天津中重
请输入标题1.金属材料工业的绿色化发展趋势2.薄带连铸技术及其技术特征3.薄带连铸技术及其发展经纬4.薄带连铸关键工艺与装备技术进展5.薄带连铸与后续冷轧、热处理研究装备的开发6.积极探索薄带连铸技术的产品定位7.薄带连铸技术发展前景（代结语）３薄带连铸技术及其发展经纬第四阶段：-现在，发挥亚快速凝固的优势 近10年来，在薄带连铸发展的低潮和停滞中，人们痛定思痛，认真反思薄带连铸的发展。通过对薄带连铸亚快速凝固过程特点和凝固析出与二次析出特征与优势的研究，人们重新定位了薄带连铸技术。薄带连铸技术与常规流程和薄板坯连铸连轧的关系，不是竞争和取代的关系，而是互补的关系。薄带连铸发挥自己的强项，弥补常规连铸的弱项，逐步体现出自己的优势和不可代替性，才会有自己的生存空间。“薄带连铸要生存和发展”推动了对薄带连铸的进一步探索。下面的几个例子，从不同方面说明了薄带连铸新探索取得的进展。 ４.1NUCOR的发展是短流程、绿色化战略的结果 当初，NUCOR是适应电炉钢大量增长、建设灵活短流程小型工厂的发展趋势而建设和发展起来的，它反映了国际上钢铁发展的绿色化趋势。今天，NUCOR能够发展成为世界排名第二位的最具竞争力钢企，与它的建设指导思想密切相关。 NUCOR是电炉炼钢短流程方面的先锋。年NUCOR投产全球第一个电炉炼钢短流程钢厂，年产能力20万t。年，NUCOR投资7.50亿美元，在路易斯安那州的St.JamesParish建设直接还原铁（DRI）设施，年生产25万吨DRI。 年NUCOR在路易斯安那州的Crawfordsville建设了世界上第一条CSP薄板坯连铸连轧生产线，开创薄板坯连铸连轧的历史新篇章。年，在Hickman、年，在Berkeley又建设两条CSP生产线，进一步巩固了CSP短流程在产业化方面占得的先机。 年，NUCOR与IHI、BHP建立合资公司CastripLLC，将这项薄带连铸技术注册为Castrip?。年在路易斯安那州Crawfordsville、年在Arkansas州的Blytheville分别建设了碳钢薄带连铸生产线。近年，CastripLLC已授权墨西哥钢铁企业TalleresyAcerosS.A.deC.V.（Tyasa）在位于韦拉克鲁斯中部的Ixtaczoquitlan建设并运营一条年产能50万吨Castrip生产线。 NUCOR适应了绿色化的发展趋势，才能成为世界No.2最具竞争力钢企。 所以，NUCOR的发展不是偶然的事件，这是它顺应钢铁行业发展的绿色化趋势的结果，也是它大胆创新、敢为人先的精神使然。４.2美国NanosteelCo.：新一代汽车用AHSS的开发 美国NanosteelCo.在GreatDesignsinSteel、会议上报道了该公司最近几年开发的新的第三代汽车用钢Nanosteel。该钢的力学性能可以控制在抗拉强度-MPa，延伸30-70%的范围内。典型性能，抗拉强度MPa，延伸约50%，可以进行冷冲压，已经超出了目前开发的第三代汽车用钢的最好水平。▲Nanosteel的力学性能 据报道，这种钢采用了独特的化学成分设计和独特的生产工艺。该钢利用薄带连铸的亚快速凝固的特点，通过初次凝固析出和固相二次析出，实现金属元素与非金属元素结合，产生极微细析出，细化材料基体组织，得到纳米级的高强钢，用于实现汽车的轻量化。这些非金属元素，即下图中的P-Group元素，例如氧、磷、硼、氮、硫、碳等，是常规流程千方百计花很大代价除去的有害物质，在这里成为有益的物质。 Nanosteel使用的强化元素为周期表中的非金属元素（Nanosteel称其为P-Group元素），例如B、C、N、O、Si、P、S等。 