图1 超薄带双辊铸轧技术核心工艺过程
2.2超薄带产线工艺布局
沙钢超薄带产线的完整工艺流程为：电炉+VD+LF+双辊铸轧主线。电炉冶炼的钢水经VD+LF处理后，得到成分合格、温度达标的钢水。由于后续浇铸过程中钢水在多包之间转换，钢水温度会有一定损失，决定了出钢温度要比常规工艺高。
图2 超薄带主线工艺布局及设备
超薄带主线的工艺布局及设备配置见图2。开浇之前，中间包、过渡包、侧封板等耐材均需要先预热；开浇时，钢水从大包经长水口、中间包、过渡包逐步布流至由侧封板及两只铜辊形成的熔池中，铜辊中通入高速冷却水，钢水在铜辊表面逐渐凝固，在经过辊缝时，两只铸辊将两侧坯壳挤压成一定厚度的铸带，铸带的拉速一般为50-120m/min。铸带经下方的扇形导板传送至夹送辊，由夹送辊送入四辊单机架轧机中，轧制到目标厚度后经层流冷却系统冷却至目标温度，然后进入卷取机成卷。因为铸带本身的厚度较薄，所以轧机可以采用较小的总压下量，轧制材的厚度范围为0.7-1.9mm，并且可以通过加工不同的铸辊及轧辊辊型来控制带钢的板形。
鉴于超薄带产品的重点是实现“以热带冷”，在主线之后配备了一条切边拉矫线，将产品切至目标宽度并进一步调整板形。沙钢超薄带部分基本参数见表1。
目前，沙钢已经稳定使用的铸辊宽度有1345mm和1680mm两种，其他规格宽度的铸辊也在开发之中；铸带的厚度目前范围为1.4-2.1mm，可实现商品材的厚度范围为0.7-1.9mm，最大宽度可达1580mm。
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超薄带工艺流程的优势
与其他热轧工艺相比，超薄带工艺最明显的一个特点就是产线短，由此带来了投资、工序的节省及能耗、排放的降低。
3.1工艺流程短、占地面积小
超薄带主线长度仅50m左右，而传统板坯连铸机及热轧机组要求厂房覆盖的工艺路线长度约800m，薄板坯连铸工艺产线长度约300-400m，无头轧制工艺产线长度在200m左右。
3.2能耗低、排放少
超薄带工艺的能耗优势主要源于工序的减少，如省去了加热炉，简化了轧制道次。对比同规格产品能耗，超薄带工艺总能耗是传统热连轧工艺的16%，是薄板坯连铸工艺的32%，是无头轧制工艺的45%；产生的CO2排放量是传统热连轧工艺的25%，是薄板坯生产工艺的34%，是无头轧制工艺的44%。与传统热连轧工业相比，燃耗可减少95%，水耗减少80%。
3.3生产组织灵活、交货期短
超薄带工艺从钢水到生产出薄规格热轧钢卷的时间在25s左右，比较而言，无头轧制工艺产线的成卷时间需在5-7min内完成从钢水到钢卷的全过程生产，薄板坯连铸工艺成卷时间次之，传统连铸连轧工艺热装热送则需要更长时间。超薄带工艺成卷时间短、连浇炉数灵活可控、生产准备简洁高效、厚度控制精确、成品命中率高等优势，意味着可以进行更灵活、更高效的生产安排，交货周期更短；特别是针对单一超薄规格订单，与无头轧制工艺、薄板坯连铸工艺以及传统热轧工艺相比，具备单浇次薄规格产出最大的优势，可在一天之内实现从炼钢出成品钢卷的全过程，做到当天接单、次日成卷的销售模式。
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超薄带产品特性
4.1易于实现超薄、超宽、高强类型产品生产
图3 超薄带工艺与传统热轧工艺
产品生产规格范围对比
