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1、薄板坯连铸连轧中高碳钢生产技术随着薄板坯连铸连轧技术的推广应用，至2009年底，全球薄板坯连铸连轧生 产线年生产能力达10618万t，其中中国已具备3280万t年生产能力，成为全球 拥有薄板坯连铸连轧生产线最多、产能最大的国家。经过20多年的理论研究和 生产实践，人们对薄板坯连铸连轧流程的特点有了新的认识，例如：铸坯热履历 的不同使得铸态组织均匀、第二相析出物细小；采用直接轧制工艺，精轧前原始 奥氏体晶粒粗大；热形变过程温度均匀、板形好、厚度精度高等。目前，薄板坯 连铸连轧流程主要生产w （C）W0.25%的钢种，对于w （C）0.25%，特别是 w （C）0.65%的高碳、合金成分复杂，同时
2、要求具有高的表面硬度、良好的红 硬性、高的尺寸精度和均匀的组织性能的工具钢、结构钢、弹簧钢等鲜有研究和 开发。中高碳板带钢主要基于传统流程、以窄带方式生产，存在成分偏析严重、 表层脱碳严重、组织性能不稳定等问题。近年来采用薄板坯连铸连轧流程已开发 并批量生产系列中高碳板带钢，包括优质碳素钢（30、45、50、60、65）、碳素 工具钢（T7、T8、T10、SK85、SK4、SK5、M100）、弹簧钢（65Mn、60Si2Mn）、 合金结构钢（20CrMo、30CrMo、42CrMo、40Cr、50CrV4）及合金工具钢（75Cr1、 8CrV2、SKS51）等，w （C）最高达1.0%，一定程
3、度上缓解了传统流程流程生 产上述产品所存在的问题并得到广泛应用。1关键技术针对传统流程生产中高碳板带钢存在的成分偏析严重、表层脱碳严重、组织 性能不稳定等问题，发挥薄板坯连铸连轧流程钢水凝固速率高、铸坯加热温度低、 加热时间短等技术特点，同时开发了薄板坯连铸中高碳钢专用保护渣，采用了液 芯压下等技术。1.1成分偏析控制中高碳钢由于碳含量高、合金成分复杂，凝固过程容易产生碳、硫、磷及部 分合金元素的偏析，直接影响产品组织性能的稳定均匀性。与传统板坯连铸相比， 薄板坯连铸的冷却强度大，凝固速率比传统板坯连铸高十多倍，铸态组织的二次、 三次枝晶更短，晶粒更加细小、均匀，微观偏析也得到改善，同时采用液
4、芯压下 技术可进一步减少铸坯的中心偏析。以主要偏析元素碳的偏析为例，实际检验结 果表明：基于薄板坯连铸连轧流程生产的中高碳钢的碳分布更均匀，碳的最大偏 析度为1.16，较传统流程的2.0有明显改善。1.2非金属夹杂物控制钢中非金属夹杂物的数量、形貌等特性严重影响钢的塑性、韧性、疲劳性能 和冲击性能，对中高碳钢而言，由于碳含量高、合金成分复杂，夹杂物对产品综 合性能影响的问题尤为突出。如上所述，与传统板坯连铸相比，薄板坯连铸的冷 却强度大，凝固速率高，使氧化物、氮化物、硫化物等非金属夹杂物的尺寸减小， 有利于改善中高碳钢的相关性能，提高产品质量。对珠钢生产的中高碳钢夹杂物 的评级表明：各类夹杂物
5、级别均小于传统流程生产的同类产品，非金属夹杂物以 D类夹杂物为主，级别不大于1级，尺寸大多数在5网 以下，外形为近球形。 文献11表明：某薄板坯连铸连轧流程生产的65Mn的A、B、C、D类夹杂 也不大于1.5级。1.3 专用保护渣开发薄板坯连铸速度快、冷凝速率高、结晶器内钢液流动强烈，常出现漏钢、裂 纹等事故，对于碳含量高、合金成分复杂的中高碳钢问题更突出，因此基于薄板 坯连铸工艺以及中高碳钢成分的特点，开发与之相适应的保护渣是确保薄板坯连 铸中高碳钢工艺过程顺利、产品质量稳定的前提。针对薄板坯连铸工艺特点和中 高碳钢化学成分特点开发了专用保护渣，所开发的专用保护渣具有低熔点、低黏 度、低碱度