Nanosteel的生产工艺：薄带连铸+酸洗+冷轧+热处理，充分利用薄带连铸亚快速凝固的特点。４.3AlcoaMicromillTM:薄带连铸在铝行业的重大技术突破 美国铝业公司（ALCOA）在年年底推出了汽车面板用铝合金薄带的新的生产方法，该方法命名为MicromillTM。MicromillTM薄带连铸技术可以提供性能极其优异的冷轧汽车铝合金面板。 据报道，该技术可以做到： ●在满足市场对汽车表面质量严苛的要求的情况下，采用MicromillTM技术制作的汽车用铝合金比现有产品可成形特性提升40%，同时强度增加30%； ●采用美铝MicromillTM制作的铝材生产的汽车零部件比用高强度钢制成的零部件可成形特性整整提高一倍，重量则可减轻30%； ●美铝Micromill将熔融金属转化成铝卷的时间由20天缩短到20分钟； ●此外，Micromill技术对环境的影响较传统轧制明显降低，其排放有害气体体积只是传统的四分之一，并且能耗也降低了50% 这是Alcoa网页上的Micromill的图标，这一图标浓缩了Micromill的上述几个优点。这幅照片是Micromill生产线 我国目前铸轧铝带的速度一般在1-2m/min。这种铸轧速度下，基本上没有亚快速凝固的优势。美铝开发的薄带连铸速度在7-m/min，比原有技术提高1-2个数量级。在这种铸轧速度下，亚快速凝固的特点得以充分发挥，得到的铝合金材料成分均匀，组织细化，性能大幅提高，在材料性能提高、车体减重方面可以发挥重要作用。另一方面，借助这项颠覆性的工艺技术，均匀化退火、固溶处理、时效处理等高能耗、高成本、长周期的现有工艺可以取消或被简化工艺取代，实现减量化的工艺流程，大幅度降低生产成本。因此，在铝与钢铁材料的竞争中，这样制出的低成本合金铝将处于一个更为优势的地位。▲Micromill采用了颠覆性的工艺技术４.4PosSD:浦项poStrip的WP产品——节约型双相不锈钢 浦项制铁长期进行薄带连铸的开发。年7月建成投产的poStrip，铸带宽度mm，厚度2~6mm，初期目标是奥氏体不锈钢。经过几年的调试，在奥氏体不锈钢的生产中遇到极大困难，迟迟无法商业化。据笔者分析，主要问题是易损件的成本过高，不能盈利。最近几年，浦项转向节约型双相不锈钢（LDX-LeanDuplex）的开发，开始出现转机。▲双相不锈钢是重要的不锈钢品种 节约型双相不锈钢（LDX-LeanDuplex），POSCO的商业名称为PosSD（PoscoSuperDuctileDuplex）。与奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀能力提高30%以上，强度提高50%以上。由于Ni含量低（0.5%-1.5%），所以价格低廉，完全可以替代现有的STS，应用前景极为广阔。双相不锈钢应用十分广泛例如：化学品轮船货物箱（双相不锈钢）例如：热交换器（超级双相不锈钢）例如：沥青罐车罐体（节约型双相不锈钢LDX） 由于双相不锈钢中脆性相的析出和铁素体-奥氏体两相性能差异大，常规的热轧工序生产双相不锈钢热加工性极差。表面和内部裂纹、裂边等问题成为双相不锈钢生产的瓶颈。▲热轧卷板(6mm厚)边部开裂 针对这种情况，POSCO采用了薄带连铸技术取代常规流程，不仅解决了热轧双相不锈钢成形性差、表面和内部裂纹、裂边等问题，而且生产流程大为简化，生产成本大幅降低，具有短流程的资源和环境优势。节约型双相不锈钢PosSD已经列入浦项的世界首创（WP，WorldPremium）产品。应该说，这是双辊连铸薄带诞生以来，在节约型不锈钢生产的一次创新性成功应用。正是这项技术挽救了濒危的poStrip。 下图为利用PosSD制造的车载充电器。这款车载充电器将壁挂式和支架式合二为一，是一种复合型产品。