在微合金化鋼生產(chǎn)過(guò)程中，國(guó)內(nèi)外鋼鐵企業(yè)普遍存在著鑄坯和板帶材表面質(zhì)量缺陷，即使是世界各大先進(jìn)鋼鐵企業(yè)也不例外。早在立項(xiàng)前，由本項(xiàng)目主要成員單位開(kāi)發(fā)的倒角結(jié)晶器技術(shù)已在微合金化鋼帶鋼連鑄坯表面無(wú)缺陷生產(chǎn)技術(shù)方面取得突破，并在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)中得到廣泛推廣應(yīng)用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。但是，一些制約微合金化鋼連鑄-軋鋼工序高效化生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題依然存在，其主要表現(xiàn)在：

1）在板帶材邊直裂或翹皮缺陷控制方面尚未形成工程化應(yīng)用技術(shù)，其造成約3%的裁邊損失；

2）由于熱送裂紋的存在，微合金化鋼連鑄坯熱送熱裝還停留在冷裝或550℃以下碼垛溫裝階段，制約了微合金化鋼連鑄坯高溫?zé)嵫b的實(shí)現(xiàn)；

3）在帶鋼生產(chǎn)企業(yè)中，早期的大倒角結(jié)晶器技術(shù)很好地滿足了微合金化鋼板坯的連鑄生產(chǎn)拉速需求，但是窄斷面低碳鋼、超低碳鋼最高工作拉速只有1.5m/min，更高的鑄機(jī)拉速帶來(lái)的鑄坯角部縱裂缺陷依然沒(méi)有得到解決，致使項(xiàng)目技術(shù)成果在鋼鐵企業(yè)的應(yīng)用范圍受到限制；

4）早期倒角結(jié)晶器技術(shù)的應(yīng)用盡管很好地解決了微合金化帶鋼的連鑄坯角部橫裂紋問(wèn)題，但裂紋敏感性強(qiáng)的寬厚板角部橫裂紋缺陷需被改善；

5）連鑄-軋鋼界面高效化、綠色化提升技術(shù)需要進(jìn)一步完善。

依托“十三五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“鋼鐵流程鑄-軋界面物質(zhì)流與能量流協(xié)同優(yōu)化及智能控制技術(shù)”，鋼鐵研究總院有限公司、首鋼集團(tuán)有限公司、邯鄲鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司、山西太鋼不銹鋼股份有限公司、萊蕪鋼鐵集團(tuán)銀山型鋼有限公司、首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合股份有限責(zé)任公司、中達(dá)連鑄技術(shù)國(guó)家工程研究中心有限責(zé)任公司展開(kāi)深入合作研究，以期在微合金化鋼板帶材生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)方面取得突破。首先在國(guó)內(nèi)建成大板坯連鑄-軋鋼界面高效化、綠色化關(guān)鍵技術(shù)集成應(yīng)用示范生產(chǎn)線，并向鋼鐵企業(yè)進(jìn)行工程化推廣。使連鑄坯真正成為物質(zhì)流、能量流、信息流的載體，被直接輸送到下一步軋制工序，徹底打通和捋順鑄-軋界面，為下一道工序高效率、綠色化、高質(zhì)量生產(chǎn)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

針對(duì)國(guó)內(nèi)外微合金化鋼板帶材生產(chǎn)中存在的能耗高、成材率低、生產(chǎn)效率低的實(shí)際情況，以國(guó)內(nèi)大型鋼鐵企業(yè)典型生產(chǎn)流程為依托，重點(diǎn)開(kāi)展邊直裂控制技術(shù)、熱送裂紋控制技術(shù)、微合金化鋼連鑄坯表面無(wú)缺陷生產(chǎn)技術(shù)等研究工作，開(kāi)發(fā)關(guān)鍵工藝和裝備控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)的集成與工業(yè)化應(yīng)用，并向國(guó)內(nèi)外冶金企業(yè)進(jìn)行推廣。項(xiàng)目總體思路如圖1所示。

項(xiàng)目組通過(guò)熱態(tài)模擬和工業(yè)試驗(yàn)，揭示了板帶材邊直裂的形成機(jī)理，指出：帶鋼邊直裂在精軋過(guò)程的第二道次以后產(chǎn)生，軋件角部溫度進(jìn)入兩相區(qū)造成的形變不一致并首先在角部形成折疊，隨著軋制過(guò)程的進(jìn)行，這種折疊翻轉(zhuǎn)到帶材表面形成邊直裂；寬厚板邊直裂產(chǎn)生于初期展寬軋制造成的折疊。

