关春立1，2，韩立海2

( 1． 东北大学 材料与冶金学院，辽宁 沈阳 110819 ; 2． 通化钢铁集团有限公司 炼轧厂，吉林 通化 134003)

摘  要: 通化钢铁集团有限公司 FTSR 薄板坯连铸连轧生产线采用硼微合金化低碳软钢技术，严格控制钢水化学成分、成品氮含量、优化连铸和轧制工艺等，成功开发硼微合金化钢 TG270，并替代低碳冷轧基料 SPHC 板卷，产品质量和力学性能均达到用户要求。

关键词: FTSR; 硼微合金化; 以热代冷

薄板坯连铸连轧技术自 1989 年投入生产以来，得到了很快的发展。在冶金工业节能降耗、提高附加值的发展趋势下，开发以热轧代替冷轧新产品，进一步开发产品的新市场非常必要［1］。目前，通化钢铁集团有限公司( 以下简称“通钢”) 当前生产的用于冷轧的 SPHC 热轧板卷屈服强度较高，不能满足“以热代冷”产品—热轧酸洗涂油板( P/O 板) 的技术要求，而国外对用传统工艺生产加硼低碳铝镇静钢降低屈服强度已进行了相应的研究［2］，所以在满足用户对板材产品表面质量和成形性能要求的前提下，借鉴国内 SPHC 钢硼微合金化的研究［3］和生产试验，2006—2007 年通钢采用硼微合金化低碳软钢技术，开发生产硼

微合金化钢 TG270 替代低碳冷轧基料 SPHC 板卷，降低了热轧板卷的屈服强度，达到 CQ 级板的标准要求，实现“以热代冷”，降低了工序能耗和环境污染，节约了生产成本。

1 FTSR 生产线概况

通钢薄板坯连铸连轧 FTSR 生产线主要包括: 意大利达涅利公司的 FTSR 薄板坯连铸机、美国布里克蒙公司的辊底式均热炉、日本三菱公司的“2R + 5F”模式1 710 mm 热连轧机组。单流FTSC 薄板坯连铸机于 2005 年 10 月 18 日一次性热试成功，并在 2005 年 12 月 5 日全线投产贯通。该生产线采用了一系列薄规格板带生产的前沿技术，如: 连铸动态软压下、结晶器漏钢预报系统、铁素体轧制技术等。

2 低碳钢硼微合金化的软化机理

热轧板的屈服强度受钢水中自由氮含量的影响非常大，钢水中 20 × 10－ 6的自由 w( N) 就可以使屈服强度提高约 10 MPa，采取相应的措施固定钢水中的自由氮可以达到降低热轧板的屈服强度的目的。

由图 1 可以看出，在相同温度、相同氮含量下，硼在钢中的固溶度要远小于铝，并且硼和氮在钢中的扩散速率几乎相同，而铝在钢中扩散速率大概是硼和氮的 1/10，由此可见，硼和铝相比，硼在钢中更容易与钢水中的自由氮结合，即钢中硼和氮生成 BN 要比铝与氮生成 AlN 更容易，所以硼与氮很容易从基体中脱溶。因此，将一定量的硼加入钢水中，并且控制钢中 w( B) /w( N) ，可以使钢中自由 N 的含量明显降低，从而使热轧板的屈服强度降低［6］。

根据文献［7-10］介绍，加硼微合金化后热轧板卷晶粒明显粗大化，主要是因为硼微合金化钢中 BN 和 AlN 的标准吉布斯能关系为 ΔG0BN＜ ΔG0AlN，所以 BN 优先于 AlN 析出，即粗大 BN颗粒优先形成，同时 BN 的优先析出在一定程度上也抑制了钢中细小 AlN 的析出，使得加硼钢中 AlN 的析出量要比不加硼钢少，进而降低了AlN 在晶界的钉扎作用，降低了 AlN 析出强化对屈服强度的贡献，同时由于 B 元素在奥氏体晶界的偏聚，也抑制了铁素体形核。综上，热轧板屈服强度降低的主要原因是晶粒的粗大化，即粗大 BN 颗粒的优先析出抑制了钢中细小 AlN的析出。

