【文章內(nèi)容簡介】 產(chǎn)中板也可以生產(chǎn)熱軋板卷，主要用于不銹鋼生產(chǎn)，投資較小，生產(chǎn)靈活，適合多品種。熱軋帶鋼的另一生產(chǎn)形式是薄板坯連鑄連軋，按結晶器的形式不同，分別有多種形式，如 SMS 開發(fā)的 CSP、DANIELY 開發(fā)的 H2FRL 等，由薄板坯鑄機、加熱爐和軋機組成，剛性連接，鑄坯厚 50~90mm，產(chǎn)量 120~200 萬噸，軋機的布置形式有粗軋加精軋為 2+5 布置，1+6 布置，也有 7 架精軋機組成的生產(chǎn)線。薄板坯連鑄連軋的特點是生產(chǎn)周期短、產(chǎn)品強度高、溫度與性能均勻性好，但是表面質量、潔凈度控制方面比傳統(tǒng)厚板坯的難度大。國外發(fā)展的無頭(半無頭) 軋制技術，德國發(fā)展的是半無頭軋制技術，他們利用薄板坯連鑄連軋的生產(chǎn)線，鑄造較長的鑄坯，如 200m，進人精軋，并且軋后進行剪切，在精軋機組中形成有限的無頭連軋。這種生產(chǎn)線的特點是適合于穩(wěn)定生產(chǎn)薄規(guī)格的帶鋼，減少了薄規(guī)格帶鋼生產(chǎn)中的軋廢和工具損失。正在開發(fā)的生產(chǎn)熱帶鋼的技術是薄帶直接連鑄并軋制的技術，鋼水在兩個輥中鑄成 5~6mm 的帶鋼，經(jīng)過 1 架或 2 架軋機進行小變形的軋制和平整，生產(chǎn)出熱帶鋼卷。歐洲、日本和澳大利亞都進行過類似的試驗，2022 年美國NUCOR 建立了工業(yè)試驗廠，德國的 THYSSENKRUPP 也建立了相同的試驗工廠?，F(xiàn)在熱連軋機很多的技術發(fā)展依然集中在板形、厚度精度、溫度與性能的精準控制、表面的質量控制等方面，比如廣泛使用的強力彎輥(WRB)系統(tǒng)、工河北聯(lián)合大學輕工學院2作輥竄輥(HCW 、CVC) 和對輥交叉(PC)技術，工作輥的精細冷卻、高精度的數(shù)學模型的不斷改進等，都使熱軋產(chǎn)品的質量不斷提高。所有新建的軋機都有完善的檢測技術和手段，如厚度、寬度、速度、凸度、平直度、表面等，使帶鋼的精度更高，質量更好平 [4]。第 1 章 引言3第 1 章 文獻綜述 建廠依據(jù)自 2022 年 5 月底以來，國際大宗商品期貨價格大幅下跌，其中有關投資設廠所需的原材料，如鋼鐵，水泥，石油等的價格下降也十分明顯。在這樣的背景下，建廠成本將顯著下降。但從長遠來看，我國的鋼鐵產(chǎn)能已經(jīng)明顯過剩，再加上以鐵礦石為首的原料價格的定價權被主要的幾個鐵礦石生產(chǎn)企業(yè)所掌握，大大壓縮了我國鋼鐵企業(yè)的利潤空間。同時根據(jù)我國的經(jīng)濟政策，尤其是關于產(chǎn)業(yè)結構調整的相關文件，新建鋼鐵廠的審批難度將會有所加大?？偟膩碚f，隨著我國汽車、家電、集裝箱、輸油(汽)管線、船舶制造等行業(yè)的迅猛發(fā)展，各類板材仍有較大的市場前景。與薄板坯連鑄連軋相比，常規(guī)熱連軋有其自身的優(yōu)勢。薄板坯連鑄連軋技術晶粒較細，加上軋制的大壓下，使產(chǎn)品硬度很高，不能按要求向冷軋供應強度低于 240MPa 的軟帶鋼。 產(chǎn)品大綱產(chǎn)品大綱是進行車間設計的主要依據(jù)，不同規(guī)格、不同品種、不同質量決定不同的生產(chǎn)工藝和設備選擇水平，即確定軋機形式和組成以及其他各項設備與水平。