CN101683656A - 薄带连铸连轧生产复合钢板的方法 - Google Patents

Abstract

薄带连铸连轧生产复合钢板的方法，液态碳钢水经过双辊薄带连铸形成薄钢带，在薄钢带离开结晶辊接触点以后采用高温不锈钢颗粒射流在薄钢带表面，不锈钢颗粒粘接形成不锈钢表面层，颗粒温度550～650℃；再经热轧轧制形成碳钢在心部、不锈钢在表面的复合钢板。本发明复合钢板表面耐蚀性好和心部强度高、具有优异综合性能等特点。

Description

薄带连铸连轧生产复合钢板的方法

技术领域

本发明涉及复合钢板制造技术，特别涉及薄带连铸连轧生产复合钢板的方法。

背景技术

随着钢铁制造工艺的不断进步，出现了大量的不同成分与不同组织的钢铁材料。这些钢铁材料包括碳钢、不锈钢、硅钢以及各种合金钢。其中使用量最大的钢铁材料还是碳钢和不锈钢。碳钢以其优异的力学性能成为结构材料领域最重要的材料之一，但是碳钢材料一个明显的缺点是耐蚀性低。不适合使用于具有腐蚀的环境，每年因腐蚀而消耗的碳钢已逐步占到了年钢铁总产量的10％，而且还在上升。

不锈钢以其优异的耐蚀能力受到广泛的青睐，是重要的功能性钢铁材料，我国加大了不锈钢的生产和研发能力，产能提高。但是仍不能满足是益增长的需求。另外，不锈钢的强度低极大地限制了不锈作为结构材料的大量应用。近来也开发了一些高强度不锈钢，可是其工艺复杂，能耗及成本较高，不具有较高的综合竞争力。而且随着合金资源的的日益枯竭，作为不锈钢重要成分的合金元素的价格越来越高，从而引起不锈钢的价格也越来越高。不锈钢的竞争优势也极大地受到影响，越来越大地受到有色金属和有机复合材料的挑战。所以人们正在努力寻求方法解决不锈钢的成本问题。

综合利用碳钢的优异力学性能和不锈钢的优异的耐蚀性能一直是学术界和工业界的目标。众所周知，材料的破坏绝大多数是从表面开始的。例如腐蚀、磨损、疲劳等。所以如果将碳钢和不锈钢组合起来，形成不锈钢表层和碳钢心部的复合结构钢铁材料，就可以同时保证力学性能和功能性能。最初的不锈钢与碳钢的复合是采用轧制的方法，将两片不锈钢与一片碳钢放置成碳钢在中心的方式，然后采用爆炸成型或冷轧或温轧的方法进行结合轧制。但无法完全消除结合界面，碳钢与不锈钢之间的结合力不高，成本高且生产率低。为了提高结合力从面进行超高温的退火处理，生产制备周期长，而且超高温的退火处理过程中容易发生分层等。所以一直没有得到较好的发展。

近来，国际上努力开发复合浇铸技术，在浇铸的过程中直接在结晶器中引入碳钢与不锈钢和钢液，碳钢在中心不锈钢在两侧。采用电磁控制技术防止两种液态金属的混合。日本已有部分产品供应市场。但这种技术的不锈钢层较厚，技术控制难度高。由于采用电磁控制技术防止两种液态金属的混合，难以灵活地控制不锈钢和碳钢的成分，技术也不十分成熟，有待于进一步研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种薄带连铸连轧生产复合钢板的方法，在薄带连铸过程中，直接形成碳钢在心部、不锈钢在表面的、表面耐蚀性好和心部强度高的、具有优异综合性能的复合结构钢板。

为达到以上的目的，本发明的技术方案是，

薄带连铸连轧生产复合钢板的方法，液态碳钢水经过双辊薄带连铸形成薄钢带，在薄钢带离开结晶辊接触点以后采用高温不锈钢颗粒射流在薄钢带表面，不锈钢颗粒粘接形成不锈钢表面层，颗粒温度550～650℃；再经热轧轧制形成碳钢在心部不锈钢在表面的复合钢板。

