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唐钢FTSR生产高碳钢热轧卷薄板
发布人：上海艾荔艾金属材料有限公司www.shailiai.com
更新时间：2014-06-25
唐钢在FTSR薄板坯短流程成功开发出高碳含量钢种的热轧卷板，并具备了批量生产能力。其生产实践证明：只要工艺参数选择合理，工艺条件满足要求，薄板坯连铸连轧生产线能够生产出高质量的高碳含量热轧卷板。
我国已有12条薄板坯连铸连轧生产线，成为世界上薄板坯连铸连轧产能最大的国家。但薄板坯连铸连轧生产线生产品种相对较少，仅限于生产中、低碳钢（w[C]含量≤0.35%的钢种），而且质量控制难度较大。拓展薄板坯连铸连轧生产线的品种，最大限度地发挥薄板坯短流程的工艺技术优势，成为薄板坯连铸连轧的主要发展方向。
市场调研结果显示，高碳含量钢种（碳含量≥0.40%）热轧卷板有一定的市场需求，利润空间也较大。目前国内大部分低端高碳含量钢种由窄带钢生产厂家供货，高品质高碳含量钢种热轧卷板仍须进口。依据FTSR薄板坯连铸连轧生产线的技术工艺特点，根据高碳含量钢种的钢种特性，唐钢在FTSR薄板坯短流程成功开发出高碳含量钢种的热轧卷板，并具备了批量生产能力。其生产实践证明：只要工艺参数选择合理，工艺条件满足要求，薄板坯连铸连轧生产线能够生产出高质量的高碳含量热轧卷板。此举充分显示出薄板坯连铸连轧生产高碳含量钢种的工艺技术优势，有效地拓展了薄板坯连铸连轧生产线的品种范围。
认清钢种特性 发挥工艺优势
薄板坯连铸连轧的工艺特点。薄板坯短流程具有连铸拉速高、钢水凝固速率大、铸坯直接轧制等特点。唐钢FTSR薄板坯连铸连轧生产线具有独特的结晶器热像图和热流密度曲线，能够全面反映结晶器内坯壳的凝固过程，实时监测各种临界状态，使操作者对结晶器的传热情况一目了然，可以及时调整工艺参数，减少工艺事故的发生；二冷段采用汽水雾化动态冷却控制，并选择合适的气水比，水量调节范围更大，可以达到更好的板坯温度场分布，这样可以避免二冷模式不合理导致的铸坯中间裂纹、皮下裂纹和弯曲矫直裂纹；二冷段采用动态液芯压下技术，可以显著改善铸坯内部质量，减少铸坯的中心偏析和中心疏松，破碎粗大的柱状晶，还具备铸坯直接轧制等工艺特点。
高碳含量钢种的钢种特性和工艺控制难点。由铁碳相图可知，碳的含量在0.40%~0.75%时，固液两相区温差较大，表明高碳含量钢种流动性很好，因此在连铸时可采用低过热度浇铸。但是高碳含量钢种板坯内部容易出现疏松、偏析和裂纹等缺陷，常规板坯流程生产高碳含量钢种为解决中心偏析和中心疏松，须要配备电磁搅拌设备。
研究发现，在1200℃~1000℃的温度范围内，高碳含量钢种在结晶器内的收缩率较小，这表明在结晶器内初始坯壳与结晶器铜板间的缝隙小，坯壳和结晶器贴合更紧密，因此对保护渣的润滑性能要求更高。如果保护渣性能不合适，容易发生坯壳黏结或黏结漏钢，铸坯表面容易出现夹渣缺陷，应借助结晶器热像图和热流密度曲线，开发适合高碳含量钢种系列产品的薄板坯连铸结晶器保护渣。
对于钢中碳含量0.10%、0.20%、0.40%及以上的钢种，高温性能差别很大。对于碳含量大于0.40%的钢种即高碳含量钢种，随着碳含量的增加，高温强度下降，高温塑性与中碳钢相当。