因而產(chǎn)品大綱是車間今后組織生產(chǎn)的依據(jù)，產(chǎn)品方案一旦確定，不但規(guī)定了車間的類型，同時也規(guī)定了車間生產(chǎn)品種的方向，產(chǎn)品大綱的主要內(nèi)容包括：A、車間生產(chǎn)的鋼種和生產(chǎn)的規(guī)模；B、各類產(chǎn)品的品種和規(guī)格；C、各類產(chǎn)品的數(shù)量和其在總產(chǎn)量中所占的比例等。所以編制產(chǎn)品方案時應注意以下問題：1. 滿足國民經(jīng)濟發(fā)展對產(chǎn)品的需要，根據(jù)市場信息解決某些短缺產(chǎn)品的供應和優(yōu)先保證國民經(jīng)濟重要部門對鋼材的需要。2. 考慮各類產(chǎn)品的平衡，尤其是地區(qū)之間產(chǎn)品的平衡，要正確處理長遠與河北聯(lián)合大學輕工學院4當前，局部與整體的關系，做到供求適應，品種平衡，產(chǎn)銷對路，布局合理。3. 考慮軋機的生產(chǎn)能力的充分利用和建廠地區(qū)產(chǎn)品的合理分工。4. 考慮建廠地區(qū)資源的供應條件，物資和材料運輸?shù)那闆r。5. 要適應當前對外開放，對內(nèi)搞活的經(jīng)濟形式需要，要使設計車間工藝與設備達到產(chǎn)品結構和產(chǎn)品標準的現(xiàn)代化，與國際標準接軌，為走向國際市場做好準備。本設計考慮以上幾點，以唐山為基地，面向全世界，制定產(chǎn)品大綱如下：按照設計任務書，本車間設計年產(chǎn) 200 萬噸/年。其中汽車板用鋼 20%，優(yōu)質鋼 60%，管線鋼 20%。 原料規(guī)格選擇板坯厚度：240mm板坯寬度：900~1500mm板坯長度：12m 產(chǎn)品規(guī)格帶鋼厚度：~18mm 帶鋼寬度：900~1500mm 鋼卷內(nèi)徑：760mm鋼卷外徑：1000~1950mm 鋼卷重量：30t 單位寬度卷重： 17kg/mm 鋼種分類及比例本車間的主要產(chǎn)品是汽車板用鋼 IF 鋼，其有自己的特性。介紹如下。 IF 鋼的特點是含碳量很低，加入 Ti 和 Nb 之后，形成 Ti 和 Nb 的 C，N 化合物，由于鋼中無間隙原子，而使其具有優(yōu)越的深沖性能。自 1949 年由 Comstcok 等人提出來之后，由于受當時冶煉水平的限制，鋼中 C，N 含量較高，須加入的較多 Ti，而且價格昂貴，因此，在生產(chǎn)中受到了限制。 20 世紀 60 年代，由于真空脫氣技術在冶金生產(chǎn)中的應用，鋼中 Ti 含量可以降低到 %以下，于是商用 TiIF 鋼面世，同時 Nb 在改善深沖性能方面的作用也被發(fā)現(xiàn)和應用。IF表 11 鋼種分類及比例鋼種 C 含量 比例IF 鋼 C≤% 20%管線鋼(X70，X80) C≤% 20%第 1 章 引言5優(yōu)質鋼 60% 規(guī)格詳細分類表表 12 規(guī)格詳細分類鋼廣泛應用于汽車制造業(yè)，尤其是汽車外板，內(nèi)板，需要很好的深沖性能，以使其容易成型。深沖鋼按沖壓級別可分為：商用級(CQ)，普通沖壓級(DQ)，深沖壓級(DDQ)，特深沖壓級 (EDDQ)和超深沖壓級(SUPEREDDQ)，它們分別同深沖鋼發(fā)展的幾個階段相對應。深沖鋼的第一代產(chǎn)品的開發(fā)和應用，是 20 世紀50，60 年代的普通沸騰鋼，只能用于普通深沖件；低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼為第二代產(chǎn)品，產(chǎn)生于 20 世紀 60，80 年代，具有較好的深沖性能；20 世紀 80 年代以后出現(xiàn)了以 IF 鋼為代表的第三代超低碳超深沖鋼。近年來在對 IF 鋼的研究中發(fā)現(xiàn)，略微增加 Mn，P ，Si 等元素的含量可以提高 IF 鋼的機械性能，同時保持 IF 鋼的良好的成型性能。