CN101649421A

CN101649421A - 一种铌微合金化钢连铸厚板坯的制造方法

Info

Publication number: CN101649421A
Application number: CN200910075389A
Authority: CN
Inventors: 辛建卿; 徐芳泓
Original assignee: Shanxi Taigang Stainless Steel Co Ltd
Current assignee: Shanxi Taigang Stainless Steel Co Ltd
Priority date: 2009-09-10
Filing date: 2009-09-10
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2029-09-10
Also published as: CN101649421B

Abstract

一种铌微合金化钢连铸厚板坯的制造方法，它首先是获得下述质量百分配比的精炼钢水：0＜C≤0.005；0＜N≤0.004；0＜Si≤0.03；Mn：0.10～0.20；0＜P≤0.018；0＜S≤0.015；Al：0.02～0.06；0＜Nb≤0.020；0＜O≤0.002；0＜Cr≤0.05；0＜Ni≤0.07；0＜Cu≤0.07；0＜Mo≤0.020。其次，将钢水连续浇注成厚板坯，浇注时全程吹氩保护，钢水过热度控制在10～35℃之间；结晶器锥度0.8－0.9％/m，使用无碳结晶器保护渣，保护渣液渣层厚度≥15mm；结晶器宽面铜板平均热流1.45～1.55MW/m²，侧面铜板平均热流1.15～1.25MW/m²。用本铌微合金化钢连铸厚板坯的制造方法制的厚板坯无表面纵裂纹。

Description

一种铌微合金化钢连铸厚板坯的制造方法

技术领域

本发明涉及一种铌微合金化钢连铸厚板坯的制造方法。

背景技术

汽车工业始终是发达国家经济的支柱产业，也是一些发展中国家的重要产业。2001年以来，随着我国汽车工业的迅猛发展，对汽车用钢的需求量大幅度上升。目前汽车用钢仍以钢板为主，其中轿车用钢板重量约占轿车总重量的50％。

随着对轿车使用要求的不断提高和轿车制造技术的发展，从冲压性能方面看，轿车用钢板已由以低碳沸腾钢为代表的第一代冲压用钢、以低碳铝镇静钢为代表的第二代冲压用钢发展到了以超低碳、氮IF钢为代表的第三代冲压用钢，IF钢(Interstitial Free Steel)即无间隙原子钢，是在超低C、N钢中加入一定量的Nb或Ti或Nb、Ti合金元素，使钢中C、N原子被固定成碳化物、氮化物，而钢中无间隙原子存在的钢种，IF钢具有极优良的深冲性能。从表面状态看，轿车用钢板正由冷轧板向热镀锌钢板、合金化热镀锌钢板、热镀铝钢板、电镀锌钢板、电镀锌镍合金钢板、电镀锌铁合金钢板以及有机复合涂镀层钢板等表面处理钢板发展，并且在轿车上的使用比例逐渐加大。钢板的表面质量不仅影响成品零件的外观，而且对钢板的冲压性能也会产生明显影响。按照成品表面质量等级，德国工业标准DIN1623将轿车用钢板分为O3、O4和O5板，其中O5板又称为表面无缺陷钢板，即要求产品二面中较好的一面不得有任何缺陷，不能影响涂漆后或电镀后的外观质量。O5板用作轿车外板，始终是轿车用钢板中生产难度最大的品种之一。

铌微合金化钢连铸厚板坯的制造方法涉及冶炼、连铸工序。

连铸厚板坯表面纵裂纹是在连铸工序形成的主要缺陷之一，轻微的表面纵裂纹需要进行火焰清理，严重的表面纵裂纹会导致漏钢和连铸废品，影响连铸生产率和连铸坯质量，增加生产成本。连铸厚板坯表面纵裂纹在后续的热连轧、酸洗、冷连轧、表面处理和冲压过程中演变为钢板表面缺陷的可能性极大，不仅限制后步工序生产率的提高，而且会对成品冷轧钢带的成型性能产生不良影响，严重时导致冷轧成品降级率达到了11.5％。