薄板坯连铸为了最大限度地减小铸坯厚度，采用动态液芯压下技术，压下幅度高达20mm。但液芯压下时必须注意如下几点：一是铸坯中心有液体时方能进行液芯压下，如果在铸坯完全凝固后压下，则需要很大的压下力，容易造成扇形段的设备负荷过大，且工艺效果不明显。二是应在坯壳强度和塑性较高的时候压下，以避免铸坯的内部出现中间裂纹。但高碳含量钢种铸坯的高温强度很低，不能承受大的压下形变，因此铸坯内部极易出现裂纹缺陷。三是高碳含量钢种凝固区间很大，如果压下模式不合理，即扇形段各段压下量的分配和最终压下位置不合理，铸坯内部也容易出现裂纹缺陷。由于高碳含量钢种的高温强度低和塑性较差，须要加大二次冷却强度，以降低高碳含量钢种铸坯表面温度，增强其承受压力的能力。薄板坯连铸采用动态二次冷却控制，可以灵活地调整二冷水的喷淋强度和宽度，为控制高碳含量钢种铸坯表面温度创造了条件，可以有效解决高碳含量钢种的内部裂纹问题。
常规板坯线生产高碳含量钢种普遍存在的一个问题是脱碳层超标，而薄板坯连铸连轧生产线实现铸坯直接轧制，铸坯入炉温度高（高达850℃以上），加热炉升温幅度小，加热时间短，只有30分钟，可以最大限度地减小脱碳层厚度。
优化工艺控制 提升实物质量
高碳含量钢种薄板坯连铸结晶器的保护渣开发。高碳含量钢种液相线温度低，浇铸温度也低，坯壳收缩较小。因此高碳含量钢种连铸保护渣最主要的作用是保证结晶器润滑效果，即选用低碱度、低熔点、低黏度和熔速高的保护渣，以提高保护渣的消耗量，满足结晶器的润滑和传热要求。借助于结晶器热像图和热流曲线，唐钢成功开发了薄板坯连铸高碳含量钢种保护渣，有效控制了薄板坯连铸高碳含量钢种时的坯壳黏结和黏结漏钢，为薄板坯连铸生产高碳含量钢种提供了保证。
薄板坯连铸高碳含量钢种的二冷工艺优化。鉴于FTSR流程大规模生产的是中低碳钢，其液芯压下模式已经固化，重新摸索高碳含量钢种的压下模式有一定难度。因此，研发人员试图在保证拉矫温度为850℃的前提下，对二冷强度进行优化。在试验初期，借鉴常规板坯生产高碳含量钢种的经验，浇铸高碳含量钢种时采用弱冷模式，减小二次冷却水量，但铸坯内部中间裂纹严重，导致板卷分层、板面轧漏。对此，连铸二次冷却改用强冷模式，浇铸65Mn钢时，比水量从2.43L/kg提高到3.1L/kg，由此降低铸坯表面温度，提高了坯壳强度，消除了铸坯中间裂纹。
他们分析认为：铸坯在扇形段中出现鼓肚，采用动态液芯压下后，鼓肚和压下导致的铸坯内部固液两相区凝固前沿的应力和应变是产生铸坯中间裂纹的根源。由于压下模式已经固定，针对高碳含量钢种的凝固特点和高温特性，适当增加二冷强度有利于降低高碳含量钢种铸坯表面温度、提高铸坯坯壳强度，有效控制其鼓肚以避免铸坯中间裂纹的发生。生产结果也证明了这一分析。
薄板坯连铸连轧生产高碳含量钢种成分偏析的控制。高碳含量钢种凝固过程容易产生C、S、P 及部分合金元素的偏析，将影响产品组织性能的均匀性，偏析严重会导致热轧板卷的中心分层缺陷。与常规板坯不同，薄板坯连铸冷却强度大，凝固速率是常规板坯的10多倍。采用液芯压下技术可以进一步减少铸坯内部的中心偏析。分析结果也显示：薄板坯短流程生产高碳含量钢种S55C碳的最大偏析度是1.102，生产65Mn碳的最大偏析度为1.121，均比常规板坯流程碳的最大偏析度2.0 有明显改善。
薄板坯连铸连轧生产高碳含量钢种表面脱碳层的控制。研发人员对S55C和65Mn产品进行了表面脱碳层深度检验，结果发现，其单侧脱碳层深度均不超过钢板厚度的0.8%。标准要求高碳含量钢种总脱碳层深度单面不大于钢带实际厚度2.0%，可见薄板坯流程生产的高碳含量钢种的脱碳层高于标准要求。
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