3 以热代冷产品的工艺技术控制

TG270 钢主要在原有 SPHC 钢生产工艺基础上进行硼微合金化，通过优化钢水化学成分、优化连铸连轧工艺，降低热轧卷板的屈服强度。使得在原有 SPHC 钢生产技术基础上优化的 TG270 热轧板卷符合 CQ 级冷轧薄板要求，达到以热代冷的目的。

3． 1 TG270 钢生产工艺路线

通钢生产 TG270 钢的工艺路线如下: 铁水倒罐站或混铁炉→铁水预处理→120 t 转炉→氩站→LF→FTSC 薄板坯连铸机→辊底式加热炉→粗轧机→精轧机→层流冷却→地下卷取机→检验入库。

3． 2 试验内容

TG270 钢种先后进行了 4 个批次的生产，生产方案主要针对炼钢、精炼、连铸、轧制各工艺进行试验和调整，共生产了4 个浇次31 炉，累计浇钢量4 650 t，生产概况见表 1。生产过程中每一炉钢分别在转炉吹炼终点，氩站，精炼处理前、中、末期，连铸大包剩余 70 t 时取样分析( 共31 个) ，检测钢水成分，并且按浇次分为 4 组; 同时在精炼和连铸工序过程中取氮样分析钢水中氮含量( 共 17 个) 。试验主要通过调整钢水的成分、合金加入量、钢水的过热度、连铸和轧制的工艺参数，以及连浇过程中采用保护浇铸等措施优化生产，最终实现了 TG270 硼微合金化钢的批量生产。

3． 3 工艺过程控制要点

3． 3． 1 LF 精炼过程全铝含量控制

铝不单纯是冷轧用钢极好的脱氧剂，而且是影响该钢种 r 值的重要元素，它的使用又易引起增硅，这要求精炼顶渣 w( SiO2) 浓度小，同时对铝的用量和用法进行控制。LF 出站时 31 个试样w( Alt) 、w( AlS) 分别为0． 027 % 、0． 025 % ，w( Alt) 主要分布在0． 02 % ～ 0． 03 % ，如图 2 所示。

试验中为控制全铝采取的主要措施包括: 1)减少转炉出钢时的下渣量，可以节省铝用量和缩短精炼时间。2) 转炉炉后采用弱脱氧，降低精炼进站钢水硫含量，Alt达到要求含量范围在 LF 精炼末期完成，严格控制底吹氩强度，避免精炼后期的增硅、吸氮和铝的烧损。3) 调整硼合金中铝含量，有利于钢水中 Alt含量的稳定控制。

3． 3． 2 硅含量的控制

4 次试验的精炼出站钢水硅含量分布如图 3所示，精炼出站时 31 个试样的 w( Si) 平均为0． 038 % ，除第 2 组和其他组少数炉次，w( Si) 基本控制在0． 04 % 以下，尤其是最后 1 组 w( Si) 除第 4 炉基本控制0． 02 % 以下。由于钢中硅含量显著影响板材的力学性能及镀锌质量，硅含量偏高与屈服强度较高是一致的，因此控制增硅是生产冷轧用低碳、低硅钢的一项关键任务。

实际生产中，必须根据钢水的进站条件，首先决定 LF 炉的脱氧和脱硫负荷，再综合考虑顶渣的成渣路线和出站顶渣成分的优化设计。防止增硅措施如下: 1) 控制进站钢水 S 含量，减轻 LF 脱硫负担; 2) 提高原材料质量，降低原、辅料 SiO2含量; 3) 控制转炉下渣，做到下渣量小于 4kg/t 钢;4) 适当增加炉后石灰用量，稀释顶渣 SiO2浓度;5) 白渣形成后，避免氩气强搅拌; 6) 调整酸溶铝达到要求的含量。

3． 3． 3 氮含量的控制

4 次试验过程中，通过全程控制增氮工艺，根据中间包取的 17 个氮样，钢水 w( N) 大多分布在( 30 ～55) ×10－ 6，平均值为41． 53 × 10－ 6，中包钢水氮含量的分布如图 4 所示，钢水氮含量控制水平可以满足本钢种的需要。