连铸厚板坯上的表面纵裂纹可能在板坯宽面中心区域或宽面中心线到棱边的任一位置产生，裂纹宽度1～20mm，深度3～30mm，长度从100mm到几米，严重时会贯穿板坯纵向。带液芯的连铸厚板坯在连铸机内运行时和在凝固过程中产生表面纵裂纹是一个非常复杂的问题。在连铸厚板坯上产生表面纵裂纹的内因是结晶器弯月面处凝固初生坯壳厚度不均匀。坯壳受到因四周温度不均而产生的收缩力、由钢水静压力产生的鼓胀力、板坯宽面收缩时受侧面约束产生的弯曲应力等作用力的综合作用，这些力综合作用在坯壳上，当坯壳所受到的应力超过其高温允许强度极限时，就会在坯壳薄弱处产生微裂纹，板坯出结晶器后微裂纹在二冷区继续扩展，形成表面纵裂纹。

在本发明之前虽然已经公开了多个有关IF钢的发明专利，但尚未发现关于Nb微合金化IF钢连铸厚板坯表面纵裂纹及其消除方法的报道。

发明内容

为了克服现有铌微合金化钢连铸厚板坯制造方法的上述不足，本发明提供了一种无表面纵裂纹的铌微合金化钢连铸厚板坯的制造方法。

为了达到上述目的，并解决Nb微合金化IF钢连铸厚板坯表面纵裂纹缺陷导致连铸漏钢事故和连铸废品、降低连铸生产率和连铸坯质量、增加生产成本的问题，同时为了解决该类连铸厚板坯表面纵裂纹在后步工序演变为钢板表面缺陷，并限制相应工序生产率提高、不良品增加等问题，本发明主要通过化学成分和厚板坯连铸工艺制度的合理匹配，消除Nb微合金化IF钢连铸厚板坯表面纵裂纹。

本发明主要从连铸厚板坯成分设定与连铸工艺制度的合理匹配，消除铌微合金化钢连铸厚板坯表面纵裂纹。

本铌微合金化钢连铸厚板坯化学成分的质量百分配比为：

0＜C≤0.005 0＜P≤0.018 0＜S≤0.015 0＜N≤0.004

0＜Si≤0.03 Mn：0.10～0.20 Al：0.02～0.06 0＜Nb≤0.020

0＜Cr≤0.05 0＜Ni≤0.07 0＜Cu≤0.07 0＜Mo≤0.020

其余为Fe和不可避免的杂质。

本铌微合金化钢连铸厚板坯，是将相应钢水在厚板坯连铸机上全程吹氩保护连续浇注而成的，钢水过热度控制在10～35℃之间，使用无碳结晶器保护渣，矫直温度不低于900℃，本铌微合金钢连铸厚板坯无表面纵裂纹缺陷。

本铌微合金化钢连铸厚板坯化学成分的限定理由如下：

C含量为0.09～0.17％的钢凝固时，发生δ→γ+L包晶反应，凝固坯壳线性收缩大，弯月面处初生坯壳厚度不均，铸坯表面易产生纵裂纹，应将钢中的C含量向下限或上限控制，以避开包晶区。C在钢中形成间隙固溶体，具有显著的固溶强化效应，随着C含量的提高，钢的屈服强度、抗拉强度和硬度增加，但塑性和成型性能却明显下降。随着钢中固溶C含量的提高，<111>织构密度降低，成品时效倾向增强。因此，限定C含量不得高于0.005％。

N和C一样，固溶于Fe中形成间隙固溶体，并同样具有显著的固溶强化效应，使钢的屈服强度、抗拉强度和硬度增加，却使钢的塑性和成型性能下降。随着温度的降低，N在铁素体中的溶解度急剧降低，且多以AlN形式在晶界析出，抑制铁素体晶粒生长，提高钢的屈服强度、抗拉强度和硬度，降低其塑性和成型性能。在厚板坯连铸过程中，AlN沿晶界析出会成为应力集中源并形成微孔，微孔聚合形成细小裂纹，在二冷区热应力、摩擦力和矫直拉力作用下裂纹进一步扩展。N也使钢产生应变时效现象。因此，限定N含量不得高于0.004％。

