1產(chǎn)自小型鋼廠的扁平材
薄板坯澆鑄技術(shù)的出現(xiàn)、成熟和快速發(fā)展已不可逆轉(zhuǎn)地改變了世界鋼鐵工業(yè)的發(fā)展方向。近20年來(lái)，我們目睹了小型鋼鐵廠因其涉及的產(chǎn)品大綱而被“解放”。從最簡(jiǎn)單和最便宜的鋼種開(kāi)始，以鋼筋為代表，一直發(fā)展到包括大型熱軋結(jié)構(gòu)型鋼在內(nèi)的整個(gè)長(zhǎng)產(chǎn)品范圍。目前，至少在美國(guó)，小型鋼鐵廠在該領(lǐng)域占據(jù)著主導(dǎo)位置。其生產(chǎn)份額約占國(guó)家鋼總產(chǎn)量的4O%。
2成本降低一鋼技術(shù)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?/p>
在與其它材料的不斷競(jìng)爭(zhēng)中，成本的降低是鋼最為可靠的防御線之一。微合金鋼被廣泛接受說(shuō)明了工程材料的降本趨勢(shì)。這類鐵素體一珠光體鋼具有相當(dāng)高的屈服強(qiáng)度(350～550MPa)和良好的工程性能，并不是靠高合金含量或熱處理，而是利用兩種強(qiáng)化機(jī)理一晶粒細(xì)化和沉淀硬化而獲得的。這兩種經(jīng)濟(jì)的強(qiáng)化機(jī)理占了總屈服強(qiáng)度的6O%～7O%。對(duì)HSLA鋼生產(chǎn)過(guò)程中的成本降低產(chǎn)生影響的因素如下：
(1)從鋼水到成品的在線加工，縮短了加工時(shí)間，并取消了昂貴的間歇處理。
(2)近終形連鑄，使熱軋簡(jiǎn)化。
(3)直接裝料，節(jié)省了能源。
(4)微合金(MA)與熱機(jī)械處理(TMP)，使得在熱軋期間產(chǎn)生極好的顯微組織。
(5)TiN完全彌散，防止熱軋期間再結(jié)晶奧氏體晶粒粗化。
(6)在高溫狀態(tài)中軋制，改善顯微組織，從而提高生產(chǎn)率。
(7)用N作為合金元素，優(yōu)化沉淀。
(8)使用加速冷卻，細(xì)化鐵素體晶粒度并增加析出。
以上每一步降本步驟實(shí)際上都是互相獨(dú)立的，且其效果相輔相成。用薄板坯技術(shù)生產(chǎn)HSLA鋼可運(yùn)用上述所有因素，因此可能達(dá)到最大的降本效果。
3薄板坯澆鑄技術(shù)
用薄板坯澆鑄技術(shù)生產(chǎn)熱軋帶鋼的小型鋼鐵廠由一套電爐熔煉設(shè)備和輔助鋼包冶金設(shè)備、帶有專門設(shè)計(jì)的結(jié)晶器的連鑄設(shè)備、一座隧道均熱爐、4或6(甚或7)架帶鋼熱軋機(jī)以及一套卷取前輸出輥道上的加速冷卻裝置組成。年產(chǎn)100萬(wàn)t的設(shè)備的基礎(chǔ)投資費(fèi)(約4億美元)至少比傳統(tǒng)設(shè)備所需的低一大半。
CSP工藝的缺點(diǎn)之一是無(wú)法澆鑄包晶范圍內(nèi)的鋼。這個(gè)不足之處可能似禍而實(shí)福，因?yàn)楹凶畲蠛看罅啃略O(shè)計(jì)的薄板坯連鑄機(jī)不是處于改進(jìn)階段，就是正被推廣運(yùn)用于生產(chǎn)之中。顯而易見(jiàn)，人們利用已被證實(shí)的CSP工藝的成果，努力為進(jìn)入鋼技術(shù)新領(lǐng)域贏得入場(chǎng)券。其目的在于通過(guò)下述幾點(diǎn)突破CSP工藝的一些局限：
(1)在熱軋前消除鑄態(tài)組織：ISP、CPR和FTSC。
(2)便于軋制lmm厚或更薄的薄帶鋼：UTHS。
(3)提高表面質(zhì)量：Conroll和SMI。
(4)簡(jiǎn)化設(shè)備布局并降低投資費(fèi)：TSP。
4薄板坯澆鑄的冶金效果
4.1鋼的質(zhì)量
小型鋼鐵廠生產(chǎn)的薄板坯澆鑄用鋼主要由電爐煉成，以廢鋼作為爐料。僅僅在少數(shù)情況下，薄板坯連鑄機(jī)將會(huì)與依賴堿性氧氣轉(zhuǎn)爐鋼的聯(lián)合鋼鐵廠相聯(lián)合。從廢鋼中遺留下來(lái)的各種殘余元素，其中有些是允許存在的，可用作合金添加劑，補(bǔ)充HSLA鋼中的Mn。它們是Ni、Cr、Mo，這些元素的總和不能超過(guò)0.25～O.30。但是Cu，尤其與Sn結(jié)合時(shí)，是有害的，而且在其含量超過(guò)臨界范圍后，可能導(dǎo)致板坯中的熱脆性及晶問(wèn)表面裂紋，這些元素的有害作用可通過(guò)下述幾種方法加以防止：(a)對(duì)廢鋼加以選擇以減少Cu與Sn。(b)在廢鋼中加入預(yù)還原鐵或碳化三鐵。(c)添加Ni。電爐鋼的高殘余氮含量(100ppm)于HSLA鋼有利，它加速M(fèi)A氮化物而非碳化物的形成以沉淀。
