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| 铌微合金化在CSP品种钢生产中的应用 | |
| CBMM微合金化技术中心 东涛 付俊岩 | |
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摘要：借鉴我国973新一代钢铁材料基础研究所取得的DIFT、RPC及DET等细晶化过程的创新成果，充分挖掘CSP流程工艺潜力，有希望构成生产高强度超级钢的主导技术。铌微合金化和微铌处理则是实现这项技术必不可少的条件，CSP流程开发含铌微合金化钢前景广阔。
关键词：CSP、DIFT、RPC、DET、铌微合金化
Application of Niobium Microalloying Technology on CSP Production
Dong Tao Fu Junyan
(CITIC-CBMM Microalloying Technology Center)
Abstract
It is possible to develop a new leading technology for the production of advanced steels if these innovative ultra-fined grain methods such as DIFT(Deformation Induced Ferrite Transformation), RPC(Relaxation Precipitation Controlling Transformation), and DET(Deformation Enhanced Transformation) resulting from ‘Fundamental Research on New Generation iron and Steel materials in China (973 plans)’ are well synthesized with potential processing benefits of CSP line. And niobium microalloying or micro-niobium treatment is absolutely necessary for successful development and application of this technology. The possibilities of production of niobium-bearing steel products in CSP line appear unlimited.
Key Words: CSP, DIFT, RPC, DET, Niobium microalloying
1、前言
进入新世纪，我国钢铁业加快了技术改造和企业结构调整的步伐，2001年粗钢产量为15749万吨，按目前产能的增长势头预测2002年粗钢产量将突破18000万吨，在我国钢铁业诸多科技进步之中，引起业内人士广泛关注有两个方面：一 , 是我国的钢材生产和消费结构，正在逐步摆脱发展中国家以长材为主体的模式，板带材的产能增长将保持较强的趋势[1]。现有装备热轧板带材的生产能力为2755万吨，而在2005年将增长至5077万吨，从厚度规格上看，＜2mm板带将占65%以上，＜1.2mm薄带也将达40%。其中CSP生产线的建设是特别引人注目的风景线，现有已建成的珠钢、邯钢、包钢和即将建成的唐钢4套CSP机组，在建的有马钢和珠钢、邯钢二期，后续申请立项的有涟钢，济钢、沙钢、宝钢和首钢的新CSP生产线。CSP流程可以生产哪些钢材品种？或者说CSP流程可以开发哪些优势品种？正是广泛关注的议题。 二，是中国973新一代钢铁材料基础研究所取得的丰硕成果，开辟了一条生产高性能、长寿命、低成本超级钢的技术路线，同时满足当代社会发展对节能源、节资源和环保的要求。而在这些独创性的研究成果中，引起国内外重视的是钢研总院的“形变诱导铁素体相变”（DIFT）、北京科技大学的“弛豫析出控制相变”（RPC）和“形变强化相变”（DET）机制所构成的生产超细晶粒钢 （dα ~1μm）的主导技术。
从许许多多研究论文和试制报告中，不难看出这些技术恰恰可以挖掘CSP流程的一些物理冶金特点，如铸坯的细晶结构、铸坯中处于溶解状态的微合金元素（Nb-,V, Nb-Ti），以及轧后加速冷却作用，足以使超低碳微合金化钢具有dα ~1μm的晶粒尺寸，达到800MPa级的强度水平。
CSP流程生产超细晶粒钢实质上微合金化技术（Microalloying）和热机械处理技术（TMCP）的结合，其核心是γ晶粒度调节和临界温度形变的铁素体富化生核。铌微合金化是实现这个过程必不可少的前提。
2、超细晶粒机制的分析
20世纪50-90年代，世界钢材品种发展，显示了强度不断提高而碳含量不断下降的趋势，钢的洁净化、细晶化和均匀化的追求达到性能高级化的预期目标。
2.1、DIFT机制[2]
DIFT 机制主要是利用微合金元素铌对形变再结晶的抑制作用，实现利于得到细晶组织的相变热力学和动力学条件。在临界相变温度（~Ar3）轧制的细晶原理是通过在奥氏体非再结晶区形变，诱导铁素体相变及铁素体的动态再结晶。铌微合金化增大了铁素体相变的驱动力，促进铁素体生核，微合金化元素铌抑制位错运动，为诱导铁素体相变提供了非均匀形核的空间。Nb（CN）析出分布于铁素体晶界，阻止细晶铁素体的粗化。
2.2、RPC机制[3]
与DIFT机制的区别在于形变诱导的铌的碳氮化物析出在前，通过控制转变而达到超低碳贝氏体超细化。RPC过程中所形成的铌碳氮化物，是具有一定取向差的多边形胞状结构，位错相互缠结，形成网络的特性，从而在热卷取或回火处理时的性能稳定性。
2.3、DET机制[4]
热轧低碳钢在应变较小时，铁素体优先在原奥氏体晶界形核，但在较大的应变条件下，转向以相界的富碳前沿畸变区的反复形核为主。形核与动态再结晶（回复）过程同时进行，并交互作用，其表征为<111>∥ND线织构形成。
以上三种超细晶粒机制的共同之处有：
①依赖于铌的微合金化；
②固溶铌抑制奥氏体再结晶；
③主张非再结晶区的大形变量轧制；
④有诱导相变（铁素体或贝氏体）发生；
⑤诱导相变的产物发生动态再结晶；
⑥诱导碳氮化物析出对相变的影响（促进或强化），有助于拓宽CSP流程开发品种钢的范围和丰富物理冶金的内容。
因此，作者认为上述超细晶粒机制，有望在CSP流程中构成生产高强度超级钢的主导技术，尤其是DIFT机制经过一些工艺适应性的试验将是可行的。
3、挖掘CSP流程品种开发的潜力[5][6]
国外CSP流程除Cr-Ni奥氏体不锈钢和高碳类型的板材外，几乎可以生产其余所有钢类，以非合金软钢为主，占76%以上。以包钢为例，原CSP设计所列的钢材品种则极为有限，面临根据市场需求开发新品种的问题。CSP流程有很大的工艺潜力，如果借鉴上述的超级钢细晶化的原理，我国的CSP将成为一支板带材生产的生力军，不枉几年的巨资建设。
3.1、连铸坯的细晶结构
薄规格板坯、液芯压下和二次冷却决定了CSP铸坯具有比传统热连轧用中厚板坯细、均匀得多的铸造组织，很大程度上弥补了板坯热送热装不存在γ→α→γ 重结晶细化过程的轧制原始奥氏体晶粒度的差异。如图1所见，原始奥氏体晶粒尺寸与板坯加热温度的关系。 （图片） （图片） （图片） （图片） （图片） | |
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