T i， Nb 和 B 也具有提高 IF 鋼強度的作用，而鋼板強度的提高對降低汽車自重，降低材料消耗有重要作用。因此，開發(fā)和應用高強度鋼IF 成為深沖鋼發(fā)展的新熱點。深沖鋼的技術特征主要反映在優(yōu)良的成型性上，即高塑性應變比(r 值)，高均勻延伸率，低屈服強度，低時效指數(shù) AI，較高應變合計寬度mm厚度mm900~10001001~11001101~12001201~13001301~14001401~1500占比例 產(chǎn)量~ % ~ 2 % ~ % ~ % ~ 8 % ~ % 占比例 % % % % % % 合計產(chǎn)量 200河北聯(lián)合大學輕工學院6強化指數(shù) n 值(n 值越高，板材成型加工過程中變形區(qū)材料強度越高，因此，變形越容易傳播到鄰近區(qū)從而使得變形趨于均勻化)。只有具備這些性能的鋼材才能用于深沖復雜的汽車外殼及支撐筋板等零部件。IF 鋼的特點是含碳量很低，加入 Ti 和 Nb 之后，形成 Ti 和 Nb 的 C，N 化合物，由于鋼中無間隙原子，而使其具有優(yōu)越的深沖性能。自 1949 年由 Comstcok 等人提出來之后，由于受當時冶煉水平的限制，鋼中 C， N 含量較高，須加入的較多 Ti，而且價格昂貴，因 Ti 此，在生產(chǎn)中受到了限制。20 世紀 60 年代，由于真空脫氣技術在冶金生產(chǎn)中的應用，鋼中含量可以降低到 %以下，于是商用 TiIF 鋼面世，同時 Nb 在改善深沖性能方面的作用也被發(fā)現(xiàn)和應用 IF 鋼廣泛應用于汽車制造業(yè)，尤其是汽車外板，內(nèi)板，需要很好的深沖性能，以使其容易成型 [5]。70 年代石油危機以來，為了節(jié)約能源，國外汽車廠采取了一系列措施。其中之一就是大量開發(fā)高強度鋼板用作車體達到“減重節(jié)能” ，如冷軋含磷板、雙相鋼板等等。有資料表明：使用高強度鋼板，厚度為 ~，車身板可減薄至 ~，車身重量減輕 15%~20%，節(jié)油 8%~15%。眾所周知，由于強度和成型性是一對矛盾，隨著強度的提高其成型性能下降給加工帶來困難，特別是對要求兼有高強度和高 r 值的零件，如汽車外覆蓋件等，傳統(tǒng)的以鋁鎮(zhèn)靜鋼為基的固溶強化鋼系列很難滿足要求。進入 80 年代后，由于冶金技術的不斷發(fā)展，鋼中的 C，N 含量可控制在很低的水平(C≤40104%， N≤30104%)，使高強度 IF(interstitialfree)鋼的大批量生產(chǎn)成為可能，從而很好地解決了強度和成型性之間的矛盾 [6]。下表是以鋁鎮(zhèn)靜鋼為基的固溶強化鋼與高強度 IF 鋼板的性能比較，從表 13 中可明顯看出，在同樣強度級別下，高強度 IF 鋼具有高的 r 值、高的延伸率和低的屈強比。表 13 鋁鎮(zhèn)靜鋼為基的固溶強化鋼板和高強度 IF 鋼板的性能比較鋼種 級別MPaYP,Mpa YS,Mpa EL,% YP/TS N r340 245 372 38 370 265 402 37 390 274 421 36 鋁鎮(zhèn)靜固溶強化鋼440 333 470 34 340 206 353 40 370 225 382 39 390 245 412 37 高強度IF 鋼440 274 461 36 第 1 章 引言7 汽車板用鋼介紹隨著高強度鋼板的采用，汽車用鋼板減薄，對鋼板的防腐蝕性提出了更高的要求，這就促進了高強度表面處理鋼板的發(fā)展，特別是熱鍍鋅鋼板。