3． 3． 4 连铸工艺改进

硼微合金化低碳软钢技术在试验初期，钢的屈服强度得到了有效降低，但是热轧板产生的边裂较多，热轧板发生边裂主要是源于连铸坯存在边部、角部裂纹。

相变过程中钢中碳氮化物在晶界的析出是造成铸坯产生窄边裂纹的主要原因之一，其主要是铸坯在矫直的过程中铸坯温度大多处在 700 ～900 ℃ ，在这个温度范围内铸坯的热塑性很差，属于第Ⅲ脆性区容易产生裂纹，而这一现象是由于钢中碳氮化合物在晶界析出造成的，所以控制钢水中氮含量可以在一定程度上可以控制窄边裂纹的产生。

生产过程中，为了降低钢水中氮含量提高板卷质量，连铸过程中采取了全程保护浇铸，尤其是优化了大包长水口结构。经过连铸工艺一系列的措施，中间包钢水平均 w( N) 已经控制在 50 ×10－ 6以下; 同时改造了连轧机组侧喷，使得板带边部的温度提高，进而均匀板带在轧制过程中温度。通过以上措施，解决了 TG270 钢热轧板出现的边裂缺陷的质量问题，同时也进一步提高了热轧板的性能。

3． 3． 5 轧制生产工艺过程控制

根据 TG270 钢的性能要求以及 FTSR 生产线的工艺特点，探索总结出该钢种的轧制工艺参数，具体参数见表 2。

4 以热代冷产品性能

4． 1 TG270 钢化学成分

TG270 钢的试验成分见表 3。

4． 2 SPHC 和 TG270 钢组织结构对比

轧制后 SPHC 和 TG270 两种钢板的组织结构如图 5 所示，可以看出两种钢板的组织结构存在差异，其中硼微合金化钢板的晶粒明显粗大。

4． 3 TG270 产品力学性能

4 批次的热轧板力学性能与通钢生产的 50炉 SPHC 的力学性能比较见表 4。可以看出，通过硼微合金化技术生产的 TG270 钢卷，经时效48 h 后，其屈服强度的平均值为241． 9 MPa，抗拉强度平均值为330． 9 MPa，伸长率平均值为48． 9 % ，与 SPHC 钢板的屈服强度、抗拉强度相比分别降低了62． 1、52． 1 MPa，伸长率提高了8． 15 % 。从表 4 还可以看出经过硼微合金化后的 TG270 钢的力学性能完全达到要求。因此，通钢具备了批量化生产硼微合金化钢 TG270 以热代冷冲压用板带的能力，该钢种具有广阔的市场前景。通过对产品跟踪调查和用户反馈的信息，钢卷酸洗冷轧后板形平整、表面良好、无麻坑和翘皮、无裂纹。厚度负偏差控制偏于下限。宽度正公差平均 12 ～ 20 mm。用户对产品的表面质量、板形、几何尺寸、机械性能均很满意。

5 结 论

1) 钢水中铝、硅、氮含量的控制、热轧板边裂的控制、轧制参数的确定是开发硼微合金化钢TG270 的关键技术环节。

2) 采用硼微合金化低碳软钢技术，开发生产硼微合金化钢 TG270，热轧板产品经时效48 h后，其屈服强度的平均值为241． 9 MPa，抗拉强度的 平 均 值 为 330． 9 MPa，伸 长 率 平 均 为48． 9 % ，与 SPHC 钢板的屈服强度、抗拉强度相比分别降低了62． 1、52． 1 MPa，伸长率提高了8． 15 % ，可以替代低碳冷轧基料 SPHC，实现“以热代冷”。

3) 确定了生产 TG270 钢各工序的生产工艺参数，并采取了相应的措施保证产品的质量和力学性能，为通钢批量生产 TG270 钢提供了有力的支撑。

4) 自 2008 年产品批量生产以后，根据产品跟踪调查结果，TG270 热轧板产品的表面质量、板形、几何尺寸、机械性能均可满足用户的使用要求。

参 考 文 献

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