1.3.3減輕中心偏析和疏松技術

　　連鑄坯中心偏析產(chǎn)生的原因是，鑄坯在二冷區(qū)支撐輥之間產(chǎn)生鼓肚和凝固末端凝固層收縮產(chǎn)生負壓引起鋼水流動，使凝固界面附近的樹枝狀結晶間的高成分鋼水向鑄坯中心移動聚集。 從20世紀80年代開始對減輕中心偏析的技術進行研究，開發(fā)了縮短二冷區(qū)輥間距減輕鼓肚技術、凝固末端輕壓下技術、結晶器和冷卻段電磁攪拌增加等軸晶比例等技術，并得到廣泛應用。

　　特厚板坯、大斷面方坯連鑄技術也有了進一步的發(fā)展。凝固末端輕壓下、凝固末端大壓下、雙向鍛壓等技術在特厚板坯連鑄機得到應用。在大斷面方坯連鑄技術方面，開發(fā)出鑄坯凝固后立即在線擠壓技術和兩級大壓下技術。此外，對凝固末端鍛壓，將鑄坯內(nèi)部鋼水擠壓到上方，減輕中心偏析和疏松的連續(xù)鍛壓技術也實現(xiàn)實用化。

　　鑄坯坯殼厚度和冶金長度末端位置的測定和控制對于減輕中心偏析是十分重要的。除了測定坯殼厚度的射釘法，還開發(fā)出檢測支撐輥反作用力方法、電磁超聲波方法、振動傳感器和3維傳熱阻尼計算方法等坯殼厚度和冶金長度末端位置的在線檢測方法。在控制技術方面開發(fā)了提高鑄坯寬度方向二冷均勻性、根據(jù)拉坯速度變化的動態(tài)輕壓下、具有自對中功能的輕壓下扇形段等技術。在連鑄操作方面，對結晶器錐度設定、寬度調(diào)整和振動、扇形段輥距、噴水位置等操作條件的數(shù)字化控制技術有了進一步發(fā)展。為了使輕壓下扇形段輥子變形最小化，扇形段輥子采用了沿寬度方向的分節(jié)輥結構，但這種方法仍不能消除鑄坯凝固的不均勻性，并有時會產(chǎn)生負中心偏析的效果。為了進一步減輕中心偏析，開發(fā)了的新技術有：施加電磁振動使等軸晶微細化的方法，以及在凝固末端施加靜磁場阻止高濃度鋼水流動的方法。

　　在關于凝固組織形成的基礎性研究方面也取得了進展。利用輻射線直接觀察鋼的凝固組織和δ-γ轉變、2維凝固斷面組織轉換為3維凝固結構、包晶反應的動態(tài)觀察、凝固組織形成和溝狀偏析形成的模擬計算等技術可以對研究者感興趣的區(qū)域進行定量觀察和解析分析。可以期待，這些基礎研究工作將會推動連鑄凝固組織控制技術和減輕中心偏析技術的進一步發(fā)展。

　　1.3.4鑄坯表面性狀改質(zhì)技術

　　在鑄坯表面性狀改質(zhì)技術方面，開發(fā)了等離子電弧振動加熱法，使鑄坯表面的粗大夾雜物分解。對這種鑄坯制造的鋼材表面噴鍍鎳，表面鎳富化，濃度可達1%。該技術的進一步發(fā)展，值得期待。

