薄板坯连铸连轧CSP生产低碳钢板的组织特征

钢　　铁

IRONANDSTEEL

Vol.36,No.6

June2001

薄板坯连铸连轧CSP生产低碳钢板的组织特征

康永林　柳得橹　傅　杰　李　晶　于　浩　王元立

(北京科技大学)

3

王中丙　李烈军

(广州珠江钢铁有限责任公司)

摘　要　对珠钢CSP线生产的低碳钢(ZJ400)连铸坯及轧后的组织特征观察和硬度测定表明:CSP线生产的连铸坯铸态组织为较细的树枝晶,枝晶宽度为几微米到30Λm,靠近表面层的枝晶宽度与中心区域差别很小。经第一道次50%变形后,板坯组织明显细化,具有局部“树枝晶”特征,“枝晶”宽度约5Λm,中心区域硬度降低。成品薄板的晶粒尺寸平均为5Λm,大多呈尖角型。变形区应力、应变及温度分布的有限元模拟分析结果与实际组织分析结果吻合。关键词　薄板坯连铸连轧　低碳钢　显微组织　有限元分析①

MICROSTRUCTURALCHARACTERISTICSOFLOWCARBONSTEELSTRIPPRODUCED

BYCSPTECHNOLOGY

KANGYonglin　LIUDelu　FUJie　LIJing　YUHao　WANGYuanli

(UniversityofScienceandTechnologyBeijing)

WANGZhongbing　LILiejun

(GuangzhouZhujiangIronandSteelCo.,Ltd.)

ABSTRACT　Themicrostructuralcharacteristicsandhardnesshavebeenstudiedonthelowcarbonsteel(ZJ400)thinslabandstripproducedbyCSPtechnologyatZhujiangSteel1Theuniformfinedendriteswithawidthlessthan30Λmareobservedincontinuouslycastslab1Afterreductionof50%,thestructureisobviouslyrefinedandhaspartial“dendriticfeature”withawidthofabout5Λm1Thehardnessincentralareadecreases1MicrostructureoftheZJ400stripismainlyacicularferrite,theaveragegrainsizeisabout5Λm1Thefiniteelementsimulationofthestress,strainandtemperaturedistributionindeformationzonehasbeencarriedout1Thesimulationresultsareingoodagreementwiththeexperiments1KEYWORDS　compactstripproduction,lowcarbonsteel,microstructure,finiteelementanalysis

1　前言

薄板坯连铸连轧是当今世界钢铁工业具有革命性的前沿技术,它集科学、技术和工程为一体,将

①3国家“新一代钢铁材料重大基础研究”资助项目

热轧板卷的生产在一条短流程生产线上完成,充分显示其先进性和科学性。世界各国对此给予了极大的关注,使得薄板坯连铸连轧近年来有了突飞猛进

联系人:康永林,教授,北京(100083)北京科技大学压力加工系

第6期　　　　　　　　　　　康永林等:薄板坯连铸连轧CSP生产低碳钢板的组织特征・41・

的发展[1]。据统计1999年全世界有CSP生产线20条,占薄板坯连铸连轧线的70%[2]。

过去10年来关于CSP薄板坯连铸连轧领域的研究主要包括有关设备与工艺的改进,冶炼与连铸技术的发展与完善,连铸连轧过程的自动监测控制技术以及CSP产品和传统技术产品使用性能的比较等[3～5]。值得注意的是:对于CSP技术成形过程中钢的组织演变规律、力学性能特征及其控制以及第二相析出等方面的工作很少有报道。我国引进的珠钢(电炉流程)、邯钢(转炉流程)CSP生产线已投产,包钢CSP线将于2001年试生产,近几年还将有几条薄板坯连铸连轧线进入建设和投产。这些新生产线能否发挥其效益和优势,产品开发将成为重要课题。

从对珠钢试生产的低碳钢板ZJ400等产品的力学性能统计、用户的反映以及组织观察表明,对于同一钢种成分的产品,由薄板坯连铸连轧线生产的热轧板和普通厚板坯连铸连轧线生产的热轧板在组织状态、晶粒度大小和力学性能方面存在较明显的差异,搞清产生这一现象的机制和工艺影响因素,对于薄板坯连铸连轧产品的组织与性能控制、新产品开发以及如何满足不同用户要求具有特别重要的实际意义。