进一步，液态碳钢水经双辊薄带连铸形成高温薄钢带，薄钢带的出带温度在1100℃～1400℃之间，钢带的厚度在2～5mm之间。

如权利要求1所述的薄带连铸连轧生产复合钢板的方法，其特征在于，不锈钢颗粒粒径在100微米以下，粒子速度达到650m/s以上。

如权利要求1所述的薄带连铸连轧生产复合钢板的方法，其特征在于，不锈钢颗粒射流采用惰性气体或还原性气体与惰性气体的混合气体携带和保护，气体温度在550～800℃之间。

所述的气体从薄钢带的双面进行喷射保护。

不锈钢表面层的厚度为：单层厚度为复合组织钢板总厚度的10～15％，两个表面层总厚度为复合组织钢板总厚度的20～30％。

高温钢带在出带后一直在惰性气体或还原性气体保护下冷却到1000℃以下。

在1000～900℃之间对复合组织钢带进行轧制处理，轧下量控制在10～50％之间。

轧制用单道次轧制，或多道次轧制。

轧制后钢带进行水冷冷却到450℃以下，优选为200℃以下。

本发明将液态碳钢水导入到一组相对旋转的结晶辊中，结晶辊内部采用水冷冷却，将液态碳钢钢水经双辊铸轧形成高温碳钢薄带。要求薄钢带的出带温度在1100℃-1400℃之间，钢带的厚度在2-5mm之间。带钢从结晶辊拉出后即刻在带钢的表面进行不锈钢颗粒射流复合化处理。整个过程采用惰性气体保护防止表面氧化。

当带钢离开结晶辊接触点后，采用惰性气体携带不锈钢颗粒形成与带钢宽度相同的层流射流从两个表面对高温钢带进行喷射复合。由于高温下带钢较软，不锈钢颗粒速度较高，当不锈钢颗粒撞击高温薄钢带表面时，在碳钢带的表面粘接而形成一层不锈钢层。不锈钢颗粒喷射过程中采用双向等强度相对喷射，防止钢带发生过大的抖动。如果制备单面的复合钢板，在相对面也要进行气流喷射以平衡带钢的受力。

不锈钢颗粒的粒子速度达到650m/s以上，保证不锈钢颗粒粘接于带钢的表面。薄钢带的出带温度在1100℃-1400℃之间，保证不锈钢颗粒粘接后发生融合作用。不锈钢颗粒射流采用惰性气体保护以防止不锈钢颗粒以及钢带表面氧化。

不锈钢颗粒的温度在550-650℃之间，以具备较好的变形能力。颗粒粒径在100微米以下，防止大颗粒对带钢表面产生损伤。惰性气体的温度要求在550-800℃之间，防止带钢产生激冷表面。

不锈钢层的厚度为：单层厚度为复合组织钢板总厚度的10-15％，两个表面层总厚度为复合组织钢板总厚度的20-30％。

不锈钢层制备后，复合组织钢带在惰性气体保护下冷却到1000℃以下。在1000-900℃之间对复合组织钢带进行轧制处理，调整带钢的板型，轧下量控制在10-50％之间。可以采用单道次，也可以采用多道次轧制。