图3为超薄带工艺与传统热轧工艺生产的产品规格范围对比。传统热轧工艺下，1.5mm以下规格产品生产难度极大，且严重影响生产效率，薄板坯连铸工艺可稳定生产的最薄规格为1.2mm；无头轧制工艺虽然可实现1.0mm以下规格产品的生产，但生产超薄规格时过渡材多，单个浇次中薄规格产品占比小，大批量生产超薄规格成本高、效率低。超薄带工艺专为生产超薄规格产品设计，单一浇次中，超薄规格占比高，少量其余产品也可在1.5mm以下，且可以根据订单灵活安排生产所需要的规格，且由于只进行单机架轧制，板形易于控制，可设计不同宽度的铸辊来满足超宽规格产品 的生产。此外，超薄带工艺快速凝固的特点带来了产品独特的组织形态，可在较少合金元素的情况下实现高强度产品的生产，合金成本低。
4.2产品性能稳定，批次间波动小
超薄带产品不同批次间强度的波动在±10MPa以内，明显低于传统热连轧的±30MPa，延伸率的波动范围也明显小于传统产品，利于客户使用情况的稳定。这种优势源于超薄带的生产流程简洁，自动化程度更高，可对化学成分及过程参数进行更严格的控制。
4.3各向同性好，横纵向性能几乎无差别
超薄带产线仅配备了单机架轧机，总压下量相对较小，与常规工艺产品相比，超薄带产品带状组织少，因此横向和轧向性能均匀性更好。如图4所示，超薄带产品各向同性好，横向、纵向的屈服强度、抗拉强度基本无差别，而传统工艺产品一般横向强度要明显高于纵向强度。超薄带产品的各向同性明显提高，可有效减少深冲时的制耳现象，加工利用率高。如图5所示，超薄带工艺的制耳明显小于传统热轧工艺，更小于冷轧产品。
图4 超薄带与传统工艺产品的横向和纵向强度对比
图5 超薄带产品与传统热轧及冷轧产品深冲后的形状对比
4.4尺寸公差精确，板形好
超薄带产品在板形、厚度公差、厚度同板差等方面明显优于传统热连轧，实物质量接近或达到冷轧产品水平，可满足客户以热代冷产品的质量要求。图6是超薄带的成品卷，卷形良好，边部光亮平整，而且由于客户使用过程中不再需要切边，因此提高了成材率约2%-3%。板形方面，超薄带实物水平可以控制楔形小于15μm，厚度波动范围在±20μm以内，高精度控制条件下可以达到±10μm。图7是实物产品的厚度波动范围，公称厚度1.5mm，采用负公差轧制，整卷1280m的长度范围内厚度波动不超±10μm，且没有头尾厚度超差问题，客户使用时不用切头切尾，提高了成材率。另外，由于超薄带流程短，铸辊至轧机之间利用热箱内的惰性气体保护，防止了高温钢带的氧化，出轧机之前几乎没有氧化，所以表面质量非常好，表面粗糙度Ra基本可控制在2μm以下，平均值0.95μm，如图8所示，远远好于常规热轧产品，接近冷轧产品的水平。
图6 超薄带成品卷外形
图7 超薄带产品高精度控制条件下整卷的厚度波动范围
图8 超薄带一批次产品的上下表面粗糙度实测数据
4.5元素无偏析，适宜生产特殊钢种
在常规连铸工艺下，由于凝固速度较慢，元素在板坯中容易出现偏析，偏析还容易导致板坯出现裂纹等问题。以常应用于集装箱板的耐候钢SPA-H为例，成分中需添加较多的Cu、P等元素来提高耐候性，但Cu元素容易在板坯表面形成晶间偏析，易出现“热脆”现象；为防止出现热脆，还需要添加一定量的Ni。此外，常规工艺下，较慢的凝固速度很容易导致P形成中心偏析，而带钢表面P含量低；但材料服役时的腐蚀都是从表面开始，P元素中心偏析导致添加元素的耐候性未能充分发挥，造成浪费。
超薄带工艺条件下，钢水在不足1s的时间内便能完成由液态到固态的转变，凝固过程中元素没有时间发生偏析，在整个厚度方向上元素分布非常均匀，没有P的中心偏析，也不会出现Cu元素的热脆现象。盐雾试验结果表明，超薄带耐候集装箱板SPA-H的耐蚀性比常规工艺产品提高1倍左右。
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超薄带产品类型及应用