2　CSP生产ZJ400钢薄板坯和第一道轧制后的组织性能特征

211　CSP生产ZJ400钢的成分

表1为由CSP线生产ZJ400钢和国标生产Q235钢的化学成分范围比较。与通常国标Q235钢

的化学成分范围相比,CSP线生产ZJ400钢的硅、磷、硫、铜均较低,实际控制过程中,碳也较低,硫一般在01005%～01006%。根据珠钢CSP线生产的ZJ400钢热轧板卷力学性能的统计结果,屈服强度比通常Q235钢约高一倍,伸长率也较高,钢的性能非常均匀。

%

Cu

Al01025～01035

表1　CSP生产ZJ400钢的化学成分

Table1　ChemicalcompositionofZJ400steelbyCSPtechnology

项目珠钢CSP2ZJ400

国标GB700—

88Q235C0117～0119

Si0106～0110

Mn0125～01300135～0180

P0102～0103<0104

S

≤01002～01009

<0104

≤0115～0130

≤0130

≤0118≤0130—

212　ZJ400薄板坯的铸态组织性能特征及分布。

图1为CSP生产的ZJ400薄板坯铸坯截面的

组织及硬度分布测定结果。由图1可见,ZJ400薄板坯连铸铸坯组织为较细的树枝状晶组织,枝晶宽度约在几微米到30Λm之间,靠近铸坯表面层和中心区差别很小,硬度(HV30)变化不大。这是由于铸坯

厚度小(50mm)、冷却速度高、从而形成沿断面较均匀分布细小的组织特征。

213　ZJ400薄板坯第一道次轧制变形的组织性能特征

图2　ZJ400薄板坯第一道轧制变形区中间

部位的组织

Fig12　Microstructureinintermediatepositionofrolling

图1　CSP生产的ZJ400薄板坯连铸铸坯组织

Fig11　MicrostructureofZJ400byCSPtechnology

(a)铸坯靠近表面层组织;(b)铸坯中心组织

deformationzoneinthefirstpassforZJ400

(a)靠近钢板表面区;(b)靠近钢板中心区域

・42・钢　铁　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第36卷

　　图2、图3分别为CSP生产的ZJ400薄板坯经第一道轧制时变形区中间部位以及轧后组织。在第一道次轧制变形区中间部位(见图2,注:在第一道次轧卡时,变形区内的冷却条件为:轧辊冷却水同时冷却轧制变形区,因此轧制变形区基本保留当时的晶粒尺寸),靠近表面层的晶粒组织极细,大多为等轴晶且晶粒尺寸约2～3Λm。中心区域的组织也比较细,多呈条状,宽度在3～5Λm。

图4　CSP生产ZJ400热轧薄板(4mm厚)的金相组织照片

Fig14　MetallographofZJ400hotrolledsheet

(4mmthickness)byCSPtechnology

靠近中心区域无明显差别。可见,晶粒很细且多呈

尖角形,经用SEM测定平均晶粒尺寸约5Λm,轧向和横向两个截面的晶粒尺寸基本无差别。

4　ZJ400薄板坯第一道次轧制变形区应力应变分布及温度分布的有限元分析

由图2和图3可见,在薄板坯第一道次轧制变形区中和变形后,靠近表面区和中心区的组织状态有较明显的差异,其原因可以由变形区中的应力应变分布和温度分布来说明。

图5为针对珠钢CSP生产ZJ400时的变形条件进行的薄板坯第一道轧制变形过程有限元模拟分析得到的变形区应力、应变和温度分布结果。在轧制变形区中,应力、塑性应变和温度分布是不均匀的,同一断面上从表面接触区域到中心区域的等效应力及等效塑性应变值由大变小(见图5(a)、(b)),接触表面区比中心区温度低160多度。这种应力应变及温度分布状况都有利于接近表面区的组织细化,这一模拟分析结果与组织分布的实验观察测定结果完全吻合。5　结语

