薄板坯连铸连轧硼微合金化低碳钢边裂原因的研究

论文摘要

薄板坯连铸连轧工艺（TSCR）开发于20世纪80年代,如今国内已有十几家钢铁厂引进了该技术,并取得了良好的经济效益。钢铁研究总院连铸中心致力于薄板坯连铸连轧新钢种的开发,不断推陈出新,但在马钢、唐钢、以及通钢开发薄板坯连铸连轧硼微合金化低碳钢时遇到了热轧板的边裂问题。薄板坯连铸连轧硼微合金化低碳钢时出现的热轧板边裂是一种由边部凸出“疙瘩”和上表面距边部1～2mm处的纵向裂纹组成的缺陷,严重影响钢材的成材率。本文主要针对通钢FTSR生产线生产硼微合金化低碳钢出现的热轧板边裂进行了分析和研究,并得到了边裂产生原因。对通钢生产的硼微合金化低碳钢铸坯及热轧板进行取样对比分析后发现,从微观形貌观察到的热轧板边裂处裂纹是从热轧板上表面距边部1mm处向内部切入延伸的,延伸深度可达1.5mm以上,且裂纹处氧化严重,含有大量氧化铁,推测该热轧板上的裂纹很可能是薄板坯上原有的角部裂纹加热后被氧化,然后经轧制演变而来的。热力学分析结果显示,当温度在950℃-800℃时,N含量在0.005%以上,随着N含量的增加,钢中BN析出量基本保持不变,维持在较高的0.0079%的析出量;钢中N含量在0.005%以下时,随着N含量减少,钢中BN的析出量迅速减少,当N含量为0.0035%时,BN的析出量只有0.0055%左右。N含量为0.005%是硼微合金化低碳钢热轧板是否出现边裂的一个关键点,它与通钢实际生产过程中当N含量小于0.005%时,BN析出少,热轧板几乎不出现边裂,而N含量在0.005%以上时,BN析出多就容易出现热轧板边裂是一致的。运用Gleeble-1500热模拟机研究了两组硼微合金化低碳钢薄板坯的高温热塑性,高N含量（0.006%）的硼微合金化低碳钢（4845号炉）热塑性差,其低应变速率脆性温度区出现在850℃～950℃之间,900℃时的断口属于脆性沿晶断裂,断面收缩率最小,仅为24%;而低N含量（0.0029%）的硼微合金化低碳钢（4543号炉）热塑性好,其低应变速率脆性温度区出现在850℃～1000℃之间,其热塑性最低点出现在950℃,但此时的断面收缩率较高,为60.3%。高N含量的硼微合金化低碳钢在900℃时,沿原奥氏体晶界有致密的BN、或BN+MnS复合物颗粒析出,这些析出物大小为1μm～2μm,颗粒之间的间距约5μm,这些晶界析出物脆化了奥氏体晶界,在应力作用下,使得硼微合金化低碳钢薄板坯连铸时边角部容易出现横裂纹,这是造成热轧过程中热轧板边裂的因素之一。在实验室对硼微合金化低碳钢热轧板边裂缺陷进行了模拟验证,结果显示含有角横裂的铸坯轧制后裂纹会被扩展或者被轧合,扩展后的角部裂纹是沿距离热轧板边部1～2mm处纵向拉伸延长的,铸坯原始裂纹长度可以扩展到15倍以上,原始裂纹深度和轧制压缩比决定了扩展裂纹的长度。结果表明,硼微合金化低碳钢薄板坯角横裂是造成热轧板边裂的主要原因。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 薄板坯连铸连轧概述
• 1.2 薄板坯连铸连轧技术的质量优势
• 1.3 薄板坯的质量缺陷
• 1.4 薄板坯角横裂的形成机理
• 1.5 影响薄板坯角横裂的因素
• 1.5.1 振痕深度对薄板坯角横裂的影响
• 1.5.2 化学成分对薄板坯角横裂的影响
• 1.5.3 二冷制度及矫直点板坯温度对薄板坯角横裂的影响
• 1.5.4 引起薄板坯角部横裂纹的其他原因
• 1.6 研究铸坯高温拉伸力学性能的方法
• 1.7 应变速率对钢热塑性的影响