6、的特点。对于w（C）为0.26%0.10%的中高碳钢半球熔点温度为 840 960C、黏度（1 300C）为 0.080 0.083 Pa-s、碱度为 0.85 0.92，实现在 薄板坯连铸机上的稳定浇铸，漏钢率小于等于0.2%，纵裂率小于等于0.1%。1.4脱碳行为控制表面脱碳是影响中高碳钢表面硬度、耐磨性和抗疲劳性等重要性能的关键因 素。与传统板坯相比，薄板坯连铸连轧流程采用直接轧制工艺，即板坯连铸后在 高温状态下直接送入均热炉，将铸坯温度从9501050C提高到适于轧制的温度 1 130 - 1 150 C，具有加热幅度小、在炉温度低、时间短的特点，有利于降低铸 坯表面碳的扩散速度，减少
7、脱碳量。通过采取相关技术措施，基于薄板坯连轧连 轧流程生产中高碳钢板带单侧脱碳层深度不超过板厚的1.0%，为传统流程深度 的30%60%，见表1。表1脱碳层深度比较珠钢产品传统流程产品钢种钢板厚度脱碳层深脱碳层比钢板厚度脱碳层深脱碳层比/mm度/pm例/%/mm度/pm例/%5.0026.500.535.0055.701.1150CrV43.0019.300.643.0060.302.015.0016.670.335.0038.500.77SKS514.0010.500.263.0031.001.035.0016.670.335.0060.601.21SK854.0010.500.264.00
8、30.120.751.5珠光体片层间距w （C）为0.65%1.0%的高碳钢的基本组织以珠光体为主。与传统板坯连 铸相比，薄板坯连铸的冷却强度大，凝固速率高，铸态组织的二次、三次枝晶更 短，晶粒更加细小，同时由于采用大压下轧制技术，道次压下量大，有助于细化 晶粒、减小珠光体片层间距，例如珠钢生产SKS51珠光体片层间距约为0.20pm， 而传统流程的约为0.52pm （图1）、涟钢生产的65Mn珠光体片层间距为0.1 0.5pm，而传统流程的为0.52.5pm （图2）。珠光体片层间距的减小有利于提高 材料的综合性能，表2给出了不同流程生产65Mn 6 5Mn钢板力学性能的比较。:回侵统洗程生
9、广SKI ；（ b）珠铜生产SKS51图1不同流程生产SKS51珠光体片层间距的比较传统凋程生产 庶Mn； （ b） iit钢生产关Mn、图2不同流程生产65Mn珠光体片层间距的比较表2不同流程生产65Mn钢力学性能的比较项目屈服强度/Mpa抗拉强度/Mpa曲强比伸长率/%断面收缩率/%薄板坯连 铸流程边缘5018810.5716.338.81/8处4828630.5618.735.42/8处4958810.5619.335.03/8处4878660.5617.936.84/8处4818720.5617.934.4平均值4898730.5618.036.7传统流程无屈服点654-8.516.5
10、1.6高精度轧制中高碳钢板带一个重要的用途是制造量具、刃具及一些特殊用途的工具，要 求具有高的厚度精度和板形质量。高的碳含量、复杂的合金元素显著提高了材料 变形抗力，增大了厚度控制和板形控制的难度。薄板坯连铸连轧流程采用辊底式 均热炉衔接连铸和热连轧工序，铸坯加热均匀、温差小，铸坯长度、宽度和厚度 方向的温差可控制在10C以内。铸坯高的温度均匀性是确保热形变过程变形均 匀、产品具有高的厚度精度和良好的板形质量的前提条件，特别对于厚度小于 2.0 mm的薄规格板带。发挥薄板坯连铸连轧流程的优势并采取相关的技术措施， 产品厚度波动小于10四m （头尾部分小于土25pm），平直度控制在土 101之内
11、，凸 度偏差小于10 pm。2产品的组织性能2.1碳素工具钢SK4的组织性能碳素工具钢主要用于制作刃具、模具和量具，此类钢w （C）为0.65%1.35%。 目前已按日本标准JIS G 4401 - 2002批量生产碳素工具钢热轧钢板T7、T8、T10、SK85、SK4、SK5、M100。其中碳素工具钢SK4的力学性能如表3所示。 可见SK4热轧钢板抗拉强度为10401155Mpa,伸长率为4.0%5.5%，硬度为 30.232.9HRC，组织以珠光体为主。表3 SK4热轧钢板的力学性能厚度/mm抗拉强度/Mpa伸长率/%硬度（HRC）4.0010405.530.23.5011005.030.