现有的车载充电器采用经过表面粉末喷涂的普通冷轧板，而经过表面处理的PossSD不锈钢可以充分体现钢材固有材质感，同时防止外部环境腐蚀，提升了产品的品牌形象，市场前景非常可观。PossSD不锈钢采用薄带连铸技术生产，延伸率高，抗凹性能突出，强度高，具备轻量化的效果，属高韧性节约型双相不锈钢产品。这种产品的成形性和耐腐蚀性与普通不锈钢相当，但大幅降低了镍、钼等合金元素含量，成本竞争力非常突出。 节约型双相不锈钢可用于建筑外装材、铁路车辆部件、冷冻车地板、餐具、管件等。 东北大学刘振宇教授经过长期的科研攻关，利用双辊薄带连铸技术开发出性能更为优异的双相不锈钢，下图为RAL制备的LDX的实物照片和金相组织。其中(a)LDX钢铸带坯；(b)0.8mm厚冷轧带(21Cr-5Mn-0.20~0.30N-0.3Mo)；(c)LDX的金相组织。 下图为21Cr-5Mn-0.4N高强双相不锈钢（厚度：0.50mm；铸带坯：2.0mm）的拉伸曲线。0MPa级的抗拉强度，65%的延伸，力学性能极佳。４.5E^2Strip:东北大学开发的颠覆性电工钢生产技术 东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室（RAL）采用薄带连铸技术提供热轧带坯，经后续冷轧、热处理，开发出不同硅含量性能优异的无取向硅钢、取向硅钢和高硅钢，彻底颠覆了传统电工钢生产工艺和成分设计，为以更低的成本和更高的质量生产电工钢的产业化开辟了一条有极大潜力的新路。这一系列创新技术被命名为E^2Strip（ECO-ElectricSteelStripCasting），即绿色化薄带连铸电工钢技术。▲取向硅钢和无取向硅钢的薄带连铸与单道次轧制生产线▲高硅钢的薄带连铸-温轧生产线▲后续酸洗-冷轧-热处理生产线 无取向电工钢:由于传统板坯流程进行单方向的纵轧，所以形成强烈的有害织构，即{}织构，降低了硅钢的磁性能。而薄带连铸过程，仅仅经历1道次的极轻微热轧，因而只会形成极弱的{}织构和强烈的{}织构，这对提高无取向硅钢的磁性能是极为有利的。 薄带连铸制备的无取向硅钢，磁性能各向异性极弱。磁感B50在轧制平面的差值4%，铁损P15/50在轧制平面的差值仅大致为0.2W/kg。这一特点对简化电机制造工艺和提高电机性能极为有利。 利用薄带连铸工艺制备的无取向电工钢，磁感可以比传统流程制备的提高0.04T左右，而铁损则可以降低。 这一短流程生产技术为生产高磁感无取向硅钢提供了低成本的制造工艺新途径，可省去传统生产流程中的常化处理，以一阶段冷轧代替两阶段冷轧并取消中间退火工序。铸带和轧制参数可以灵活调控，实现优化控制，提高了无取向硅钢的磁性能，降低了铁损。 抑制剂的控制是取向硅钢制备的关键环节，希望严格抑制剂(一种析出物)粒子的大小、分布、数量，以实现后续的精确、稳定的织构控制。在传统流程中，从凝固开始到热轧终结这一漫长的加工过程中，不断有抑制剂析出，因而最终抑制剂的大小、分布、数量极不均匀，抑制剂的效果大打折扣。所以，抑制剂的控制成为取向硅钢生产的核心难点。薄带连铸亚快速凝固制备取向硅钢时，多数抑制剂形成元素仍以固溶状态存在于连铸薄带中，随后通过调整后续的常化工艺环节的工艺参数，可以十分理想地控制所析出的抑制剂粒子的数量、尺寸和分布，得到满意的抑制效果，从而省去传统流程中的铸坯高温加热工序或低温路线中的渗氮工序，使生产成本大幅降低。 热轧板中的抑制剂控制效果：小于10nm弥散分布的AlN粒子，以及少量的15~40nm的AlN粒子。 脱碳退火板中的抑制剂控制效果：主要为25~50nm的AlN，以及少量的55~80nm的AlN+(Mn,Cu)S复合析出相，分布密度：(5.8~18.2)×10^8个/cm^-2。 