轧制后钢带进行水冷冷却到450℃以下，防止带钢的氧化和合金元素的过量扩散。

本发明的技术特点在于：

1.薄带连铸连轧工艺在其结晶辊出口处将液态碳钢形成了高温的钢带。此钢带的温度范围在在1100℃-1400℃之间，钢带的硬度较低，不锈钢颗粒容易进行粘接。

2.当带钢离开结晶辊接触点后，采用不锈钢颗粒射流从两个表面对高温钢带进行喷射，在高温薄钢带表面形成不锈钢表面层。

3.不锈钢颗粒的温度在550-650℃之间，具备较好的变形能力。颗粒粒径在100微米以下，不对高温带钢表面产生损伤。

4.采用惰性气体保护，气体的温度在550-800℃之间，不对带钢产生激冷。

5.不锈钢颗粒的粒子速度达到650m/s以上，保证不锈钢颗粒有效粘接于带钢的表面。可以在结晶辊接触点后进行多次喷射，形成不同成分的多层复合结构。

6.当带钢离开结晶辊接触点后，惰性气体保护是从两个表面对高温钢带进行喷射。双面等强度相对喷射。不对带钢的运动产生影响。

7.不锈钢层的厚度为：单层厚度为复合组织钢板总厚度的10-15％，两个表面层总厚度为复合组织钢板总厚度的20-30％。

8.钢带在离开结晶辊接触点以后，在进行喷射粘接不锈钢过程中以及冷却到1050℃以下的整个过程采用惰性气体保护，防止带钢的氧化。

9.不锈钢层制备后，复合组织钢带在惰性气体保护下冷却到1050℃以下。在1050-900℃之间对复合组织钢带进行轧制处理，调整带钢的板型，轧下量控制在10-30％之间。可以采用单道次，也可以采用多道次轧制。提高了不锈钢层与碳钢的结合力，形成冶金结合。

10.轧制后钢带进行水冷冷却到450℃以下，防止带钢的氧化和合金元素的过量扩散。优选为冷却到200℃以下。

本发明与现有技术的主要区别在于：

与复合轧制技术相比，本发明方法是采用颗粒直接粘接于带钢的表面，不需要进行另外的轧制工艺；并且是在高温下进行，不锈钢层与碳钢的结合力高，为冶金结合。

与复合浇铸技术相比，本发明方法不需要进行复杂的电磁控制技术防止两种液态金属的混合。生产工艺过程可控性强，适合于不同成分的不锈钢与碳钢的复合板。并且可进行不同区域的特色复合，形成不同的复合板。

本发明方法可以在一个工艺下形成多层复合，生产效率高，可适合多种复合组织。

附图说明

图1为本发明薄带连铸连轧生产复合钢板的方法的流程图。

具体实施方式

参见图1，本发明薄带连铸连轧复合钢板的制备方法，将液态碳钢水1从中间包2进入一组相对旋转的结晶辊的双辊结晶器3，经过双辊薄带连铸形成薄钢带4，在薄钢带离开结晶辊接触点以后将钢板表面清洁5后，放入到惰性气体保护炉内进行加热；在惰性气体或还原性惰性气体保护下引入不锈钢颗粒射流，在高温薄钢板上形成不锈钢表面层6；随炉冷却到1000℃以下，从炉内迅速取出进行轧制7；经热轧轧制形成碳钢在心部不锈钢在表面的复合钢板8。轧制后立刻水淬，然后放入指定温度的炉内均温30分钟。然后取出空冷到室温。

实施例1

将2mm厚的碳钢板在惰性气体保护炉内进行加热到到1400℃，保温5min。引入304不锈钢颗粒射流，颗粒射流速度650m/s，颗粒平均粒径65微米，最大粒径100微米，温度550℃。形成双表面各为200微米不锈钢层。携带保护气体温度为650℃氮气。随炉冷却到950℃，单道次轧下20％。200℃保温。得到复合钢板实际厚度为1.9mm，表面成分为3 04不锈钢。

实施例2

将5mm厚的IF钢板在惰性气体保护炉内进行加热到到1100℃，保温15min。引入410不锈钢颗粒射流，颗粒射流速度710m/s，颗粒平均粒径55微米，最大粒径75微米，温度650℃。形成双表面各为500微米左右不锈钢层。携带保护气体温度为800℃氮气。随炉冷却到1000℃，单道次轧下30％。450℃保温。得到复合钢板实际厚度为4.5mm，表面成分为410不锈钢，镍含量有一定程度的降低。

实施例3

将3mm厚的碳钢板在惰性气体保护炉内进行加热到到1250℃，保温10min。引入2507双相不锈钢颗粒射流，颗粒射流速度680m/s，颗粒平均粒径45微米，最大粒径80微米，温度600℃。形成双表面各为400微米左右不锈钢层。携带保护气体温度为800℃氮气。随炉冷却到890℃，单道次轧下15％。直接水淬。得到复合钢板实际厚度为3.5mm，表面成分为2507不锈钢，含有一定量的马氏体组织。