開(kāi)發(fā)具有二次倒角形狀的連鑄坯可提高鑄坯的角部溫度、保持鑄坯溫度的均勻性；同時(shí)二次倒角鑄坯可改善軋制過(guò)程中角部受力狀態(tài)，使應(yīng)變的最大值由直角鑄坯的0.32降低到0.04，大大降低了側(cè)面折疊的發(fā)生概率。

為此，本項(xiàng)目組在國(guó)際上首創(chuàng)了鑄坯角部形狀優(yōu)化裝備專利技術(shù)（圖2）。該設(shè)備安置在鑄機(jī)出口處，它充分利用了鑄坯的高溫和鑄機(jī)的傳動(dòng)能，在線對(duì)一次倒角連鑄坯角部進(jìn)行形狀優(yōu)化。

項(xiàng)目成果使無(wú)邊直裂發(fā)生率由30%提高到 95%以上，邊直裂發(fā)生位置全部減小到距邊部10mm以內(nèi)，寬厚板毛邊板交貨合格率達(dá)到99.5%以上，減少裁邊可提高板帶材成材率 1%以上。

微合金化鋼熱送裂紋形成機(jī)制研究取得突破，提出第二相粒子沿晶界鐵素體膜上的析出與固溶是造成晶界脆化和熱送裂紋產(chǎn)生的原因。而抑制熱送裂紋發(fā)生、實(shí)現(xiàn)高溫直裝的核心關(guān)鍵是快速將鑄坯的表面溫度降低到鋼的Ar1溫度以下，使約10mm厚度表面層完成奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變；同時(shí)保持鑄坯較高的芯部溫度。

為此，項(xiàng)目組開(kāi)發(fā)了基于鑄坯溫度檢測(cè)與實(shí)時(shí)反饋的動(dòng)態(tài)快冷控制技術(shù)和雙工位鑄坯表面層快冷技術(shù)及裝備，提高了鑄坯綜合熱裝比和熱裝溫度；同時(shí)滿足連鑄高效生產(chǎn)及節(jié)能、環(huán)保需求。

項(xiàng)目成果使鑄坯進(jìn)加熱爐所需時(shí)間由原來(lái)碼垛溫裝的8h減少到約30-45min，鑄坯的斷面平均溫度由500℃提高到750℃以上。依托工程，連鑄坯綜合熱裝率達(dá)到95%，直裝率達(dá)到 85%以上，加熱爐燃料消耗降低6.9kgce/t。

項(xiàng)目研究發(fā)現(xiàn)，倒角連鑄坯角部是一個(gè)本質(zhì)性的高溫區(qū)，在結(jié)晶器出口處坯殼出現(xiàn)明顯返溫，返溫區(qū)間長(zhǎng)度達(dá)300mm以上；隨著拉速增加，返溫會(huì)進(jìn)一步加劇，當(dāng)拉速?gòu)?.2m/min增加到1.8m/min，鑄坯角部應(yīng)力將增加三倍；結(jié)晶器下部突發(fā)性的“渣膜更新”，造成坯殼支撐減弱。這些都是誘發(fā)倒角鑄坯角部縱裂產(chǎn)生的根本原因。

首次開(kāi)發(fā)出連續(xù)變截面倒角結(jié)晶器技術(shù)、基于熱流監(jiān)測(cè)的錐度動(dòng)態(tài)控制技術(shù)和組合結(jié)構(gòu)的側(cè)面支撐足輥裝備技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)了大倒角連鑄坯的高拉速生產(chǎn)，有效避免了鑄坯角部縱裂紋和裂紋敏感性寬厚板鑄坯的角部橫裂紋缺陷發(fā)生。

項(xiàng)目成果使結(jié)晶器出口處鑄坯角部應(yīng)力降低了80%以上，在滿足裂紋敏感性鋼種角部橫裂紋控制的同時(shí)，使低碳鋼工作拉速達(dá)到1.7m/min，最高達(dá)到1.8m/min。同時(shí)，使鑄坯表面無(wú)缺陷率達(dá)到99.6%以上。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020年國(guó)內(nèi)中厚板帶產(chǎn)量為2.6177億噸，其中微合金化鋼產(chǎn)量接近1億噸，成果推廣市場(chǎng)前景廣闊。

項(xiàng)目成果可以實(shí)現(xiàn)微合金化鋼鑄坯由冷裝到高溫快冷直裝的轉(zhuǎn)變，由此可減少加熱能耗16kgce/t，減少二氧化碳排放43.2kg/t。

若項(xiàng)目成果向國(guó)內(nèi)一半微合金化鋼（5000萬(wàn)噸）市場(chǎng)推廣，每年可節(jié)約80萬(wàn)噸標(biāo)煤，減少二氧化碳排放216萬(wàn)噸，社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益顯著。