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中高碳合金钢薄板坯连铸连轧新工艺的研究

陈景浒  
【摘要】:本文研究CSP薄板坯连铸连轧工艺生产中高碳合金钢的物理冶金机理和工业生产技术。 中高碳合金钢的应用十分广泛,使用的条件也很苛刻。因此要求要有高的淬硬性和淬透性、耐磨性和韧性,产品可以热轧直接退火应用或冷轧后应用;热轧状态使用的合金钢还要求保证板形优良、厚度精度高;微观组织要求有良好的等向性、高的洁净度及理想的金相组织,细小均布的碳化物形态。这些高的要求,除了在钢材化学成分上进行合理的配比优化外,相应在冶炼、浇注、热加工、热处理上还要采用一定的新的生产工艺技术。 中高碳合金钢的碳含量都比较高,有资料显示,当碳的质量分数大于0.45%时,偏析会急剧增加,凝固过程的枝状晶充分生长,选分结晶也相当严重,铸坯中心的元素正偏析在加剧,同时枝状晶的搭桥现象还会阻碍钢液对凝固末端的补充,导致铸坯中心疏松就很严重。利用CSP生产工艺的铸坯的凝固速度快,薄板坯是由液态快冷形成,从γ-α无中间反复相变的技术特点。因此,通过合理的冶金成分设计,建立了全新的薄板坯连铸连轧工艺生产中高碳合金钢的冶金工艺控制技术,成功地开发出具有低脱碳层、产品均匀性好,高性能、高附加值低成本中高碳合金钢热轧薄板。 本文对碳含量(Wt%)0.3~1.0%的中高碳合金钢成分波动规律进行了研究,提出了影响中高碳合金钢成分波动以及偏析的主要影响因素,并开发了保证成分均匀性以及减少偏析的炼钢、精炼和薄板坯连铸控制技术,实施后各类中高碳合金钢成分均匀性控制水平和偏析控制水平达到国外同类产品水平。 通过对中高碳合金钢性能影响较大的Al2O3、SiO2、MnS等类型夹杂物的形貌、数量控制以及分布规律的研究。采用显微分析、扫描电镜分析以及电解分析等手段,对比分析不同工艺条件下夹杂物形貌、数量以及分布,研究电炉冶炼工艺、LF精炼工艺和中间包控制工艺的夹杂物控制技术,优选出合理的控制工艺。 采用热膨胀以及金相法,测定出所试验的钢种在不同冷却速度下连续冷却时的膨胀曲线,绘制了30CrMo、50CrV4和SKS51的连续冷却转变(CCT)曲线;根据不同钢种的CCT曲线上特征点来确定各个相变点,从而确定了该钢种的连续冷却转变曲线;再利用电镜和光学显微镜观察试样的显微组织,分析不同的冷却速度对不同钢种的相变点的影响;另外,还分析讨论了不同的工艺参数对贝氏体转变、马氏体及珠光体转变和对CCT曲线的形状和位置的影响;研究了中高碳合金钢连续冷却过程中不同的钢种奥氏体转变的过程及转变产物的组织与性能,为实际生产工艺制度的优化提供了理论依据。 为了控制热轧钢带的表面脱碳,对薄板坯连铸连轧流程生产的热轧中高碳合金钢的脱碳行为进行了研究;比较与分析了薄板坯连铸连轧流程与传统流程的脱碳规律,以及热轧中高碳合金钢带在不同的加工条件下所发生脱碳的程度以及影响因素。 影响中高碳合金钢组织性能的重要因素是控制冷却工艺和合金元素的含量。钢的连续冷却转变曲线,即CCT曲线是研究和制定钢的控制冷却工艺的理论基础和前提。为此,根据测定的中高碳合金钢代表钢种的CCT曲线,研究了卷取温度对钢的组织性能的影响;研究了关键合金元素对钢的组织性能的影响。 通过对薄板坯连铸连轧工艺生产中高碳合金钢的研究,使珠钢在国内第一次生产出高品质的中高碳合金钢系列热连轧钢板,产品质量与世界先进水平相当。这不仅提升了我国高强度热连轧钢板生产的技术水平,而且还改变了国内工程机械、高端合金工具制造等行业长期依赖进口的局面。


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