随着近几年来CSP技术显著的发展和进步，新一代钢铁材料使用CSP技术生产的范围也逐渐扩大。目前，CSP的产品范围覆盖了几乎所有传统板材工艺流程可生产的全部品种。随着微合金化技术的发展，Nb微合金技术和复合微合金化技术已经成为CSP生产线最重要、最广泛的应用领域，热轧高韧性管线产品和汽车大梁产品的开发就是Nb微合金化技术应用的典范。

    包钢CSP生产线投产以来，通过对连轧过程组织演变规律研究和分析，碳素结构钢控制轧制及控制冷却研究与应用，完成了CSP产品合金成分设计、质量设计，及钢带和钢板质量性能控制等方面大量的研究工作，实现了对CSP碳素钢产品品质的合理工业控制，并且在成熟的碳素钢生产技术基础上，开展了Nb微合金化技术的应用及其产品的研制。

    Nb的微合金强化机制

    Nb通过晶粒细化同时提高钢的强度和韧性，主要通过析出强化和相变强化来改善和提高钢的性能，并且，相对低的碳含量可提高 Nb在奥氏体中的溶度积，因此，Nb已经被作为HSLA钢中最有效的强化剂之一。关于Nb的析出强化和相变强化作用，其研究将随着 Nb微合金化技术的应用更加深入。

    工艺路线

    为满足管线板、汽车大梁板良好的性能要求，首先要提高钢的洁净度，进行钢水成分控制，再通过选择合理的各工位温度控制及控制轧制、控制冷却工艺，追求材料最佳的强韧性匹配，以满足汽车大梁用钢的综合质量要求。采用铁水预处理降低硫含量，210吨转炉顶底复合吹炼，LF精炼处理，薄板坯连铸连轧，控制轧制控制冷却，从而实现材料细晶强化，使热轧钢板获得良好的综合性能。

    钢种选择及合金成分设计原则

    包钢CSP开发Nb微合金化产品的首选钢种是X60和 OStE380TM，根据 X60 和QStE380TM热轧钢板的技术条件，采用低C—Mn钢复合添加Nb、V、Ti微合金化元素，通过小工业试验和对钢的化学成分进行分析，量终确定其成份配比。

    Nb的细化晶粒和析出强化作用，对提高材料强韧性贡献是极为显著的，是强烈的C、N化物的形成元素，强烈地抑制奥氏体晶粒长大。对于管线钢和汽车大梁钢，添加0．02％—0．06％的Nb即可起到细化晶粒和析出强化的作用，这是CSP工艺降低C含量所损失强度后，最具技术经济性的有效强化手段。V主要是起固溶强化作用，加入量为0．07％-0．12％。

    Ti在钢中除了和C、N结合形成Ti[c]、刚，细化铁素体晶粒达到强韧性目的，Ti与钢中的O、S也有着极强的亲和力，改善硫化物的形态，显著提高钢的韧性，改善焊接热影响区性能和疲劳性能，按Ti／S为2—4及经济的原则确定其含量为0．01％-0．02％。

    试制

    鉴于薄板坯连铸连轧工序间刚性连接极强的工艺特点，包钢CSP生产线，通过优化合金设计方案、采用异钢种连浇，多种方案并行的试验方法，成功实现了含Nb钢在CSP生产线的控制轧制，解决了CSP生产含Nb钢易混晶的问题。

    1 钢的合金成分　

    试验钢采用低C-Mn钢复合添加Nb、Ti微合金化元素，将C、Nb、 v、Ti的含量分别控制在0．04％—0．08％、0．02％—0．06％、0．07％-0．12％、0．01％-0．02％，试制过程中钢的熔炼成分均达到设计要求，符合相关产品标准。

    2 钢板的性能

    采用Nb、V、Ti复合微金化“技术磷制的CSP热轧钢板，经钢铁研究总院检验，X60、QStE380TM热轧钢板的屈服强度、抗拉强度、延伸率均符合标准要求；钢板的横向屈服强度高于纵向、49°方向，最大差值为30MPa，横向抗拉强度高于纵向、45°方向，最大差值为20 MPa，钢板的各向异性小于传统工艺同类产品。

    为了考核钢板成型性能，分别进行了35mm、60mm系列宽冷弯试验、10％预拉伸系列宽冷弯试验，试样结果均完好；同时，为考核钢板的冲击韧性进行了系列低温冲击试验，X60脆性转变温度为—60℃，QStE380TM脆性转变温度低于—100℃。考虑进一步提高钢板强度及今后开发Nb微合金化 QStE420TM、QS1E460TM、BG510L等产品的需要，进行了X60、 QStE380TM钢板的低温冲击韧性及试样断口形貌的对比，QStE380TM在—100℃时为100％韧性断口，X60在_60℃时有80％韧性断口。系列低温冲击试验等力学性能检验结果表明，X60、QStE380TM热轧钢板各项力学性能、工艺性能均符合管线钢、汽车大梁钢的技术规范要求。

    3 全相组织和晶粒度

    经过金相分析，钢板的组织为铁索体加少量珠光体，晶粒尺寸为4—7μm，没有发现混晶组织缺陷。分别进行钢板表面、1／4厚度、中心厚度金相组织分析，结果组织均匀，晶粒度为12级，均属高韧性细晶粒产品。钢板组织均匀且细小，这为钢板的深加工提供了良好的冲击韧性和成型性能。

    分析与讨论

    综合评估产品的质量特性，包钢CSP研制的X60、QStE380TM热轧钢板的抗拉强度分别高于标准下限100MPa、30MPa，通过比较不同的工艺制度对应的力学性能和工艺性能，采用Nb、V、Ti复合成分设计试制时，在增加Ti含量的基础上，合理选择温度与形变的匹配及控制冷却工艺的实现，可以达到继续提高QStE380TM抗拉强度的目的。

    此外，根据微合金钢的钢种特点，管线钢、汽车大粱钢在质量特性要求方面具有一定的共性，特别是结合CSP工艺的生产组织特点，需要采用尽可能少的钢种成分系列，通过合理的控制轧制、控制冷却，实现“一钢多级”的生产组织模式。

    结论

    ①采用Nb、V、Ti微合金化成分试制X60管线钢、QStE380TM汽车大梁取得成功，钢板的质量符合标准要求。

    ②通过Nb、V、Ti复合微合金化技术在包钢CSP生产线的应用，包钢CSP掌握了Nb、V、Ti复合微合金化管线钢X60、汽车大梁钢QStE380TM的控制轧制及控制冷却技术，掌握了解决Nb钢混晶问题的方法。

    ③在合金成分设计时，应继续优化设计Nb、V、Ti的含量，以提高钢板的强度和韧性，开发强度更高钢级的细晶粒钢板。

    ④可进一步考虑扩大Nb、V、Ti复合微合金化物技术在其它高强结构品种方面的开发与应用。