性低于钢，致使夹渣 6 浅议CC坯质量控制

处坯壳生长缓慢，凝固壳薄弱，往往是拉漏的起因，一般渣子的熔点高易形成表面夹渣。

保护渣浇注时，夹渣的根本原因是由于结晶器液面不稳定所致。因此水口出孔的形状、尺寸的变化、插入深度、吹Ar气量的多少、塞棒失控以及拉速突然变化等均会引起结晶器液面的波动，严重时导致夹渣；就其夹渣的内容来看，有未熔的粉状保护渣，也有上浮未来得及被液渣吸收的Al2O3夹杂物，还有吸收溶解了的过量高熔点Al2O3等。

皮下夹渣深度小于2mm，铸坯在加热过程中可以消除；皮下夹杂深度在2~5mm时，热加工前铸坯必须进行表面精整。为消除铸坯表面夹渣，应该采取的措施为：

⑴要尽量减小结晶器液面波动，最好控制在小于，保持液面稳定； ⑵浸入式水口插入深度应控制在（125±25）mm的最佳位置；

⑶浸入式水口出孔的倾角要选择得当，以出口流股不致搅动弯月面渣层为原则； ⑷间罐塞棒的吹Ar气量要控制合适，防止气泡上浮时，对钢渣界面强烈搅动和翻动；

⑸选用性能良好的保护渣，并且ω（Al2O3）原始含量应小于10%，同时控制一定厚度的液渣层。

2.3皮下气泡与气孔

在铸坯表皮以下，直径约1mm，长度在10mm左右，沿柱状晶生长方向分布的气泡称为皮下气泡；这些气泡若裸露于铸坯表面称其为表面气泡；小而密集的小孔叫皮下气孔，也叫皮下针孔；在加热炉内铸坯皮下气泡表面被氧化，轧制过程不能焊合，产品形成裂纹；若埋藏较深的气泡，也会使轧后产品形成细小裂纹；钢液中氧、氢含量高也是形成气泡的原因。为此要采取以下措施：

⑴强化脱氧，如钢中溶解ω（Al）＞0.008%，可以消除CO气泡的生成。

⑵凡是入炉的一切材料，与钢液直接触所有耐火材料，如盛钢桶、中间罐等及保护

-6渣，覆盖剂等必须干燥，以减少氢的来源。如不锈钢中含氢量大于6×10，铸坯的皮下气泡数量骤然大增。

⑶采用全程保护浇注，若用油作润滑剂时应控制合适的给油量。⑷选用合适的精炼方式降低钢中气体含量。⑸中间罐塞棒的吹 气量不要过大，控制合适。

⒊ CC坯内部质量

铸坯的内部质量是指铸坯是否具有正确的凝固结构、偏析程度、内部裂纹、夹杂物含量及分布状况等。凝固结构是铸坯的低倍组织，即钢液凝固过程中所形成的等轴晶和柱状晶的比例。铸坯的内部质量与二冷区的冷却及支撑系统是密切相关的。

3.1中心偏析

钢液在凝固过程中，由于溶质元素在固液相中的再分配形成了铸坯化学成分的不均匀性，中心部位ω（C）、ω（P）、ω（S）含量明显高于其他部位，这就是中心偏析，中心偏析往往与中心疏松和缩孔相伴存在的，从而恶化了钢的力学性能，降低了钢的韧性和耐蚀性，严重的影响产品质量。

中心偏析是由于铸坯凝固末期，尚未凝固富集偏析元素的钢液流动造成的。铸坯 7 浅议CC坯质量控制 的柱状晶比较发达，凝固过程常有“搭桥”发生。方坯的凝固末端液相穴窄尖，“搭桥”后钢液补缩受阻，形成“小钢锭”结构。因而周期性，间断地出现了缩孔与偏析。板坯的凝固末端液相穴宽平，尽管有柱状晶“搭桥”，钢液仍能进行补充；当板坯发生鼓肚变形时，也会引起液相穴内富集溶质元素的钢液流动，从而形成中心偏析。为减小铸坯的中心偏析，可采取以下措施：

⑴降低钢中易偏析元素ω（P）、ω（S）的含量。应采用铁水预处理工艺，或盛钢桶脱硫，将ω（S）量降到0.01%以下。

⑵控制低过热度的浇注，减小柱状晶带的宽度，从而达到控制铸坯的凝固结构。⑶采用电磁搅拌技术，消除柱状晶“搭桥”，增大中心等轴晶区宽度，达到减轻或消除中心偏析，改善铸坯质量。

⑷防止铸坯发生鼓肚变形，为此二冷区夹辊要严格对弧；宽板坯的夹辊最好采用多节辊，避免夹辊变形。

⑸在铸坯的凝固末端采用轻压下技术，来补偿铸坯最后凝固的收缩，从而抑制残余钢水的流动，减轻或消除中心偏析。

在铸坯的凝固末端设置强制冷却区。可以防止鼓肚，增加中心等轴晶区，中心偏 ⑹析大为减轻，效果不亚于轻压下技术。强制冷却区长度与供水量可根据浇注需要进行调节。

3.2中心疏松

在铸坯的断面上分布有细微的孔隙，这些孔隙称为疏松。分散分布于整个断面的孔隙称为一般疏松，在树枝晶间的小孔隙称为枝晶疏松；铸坯中心线部位的疏松即中心疏松。一般疏松和枝晶疏松在轧制过程中均能焊合；惟有中心疏松伴有明显的偏析，轧制后，完全不能焊合。如不锈钢其断面压缩比虽达1:16，仍然不能消除中心疏松缺陷；若中心疏松和中心偏析严重时，还会导致中心线裂纹；在方坯上还会产生中心星状裂纹。中心疏松还影响着铸坯的致密度。

根据钢种的需要控制合适的过热度和拉坯速度；二冷区采用弱冷却制度和电磁搅拌技术，可以促进柱状晶向等轴晶转化，是减少中心疏松和改善铸坯致密度的有效措施，从而提高铸坯质量。