图3　ZJ400薄板坯第一道轧制变形后的

(变形量e=0150)组织

Fig13　MicrostructureofZJ400afterrolling

deformationinthefirstpass

(a)靠近表面区;(b)靠近中心区域

从轧后组织来看,靠近表面区(图3(a),注:在第一道次轧卡时,变形区出口外的轧件温度约1000℃,轧件冷却条件为空冷,因此有晶粒长大)的等轴晶晶粒尺寸平均约3～5Λm,靠近中心区域(图3(b)组织与图2(b)相似,具有“树枝晶”的特征,“枝晶”宽度为5～15Λm。

3　CSP生产ZJ400热轧薄板的组织特征

图4为CSP生产ZJ400热轧薄板(4mm厚,卷取温度640℃)的金相组织照片,左图为沿轧向的截面,右图为沿横向的截面,视场位置在靠近板材中心区域,成品板的晶粒尺寸形状靠近表面区域和

图5　CSP生产ZJ400薄板坯第一道轧制变形区等效应力、应变和温度分布

Fig15　Distributionofequivalentstress,strainandtemperatureofZJ400byCSPtechnology

(a)等效应力分布;(b)等效塑性应变分布;(c)温度分布

第6期　　　　　　　　　　　康永林等:薄板坯连铸连轧CSP生产低碳钢板的组织特征・43・

　　从对珠钢CSP线生产的低碳钢板ZJ400由连铸坯及轧后的组织、力学性能特征实测观察来看,CSP线生产的热轧板和传统热轧板在组织、晶粒度大小等方面存在较明显的差异,主要表现在:

(1)CSP连铸连轧ZJ400薄板坯铸态组织为较

细的枝状晶,枝晶宽度约在几微米到30Λm之间,且铸坯表面层和中心差别很小;

(2)经第一道次大压下变形后板坯的晶粒组织得到明显细化,表面至中心区域的晶粒尺寸及硬度存在梯度分布,靠近接触表面区的晶粒组织极细,大

图6　ZJ400钢的硬度分布

Fig16　HardnessdistributionofZJ400

(a)ZJ400薄板坯连铸铸坯硬度分布;(b)ZJ400薄板坯第一道轧制变形区中间部位硬度分布(e=0124);(c)ZJ400薄板坯第一道轧制变形后的硬度分布(e=0150)

多为等轴晶,中心区域的晶粒尺寸约5Λm左右;(3)CSP线生产的低碳ZJ400成品薄板的组织也很细,多呈尖角形铁素体,平均晶粒尺寸在5Λm左右。

薄板坯连铸连轧生产热轧薄板中以上这些组织

和力学特征的机制和工艺影响规律目前尚在探索中,搞清这些新机制、新问题并掌握其规律,对于薄板坯连铸连轧产品的组织性能控制、新产品开发以及如何满足不同用户性能要求具有重要的理论和实际意义。

参　考　文　献

1　田乃媛1薄板坯连铸连轧1北京:冶金工业出版社,19981

2　Fritz2PeterPleschiutschnigg,GunterFlemming,WolfgangHennig1TheLatestDevelopmentsInCSP2

～211Technology,1999CSMAnnualMeeting,Beijing,China1999119

3　唐　荻,蔡庆伍,米振莉1薄板坯连铸连轧的技术组成1轧钢,1999,(1):56～591

4　WilfriedBald,GunterKneppe,DieterRosenthal,etal1革新的带钢生产技术1冶金设备和技术,2000,(1):28

～411

5　FlemmingG,HensgerKE1CSP技术产品范围的扩展和技术展望1冶金设备和技术,2000,(2):34～411

(上接第20页)

参　考　文　献

1　傅　杰1关于开展降低电弧炉炼钢工序能耗研究的建议1特殊钢,1997,18(6):31～3512　DarleneFritz1LatestEAFSatisticsFromIISI1AISESteelTechnology,1999,11:65～6713　陈襄武1钢铁冶金物理化学1北京:冶金工业出版社,199011221

4　戴云阁,李文秀,龙腾春1现代转炉炼钢1沈阳:东北大学出版社,199814015　张　鉴,炉外精炼的理论与实践1北京:冶金工业出版社,199311411