Si固溶于Fe中形成置换固溶体，其固溶强化能力仅次于P，可有效提高钢的强度，但同时也在一定程度上降低钢的塑性和韧性。Si的夹杂物易成为连铸厚板坯中的裂纹源。Si含量高时，容易在热轧钢带表面形成难以去除的红铁鳞。Si比铁更容易被氧化，在再结晶退火过程中会在钢板表面发生选择性氧化反应，其氧化产物易富集于钢板表面，这不仅会影响热镀锌效果，而且会使热镀锌时的合金化反应迟滞，导致因高温合金化而使热镀锌板的锌层抗粉化能力下降。因此，限定Si含量不得高于0.03％。

Mn在钢中与Fe互溶形成固溶体，其固溶强化能力低于P和Si，Mn和固溶C共存会降低钢的深冲性。Mn是良好的脱硫剂，提高Mn/S，能够减弱或消除因S引起的钢的热脆性，改善钢的热加工性能，减小连铸厚板坯产生表面纵裂纹的倾向。Mn含量过低不仅会使成本增高，还易增加钢的热脆倾向，促进连铸厚板坯产生表面纵裂纹。因此，将Mn含量限定在0.10％-0.20％范围。

与其它元素相比，P是固溶强化铁素体能力最强的元素，随着P含量的提高，钢的屈服强度、抗拉强度和硬度显著增加，但塑性、成型性能和韧性，尤其是低温韧性却明显下降。P在钢水凝固过程中促进低熔点化合物的生成，易导致高温裂纹。P在钢中易偏析，损害钢板组织的均匀性，导致裂纹源。P在晶界偏析，也会使热镀锌过程中的合金化反应迟滞，从而同样产生因高温合金化而使热镀锌板锌层抗粉化能力下降的问题。因此，限定P含量不得高于0.018％。

S对钢的强度和塑性影响不大。S在铁素体中的溶解度很低，在钢中多以硫化物夹杂的形式存在，这些夹杂物会降低钢的塑性和韧性，使其产生明显的各向异性，并导致成品表面和内在缺陷。S易使钢产生热脆性，严重恶化钢的热加工性能，对连铸厚板坯表面纵裂纹的产生具有明显的促进作用。S易偏析，明显损害钢板组织和质量的均匀性，是使钢板产生裂纹的重要原因之一。因此，限定S含量不得高于0.015％。

Al和O有很强的亲和力，冶炼时一般将Al作为主要脱氧剂加入钢中。Al和N也有较强的亲和力，能够起到固定钢中固溶N、消除由其产生的应变时效的作用。但钢中Al含量太高时，会促进AlN沿晶界的析出，在厚板坯连铸过程中，这些AlN会成为裂纹源，在外力的作用下有可能导致表面纵裂纹的产生。钢中Al含量太高时，还会降低热镀锌时的合金化反应速率并提高合金化温度。因此，将Al含量限定在0.02％-0.06％范围。

Nb和O、C、N均有很强的亲和力，可分别与其形成稳定的化合物。在IF钢中加入Nb是为了清除钢中C、N原子，得到纯净的铁素体基体，Nb微合金化IF钢的特点是力学性能各向异性较小，镀层抗粉化能力较强。但是如果Nb的加入量过高，也会导致成本增加和再结晶温度提高。因此，限定Nb含量不得高于0.02％。

O是冶炼过程中不可缺少的主要元素之一，尤其是在转炉炼钢中。固溶在钢中的O很少，钢中大部分O以各种氧化物夹杂的形式存在，这些夹杂物在晶内或晶界析出，降低钢的塑性、成型性能和表面质量，严重时可能导致钢的热脆性，并引发厚板坯表面纵裂纹，一般将O作为钢中的有害元素来看待。因此，限定O含量不得高于0.002％。

Cr、Ni、Cu、Mo在钢中均能起到一定程度的固溶强化作用，提高钢的屈服强度，降低其塑性和成型性能。Cu在铁素体内的溶解度约为0.13％，高于该含量的Cu在连铸坯凝固过程中会在晶界析出，形成低熔点化合物，导致钢的热脆和连铸坯表面纵裂纹。Mo还能提高钢的再结晶温度。因此，限定Cr含量不得高于0.05％，Ni含量不得高于0.07％，Cu含量不得高于0.07％，Mo含量不得高于0.02％。