3.3内部裂纹

铸坯从皮下到中心出现的裂纹都是内部裂纹，由于是在凝固过程中产生的裂纹，也叫凝固裂纹。从结晶器下口拉出带液心的铸坯，在弯曲、矫直和夹辊的压力作用下，于凝固前沿薄弱的固液界面上沿一次树枝晶或等轴晶界裂开，富集溶质元素的母液流入缝隙中，因此这种裂纹往往伴有偏析线，也称其为“偏析条纹”。在热加工过程中“偏析条纹”是不能消除的，在最终产品上必然留下条状缺陷，影响钢的力学性能，尤其是对横向性能危害最大。

3.3.1皮下裂纹

一般在距铸坯表面20mm以内，与表面相垂直的细小裂纹，都称其为皮下裂纹。裂纹大都靠近角部，也有在菱变后沿断面对角线走向形成的。主要是由于铸坯表面层温度反复变化导致相变，沿两相组织的交界面扩展而形成的裂纹。

3.3.2矫直裂纹

带液心的铸坯进入矫直区，铸坯的内弧表面受张应力作用，矫直变形率超过了凝固前沿固液界面的临界允许值，从晶间裂开，形成裂纹。

3.3.3压下裂纹 浅议CC坯质量控制

压下裂纹是与拉辊压下方向相平行的一种中心裂纹。当压下力过大时，既使铸坯完全凝固也有可能形成裂纹。

3.3.4中心裂纹

在板坯横断面中心线上出现的裂纹，并伴有P、S元素的正偏析，也称其断面裂纹。在加热过程中裂纹表面被氧化，将使板坯报废。这种缺陷很少出现，一旦出现危害极大。

3.3.5中心星状裂纹

在方坯断面中心出现呈放射状的裂纹为中心星状裂纹，其形成原因主要是：由于凝固末期液相穴内残余钢液凝固收缩，而周围的固体阻碍其收缩产生拉应力，中心钢液凝固又放出潜热而加热周围的固体而使其膨胀，在两者综合作用下，使中心区受到破坏而导致放射性裂纹。

为减少铸坯内部裂纹应采取以下措施： ⑴对板坯CC机可采用压缩浇铸技术，或者应用多点矫直技术、连续矫直技术均能避免铸坯内部裂纹发生。

⑵二冷区夹辊辊距要合适，要准确对弧，支撑辊间隙误差要符合技术要求。⑶二冷区冷却水分配要适当，保持铸坯表面温度均匀。⑷拉辊的压下量要合适，最好用液压控制机构。

⒋CC坯形状缺陷

4.1鼓肚变形

带液心的铸坯在运行过程中，于两支撑辊之间，高温坯壳在钢液静压力作用下，发生鼓胀成凸面的现象，称之为鼓肚变形。板坯宽面中心凸起的厚度与边缘厚度之差叫鼓肚量，用以衡量铸坯鼓肚变形程度。高碳钢在浇铸大、小方坯时，于结晶器下口侧面有时也会产生鼓肚变形，同时还可能引起角部附近的皮下晶间裂纹。板坯鼓肚会引起液相穴内富集溶质元素钢液的流动，从而加重铸坯的中心偏析；也有可能形成内部裂纹，给铸坯质量带来危害。

鼓肚量的大小与钢液静压力、夹辊间距、冷却强度等因素有密切关系。铸坯液相穴高度越高，钢液的静压力越大。例如浇铸200mm厚的板坯，拉坯速度在1.2m/min，立式CC机最终凝固钢水静压力是弧形CC机的1.5倍。鼓肚量随辊间距的4次方而增加，43随坯壳厚度的3次方而减小，即鼓肚量∝（辊间距）/（坯壳厚度）。为减少鼓肚应采取以下措施：

⑴降低CC机的高度，也就是降低了液相穴高度，减小了钢液对坯壳的静压力； ⑵二冷区夹辊采用小辊距密排列；铸机从上到下辊距应由密到疏布置； ⑶支撑辊要严格对中；

⑷加大二冷区冷却强度，以增加坯壳厚度和坯壳的高温强度； ⑸防止支撑辊的变形，板坯的支撑辊最好选用多节辊。

4.2菱形变形

菱形变形也叫脱方。是大、小方坯特有的缺陷。菱形变形是指铸坯的一对角小于90°另一对角大于90°；两对角线长度之差称为脱方量。用两对角线长度之差与对角线平均长度之比的百分数来对角线平均长度衡量菱形变形程度。倘若脱方量小于3%时，方坯的钝角处导出的热量少，角部温度高，坯壳较薄，在拉力的作用下会引起角部裂纹；如果脱方量大于6%时，铸坯在加热炉内推钢会发生堆钢现象，或者轧制时咬入孔型困 9 浅议CC坯质量控制

难，易产生折叠缺陷。因此铸坯的脱方量控制在3%以下。

从结晶器到二冷区，铸坯的菱变还会定期轮换方向，即在一定周期内由原来的钝角转换成锐角。铸坯发生菱形变形主要是由于结晶器四壁冷却不均匀，因而形成的坯壳厚度不均匀，引起收缩的不均匀，这一系列的不均匀导致了铸坯的菱形变形。在结晶器内由于四壁的限制铸坯仍然能保持方形；可一旦出了结晶器，如果二次冷却仍然不够均匀，支撑又不充分，那么铸坯的菱变会进一步地发展，更为严重；既便是二冷能够均匀冷却，由于坯壳厚度的不均匀造成的温度不一致，坯壳的收缩仍然是不均匀的。菱形变形也会有发展。

引起结晶器冷却不均匀的因素较多，如冷却水质的好坏、流速的大小、进出水温度差、结晶器的几何形状和锥度等都影响结晶器冷却的均匀性。在实际生产中要注意以下几个问题：

⑴选用合适锥度的结晶器，并应根据钢种、拉坯速度等参数的不同而有所区别。对高碳钢用结晶器锥度可大些，低碳钢则可小些；对小方坯结晶器锥度在 为0.4%~0.6%宜。倘若采用多级结晶器最为理想。

