連鑄連軋產(chǎn)線中碳鋼45Mn質(zhì)量特點分析

趙 銳，季長恩，孫彥杰，尚天傲

（日照鋼鐵控股集團(tuán)有限公司，山東 日照 276800）

1 連鑄連軋生產(chǎn)線的概述

日照鋼鐵控股集團(tuán)有限公司（以下簡稱日鋼）的連鑄連軋生產(chǎn)線是當(dāng)今全球最先進(jìn)的無頭軋制技術(shù)，鋼水經(jīng)過長漏斗型結(jié)晶器快速冷卻，在扇形段液芯壓下進(jìn)入3機架粗軋機低速大壓下后，中間坯經(jīng)感應(yīng)加熱送5機架精軋機軋成極薄帶鋼（產(chǎn)線布置如圖1所示）。其具有以下特點。

圖1 日照鋼鐵連鑄連軋產(chǎn)線設(shè)備布置圖

1）綠色環(huán)保，低碳排放。能源消耗和水消耗顯著降低，室溫氣體和有害氣體排放減少。

2）結(jié)構(gòu)緊湊。該生產(chǎn)線從連鑄機到成品卷取機僅為193.66 m，結(jié)構(gòu)緊湊，從鋼水直至地下卷取機形成帶卷，可在7 min內(nèi)完成。

3）超薄規(guī)格。采用無頭帶鋼生產(chǎn)工藝，避免了新帶卷在精軋機中的穿帶，安全可靠的大量生產(chǎn)低碳薄規(guī)格（0.8~1.0 mm）帶鋼，直接進(jìn)行酸洗和鍍鋅，可以替代部分冷軋產(chǎn)品。

4）鋼水收的率高。無連鑄分坯、無切頭、切尾，鋼水收得率、帶鋼成材率高[1]。

熱軋中高碳鋼通常是指碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.25%~1.25%，同時加入鉻、鉬、釩等多種強化合金元素，具有高硬度、高韌性、良好的耐磨性和紅硬性等性能的鋼材產(chǎn)品。文獻(xiàn)[2]報道中熱軋中高碳鋼主要基于傳統(tǒng)流程、以窄帶方式生產(chǎn)，存在成分偏析嚴(yán)重、表面脫碳嚴(yán)重、組織性能不穩(wěn)定等問題。

本文基于夾雜物控制、中心偏析、脫碳層深度三個方面對日照鋼鐵連鑄連軋產(chǎn)線生產(chǎn)的45Mn質(zhì)量情況進(jìn)行了分析。

2 非金屬夾雜物控制

鋼中非金屬夾雜物對中高碳鋼的疲勞性能和塑性有重要影響。大顆粒、脆性夾雜易于成為疲勞裂紋源，在長時間的服役條件下，鋼中細(xì)小的夾雜物也可能成為裂紋源，并且在后續(xù)軋制再加工過程中，鋼中夾雜物成為軋破、斷帶的主要原因，因此需對鋼中夾雜物類型、尺寸、數(shù)量進(jìn)行嚴(yán)格控制[3]。

日照鋼鐵連鑄連軋產(chǎn)線和某常規(guī)熱連軋產(chǎn)線生產(chǎn)的45Mn非金屬夾雜物的實績數(shù)據(jù)如表1所示。日照鋼鐵連鑄連軋產(chǎn)線生產(chǎn)的中碳鋼45Mn夾雜物含量大大降低，A類（硫化物類）、B類（氧化鋁類）、C類（硅酸鹽類）夾雜物基本沒有，僅有0.5級的D類（球狀氧化物類）。連鑄連軋產(chǎn)線連鑄拉速快、鑄坯薄，冷卻速度快，使氧化物、硫化物等非金屬夾雜來不及集聚，尺寸較小，并且為保證連鑄高拉速前道工序鋼水成分中有害元素含嚴(yán)格控制，使得中碳鋼夾雜物水平相比傳統(tǒng)熱連軋產(chǎn)線得到大大提高。