本铌微合金化钢连铸厚板坯的制造方法包括下述依次的步骤：

首先通过铁水预处理脱硫、顶底复合吹炼转炉冶炼、RH精炼，获得下述质量百分配比的精炼钢水：

0＜C≤0.005 0＜P≤0.018 0＜S≤0.015 0＜N≤0.004

0＜Si≤0.03 Mn：0.10～0.20 Al：0.02～0.06 0＜Nb≤0.020

0＜Cr≤0.05 0＜Ni≤0.07 0＜Cu≤0.07 0＜Mo≤0.020

其余为Fe和不可避免的杂质。

其次，将上述钢水在厚板坯连铸机上连续浇注，在浇注过程中全程吹氩保护。使用无碳中包覆盖剂。钢水过热度控制在10-35℃之间。结晶器锥度0.8-0.9％/m。使用无碳结晶器保护渣，保护渣液渣层厚度≥15mm。结晶器宽面铜板平均热流1.45～1.55MW/m²，侧面铜板平均热流1.15-1.25MW/m²。结晶器两宽面铜板和两侧面铜板热流差值控制在±0.04MW/m²。侧面铜板热流与宽边铜板热流之比为0.75～0.85。结晶器振动时的负滑脱时间t_N＝0.2～0.3S。结晶器液面波动≤±3mm。拉速≤1.1m/min。浸入式水口对中，出口流股对称，不得造成偏流现象。零段二冷水水流密度50～60L/(m²·min)。铸坯矫直温度高于900℃。

本发明的有益效果在于，通过化学成分和厚板坯连铸工艺制度的合理匹配，消除了Nb微合金化IF钢连铸厚板坯表面纵裂纹缺陷，解决了该类缺陷所导致的连铸漏钢事故和连铸废品，用本发明制造的铌微合金化钢连铸厚板坯没有表面纵裂纹，避免了其在后步工序演变为钢板表面缺陷，提高了相应工序生产率，以该连铸板坯为原料生产冷轧钢带，酸洗效率可提高10.5％，成材率(是指冷轧钢带)可提高0.18％，冷轧钢带具有良好的表面质量和冲压性能，应用于汽车、家电制造等行业。

具体实施方式

下面结合实施例对本铌微合金化钢连铸厚板坯制造方法的具体实施方式进行详细的说明，但本铌微合金化钢连铸厚板坯制造方法的具体实施方式不局限于下述的实施例。

下述实施例的生产条件为铁水预处理设施，180吨顶底复合吹炼转炉，RH精炼装置，立弯式厚板坯连铸机。

Nb微合金化IF钢化学分析方法为GB/T 223，取样方法GB/T 222。

Nb微合金化IF连铸厚板坯的表面质量由人工检查。

实施例1：

C：0.0015 N：0.0019 Si：0.009 Mn：0.13 P：0.006

S：0.004 Al：0.05 Nb：0.016 Cr：0.01 Ni：0.01

Cu：0.01 Mo：0.001，其余为Fe和不可避免的杂质。

其次将上述钢水在厚板坯连铸机上连续浇注，在浇注过程中全程吹氩保护。使用无碳中包覆盖剂。钢水过热度22℃。结晶器锥度0.86％/m。使用无碳结晶器保护渣，保护渣液渣层厚度18mm。结晶器宽面铜板平均热流1.53MW/m²，侧面铜板平均热流1.19MW/m²。结晶器两宽面铜板和两侧面铜板热流差值在±0.03MW/m²范围。侧面铜板热流与宽边铜板热流之比为0.78。结晶器振动时的负滑脱时间t_N＝0.26S。结晶器液面波动≤±3mm。拉速1.05m/min。浸入式水口对中，出口流股对称，无偏流现象。零段二冷水水流密度53L/(m²·min)。铸坯矫直温度905℃。连铸坯厚度200mm。经人工检查，连铸坯无表面纵裂纹缺陷。