⑵结晶器最好用软水冷却；如果水质好，结晶器水缝冷却水流速在5~6m/s，可以抑制间歇沸腾，而且出水温度还可以高一些，进出水温度差以不大于12°C为宜；倘若冷却水质差，水速大于10Mm/s才能抑制间歇沸腾，但出水温度不能高。

⑶结晶器以下的600mm距离要严格对弧；并确保二冷区的均匀冷却

⑷控制好钢液成分。试验指出，ω(C)=0.08%~0.12%，菱变2%~3%时，随钢中ω(C)的增加菱变趋于缓和，并且ω(Mn)/ ω(S)＞30时有利于减少菱变。

4.3圆铸坯变形

圆坯变形成椭圆形或不规则多边形。圆坯直径越大，变成椭圆的倾向越严重。形成椭圆变形的原因有：

⑴圆形结晶器内腔变形； ⑵二冷区冷却不均匀； ⑶CC机下部对弧不准；

⑷拉矫辊的夹紧力调整不当，过分压下。浅议CC坯质量控制

参考文献

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第三篇：连铸连轧及人工智能技术课程总结报告

连铸连轧及人工智能技术课程总结报告

本课程主要讲述了连铸坯的热送热装技术、CSP连铸连轧工艺与传统工艺的区别与优势，薄板坯连铸连轧、CSP产品特征，还有热轧板带无头轧制、半无头轧制技术的设备、优点、应用现状和发展趋势；之后讲述了什么是人工智能技术，人工智能技术包括的具体内容，以及在连铸连轧工艺中的应用现状及前景。通过本课程的学习深入了解了CSP工艺过程及人工智能技术，以及人工智能技术在连铸连轧中的应用潜能。下面从学习的先后顺序进行本课程的分析、归纳和总结。

其一，从CSP工艺与传统工艺的比较可以看出，CSP工艺的流程短且紧凑通畅、设备相对简单、占地面积少、设备成本低、生产效率高、生产比较稳定，而最大的不同在于热历史：在CSP工艺中，板坯经历了由γ→α转变的单向变化过程，而传统板坯的热历史为γ（1）→α，α→γ（2），γ（2）→α过程，热历史、变形条件与过程的不同决定其再结晶、相变以及第二相粒子析出过程、状态和条件的不同，从而使板坯的组织性能不同。在CSP生产线中，精轧机组与均热炉紧密衔接，具有大压下和高刚度轧制等特点，采用轧制润滑技术和先进的板形厚度控制技术；直通式辊底隧道炉可保证坯料头尾无温降差；层流快速冷却可保证薄板在长度及宽度方向上温度均一，有利于相变细化和组织强化。CSP工艺具有超薄规格板坯轧制的能力，经辊底炉均热和升温的薄板坯温度可达1100-1150℃，板坯厚度达到1.4mm。CSP工艺还具有铁素体型钢种的轧制能力，像低碳钢、微碳钢、超低碳钢和无间隙原子钢等，该技术的关键在于粗轧与精轧之间要有强力冷却系统。

其二，介绍了半无头轧制的工艺特点及连铸连轧低碳钢的组织与力学性能。半无头轧制应用于第二代薄板坯连铸连轧生产线中，其特点是可消除穿带、甩尾过程中因头尾无张力而导致的头尾厚度、凸度和板形不良等缺陷；提高轧辊寿命；避免薄规格板坯的“漂浮”等。其关键技术有采用动态CVC轧机、动态PC轧机、等；采用动态变规格轧制技术；均匀轧辊磨损专用设备和技术；在卷取机前设置高速滚筒式飞剪；靠近末架精轧机近距离设置轮盘式卷取机；优化铸坯长度和拉坯速度；采用工艺润滑等。采用CSP工艺生产的低碳钢强度高、塑性好，成品板材晶粒细小均匀，氧化物、硫化物夹杂尺寸细小。

其三，讲解了热轧板带无头轧制、半无头轧制技术的现状和发展趋势，主要阐述了无头轧制技术的发展，热带无头轧制技术、无头轧制的中间坯连接技术（主要讲述了感应加热连接技术与北科大康永林教授自主研发的模压齿成形连接法）、板厚、板形和品质控制技术、无头轧制技术的应用、CSP生产薄规格半无头轧制技术等。

其四，讲授了人工智能技术的概念、产生与发展、涵盖的基本内容及研究途径，重点讲述了人工智能技术在轧制中的应用。人工智能是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。轧制中的人工智能技术与传统方法的不同在于它避开了过去那种对轧制过程深层规律的无止境的探求，转而模拟人脑来处理那些实实在在发生了的事情，它不是从基本原理出发，而是以事实和数据作依据，来实现对过程的优化控制。目前人工智能中的专家系统是应用最活跃、最有成效的一个研究领域。它是一种具有特定领域内大量知识和经验的程序系统，它应用人工智能技术、模拟人类专家求解问题的思维过程求解领域内的各种问题。例如，工字钢孔型设计专家系统、热轧钢材组织和性能预测及控制专家系统、带钢厚度偏差诊断与监控专家系统等；还有神经网络、模糊理论及协同智能系统在轧制中的应用也日益受到人们的关注。其中神经网络是一个具有高度的超大规模连续时间动力学系统，在处理非线性结构性问题方面显示了突出优点。

通过本课程的学习让我对CSP工艺及人工智能技术在连铸连轧过程中的应用有了比较全面且深刻的认识。虽然我的研究领域是铸造工艺，但科学都是相通的，相信在这门课所展现给我的一些现代科学与传统工业的完美结合会对我以后的研究大有启发。