沙钢超薄带产线经过两年时间的工业化运营，各项指标稳步提升，成卷率、成材率、连浇炉数及合格率等指标已达到国外同类产线的先进水平，2019年沙钢超薄带产线的产量已超过国外三条生产线的产量之和。在超薄带品种开发方面，也取得了突破，已形成“以热代冷”用结构钢、耐候集装箱板、高强钢及汽车用钢等几大类共20多个品种，产品厚度规格涵盖0.8-1.9mm，产品质量得到市场的广泛认可。在超薄带产品标准建设方面，与冶金工业信息标准研究院等单位一起申请国家标准立项三项，并已获批两项，申请行业标准立项三项；与冶金工业规划研究院、下游企业一起合作建立了四项团体标准，并发布实施。
5.1“以热代冷”的结构钢
“以热代冷”用结构钢主要应用在货架、箱柜、电缆桥架、制管、农机、轻型车轮等领域。超薄带产品切边后宽度公差控制在0~+2mm，且头尾无差别，利用率高，表面质量及板形好，在下游行业客户中广受欢迎。
5.2超薄带集装箱板
超薄带集装箱板供货已涵盖了国内主流的集装箱制造企业，产品宽度、厚度尺寸精准，可实现较为理想的负公差；板形好，成型效率高，适合连续生产；卷头卷尾废料少，成材率高，与其他工艺产品相比优势明显。
5.3超薄带高强钢
超薄带高强钢可实现屈服强度超过800MPa级别钢种的生产，主要优势在于实现高强度的同时做到厚度最薄，实现以薄代厚，有利于下游行业产品的轻量化目的，超薄带产品可用于生产高强货架、货车箱体、太阳能支架、室外车库等结构件，也可用于汽车内部支撑件及结合件，如调节器、滑轨等零部件。
5.4其他开发中的产品
沙钢超薄带产线正在开发的产品瞄准节能减排和环境友好大趋势，主要包括两大方向。其一为汽车用高强钢，包括后续酸洗及镀锌等产品种类。超薄带产品以其薄、宽、高强度的特点在汽车行业的应用最为广泛，符合当前汽车轻量化的大趋势及节能减排的产业政策。目前，沙钢与国内部分车企正合作开发乘用车用超薄高强钢产品。
其二为超强耐候钢产品。沙钢将致力于进一步提高超薄带产品在生产耐候钢方面的优势，开发超强耐候产品，用于替代户外用的镀锌板，直接用于如太阳能支架、建筑覆盖板等。镀锌板的耐候性依赖于表面的锌层，锌层一旦破坏则耐候性基本丧失；且户外镀锌板在生产及使用过程中都存在污染，如清洗过程中产生酸、碱污染，钝化过程的铬污染等，使用过程中锌元素进入土壤造成污染，使土壤失去活性，影响植物生长；利用超薄带产品元素无偏析特点，添加提高钢耐候性的元素，开发出接近于镀锌板耐候性的超级耐候钢，替代镀锌板，实现成本最低、环境友好型产品制造。
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结语
超薄带技术作为世界钢铁制造领域最先进、最前沿技术之一，已然从实验室研究走到了工业化制造，必将对钢铁制造流程变革产生深远影响，超薄带技术的优化、产品开发及应用将成为钢铁领域研究新的热点。沙钢超薄带生产线的建成投产，使我国超薄带技术及产品研究能够与国际保持同步，也助推企业产品结构转型升级，大大降低超薄规格卷材制造成本，提升我国下游制造行业的竞争力。
（冯庆晓 李化龙 施一新 周东升 聂文金 刘新院 张晓兵 孟静）
后续会持续刊登，敬请关注！
本文摘选自本报2020年第18期B06部分内容，若要详细了解更多相关行业和技术信息，请关注本报纸质报纸每期A版和B版内容，或者登陆本报手机APP客户端，或者本报网站新址：http://www.worldmetals.com.cn/电子报阅读全文。转载请注明出处。
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