12、93.0011304.031.62.7510454.532.02.5011554.031.92.3010504.030.42.2合金工具钢75Cr 1的组织性能合金工具钢是在碳素工具钢基础上加入铭、钼、钨、钒等合金元素以提高淬 透性、韧性、耐磨性和耐热性的一类钢种，主要用于制造量具、刃具、耐冲击工 具和冷、热模具及一些特殊用途的工具。珠钢已按日本标准JIS G4401 - 2002 批量生产合金工具钢热轧钢板75Cr1、8CrV2和SKS51。生产的合金工具钢SKS51的力学性能如表4所示，金相组织如图3所示， 经盐浴淬火后的试验性能如表5所示。可见SKS 51热轧钢板抗拉强度为960 109
13、0 Mpa，伸长率为6.0%8.0%，硬度为27.030.0HRC，组织以珠光体为主。 经盐浴淬火后的硬度为5861 HRC，性能稳定。表4 SKS51热轧钢板的力学性能厚度/mmRmMpaA/%硬度（HRC）冷弯（d=3a）4.8010606.028.5合格3.609609.027.0合格3.509957.527.0合格3.2010357.530.0合格3.0010608.029.0合格2.8010907.530.0合格2.5510907.530.0合格（a）厚度 4r 0 nirn ；（ b）厚度 2 6 nirn图3不同厚度SKS51热轧板心部金相组织表5 SKS51热轧钢板经盐浴淬火后
14、的硬度组数1234硬度（HRC）59，58，5959，58，5860，61，6159，58，58注：钢板厚度为3.6 mm3产品的应用目前，基于薄板坯连铸连轧流程开发并批量生产的中高碳优质碳素钢、碳素 工具钢、弹簧钢、合金结构钢及合金工具钢，已广泛应用于汽车制造、工程机械、 特种设备、高端锯片以及专用器具等领域，如：合金结构钢50CrV4可制作汽车 离合器，合金工具钢SKS51可制作各类圆形锯片基体，合金工具钢75Cr1可制 作超薄排切锯片基体，碳素工具钢SK4可制作刀片等。4结论1）基于薄板坯连铸连轧流程开发并批量生产中高碳优质碳素钢（30、45、 50、60、65）、碳素工具钢（T7、T8
15、、T10、SK85、SK4、SK5、M100）、弹簧钢（65Mn、60SiMn）、合金结构钢（20CrMo、30CrMo、42CrMo、40Cr、50CrV4） 及合金工具钢（75Cr1、8CrV2、SKS51）等在内的5个系列、35个牌号的中高 碳钢，w（C）最高达到1.0%，拓展了薄板坯连铸连轧流程的产品范围，产品已 广泛应用于汽车制造、工程机械、特种设备、高端锯片以及专用器具等领域。2）薄板坯连铸连轧流程生产的高碳钢板带具有良好的产品质量：碳的最大 偏析度为1.16,较传统流程的2.0有明显改善；单面脱碳层深度小于1.0%，为传 统流程脱碳层深度的30%60%；厚度波动小于10四m （头尾