第四篇：连铸连轧课程论文1

概述薄板坯连轧连轧技术在高强度钢产品方面的应用

摘要：近几年，薄板坯连铸连轧生产线在我国得到了迅速的发展，如何利用该技术来生产新的高强度钢，来满足社会日益发展的需要成为目前研究的重点。本文简要介绍一下薄板坯连铸连轧技术的优势和常见微合金元素在薄板坯连铸连轧技术中的应用；综述了近年我国在利用薄板坯连铸连轧工艺进行低成本高强度微合金化钢的研发方面的进展，指出该技术今后的发展方向。关键词：薄板坯连铸连轧；高强度钢；优势；微合金；应用

薄板坯连铸连轧是近十几年来世界钢铁工业取得的重要技术进步，目前在全球范围已得到广泛推广应用。然而，随着TSCR流程产能的不断扩大，国内外市场需求的变化以及与常规连铸连轧流程板带产品的竞争，对TSCR流程的板带产品研发提出了新的挑战，这就是如何根据新流程的特点不断研究开发出低成本、高性能的热轧板带产品。

又由于微合金化技术是提高钢材综合性能的有效的技术措施，于是国内外在这方面做了大量研究，通过对钢中微合金化元素的固溶、析出、相变组织形成以及板带力学性能关系的研究，逐步形成了TSCR流程微合金化技术，开发出了一批具有较低成本的高性能、高强度微合金化板带新产品。薄板坯连铸连轧技术的优势

薄板坯连铸连轧的工艺过程与常规厚板坯连铸连轧工艺的最大不同在于热历史不同。在薄板坯连铸连轧工艺过程中，从钢水冶炼、浇铸到热连轧板卷成品约为2h，板坯经历了由高温到低温、由γ→α单向变化过程，而常规连铸连轧工艺中板坯的热历史为γ（1）→α,α→γ（2）,γ（3）→α的3次反复相变过程。由于薄板坯和厚板坯连铸连轧的热历史及变形条件与过程不同，决定其再结晶、相变以及第二相粒子析出过程和条件不同，从而对成品板材的组织性能具有不同的影响[ 1]。

拿涟钢在CS P线上开发的一种低合金高碳高强钢65Mn来说，所生产的65Mn的碳含量为 0.65％，屈服强度为490MPa，抗拉强度为870MPa，延伸率为18％。所生产的65Mn强度比传统工艺生 产的65Mn强度提高了约40％—30％。金相检验其组织为铁素体和珠光体，在薄板试样中发现了纳米级珠光体。与传统生产工艺比较，CSP生产的高碳钢晶粒更细小。其细小的沉淀析出强化物也能 在试样中发现[ 2]。

正是由于薄板坯连铸连轧技术具有传统工艺所没有的巨大优势，使开发新的钢种出来产生了可能。例如，国内外还未见其关于生产TRIP钢的报道，如何利用现有的薄板坯连铸连轧生产线开发TRI P钢种并使之批量化生产，对钢铁企业、汽车工业及其相关行业的发展具有深远的意义。于浩等人在实验室条件下模拟薄板坯连铸连轧工艺试制了600MPa级C—Si—Mn系TRIP钢，其力学性能检测及组织分析结果表明，用此工艺生产600MPa级C—Si—Mn系TRI P钢是可行的[ 3]。

由此可见，薄板坯连铸连轧技术在开发新钢种方面具有巨大的潜力。常见微合金元素在薄板坯连铸连轧技术中的应用

（1）V元素

V微合金化技术是最早应用于薄板坯连铸连轧流程的微合金化技术。V在奥氏体中固溶度大、析出温度低、对粗晶奥氏体再结晶的抑制作用小的特点，与薄板坯连铸连轧流程加热温度低、加热时间短、铸造粗晶组织直轧的特点相适应，特别是氮含量高的电炉一薄板坯连铸连轧流程更有利于发挥钒的作用；已开发出屈服强度275～550 MPa级各种用途的低合金高强度钢；例如马钢和安徽工业大学开发的X60管线钢[ 4]。同时还发现了钒及其碳氮化物在薄板坯连铸连轧流程上对组织超细化的作用，由此开发出了超细晶高成形性结构钢。例如珠钢与钢铁研究总院在电炉一薄板坯连铸连轧流程上采用V—N微合金化技术获得铁素体晶粒尺寸3～4µm，屈服强度可达到550 MPa级高成形性结构钢[ 5]。

（2）Nb元素 Nb微合金化技术在传统流程中已得到广泛应用，人们对其在薄板坯连铸连轧流程上的应用也寄予了厚望。基于大量的试验研究结果和工业化生产经验，人们已认识到铌微合金化技术应用于薄板坯连铸连轧流程所面临的混晶和无效Nb的问题，并已找到解决问题的办法。目前，Nb微合金化技术已较广泛地应用于薄板坯连铸连轧流程，采用薄板坯连铸连轧Nb微合金化技术已开发出系列低合金高强度钢，包括QSt E34O～46OTM的高强度汽车结构钢、X52～X70的管线钢以及石油套管用钢J55、马钢开发了低合金高强度钢Q460D、邯钢开发了汽车大梁板H510等。

（3）Ti元素

由于Ti微合金钢强度波动大、性能不稳定的问题，Ti微合金化技术在传统流程上没有得到广泛应用，受此影响基于薄板坯连铸连轧流程的Ti微合金化技术的研究一直无人问津。最近，珠钢与北京科技大学合作，以Ti为微合金化元素，在普通集装箱板SPA—H的基础上，开发出组织和性能良好的屈服45O～700MPa级高强耐候钢系列产品[ 6]。

（4）B元素

随着薄板坯连铸连轧技术 的广泛应用，人们逐步认识到薄板坯连铸连轧流程生产的热轧板卷组织细化、强度偏高，不适于用做冷轧原料的特点，受在传统流程上向低碳铝镇静钢加入微量B能够实现晶粒粗化的经验的启发，开始研究薄板坯连铸连轧B微合金化技术。目前，人们已对B粗化铁素体晶粒、降低强度的机理有了清楚的认识，并普遍用B微合金化的方法解决薄板坯连铸连轧冷轧原料强度偏高的问题，已批量生产出冷轧原料用钢SPHC、SPHD和SPHE。