在超低碳（﹤0.%）成分设计及薄带连铸亚快速凝固条件下，仍然可以通过调整常化（退火）工艺参数获得大量细小、弥散的抑制剂粒子，从而可以得到理想的抑制剂大小、数量和分布。这表明在新流程中碳不是取向硅钢所必需的元素。采用超低碳的成分设计生产取向硅钢，可以省去后续的耗时、耗能的脱碳工序。 取向硅钢希望初次再结晶的晶粒尺寸细小而均匀，以利于随后的二次再结晶长大。薄带连铸可以得到7-12微米的初次再结晶晶粒尺寸。 下图是不同生产流程中得到的二次再结晶晶粒尺寸的比较。 CGO,B8=1.85T,0.27mm HiB,B8=1.94T,0.23mm 取向硅钢极薄带是军工和电子的急需材料，应用广泛。 利用薄带连铸技术，目前已经成功制备出0.08-0.27mm厚的薄规格高磁感取向硅钢（B8≥1.94T）。常规流程使用普通厚规格、且经过氧化镁涂层的HiB作为原料，进一步轧制和三次再结晶，来制备薄规格的取向硅钢。新流程制备方法与常规取向硅钢制备方法相同，生产成本大幅度降低。 t=0.08mm,GO,1.94T 提出了一种特殊的包含薄带连铸、温轧、冷轧、初次再结晶退火和二次再结晶退火的新流程，用来生产0.18-0.23mm厚的超低碳高硅（4.5%~6.5%Si）取向硅钢。新流程同样也省去了高温加热、脱碳和渗氮工序。▲薄带连铸方法制备的无取向高硅钢▲无取向高硅钢的磁性能▲利用高硅无取向电工钢制造的电机 高硅取向电工钢:世界最高的磁性能highestmagneticpropertiesHi-Si（4.5%Si～6.5%Si）+ULC（≤0.%）4.5%Si,B8=1.78Tesla6.5%Si,B8=1.74Tesla 这项技术入选世界金属导报年世界钢铁工业十大技术要闻４.6薄带连铸+还原热镀锌：最短的涂镀板生产工艺 东北大学与宝钢承担国家12·5支撑计划项目，开发了热轧板还原退火热镀锌技术。该项目将热轧板在富氢的还原气氛中将氧化铁皮还原成铁，然后进行连续热镀锌，可以在免酸洗的条件下生产高质量的镀锌板。如果将薄带连铸技术与还原热镀锌技术相结合，可以实现最短的热轧涂镀板生产线配置。 生产线前部是薄带连铸过程，铸轧生产厚度1-5mm的碳素钢带材。生产线的后部是还原退火热镀锌过程，对前述碳素钢薄带进行氧化还原和热镀锌。前后两个过程生产节奏（速度）匹配、带材厚度匹配、温度互相衔接。生产品种：普碳钢涂层板，高强钢涂层板，AHSS涂层板，产量50万吨/年，是迄今为止从钢水到热轧涂镀产品的最短流程。 利用这项技术，可以开发高耐蚀锌铝镁涂层，大幅度提高涂层板的耐腐蚀能力，为各行业提供优质涂层板。４.7镁板材：POSCO生产高性能镁板 镁板材因具有轻量性、抗凹性和电磁性等性能，可作为3C类产品（电脑、数码相机和手机）的主要材料，且在汽车轻量化方面的应用前景也非常广阔。为了应对家电和汽车行业对镁板材的需求，自年开始，浦项就一直非常 此前，浦项已成功在双龙汽车Tivoli和Korando C等车型的喇叭上、在保时捷性能车GT3RS的车顶上采用了镁板材。目前，浦项研发的镁板正在雷诺三星的概念车Eolab和SM7上进行应用试验，以检验其轻量化的效果。在韩国，目前仅有浦项将镁板材作为汽车材料使用。尽管镁板材并不能产生立竿见影的经济效益，但是市场的发展潜力巨大。随着镁板材首次应用于部分车型，今后还有望推广到更多的汽车上。为了应对日益增多的市场需求，浦项已经构建了批量生产的基本体系。镁板材的应用方案有很多，通过大批量生产，可以压缩单位成本，提高价格竞争力，有望在未来的数年间为浦项创造可观的收益。未完待续来源：东北大学轧制技术
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