目前，國外在高強度 IF 冷軋鋼板的基礎上又開發(fā)了一系列熱鍍鋅高強度 IF 鋼板(多為合金化熱鍍鋅鋼板)，它把 IF 鋼的超深沖性、合金元素 (P、Mn、Si 等)的固溶強化性和熱鍍鋅的高耐蝕性三者融于一體，是一種理想的汽車用鋼板，使強度—深沖性—耐蝕性達到較好匹配。但是由于熱鍍鋅合金化工藝的特殊性，將造成成型性能的下降，表 14 是熱鍍鋅鍍層對 IF 鋼性能的影響。因此和冷軋及熱鍍鋅產(chǎn)品相比，為了獲得高 n 值和高 r 值的合金化熱鍍鋅鋼板，必須對鋼板的成分和工藝進一步優(yōu)化?？梢哉J為，能否生產(chǎn)這種鋼板代表了一個鋼鐵企業(yè)的汽車用鋼板的生產(chǎn)水平。合金元素對鋼板性能及熱鍍鋅鍍層的影響：同深沖 IF 鋼一樣，按微合金化元素種類的不同，高強度 IF 鋼也分為三類，以 TiIF、NbIF 和(Ti+Nb)—IF 為基的高強度鋼。TiIF 鋼雖然對生產(chǎn)工藝參數(shù)的變化不敏感，但力學性能的平面各向異性(△ r 值)大；NbIF 鋼的平面各向異性小，但力學性能對生產(chǎn)工藝參數(shù)比較敏感，一般要采用高溫卷取。近年來(Ti+Nb)—IF 鋼引起了人們的重視，其優(yōu)點是： (1)力學性能對生產(chǎn)工藝不敏感，整卷性能均勻；(2)晶粒細化，降低鋼的各向異性；(3)抗二次加工脆性好；(4)熱鍍鋅合金化時，界面反應均勻，抗粉化性能較好，特別適合熱鍍鋅用基板。以下的討論中所指的 IF 主要是(Ti+Nb)—IF 鋼。與深沖 IF 鋼不同的是，高強度 IF 鋼是在 IF 鋼基礎上又特意地加入一些固溶強化元素，而這些合金元素的加入勢必對鋼板性能和熱鍍鋅鍍層等帶來一些影響，下面主要總結 340~440MPa常用的合金元素(P，Si， Mn)。表 14 熱鍍鋅鍍層對鋼性能的影響鍍層引起性能的改變 熱鍍鋅(TiIF) 合金化(TiIF) 合金化[(Ti+Pb)IF]YP，MPa + + +TS，MPa + + +EL，% n r 1) P 的影響由于 P 是一種價格便宜而且強化能大的元素，每添加 %的 P，強度可提河北聯(lián)合大學輕工學院8高 77MPa(Si 提高 10MPa，Mn 提高 5MPa)；抗拉強度為 340~400MPa 級的超深沖高強度鋼板都離不開 P，其含量通常在 %~%之間。然而在 IF 鋼中由于 C， N 被固定，晶界清潔，P 向晶界偏析容易引起二次加工脆化，晶界處的P 含量可比基體中的 P 含量高 10 倍。為了防止 P 的晶界偏析，常采取的措施是加 B，它遷移到晶界，強化晶界并防止 P 的偏析，從而使脆性轉變溫度降低，如圖 所示。但 B 有降低 r 值，提高再結晶溫度的傾向，因此 B 的含量不宜過高，一般在 1010%~20104%之間。但 P 在提高強度的同時卻使鋼的 r 值降低，這主要是由于 P 含量的增加使 {111}∥ND 取向織構減弱， {100}∥ND 取向織構加強造成的。圖 加 B 與不加 B 時脆性轉變溫度和 P 含量的關系在熱鍍鋅時，P 對鍍層的相結構也有很大影響，特別是在合金化時，研究表明：P 雖然對鋼板的浸潤性沒有多大影響，但它使合金化速度降低，抑制了合金化，如圖 所示。進一步的研究表明，P 富集在表面和晶界上，加速了第一相的形核從而抑制了第二相的形成。圖 P 含量與合金化時間的關系(700℃)2) Si 的影響Si 的強化能力僅次于 P，但在浸鍍性方面存在很多問題，故很少用于鍍層第 1 章 引言9鋼。這主要是由于 S 比 Fe 活潑，在熱鍍鋅退火爐的直接燃燒加熱段中，很容易在鋼板表面形成一層 Si 的氧化物，在還原段中又不能徹底還原，從而形成了隨機分布的島狀 Si 的氧化物，成為柱狀組織的形核地，影響了鍍層的附著力。當鋼中的 Si 含量大于 %時，鍍層