同时，为完善薄板坯连铸连轧微合金化技术，我们需重点从以下几个方面着手：①深入研究上面四种常见元素在连铸连轧技术中对钢组织和性能的影响；②加强基于薄板坯连铸连轧流程的复合微合金化技术的研究，特别是薄板坯连铸连轧流程各种微合金元素的耦合作用，丰富和拓展薄板坯连铸连轧微合金化技术；③充分发挥薄板坯连铸连轧微合金化技术的特点，开发低成本地生产各类高性能的低合金高强度钢的生产技术，进而建立低成本高性能钢的技术体系。利用薄板坯连铸连轧技术开发的高强度钢种

（1）高强、超高强耐候钢

高强耐候钢主要用于车辆、桥梁和集装箱等的制造，属于高附加值的钢材。因同时要求高强度、高耐蚀性以及良好成形性和焊接性能，故对其冶金工艺控制要求很高。国内已有多家TSCR企业研制开发出高强及超高强耐候钢板带系列产品，其屈服强度在450～700MPa 级，不仅相对成本较低，而且具有良好的综合性能。就拿广州珠钢同北京科技大学合作开发的钢来说吧，在SPA—H普通耐候钢成分的基础上，添加成本最低的微合金元素Ti，通过合理调整化学成分、优化热连轧及控冷工艺，控制组织细化和析出强化，从而生产出性能良好的Ti微合金化高强及超高强耐候钢系列产品，屈服强度在450～700MPa级[ 6]。其冶金成分特是不添加价高的Nb，V，Mo等合金元素，采用添加微量的合金元素Ti(Ti含量质量分数为0.04％ ～0.13％)通过优化控制热连轧及冷却卷取工艺参数，使钢中形成大量弥散分布的纳米析出粒子，从而形成强烈的析出强化效果，使钢的强度达到高强和超高强。

（2）低碳贝氏体超高强钢

利用TSCR线采用微合金化技术可以生产屈服强度600 MPa和700 MPa级低碳贝氏体超高强钢，这类超高强钢主要用于制造高空作业车、起重机吊臂等工程机械，以达到减轻结构重量的作用。表1为在本钢的TSCR线上研究开发出的600 MPa和700 MPa级低碳贝氏体超高强钢的力学性能[ 7]。

表1 本钢TSCR线上生产的600 MPa和700 MPa级低碳贝氏体超高强钢的力学性能。

由表1可见，低碳贝氏体超高强钢的屈服强度在655～845MPa，抗拉强度在720～870MPa，伸长率在15.5％～22％，钢板具有良好的塑性和强韧性。钢的微观组织由均匀细小的B+F构成，B组织约占50％(体积分数)。

（3）高强汽车结构用钢

近年，在我国的一些TSCR线上研究开发出Nb，V，Ti单一微合金化或复合微合金化技术，生产汽车大梁板或轮辋、轮辐用热轧高强汽车用钢。其中，生产汽车大梁板多采用低碳(c≤0.20％)+Nb微合金化技术生产。表2为邯钢、珠钢及马钢CSP线，本钢FTSR线和济钢ASP线开发生产的510 L汽车大梁板的冶金成分范围[ 8-13]，表3为板材的力学性能。

表2 TSCR线开发生产微合金化5IOL钢的成分范围(w/％)

表3 TSCR线开发生产微合金化5IOL钢的力学性能

从表2冶金成分看，前三个企业的510L均采用Nb微合金化，Nb含量≤0.045％，而后两者(马钢和珠钢)采用更经济、成本更低的微量Ti处理(Ti≤0.03％)。从表3力学性能来看，钢板的抗拉强度在520～605MPa，均达到或明显超过51OL的强度要求，并且均具有较高的强韧性、良好的塑性和成形性能[ 8-13]。

在珠钢CSP线上，采用V微合金化开发出屈服强度550 MPa级高强汽车板。表4为 V微合金化汽车用钢的主要化学成分，表5为其力学性能。化学成分设计采用低碳(C=0.05％)添加微合金元素V(0.12％)[ 14]，钢板组织为超细晶组织，晶粒尺寸3—4 µm。随板厚不同，屈服强度范围在590～625 MPa，并具有良好的成形性能。该热轧汽车板主要用于制造物流货运用半挂车车体结构件。

表4 V微合金化汽车用钢的主要化学成分

表5 V微合金化钢的主要力学性能和组织

包钢CSP线采用低成本的成分设计，C≤0.07％，Si≤0.40％，Mn≤1.6％，P≤0.015％，S≤0.00 5％通过热轧工艺控制开发出DP540MPa级热轧双相钢。其屈服强度为355～460MPa，抗拉强度540～645MPa，延伸率28.0％～38.5％，该双相钢主要用于制造轿车及卡车车轮、汽车横梁和纵梁等[ 15]。

（4）冷冲压用钢

目前我国已建成14条TSCR线，绝大多数建有冷轧和退火线，并在转炉后建有RH处理炉，用以生产汽车和家电用冷轧深冲板。开发生产超深冲IF(无间隙原子)钢多采用Ti或Ti+Nb微合金化成分设计，有的企业在生产DQ级冲压板时为了降低热轧板的强度，采用加 B微合金化处理。

马钢CSP线和本钢FTSR线的IF钢化学成分和成形性能[ 7,16]见表6和7。均采用Ti微合金化处理，冷轧退火或热镀锌后的板材具有良好的成形性能，可用于汽车内板成形件。

表6 马钢CSP线和本钢FTSR线的IF钢化学成分

表7 马钢CSP线和本钢FTSR线的IF钢成形性能

（5）高性能管线钢

管线钢、石油套管用钢是薄板坯连铸连轧微合金化产品开发生产的另一重要方向。根据TSCR线的工艺特征，国内外已研究开发出X46，X52，X60，X65，X70，X80等多种级别的石油天然气用管线钢以及J55石油套管用钢。