实施例4

将2mm厚的硅钢板在惰性气体保护炉内进行加热到到1300℃，保温10min。引入410不锈钢颗粒射流，颗粒射流速度700m/s，颗粒平均粒径30微米，最大粒径50微米，温度650℃。形成双表面各为300微米左右不锈钢层。携带保护气体温度为800℃氮气。随炉冷却到1000℃，单道次轧下10％，450℃均温。得到复合钢板实际厚度为2.1mm，表面成分为410不锈钢。做了次实验，硅钢板易裂，不裂的成功率30％左右。

实施例5

将4mm厚的碳钢板在惰性气体保护炉内进行加热到到1200℃，保温15min。引入316不锈钢含有3％铜的复合颗粒射流，颗粒射流速度660m/s，颗粒平均粒径35微米，最大粒径50微米，温度600℃。形成双表面各为400微米左右不锈钢层。携带保护气体温度为700℃氮气。随炉冷却到980℃，双道次各轧下10％。200℃均温。得到复合钢板实际厚度为3.56mm，表面成分为316不锈钢，铜氧化较多。

实施例6

将3mm厚的碳钢板在惰性气体保护炉内进行加热到到1150℃，保温15min。引入高锰twip钢成分的颗粒平面射流，颗粒射流速度660m/s，颗粒平均粒径30微米，最大粒径50微米，温度600℃。形成双表面各为300微米左右复合结构钢板。携带保护气体温度为650℃氮气。随炉冷却到1050℃，双道次各轧下10％。200℃均温。得到复合钢板实际厚度为2.41mm，表面成分锰含量与粉末相同。

Claims (10)

1.薄带连铸连轧生产复合钢板的方法，液态碳钢水经过双辊薄带连铸形成薄钢带，在薄钢带离开结晶辊接触点以后采用高温不锈钢颗粒射流在薄钢带表面，不锈钢颗粒粘接形成不锈钢表面层，颗粒温度550～650℃；再经热轧轧制形成碳钢在心部不锈钢在表面的复合钢板。

2.如权利要求1所述的薄带连铸连轧生产复合钢板的方法，其特征在于，液态碳钢水经双辊薄带连铸形成高温薄钢带，薄钢带的出带温度在1100℃～1400℃之间，钢带的厚度在2～5mm之间。

3.如权利要求1所述的薄带连铸连轧生产复合钢板的方法，其特征在于，不锈钢颗粒粒径在100微米以下，粒子速度达到650m/s以上。

4.如权利要求1所述的薄带连铸连轧生产复合钢板的方法，其特征在于，不锈钢颗粒射流采用惰性气体或还原性气体与惰性气体的混合气体携带和保护，气体温度在550～800℃之间。

5.如权利要求4所述的薄带连铸连轧生产复合钢板的方法，其特征在于，所述的气体从薄钢带的双面进行喷射保护。

6.如权利要求1所述的薄带连铸连轧生产复合钢板的方法，其特征在于，不锈钢表面层的厚度为：单层厚度为复合组织钢板总厚度的10～15％，两个表面层总厚度为复合组织钢板总厚度的20～30％。

7.如权利要求1所述的薄带连铸连轧生产复合钢板的方法，其特征在于，高温钢带在出带后一直在惰性气体或还原性还原性气体保护下冷却到1000℃以下。

8.如权利要求1所述的薄带连铸连轧生产复合钢板的方法，其特征在于，在1000～900℃之间对复合组织钢带进行轧制处理，轧下量控制在10～50％之间。

9.如权利要求1或8所述的薄带连铸连轧生产复合钢板的方法，其特征在于，轧制用单道次轧制，或多道次轧制。

10.如权利要求1所述的薄带连铸连轧生产复合钢板的方法，其特征在于，轧制后钢带进行水冷冷却到450℃以下，优选为200℃以下。

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