　　1.3.5微細氧化物硫化物利用技術

　　細化晶粒是提高厚鋼板大線能量焊接鋼HAZ韌性的有效方法，已經(jīng)實用化的方法有在HAZ的γ晶粒內(nèi)生成微細針狀鐵素體(IGF)的方法和抑制HAZ γ晶粒粗大化方法。研究發(fā)現(xiàn)，可以成為IGF生成核心的有TiN、REM(O，S)-BN、Ca(O，S)、 TiN-MnS-Fe23(CB)6、Ti2O3-TiN-MnS、TiN-MnS等。這些夾雜物已經(jīng)在提高HAZ韌性的方法中得到實用。為縮短結構件的焊接工期，普遍采用大線能量焊接方法，在更高溫度下，HAZ內(nèi)作為IGF核心的穩(wěn)定氧化物或硫化物有REM(O，S)、 Ca(O，S)和Ti2O3等。Ti脫氧鋼的IGF生成機制為：Ti2O3吸附了鋼中的B，Ti2O3附近形成了貧B區(qū);另一方面，與Ti2O3有良好共格性的MnS也在Ti2O3質(zhì)點上析出使Ti2O3附近也形成了貧Mn區(qū)。這兩個現(xiàn)象作用的結果，使局部區(qū)域的α相成為穩(wěn)定相，從而誘發(fā)γ-α轉變。

　　研究表明，與MnS有良好共格性的ZrO2，可以作為MnS析出的核心，對ZrO2在IGF核心中的作用有了進一步的認識。此外還查明，鋼水中的液態(tài)氧化物MnOSiO2對促進MnS的析出非常有效。在抑制HAZ γ晶粒長大方面，開發(fā)了將尺寸為數(shù)十納米彌散的Mg、Ca氧化物硫化物作為釘扎粒子的技術。

　　研究發(fā)現(xiàn)，氧化物可以作為連鑄中鋼水凝固的新的核心。其中有為防止鐵素體不銹鋼冷軋板深沖時的起皺現(xiàn)象，開發(fā)出含Al、Mg氧化物的復合化合物彌散化技術(圖4)。此外還有實驗室研究的將ZrO2作為高碳鋼形核劑，促進鋼水凝固為奧氏體的技術。

　　1.3.6軋制中夾雜物的變形

　　軋制過程中夾雜物的延伸性和破碎性對高強度鋼板和棒線材等高強度和高加工量的產(chǎn)品質(zhì)量有很大影響，因此在鋼材制造中一直從連鑄和軋制兩個方面對該問題進行研究。根據(jù)夾雜物長寬比和軋制壓下率的關系，用宏觀指標對夾雜物的延伸性進行了歸納分析，并根據(jù)鋼板和夾雜物的高溫強度差加深了對熱軋中夾雜物的延伸性和破碎性的認識。最近，對包括冷加工在內(nèi)的、加工中夾雜物變形行為又提出了新觀點，并用軋輥下鋼中的壓縮應力和夾雜物斷裂強度的相對關系對加工中夾雜物的變形行為進行歸納分析。

　　夾雜物對高強鋼疲勞壽命的影響也已經(jīng)查明。軸承鋼疲勞試驗結果表明，影響鋼疲勞壽命的最主要因素是夾雜物的尺寸。在鋼材高強度化的進程中，對鋼的高潔凈度和夾雜物微細化程度的要求會越來越高。

　　2近終形連鑄

　　2.1薄板坯連鑄

　　1984年，薄板坯連鑄連軋工藝商用機在美國紐柯鋼鐵公司投產(chǎn)以來，陸續(xù)被歐洲的電爐鋼廠和鋼鐵聯(lián)合企業(yè)采用，在世界上得到廣泛應用。除中碳鋼連鑄以外，薄板坯連鑄連軋的標準流程是連鑄速度5-6m/min的雙流連鑄機和1條熱軋生產(chǎn)線的CC-DR流程。由于鑄坯厚度小，所以均熱度良好，軋制的鋼板厚度精度很高�？芍圃斓匿摬钠贩N很多，有CGC、熱軋薄鋼板、管線用鋼、HSLA、不銹鋼、電工鋼、汽車用IF鋼等等。雖然還存在著中心偏析的問題，但通過二冷工藝改進，中心偏析可達到250mm厚的常規(guī)連鑄坯水平。

　　為進一步提高生產(chǎn)效率，推進了高速連鑄和半無頭軋制工藝的實施。將薄板坯連鑄機的漏斗狀結晶器的寬度中心的漏斗延長到結晶器下面的支撐輥，抑制凝固殼的變形速度，可使拉速達到13m/min。但在制造高級鋼時還存在夾雜物和卷渣問題，需要進一步解決。