• 1.8 薄板坯连铸连轧过程中延伸率与断面收缩率的关系
• 1.8.1 延伸率与断面收缩率的概念
• 1.8.2 延伸率与断面收缩率的关系
• 1.9 铸坯缺陷的演变规律
• 1.10 国内外对热轧板边裂原因的主要观点
• 1.11 硼在钢中的行为
• 1.11.1 硼的物理性质和化学性能
• 1.11.2 Fe-B平衡相图
• 1.11.3 硼在钢中的存在形式
• 1.11.4 硼的淬透性机理
• 1.11.5 硼在奥氏体晶界的平衡偏聚及非平衡偏聚
• 1.12 选题背景与意义
• 1.12.1 选题背景
• 1.12.2 选题意义及技术难点
• 1.13 研究内容与方案
• 1.13.1 研究内容
• 1.13.2 研究方法及技术路线
• 第二章 FTSR工艺生产硼微合金化低碳钢的边裂缺陷分析
• 2.1 FTSR工艺生产硼微合金化低碳钢概述
• 2.1.1 试验钢种及化学成分要求
• 2.1.2 热轧板力学性能要求
• 2.1.3 硼微合金化低碳钢FTSR工艺生产过程
• 2.2 硼微合金低碳钢边部裂纹缺陷的取样分析
• 2.2.1 铸坯的取样
• 2.2.2 热轧板的取样
• 2.3 硼微合金化低碳钢边裂缺陷的分析结果
• 2.3.1 铸坯裂纹分析结果
• 2.3.2 热轧板裂纹分析结果
• 2.3.3 扫描电镜（SEM）分析结果
• 2.4 影响热轧板边裂因素的讨论
• 2.4.1 连铸矫直机的影响
• 2.4.2 成分N对热轧板边裂的影响
• 2.5 BN析出对热轧板边裂影响的热力学分析
• 2.5.1 [B]、[N]和BN在不同温度下的变化关系
• 2.5.2 无边裂热轧板BN的析出变化情况
• 2.5.3 有边裂热轧板BN的析出变化情况
• 2.6 本章小结
• 第三章 硼微合金化低碳钢连铸过程中高温力学性能研究
• 3.1 实验目的
• 3.2 实验设备
• 3.2.1 Gleeble-1500热模拟机
• 3.2.2 金相显微镜
• 3.2.3 扫描电镜
• 3.3 实验材料
• 3.4 实验过程与分析
• 3.5 实验结果
• 3.5.1 硼微合金化低碳钢铸坯的高温热塑性
• 3.5.2 断口形貌
• 3.5.3 裂纹形貌
• 3.5.4 晶界析出物的观察
• 3.6 硼微合金低碳钢裂纹产生机理
• 3.6.1 高温热塑性对硼微合金化低碳钢薄板坯表面裂纹的影响
• 3.6.2 硼对热塑性的影响
• 3.6.3 硼微合金化低碳钢铸坯晶界裂纹产生机理
• 3.7 本章小结
• 第四章 硼微合金化低碳钢边裂缺陷实验室模拟验证
• 4.1 实验方案
• 4.1.1 成分要求
• 4.1.2 流程要求
• 4.2 实验材料及设备
• 4.2.1 实验材料
• 4.2.2 冶炼设备
• 4.2.3 注模设备
• 4.2.4 顶弯与矫直装置
• 4.2.5 均热设备
• 4.2.6 热轧设备
• 4.2.7 分析设备
• 4.3 实验工艺全流程模拟
• 4.3.1 实验流程
• 4.3.2 铸坯和热轧板的取样分析
• 4.4 实验结果与分析
• 4.4.1 成分分析结果
• 4.4.2 铸坯的热弯和矫直裂纹
• 4.4.3 热轧板的边部裂纹
• 4.4.4 酸洗后热轧板裂纹形貌
• 4.4.5 热轧板裂纹处微观形貌
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 结论
• 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A
• 附表B