表1 不同產(chǎn)線非金屬夾雜物

3 中心帶狀組織

中心帶狀組織是鋼材內(nèi)部的一種缺陷，帶狀組織的存在使鋼的組織不均勻，并嚴(yán)重影響鋼材性能，降低鋼的塑性、沖擊韌性、斷裂韌性和斷面收縮率，造成冷彎不合、沖壓廢品率高；熱處理時鋼材容易變形、淬火開裂[4]。因此需對中高碳鋼中心帶狀組織進(jìn)行嚴(yán)格控制。

日照鋼鐵連鑄連軋產(chǎn)線和某常規(guī)熱連軋產(chǎn)線生產(chǎn)的45Mn帶狀組織如圖2所示。在日照鋼鐵連鑄連軋產(chǎn)線所生產(chǎn)的產(chǎn)品中帶狀組織基本沒有，而某常規(guī)熱連軋產(chǎn)線產(chǎn)品中帶狀組織較為明顯，先共析鐵素體成帶狀分布。對于帶狀組織的形成原理，研究者的觀點基本一致，認(rèn)為是元素偏析造成的，連鑄坯再凝固過程中由于鋼種各元素的擴(kuò)散速度不一致，容易產(chǎn)生枝晶偏析，碳元素容易均勻擴(kuò)散，而其他合金元素擴(kuò)散較困難不容易均勻化，所以一直保持著枝晶偏析的狀態(tài)。由于日照鋼鐵連鑄連軋產(chǎn)線的連鑄拉速快、鑄坯薄，冷卻速度快使枝晶偏析減輕，從源頭控制帶狀組織的發(fā)生，使得中碳鋼45Mn中心帶狀組織相比傳統(tǒng)熱連軋產(chǎn)線中心帶狀組織得到大大減輕。

圖2 不同產(chǎn)線心部組織

4 脫碳層

脫碳是鋼加熱時表面碳含量降低的現(xiàn)象。表面脫碳是影響中高碳鋼表面硬度、耐磨性和抗疲勞性能等的關(guān)鍵因素。因此為提高中高碳鋼的長期服役性能，需對脫碳層進(jìn)行嚴(yán)格控制。

ESP產(chǎn)線和某常規(guī)熱連軋產(chǎn)線生產(chǎn)的45Mn表面組織如圖3所示，可見ESP產(chǎn)線生產(chǎn)的45Mn基本上沒有脫碳組織，而某常規(guī)熱連軋產(chǎn)線脫碳組織非常明顯，單面脫碳層深度達(dá)到1.5%左右。文獻(xiàn)[2]指出CSP產(chǎn)線板坯連鑄后在高溫狀態(tài)下直接送入均熱爐，將鑄坯溫度從950~1 050℃提高到適合軋制的溫度1 130~1 150℃，具有加熱幅度小、在爐溫度低、時間短的特點，有利于降低鑄坯表面碳的擴(kuò)散速度、減少脫碳量，CSP產(chǎn)線生產(chǎn)中高碳鋼板帶單側(cè)脫碳層深度不超過板厚的1.0%，為傳統(tǒng)熱連軋產(chǎn)線的30%~60%。而ESP產(chǎn)線直接省略鑄坯加熱過程，采用中間坯感應(yīng)加熱的方式，加熱時間短，具體工藝參數(shù)如表2所示。所以ESP產(chǎn)線在控制中高碳鋼脫碳方面具有非常獨特的優(yōu)勢，所生產(chǎn)中高碳鋼表面沒有脫碳層。

圖3 不同產(chǎn)線脫碳層

表2 不同產(chǎn)線加熱方式對比

5 結(jié)論

純凈度、成分組織偏析和表面脫碳一直是影響中碳鋼產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素，日照鋼鐵連鑄連軋產(chǎn)線通過獨特的產(chǎn)線布局和加熱方式并配以多種質(zhì)量控制改善措施，實現(xiàn)了中碳鋼45Mn產(chǎn)品質(zhì)量顯著提升，主要表現(xiàn)在：

1）非金屬夾雜物級別低。

2）無中心帶狀組織級。

3）無脫碳層。