4.2快速凝固
快速凝固對(duì)夾雜物的形成具有積極影響，夾雜物小而呈球狀。沒(méi)有伸長(zhǎng)夾雜物是造成彎曲性能各向同性的原因所在。據(jù)曼內(nèi)斯曼的研究表明，氮化鋁的析出也是通過(guò)提高冷卻率而得以抑制。新近對(duì)商業(yè)性生產(chǎn)的50mmCSP板坯所作的研究支持該觀察結(jié)果。薄板坯的快速凝固有利于TiN的析出，其尺寸隨凝固后冷卻速率的提高而減小。薄板坯澆鑄期間存在的條件好像很適于達(dá)到細(xì)TiN彌散(10nm以下)。這種顆粒對(duì)再結(jié)晶控制軋制(RCR)期間的奧氏體晶界固定很有效。然而，該假設(shè)到目前為止還未在工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)中被驗(yàn)證。
4.3連鑄
冷卻時(shí)塑性損失造成的橫向裂紋的出現(xiàn)是薄板坯連鑄中存在的一個(gè)嚴(yán)重問(wèn)題，為了克服這個(gè)難題，我們?cè)诟哂谒苄圆鄣臏囟认逻M(jìn)行板坯的彎曲。就MA鋼而言，塑性損失開(kāi)始時(shí)的溫度取決于MA化合物的析出溫度，并在1000～1150℃之間不等，甚或更高。Nb化合物的這種溫度，尤其在N增加時(shí)，比V化合物，如VN的高。這個(gè)結(jié)果影響HSLA鋼的MA元素的選擇。
4.4隧道式均熱爐
板坯經(jīng)過(guò)彎曲、矯直以后，以950℃左右的表面溫度進(jìn)入隧道式均熱爐。對(duì)于含氮量增加的鋼種，Nb和V化合物可能在板坯中有一定的沉淀，這一點(diǎn)在模擬試驗(yàn)中已經(jīng)被揭示。這些化合物的出現(xiàn)會(huì)降低鋼的沉淀強(qiáng)化作用，因?yàn)楸仨毎鸭訜釥t的溫度提高到1200℃才能將它們?nèi)刍?。最近?duì)工業(yè)性生產(chǎn)的50mm厚CSP板坯的研究中也發(fā)現(xiàn)了類似的情況。在進(jìn)入隧道爐之前的板坯中已有許多的沉淀物形成，平均尺寸1O～15nm的沉淀物已被確認(rèn)為NbV(C，N)。通過(guò)隧道爐以后，沉淀物的形態(tài)有些許的變化，可能因?yàn)楫?dāng)溫度達(dá)到1100℃以上時(shí)有部分的釩熔化。
4.5直接裝料
直接裝料最大的益處是節(jié)省能源。在傳統(tǒng)工藝中，200mm厚的冷板坯在預(yù)熱爐中的能源消耗量是1400MJ/t～而板坯進(jìn)入CSP隧道爐的溫度為1080℃時(shí)，能源消耗量?jī)H為130MJ/t。這個(gè)能源消耗量的巨大差別在每噸帶鋼的澆鑄和軋制成本估算中也得到了反映：CSP帶鋼的澆鑄和軋制成本為39美元/t，而普通工藝帶鋼則為67美元/t。
4.6熱軋
板坯被直接送人5～7架熱帶軋機(jī)中?？紤]到CSP工藝中常見(jiàn)的奧氏體粗晶現(xiàn)象，必須采用強(qiáng)大的軋制力，以在極短的間隔時(shí)間里完成充分的再結(jié)晶。從熱軋過(guò)程中的奧氏體演化模型可知，要在1～2s之內(nèi)保證奧氏體粗晶(1000μm)完全再結(jié)晶，必須達(dá)到5O或更高的形變。這在小型鋼鐵廠很容易實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樾⌒弯撹F廠的每架機(jī)座的壓縮比在5O%以上。
5展望
預(yù)計(jì)用薄板坯工藝生產(chǎn)的熱帶，尤其是其中的低檔產(chǎn)品，在工業(yè)化國(guó)家中將出現(xiàn)供大于求的局面。低檔產(chǎn)品雖然有一些缺陷，但用途廣泛，價(jià)格低使其具有很大的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。面對(duì)殘酷的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，一些小型鋼鐵廠將被迫關(guān)門，但受生產(chǎn)能力過(guò)剩沖擊最大的還是聯(lián)合鋼鐵廠。一位小型鋼鐵廠的代表人物就預(yù)料到他們將失去一些市場(chǎng)份額，他還預(yù)測(cè)聯(lián)合企業(yè)生產(chǎn)的過(guò)剩生鐵錠可以緩解潛在的廢鋼短缺。
薄板坯技術(shù)的新產(chǎn)品之一是1mm厚或更薄的熱軋帶鋼。到目前為止，這么薄的鋼板只能由冷軋工藝生產(chǎn)。在建筑工業(yè)中，用冷軋薄板和鍍鋅板材料來(lái)替代木材已是大勢(shì)所趨。用同樣厚度的熱軋薄板代替冷軋板會(huì)使每噸成本至少下降100美元。