实施例2：

C：0.0013 N：0.0018 Si：0.01 Mn：0.14 5P：0.007

S：0.0035 Al：0.043 Nb：0.01 4Cr：0.01 Ni：0.01

Cu：0.01 Mo：0.0023，其余为Fe和不可避免的杂质。

将上述钢水在厚板坯连铸机上连续浇注，在浇注过程中全程吹氩保护。使用无碳中包覆盖剂。钢水过热度控制在25℃。结晶器锥度0.83％/m。使用无碳结晶器保护渣，保护渣液渣层厚17.1mm。结晶器宽面铜板平均热流1.51MW/m²，侧面铜板平均热流1.21MW/m²。结晶器两宽面铜板和两侧面铜板热流差值在±0.03MW/m²范围。侧面铜板热流与宽边铜板热流之比为0.80。结晶器振动时的负滑脱时间t_N＝0.25S。结晶器液面波动≤±3mm。拉速1.0m/min。浸入式水口对中，出口流股对称，无偏流现象。零段二冷水水流密度56L/(m²·min)。铸坯矫直温度910℃。连铸坯厚度220mm。经人工检查，连铸坯无表面纵裂纹缺陷。

实施例3：

C：0.0012 N：0.0015 Si：0.005 Mn：0.149 P：0.0063

S：0.0045 Al：0.051 Nb：0.0146 Cr：0.015 Ni：0.013

Cu：0.01 Mo：0.0022，其余为Fe和不可避免的杂质。

将上述钢水在厚板坯连铸机上连续浇注，在浇注过程中全程吹氩保护。使用无碳中包覆盖剂。钢水过热度控制在23℃。结晶器锥度0.85％/m。使用无碳结晶器保护渣，保护渣液渣层厚16.3mm。结晶器宽面铜板平均热流1.52MW/m²，侧面铜板平均热流1.21MW/m²。结晶器两宽面铜板和两侧面铜板热流差值在±0.03MW/m²范围。侧面铜板热流与宽边铜板热流之比为0.80。结晶器振动时的负滑脱时间t_N＝0.26S。结晶器液面波动≤±3mm。拉速1.1m/min。浸入式水口对中，出口流股对称，无偏流现象。零段二冷水水流密度56L/(m²·min)。铸坯矫直温度920℃。连铸坯厚度230mm。经人工检查，连铸坯无表面纵裂纹缺陷。

上述三个实施例的连铸厚板坯轧制成钢带后，冷轧板表面达到GB、ASTM、EN、JIS等标准要求。

Claims

1、一种铌微合金化钢连铸厚板坯的制造方法，它包括下述依次的步骤：

0＜C≤0.005 0＜P≤0.018 0＜S≤0.015 0＜N≤0.004

0＜Si≤0.03 Mn：0.10～0.20 Al：0.02～0.06 0＜Nb≤0.020

0＜Cr≤0.05 0＜Ni≤0.07 0＜Cu≤0.07 0＜Mo≤0.020

其余为Fe和不可避免的杂质；

其次，将上述钢水在厚板坯连铸机上连续浇注，在浇注过程中全程吹氩保护，使用无碳中包覆盖剂，钢水过热度控制在10～35℃之间。

2、根据权利要求1所述的铌微合金化钢连铸厚板坯的制造方法，其特征是：在厚板坯连铸机上连续浇注时，结晶器锥度0.8-0.9％/m，使用无碳结晶器保护渣，保护渣液渣层厚度≥15mm。

3、根据权利要求1或2所述的铌微合金化钢连铸厚板坯的制造方法，其特征是：在厚板坯连铸机上连续浇注时，结晶器宽面铜板平均热流1.45～1.55MW/m²，侧面铜板平均热流1.15～1.25MW/m²；结晶器两宽面铜板和两侧面铜板热流差值控制在±0.04MW/m²；侧面铜板热流与宽边铜板热流之比为0.75～0.85。

4、根据权利要求1或2所述的铌微合金化钢连铸厚板坯的制造方法，其特征是：在厚板坯连铸机上连续浇注时，结晶器振动时的负滑脱时间t_N＝0.2-0.3S，结晶器液面波动≤±3mm，拉速≤1.1m/min，浸入式水口对中，出口流股对称，不得造成偏流现象，零段二冷水水流密度50～60L/(m²·min)，铸坯矫直温度不低于900℃。

5、根据权利要求3所述的铌微合金化钢连铸厚板坯的制造方法，其特征是：在厚板坯连铸机上连续浇注时，结晶器振动时的负滑脱时间t_N＝0.2～0.3S，结晶器液面波动≤±3mm，拉速≤1.1m/min，浸入式水口对中，出口流股对称，不得造成偏流现象，零段二冷水水流密度50～60L/(m²·min)，铸坯矫直温度不低于900℃。