例如本钢和唐钢的FTSR线以及包钢的CSP线开发生产的X65管线钢[ 17-19]，成分设计均采用微量Nb+V+Ti复合微合金化方式，钢板的力学性能均超过X65级别标准，并具有良好的强韧性。钢板的典型显微组织为铁素体+珠光体+针状铁素体。

近年，在鞍钢和济钢的中薄板坯连铸连轧线ASP上也相继开发出高级别管线钢X70和X80。在成分设计上，鞍钢2150ASP线开发生产的X70采用C—Mn—Mo—Nb系(其中C=0.03％～0.06％，Nb=0.06％～0.08％，Mn≤1.70％)；X80采用C—Mn—Mo—Cr—Nb系(其中C=0.02％～0.05％，Nb=0.07％～0.11％，Mn≤1.90％)，适当添加Cu，Ni等元素，工艺上采用洁净钢冶炼、连铸技术、热装轧制技术和热机械轧制技术，保证板材具有良好的强韧性匹配和良好的抗HIC性能。X70钢的组织特征为针状铁素体，X80钢的组织特征为在针状铁素体中分布大量细小的M／A岛组织[ 20]。济 4 钢1700ASP线开发生产X70管线钢的合金成分设计采用Nb+Ti，Nb+V+Ti和 Nb+V+Ti+Mo3种微合金化方案，由此得到的组织分别为铁素体+珠光体(晶粒尺寸4～10µm)、细小的铁素体+珠光体(晶粒尺寸6～8µm)、铁素体+贫珠光体+针状铁素体(晶粒尺寸5～8µ m)。钢板的强度和韧性值随复合微合金化种类的增加而提高，屈强比和塑性值相差不大[ 21]。结语

目前，薄板坯连铸连轧微合金化技术体系的框架已形成、各类微合金钢的产品结构已基本建立随着薄板坯连铸连轧技术更广泛地推广应用，基于薄板坯连铸连轧流程的各类微合金化技术的基础研究将进一步深化、系统化、将会发现更多的不同于传统流程的特殊规律，各类微合金化钢的生产技术将进一步完善、产品范围将进一步拓展、产品性能将进一步提高，薄板坯连铸连轧微合金化技术的发展将进一步丰富和发展微合金化技术、增强薄板坯连铸连轧技术的竞争力，为钢铁工业产品结构调整和技术进步作出更大的贡献。

参考文献

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第五篇：连铸连轧课程论文6

连铸连轧技术

题目： 薄板坯连铸连轧技术及高强度微合金钢

产品开发

学

院: 专

业: 学

号: 学生姓名: 指导教师: 日

期:

摘 要

薄板坯连铸连轧工艺的生产流程有别于传统工艺流程。由于连铸薄板坯没有经过α-γ和γ-α 和这两个相变过程，因而导致轧前奥氏体晶粒粗大，不利于产品的组织细化和性能提高。另外，因轧前奥氏体中微合金元素的溶解量相对较高，故而轧后的沉淀强化效果较强。通过优化道次变形量、轧制速度、轧制温度、冷却速率和卷取温度等工艺参数可得到综合性能优良的微合金高强度的带钢产品。

关键词：薄板坯；连铸连轧；微合金化；高强度钢；工艺参数

1．引言

薄板坯连铸连轧生产宽带钢是80年代末开发成功的一项短流程工艺。该工艺能缩短生产周期、节约能源、提高钢材收得率和生产率、降低基建和生产费用、减少占地面积和操作人员；因而受到冶金界的青睐。但近年来的实践和研究结果表明，用薄板坯连铸连轧技术产的微合金高强度钢仍存在一些影响产品质量的问题，如：原始组织细化不足，晶粒尺寸分布不均匀以及存在中心偏析和带状组织等。

本文归纳了薄板坯连铸连轧的典型工艺（CSP）—（Compact Strip Production）工艺的特点，分析了存在的问题，探讨了对其进行技术改进和提高微合金高强度钢产品质量的途径。

2薄板坯连铸连轧工艺技术

世界上第一条薄板坯连铸连轧生产线即采用了CSP技术，它于1989 年由美国纽柯公司的克拉福兹维尔厂建成并投入使用。该工艺设备包括漏斗型结晶器、立弯式连铸机、辊底式隧道均热炉及5-6机架连轧机。钢水经连铸机铸成50-70mm厚的薄板坯，进入均热炉匀热，再经高压水除鳞后进入热连轧机组轧制，然后冷却后成卷，从钢水浇铸到成品离线仅需1.5小时。如图1。

图1 薄板坯连铸连轧设备图

薄板坯连铸连轧工艺以生产低碳钢为主，其工艺过程与传统连铸-热轧工艺相比，冶金差异显著，因而得到的组织有所不同。因薄板坯厚度减薄，它在结晶器内的冷却速率远远大于传统的板坯，其二次、三次枝晶更短，某些试验已经证明，枝晶间距已由230mm厚板坯的90-230μm 减小到50mm厚板坯的50-120μm。

2.1 CSP工艺技术(Compact Strip Production)CSP工艺也称紧凑式热带生产工艺。CSP生产工艺流程一般为：电炉或转炉炼

钢→钢包精炼炉→薄板坯连铸机→剪切机→辊底式隧道加热炉→粗轧机(或没有)→均热炉(或没有)→事故剪→高压水除鳞机→小立辊轧机(或没有)→精轧机→输出辊道和层流冷却→卷取机。

2．2 ISP工艺技术(Inline Strip Production)ISP工艺也称在线热带钢生产工艺。ISP生产线的工艺流程一般为：电炉或转炉炼钢→钢包精炼→连铸机→大压下量初轧机→剪切机→感应加热炉→克日莫那炉→热卷箱→高压水除鳞机→精轧机→输出辊道和层流冷却→卷取机。

