薄板坯连铸连轧线生产DP钢的研究

 前言
热轧DP钢相对于冷轧DP钢省去了热处理过程，工序简单，尤其是C-Si-Mn系热轧DP钢不用添加Cr、Mo等贵重合金元素，成本降低，而强塑性比热处理DP钢更好，因此日益引起重视。通过采用合理的化学成分及合适的生产工艺，薄板坯连铸连轧生产线（CSP）流程可以批量生产抗拉强度≥540MPa级热轧DP钢，所开发的钢种具有屈强比低、伸长率高、韧性好等特点；拉伸曲线无屈服平台，具有较高的加工硬化速率，马氏体呈岛状均匀分布在铁素体晶界上等典型DP钢的特征。涟钢CSP从德国西马克-德马格公司引进，为第2代CSP工艺技术。由于工艺和设备条件限制，在CSP线上工业化生产DP钢等先进高强钢具有相当大的难度。
2 CSP热轧DP钢控轧控冷工艺研究
　　在热轧双相钢中，合理的成分控制、恰当的压下制度与变形温度、终轧后的冷却模式和对应的卷取温度是得到铁素体和马氏体组织的关键。通过轧制工艺参数的控制可细化其显微组织，从而控制其力学性能。相关研究表明，低温大变形在很宽的冷却速度范围内抑制了魏氏组织及贝氏体组织的形成，为获得双相组织提供了有利条件。在实际生产过程中，要得到强韧性配合良好的铁素体+弥散的岛状马氏体组织，可以通过加大未再结晶区的变形量（即精轧区大变形）和低温卷取得到。低温大变形使奥氏体相分解温度提高的同时，更显著的特征是细化奥氏体晶粒，增加奥氏体晶界面积，产生晶内变形带，增大位错密度，从而为γ→α相变提供大量的形核点，增加形核速率。因此，变形温度越低、变形量越大，铁素体相变点越高，这样，大量的铁素体能够在较高的温度下形成，碳原子有条件进行充分的扩散，未转变部分奥氏体中碳的浓度会很快提高，因而奥氏体更加稳定，更容易在随后的连续冷却中在低温下转变为马氏体，所以在同样冷却速率下较低温度变形有利于得到等轴铁素体+马氏体组织。
　　终轧温度对C-Mn系或C-Mn-Si系热轧双相钢的组织性能有很大影响。研究表明：如果终轧温度过高，则最终组织中出现针状铁素体；温度过低，则会得到变形的粗大铁素体和少量马氏体。因此必须根据C-Mn系或C-Mn-Si系钢中的合金元素和终轧温度的影响，适当选择最佳终轧温度，以期望获得细小多边形的铁素体和弥散分布的马氏体。
　　不同的冷却模式对铁素体晶粒的大小和马氏体的形态、分布、含量都有重要影响。在工艺控制上，如果C-Mn系或C-Mn-Si系中C含量较低，则其共析转变温度较高，铁素体转变孕育期较短，而且有利于加快铁素体的析出，使得铁素体在短时间内即可达到力学性能要求的析出量，从而扩大缓冷结束温度的工艺控制范围。对于C-Mn系或C-Mn-Si系热轧双相钢，奥氏体的稳定性较差，易于产生珠光体等非马氏体转变产物，应当加大轧后冷却速度。
　　中间缓冷温度对热轧DP钢的强度、延伸率和屈强比性能影响非常关键。当缓冷温度为600℃时，屈强比低，延伸率较高，综合性能优异，符合DP钢性能的要求；但当缓冷温度为550℃时，屈服强度高，抗拉强度低，导致屈强比过高，不符合DP钢性能要求；当缓冷温度为650℃时，屈强比也比较高，也不符合DP钢性能要求。适当的中间缓冷温度应该为600℃左右，中间缓冷温度过低或过高都会导致屈服强度和屈强比增加。
卷取温度对轧制双相钢的显微组织有重要影响，合理的卷取温度应是既避免铁素体时效，又保证得到清洁的铁素体和一定体积分数的等轴铁素体+马氏体组织。而且，在同样的卷取温度下，碳含量增加，马氏体相体积分数迅速增加；卷取温度下降，马氏体相体积分数上升。因此应在保证DP钢组织的前提下，尽量选取上限卷取温度，以缓解卷取机的压力，也有利于获得所需的组织和性能。对于C-Mn系或C-Mn-Si系热轧双相钢，卷取温度应控制在马氏体转变点之下，一般<200℃，以抑制马氏体回火和铁素体时效来得到较低的屈强比。
　　在奥氏体低温区轧制时，道次间易发生静态回复与静态再结晶，需要几个机架的变形量累积起来以达到诱发动态再结晶所需的临界应变量。因此，在精轧机组的F1～F3机架采用大压下轧制方式（压下率>50%），通过奥氏体的亚动态再结晶实现晶粒细化，在相对低温轧制的F4～F7机架对未结晶奥氏体采用一定程度的累积变形，以保证带钢板形和获得硬化的奥氏体。研究表明，终轧温度为900℃或更高时，会出现贝氏体、马氏体比率增大，使屈强比增大；终轧温度低于800℃时，则变形组织保持不变，屈强比增大。故终轧温度应限制在800～900℃的范围，因为在此温度内，能够形成铁素体+马氏体组成的双相组织，从而得到0.7或更低的屈强比。因此将终轧目标温度定为820±20℃，并尽量保持匀速轧制。
　　涟钢CSP薄板坯厚度为70mm，经隧道炉均热，出炉温度约为1100℃，终轧温度约为820℃，终轧速度为3.0m/s，成品厚度为7.0mm，超快冷却后温度为620℃，中间缓冷温度为600℃，卷取温度约为130℃。另外，涟钢CSP超快冷段设计长度约为6m，层流冷却段长度约为39m。则根据计算可知，带钢超快速冷却时间共2s，平均冷却速度为100℃/s；层流冷却时间共13s，平均冷却速度为36.2℃/s。涟钢CSP精轧机组F1～F2的最大轧制力为44000kN，F3～F4的最大轧制力为42000kN，F5～F7的最大轧制力为38000kN，完全能满足生产DP钢要求机架大压下的技术条件。通过对超快冷设备及CSP原有层流冷却设备冷却能力的分析，改造后的涟钢CSP轧后超快冷+层流冷却系统能够满足DP钢控冷要求。
3 结论
　　控轧控冷工艺的严格控制是获得热轧双相钢优良性能的决定性条件。在实际生产过程中，要得到强韧性配合好的铁素体+弥散的岛状马氏体组织，可以通过加大未再结晶区的变形量（即精轧区大变形）和低温卷取得到。通过对增设超快冷设备的涟钢CSP设备条件和工艺条件的分析，只要合理设计C-Mn系或C-Mn-Si系DP钢控轧控冷工艺，就能够在CSP线上实现稳定生产。 
（来源：钢铁产业）