薄板坯连铸连轧流程生产冷轧基料的硼微合金化热力学研究

摘要

马钢、唐钢发挥设备优势，先后采用薄板坯连铸连轧流程(TSCR)生产冷轧用钢，但特有的TSCR工艺制度导致生产的热轧板屈服强度过高、延伸性能差。为此，马钢、唐钢分别与连铸中心签订合同(“马鞍山钢铁公司CSP冷轧板生产新工艺研究”和“唐山钢铁公司FTSR线低碳钢硼微合金化冷轧用钢新工艺研究及产品开发”)共同研究硼合金化降热轧板屈服强度，改善延伸性能的工艺技术和开发新产品。 针对SPHC钢种成分，论文主要进行两方面的热力学计算。在精炼温度下确定Al、Mn、Si、B的选择氧化顺序和计算不同相阶段BN、AlN和MnS析出的可能性和析出温度。并在唐钢和马钢做了大量现场试验，对精炼过程的不同时期取样，分析硼元素损失原因；扫描电镜下观察热轧中析出物的形貌，采用相分析辅助手段研究了化合氮在析出物BN和AlN间的分配。 通过上述内容的研究，得出以下主要结论： (1)在精炼温度范围，易氧化元素的选择氧化顺序为Al、Mn、Si、B，与试验取样分析结果吻合较好，即溶解在铁液中的微量硼能够稳定存在。 (2)硼元素的收得率除与合金添加时机有关外，还与合金粒度有关。“白渣”后合金化可保证较高的收得率；相对于粉化的合金而言，块状合金中的硼平均收得率提高11个百分点，而且各炉次硼元素含量和收得率重现性好。 (3)考虑S元素在凝固前沿的偏聚，MnS在固液区具备析出条件；奥氏体中MnS、BN、AlN的平衡析出温度分别为1337℃、1131℃和1022℃；而且随着温度降低，氮原子优先与硼原子结合成BN的趋势增大，相分析结果表明BN中的氮接近占化合氮总量的50％，可见微量的硼有效降低了细小弥散AlN的析出量。相对于同成分的无硼钢SPHC钢(其中Al0.034％，N60ppm)，含12ppm硼的SPHC钢中AlN开始析出温度降低了23℃。 (4)BN的析出形式有多种：单独析出、与MnS复合析出、与MnS和氧化物复合析出，线度都在600nm以上；阐述了BN复合析出的机理。 (5)硼微合金化使热轧板中的析出粒子数量减少，平均线度增大，从而降低了对奥氏体和变形铁素体晶界钉扎，从而粗化热轧板组织，降低屈服强度。 (6)相对于无硼SPHC钢，含硼SPHC钢热轧板的平均屈服强度降低13.4MPa，平均抗拉强度降低8.5MPa。平均延伸率虽然没有明显提高，但是不同炉次含硼SPHC钢热轧板的力学性能有很好的重现性，为材料的安全使用提供前提条件。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1薄板坯连铸连轧技术的现状及发展趋势

1.1.1国内外连铸连轧技术的现状

1.1.2薄板坯连铸连轧技术的发展趋势

1.1.3薄板坯连铸连轧技术的特点

1.1.4薄板坯连铸连轧生产钢品种开发

1.1.5薄板坯连铸连轧生产线生产冷轧用料的优势与不足

1.2硼在钢中的作用及硼钢冶炼

1.2.1硼元素的物理化学特性

1.2.2硼元素在奥氏体存在形式及其影响

1.2.3硼钢的发展

1.3硼钢的冶炼

1.4文献小结

1.5课题提出及本课题研究内容

1.5.1课题的提出

1.5.2本课题研究的内容

第二章SPHC钢硼微合金化热力学分析

2.1元素氧化反应的类型

2.2多元系中元素的选择性氧化

2.3硼微合金化热力学分析计算

2.3.1精炼熔池中溶质活度选择及活度系数

2.3.2计算的基本热力学数据

2.3.3精炼熔池中各元素的稳定性比较

2.4现场试验结果与分析

2.4.1工业试验方案

2.4.2试验结果分析

2.5小结

第三章TSCR工艺含B低碳铝镇静钢析出物的热力学计算

3.1钢液中析出物析出的可能性

3.2凝固过程氮化物、MnS的析出条件

3.3析出物在奥氏体中的析出

3.4热力学计算结果与分析

3.4.1计算条件及参数选择

3.4.2液相计算结果

3.4.3凝固过程计算结果

3.4.4奥氏体中计算结果

3.4.5凝固末端的析出

3.5小结

第四章微量硼对SPHC钢热轧板析出物的影响

4.1 TSCR工艺的强化机理

4.1.1固溶强化

4.1.2位错与亚结构强化

4.1.3织构强化

4.1.4晶粒细化强化

4.1.5沉淀强化

4.2 B对SPHC钢力学性能的影响

4.3 B对SPHC钢种力学性能影响的机理研究

4.3.1含B与无B SPHC钢热轧板低倍组织对比

4.3.2析出物形态观察分析

4.3.3微量B对奥氏体中析出物影响机理分析

4.4本章小结

第五章结论与展望

5.1本文结论

5.2下一步工作方向

参考文献

在学研究成果

致谢