薄板坯连铸机生产硼微合金化钢板边部缺陷的控制

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1、冶金之家网站薄板坯连铸机生产硼微合金化钢板边部缺陷的控制关春立1，2，韩立海2，姜英2(1.东北大学材料与冶金学院，辽宁沈阳110819；2.通化钢铁公司炼轧厂，吉林通化134003)摘要：硼微合金化是一种提高钢材性能的新技术，但是钢中加入硼元素后，钢板容易产生边部缺陷。通钢FTSR薄板坯连铸连轧生产线对SS400钢种进行硼微合金化处理后，板卷的边部缺陷问题较严重。通过研究边部缺陷产生的机制和进行现场工艺改进试验，对钢水中[Mn]、[S]、[B]、[N]等成分进行调整和严格控制，优化薄板坯连铸机二冷水配水制度，有效地解决了硼微合金化SS400钢种容易产生边部缺陷的问题。关键词：硼微合金化

2、；SS400；薄板坯连铸连轧；成分；二冷水配水微合金化是20世纪70年代出现的一项新兴的冶金技术，通过在钢中加入微量的合金元素(如：Nb、V、Ti、Mo、B)，控制相变和微合金元素的碳、氮化物的溶解和析出，提高钢材的强度和韧性[1-2]，采用微合金化技术可以简化生产工艺并节约生产能源。钢中加入微量的硼有利于降低连铸坯的化学不均匀性、细化柱状晶体，最终形成最佳的金相组织(如细散珠光体)，同时减轻时效硬化作用。但是，钢中加入硼元素后，钢板容易产生边部质量缺陷，通过研究分析，边部质量缺陷主要为铸坯角部横裂纹所致，裂纹产生于连铸过程中[3]。目前，针对薄板坯连铸生产的钢种进行硼微合金化的研究较少

3、，而且主要集中在低碳钢方面。为满足市场需求，通钢自主研发并批量生产中碳SS400B钢种，即在中碳钢SS400生产过程中采用了硼微合金化技术，基于钢板产生的边部缺陷的机制分析，采取了一系列工艺改进措施，有效地解决了SS400B钢板的边部缺陷问题。1工艺流程通钢炼轧厂生产SS400B钢种的工艺路线为：铁水预处理→转炉→氩站→LF→薄板坯连铸机→辊底式加热炉→粗轧机→精轧机→层流冷却→地下卷取机→检验入库。SS400B的化学成分见表1。2边部缺陷形貌和来源在生产SS400B钢初期，质量问题主要表现为钢板边裂见图1。冶金之家网站为查找钢板边裂的来源，在板卷出现边裂的炉次中取铸坯试样，发现铸坯的边

4、部存在明显的角裂，见图2，并且与板卷边裂的位置相对应。因此可以确定板卷上出现的边裂来源于铸坯缺陷，应通过控制铸坯缺陷来解决钢板边部缺陷的问题。3边部缺陷的形成和控制机制3.1热塑性导致铸坯边部缺陷的机制铸坯缺陷的产生与钢的高温特性以及凝固过程力学行为有关，高温下铸坯的塑性和强度变化可以分为2个脆化区：1)1300℃到固相线温度范围内的高温脆化区，该区延展性的降低是由于晶粒间析出液相膜引起的，特别是硫化物FeS和MnS以及磷和其他易偏析元素都会促使形成这种低熔点相；2)700～900℃的脆性区，对于大多数钢来说，这是发生γ→α转变的温度范围，只要有先共析α相析出，在两相区发生的脆化是不可避

5、免的。连铸生产过程中，铸坯冷却后表面的收缩率超过一定临界值的时候，就会产生裂纹。根据刘家琪[4]等人的研究，B微合金化时，当温度处于850～950℃时，铸坯的断面收缩率出现明显的凹陷区，在900℃时，断面收缩率达到最低，仅为24%，此时的抗拉强度为52MPa，见图3。因此要避开此温度进行矫直，防止产生裂纹。3.2BN析出导致晶间裂纹产生的机制钢水中B和N容易形成BN，BN析出物沿奥氏体晶界致密分布，如果此时受到拉应力产生位错，析出物与晶界之间就会产生细微空洞，当许多空洞形核后，随着应力的不断施加，这些空洞就会长大，长大到一定程度时，空洞之间彼此接触聚合连接成一条线，形成晶间裂纹[5]。原

6、奥氏体晶间裂纹的产生过程如图4所示。冶金之家网站3.3Mn/S抑制晶间裂纹产生的机制钢水中的[S]与[Fe]易形成FeS，而FeS与[Fe]易形成低熔点(985℃)的共晶体，低熔点共晶体聚集在奥氏体晶界处，降低了铸坯的高温塑性，增加了铸坯的热裂纹敏感性，严重地影响晶界的结合力[6-7]。钢水中存在如下反应[8]：[Mn]+FeS=MnS+[Fe]ΔG0=-73980+9T此反应是放热反应，铸坯冷却的过程有利于反应向正方向进行，有利于减少FeS的析出，增加[Mn]含量也有利于减少FeS的析出。对于普碳钢，[Fe]的浓度要远远高于[Mn]，因此[Mn]与[S]的结合机会很低。为了解决上述问题

7、，需提高w(Mn)/w(S)，[Mn]与[S]的结合机会将会增加，当w(Mn)/w(S)提高到一定程度的时候，钢水中的[S]几乎会全部与[Mn]结合，形成的MnS会代替低熔点FeS，避免FeS在奥氏体晶界处的析出，同时MnS以线状形态分布于奥氏体中，可改善钢的高温热塑性，抑制板坯热裂倾向[9]。3.4通钢SS400B产品边部缺陷的主要原因分析根据铸坯边部缺陷产生的机制，结合生产实际，确定通钢在生产SS400B钢时钢板产生边部缺陷的主