　　2.2帶鋼連鑄技術

　　新日鐵和三菱重工共同開發(fā)的不銹鋼帶鋼連鑄設備于1997年開始運轉，2003年進行商業(yè)化生產(chǎn)。紐柯鋼鐵公司于2002年建造了碳素鋼帶鋼連鑄設備，之后歐洲帶鋼公司(EUROSTRIP)、浦項鋼鐵公司、寶鋼等公司也相繼建造了帶鋼連鑄設備。紐柯鋼鐵公司的帶鋼連鑄設備配置有單機架4輥軋機和水冷卻區(qū)，主要生產(chǎn)厚度為0.8-1.0mm的440MPa級帶鋼。由于沒有板坯加熱，煉鋼用廢鋼鐵料的含Cu量可高達0.4%。由于沒有熱軋冷軋的退火工序，比傳統(tǒng)薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)工藝節(jié)能4/5。此外，對帶鋼連鑄中的鋼水急冷凝固冶金學機制的基礎性研究也取得了進展。最近研究表明，鋼水急冷凝固時析出的微細Cu硫化物具有吸附磷的作用。

　　3連鑄技術的發(fā)展方向

　　為進一步發(fā)揮出鋼材的特性，大幅度降低鋼中夾雜物含量和減輕中心偏析是十分必要的。鋼材越是高強度化，對鋼結晶度和夾雜物微細化程度的要求就越高。為了實現(xiàn)連鑄生產(chǎn)的高效率和高質(zhì)量，今后應著力進行以下3個方面的研究開發(fā)。

　　1)進一步減少夾雜物

　　除了利用鋼水精煉的方法使鋼水潔凈化，不使鋼水與大氣接觸，防止鋼水二次氧化技術和粗大夾雜物分離上浮技術，仍是需要繼續(xù)研究的課題。概括地說，鋼水中夾雜物的粗大化經(jīng)歷生核、擴散長大、聚集成凝聚體3個階段。如果能夠防止夾雜物形成凝聚體，那么夾雜物的尺寸就可控制在幾納米的程度，但若使夾雜物凝聚體進一步粗大化也可以促進夾雜物的分離上浮。目前情況并不能對這兩方面進行控制，所以關于控制夾雜物長大技術和促進夾雜物凝聚體進一步粗大化使之分離上浮技術仍然是尚未解決的課題。

　　彎月面上結晶器卷渣問題、防止夾雜物被凝固殼捕獲的問題也沒有得到很好的解決。此外，夾雜物行為的可視化技術和夾雜物行為的研究、超導和EMC和電化學等新的夾雜物控制手段的進一步發(fā)展也值得期待。在連鑄軋制工序中對鑄坯加熱時，殘留夾雜物變化行為和軋制時變形破碎行為進行控制的技術也應有進一步的發(fā)展。

　　2)進一步減輕偏析和疏松

　　20世紀80年代后開發(fā)的凝固末端輕壓下技術和凝固后鍛壓技術使偏析和疏松減輕到相當?shù)偷乃�平。如果進一步減輕中心偏析，則可以降低合金成本、減少精煉渣用量和提高鋼材質(zhì)量，所以要繼續(xù)開發(fā)減輕中心偏析的技術。形核劑處理和電磁振動等細化凝固組織的手段、連鑄冶金長度末端位置檢測、高溫下對鑄坯寬度方向冷卻均勻性的穩(wěn)定測量等測量和控制技術都有待進一步發(fā)展。

　　3)開發(fā)納米級超微細氧化物利用技術

　　納米級超微細氧化物和軋制、熱處理中尺寸相近的碳氮化物配合使用，可以開發(fā)出微細粒子復合利用技術，改善鋼材材質(zhì)、提高鋼材質(zhì)量。薄板坯連鑄和帶鋼連鑄也存在微細粒子復合利用技術的研究課題。