2.3 FTSR工艺技术(Flexible Thin Slab Rolling)FTSR工艺(Flexible Thin Slab Rolling)被称之为生产高质量产品的灵活性薄板坯轧制工艺。FTSR工艺流程一般为：电炉或转炉炼钢→钢包精炼→薄板坯连铸机→旋转式除鳞机→剪切机→辊底式隧道式加热炉→二次除鳞机→立辊轧机→粗轧机→保温辊道→三次除鳞装置→精轧机→输出辊道和带钢冷却段→卷取机。

2.4 CONROLL工艺技术

CONROLL工艺是奥钢联工程技术公司开发的用于生产不同钢种的连铸连轧生产工艺。CONROLL工艺流程为：常规连铸机→板坯热装(或直接)进步进梁式加热炉→带立辊可逆粗轧机→精轧机架→输出辊道和层流冷→卷取机。

2.5 QSP工艺技术

QSP技术是日本住友金属开发出的生产中厚板坯的技术，开发的目的在于提高铸机生产能力的同时生产高质量的冷轧薄板。QSP工艺生产流程一般为：电炉或转炉炼钢→钢包精炼炉→薄板坯连铸机→剪切机→辊底式隧道加热炉→立辊轧边机→粗轧机→高压水除鳞机→精轧机→卷取机。

2.6 TSP工艺技术(Tippins-Samsung Process)倾翻带钢新技术，简称TSP。TSP工艺流程一般为：电弧炉(AC或DC）或转炉炼钢→钢包精炼→薄板坯连铸机→步进式加热炉→高压水除鳞机→立辊轧边机→单机架斯特克尔轧机→层流冷却→卷取机。

2.7 CPR工艺技术(Casting Pressing Rolling)

CPR工艺即铸压轧工艺，用于生产厚度小于25mm的合金钢和普碳钢热轧带材。它利用浇铸后的大压下(60%的极限压下量)，仅使用一组轧机，最终可生产厚度为6.0mm的薄带卷，也可生产低碳钢、管线钢、铁素体和奥氏体不锈钢及高硅电工钢等。该生产线包括一台连铸机、一台感应炉、除鳞机、一台四辊轧机。工艺流程示意为：电炉或转炉炼钢→钢包精炼炉→薄板坯铸压轧→感应加热炉→旋转

式高压水除鳞机→精轧机→层流冷却→卷取机。

3Ti微合金化高强耐候钢系列产品开发与应用

高强耐候钢的开发，主要技术路线是晶粒细化和沉淀强化。微合金化在细化晶粒的同时，还能提供可观的沉淀强化效果，钢中常用的微合金元素有Nb、V和Ti。珠钢根据集装箱和汽车行业对高强耐候钢的需求，结合珠钢电炉薄板坯连铸连轧流程产品组织和性能的特点，通过Ti微合金化技术，合理调整化学成分、优化热连轧工艺及冷却工艺，开发出综合性能优良、屈服强度450—700 MPa级的高强钢系列产品。其主要生产工艺流程为：原料一电炉冶炼一钢包精炼一薄板坯连铸一均热一热连轧一层流冷却一卷取。

珠钢高强耐候钢主要在集装箱、载重汽车等物流运输、工程机械制造行业应用。应用结果表明，高强耐候钢在零部件冲压、焊接和组装成形等工序都表现出性能稳定、强度较高，具有良好的加工成形性能，满足工业制造工艺的要求；同时实现了减轻重量、提高运输效率、降低运输成本的目的[4]-[7]。

3.1 CSP厂生产铌微合金化低合金高强度钢的工艺

Nb微合金化对热机械工艺是必不可少的。它能起强烈的奥氏体加工硬化作用，并像Mn那样可以降低奥氏体向铁素体转变的温度，因此具有强烈的晶粒细化作用。晶粒细化为其它强化机制的应用打下了基础和提供了关键的前提条件。Nb微合金化还有促进贝氏体组织的形成和析出强化作用。

CSP厂生产的Nb微合金HSLA钢范围很广，覆盖了屈服强度至700MPa的可成形热轧薄板钢。强度高至X70的API钢种可以大规模生产。更高强度的微合金热轧钢和耐酸性气体的管线钢正在开发当中。薄板坯连铸和直轧工艺生产的Nb微合金钢具有均匀的细晶粒微观组织，有很高水平的强度、塑性和韧性，满足标准的要求。CSP厂生产的热轧带钢在不同工业领域都有广泛的应用[8]。

3.2 钒微合金化技术——坯连铸连轧高强度钢

20世纪60年代发展起来的V、Ti、Nb微合金化技术，以其显著的技术经济优势，在世界范围内获得了广泛的应用。微合金化技术的发展对钢铁工业的进步起到了巨大的推动作用，有入把它称为20世纪钢铁工业领域最突出的物理冶金成就之一。在V、Ti、Nb三种微合金化元素中，般认为V主要是通过沉淀强化来提高钢的强度。

研究结果表明，为充分发挥V的沉淀强化作用，含钒钢中增氮是十分必要的。含钒钢中增氮。通过利用廉价的氮元素，优化了钒的析出，显著提离沉淀强化效

累，达到节约钒熙用量，降低成本的目的。钒氮钢中V(CN)在奥氏体中析出，起到晶内铁素体核心作用，明显细化铁素体晶粒。钒在贝氏体中的析出起到明显强化作用，提高了贝氏体的强度。钒氮徽合金化技术在高强度钢筋、非调质钢、薄板坯连铸连轧高强度带钢等产品中获得广泛应用。

薄板坯连铸连轧工艺与传统热轧带钢工艺存在很大差异。首先，薄板坯连铸连轧工艺因其近终形和快速凝固的特点，包晶区成分的钢(C含量0．07％-0．15％范围)无法采用此工艺生产，而这一成分范围恰恰是传统HSLA钢的典型成分。为了适应工艺条件的要求，薄板坯连铸连轧技术生产的高强度钢大多采用低碳含量设计(低于0．07％C)。其次，传统的高强度热轧带钢主要采用了Nb微合金化技术，通过对含Nb钢的控轧控冷依靠晶粒细化和沉淀强化来提高钢的强度。但对薄板坯连铸连轧工艺。含Nb钢因铸坯裂纹问题造成了生产上的困难，这一问题至今仍未能得到很好的解决。另外，国际上薄板坯连铸连轧生产线主要采用电炉工艺来冶炼。电炉钢中较高的氮含量(80-100ppm)不仅加剧了含Nb钢连铸坯形成横向裂纹的倾向，而且由于NbCN在奥氏体内的析出，减弱了Nb的细化晶粒效果并降低Nb的强化作用。针对薄板坯连铸连轧工艺的上述特点，其合金设计的原理必须作出相应的调整。V-N微合金化技术的发展为高强度薄板坯连铸连轧产品的开发开辟了一条有效的途径。目前，国际上针对薄板坯连铸连轧工艺开发的系列HSLA钢采用V-N微合金化的技术路线。

屈服强度为350-550 MPa级的薄板坯连铸连轧高强度钢均采用了低碳(

4工艺参数对组织性能的影响

对低碳微合金钢来说，薄板坯连铸连轧最终组织为晶粒细小的铁素体和少量珠光体组织 其中还分布有合金元素的碳氮化合物沉淀，整个工艺过程的每一个环节都会影响最终材料的组织和性能，下面对各种工艺参数的影响作简单归纳

4.1板坯加热温度

薄板坯在铸后进入隧道式加热炉，其目的是使铸坯达到一定的温度，并保持温度均匀一致，为随后的开坯粗轧作准备，此均热炉的温度对板坯中合金元素的均匀分布，减少偏析有一定作用。但板坯加热温度的最大影响还是对粗轧段的热变形，再结晶过程和晶粒长大的作用，以及间接对连轧机组的轧制以前，关于板坯加热温过程和组织变化产生的影响度对组织和性能影响的研究，大多是针对再

加热厚板坯工艺的。其结果说明，过高的板坯加热温度特别是超过晶粒粗化温度很多时，会引起最终铁素体和珠光体组织的粗化并降低低温韧性。但对钢的强度影响不大，至于厚板坯加热温度的这种影响是否适用于薄板坯连铸连轧，还有待进一步探讨。

4.2轧制温度

直接轧制材料出现组织不均匀的原因不仅是由于未经过α-γ和γ-α的相变过程而保持了粗大的奥氏体晶粒而且轧制时奥氏体再结晶行为的变化也是很重要的。在粗轧阶段应有足够高的开轧温度和大的变形量，使奥氏体晶粒发生再结晶。细化晶粒但是温度过高也会使再结晶后的晶粒长大，一般认为，尽量在发生再结晶的较低温度区域开轧能获得最细的再结晶奥氏体晶粒。

4.3道次规程

传统板坯生产的热带一般是将厚板坯轧制到成品厚度，而薄板坯连铸连轧的板坯是从50-70mm轧到成品厚度，前者的总压下率相当于后者的3-5倍，两者的显著差异必然会影响产品质量。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相变之前使奥氏体组织尽可能细化 提高相变前的奥氏体位错密度 促进铁素体形核。因此，合理的安排道次规程是非常重要的。

在直接轧制工艺过程中，由于开始时是在较粗大的奥氏体晶粒基础上进行热变形，单位体积内可再结晶形核的奥氏体有效晶界面积较少。此外，合金元素对再结晶的阻碍比冷装工艺时大，因此，为了得到完全的再结晶细晶组织，需要比冷装工艺更高的加工温度和更大的变形量，已有实验结果证明Nb-Ti微合金钢热直接轧制工艺的总变形量不足60%时，因粗大奥氏体晶粒的淬硬性强，会有大量贝氏体产生。

4.4冷却速度

提高冷却速率可以有效细化晶粒这是因为，首先，提高冷却速率会降低奥氏体向铁素体转变的温度，减少珠光体的体积并细化相变铁素体组织从而改善强韧性。显著提高低温冲击性能，其次，提高冷却速率促使细小的VCN和NbCN在铁素体中沉淀，有效地起到沉淀强化的作用。但是，冷却速率过高时也会因增加游离态氮和形成贝氏体而使韧性一般来说，冷却速率控制在10-30℃可得降低到最好的强韧性结合.为了避免产生贝氏体和马氏体，必须严格控制冷却停止温度 提高冷却停止温度 对最终铁素体晶但会降低屈服强度，提高材料的粒尺寸的影响不大韧性，戈拉庭厂对HLSA80钢的控制轧制研究结果表明，冷却停止温度应高于500℃ 并且板材温度超过640℃时冷却速率应为35℃/s，板材温度低于640℃时，应降低冷却速率。

5.结语

（1）薄板坯连铸连轧时，连铸板坯在凝固后高温直接入炉并紧跟着进行带钢连轧，此时，微合金元素在奥氏体中的溶解量，相对于传统工艺较高，轧后在铁素体中以碳氮化合物的形式析出，能充分起到沉淀强化的作用。

（2）直接轧制工艺的连铸薄板坯没有经过α-γ和γ-α这两个相变过程，轧前奥氏体晶粒粗大，但由于铸坯冷却速率远大于传统的铸坯，其枝晶较短。（3）尽量在再结晶的较低温度区域开轧能获得最佳韧性，终轧温度一般控制在再结晶停止温度以下。

（4）由于直接轧制工艺热变形开始时存在较粗大的奥氏体晶粒，单位体积内可再结晶形核的奥氏体有效晶界面积较少，且合金元素对再结晶的阻碍比冷装工艺时大，因此需要加大道次压下量以细化奥氏体晶粒，为了保证再结晶的充分行 连轧机组轧制的前几个道次可以采用较大压下量。

（5）合理控制冷却速率和卷取温度，以保证材料的最终组织和性能，一般情况下，采用的10-30℃/s冷却速率可得到最佳的强韧性结合。

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