CN101684537A - 一种薄带连铸生产耐大气腐蚀钢及其生产方法 - Google Patents

Abstract

一种薄带连铸生产耐大气腐蚀钢及其生产方法，其化学成分质量百分比为：C 0.06～0.12％，Si 0.20～0.50％，Mn 0.20～0.50％，P 0.15～0.22％，S≤0.008％，Cu 0.65～0.80％，Cr 0.30～0.70％，Ni 0.12～0.40％，余量为Fe和不可避免杂质；将按上述成分冶炼的钢水，浇注到一个由两个相向旋转的水冷结晶辊和侧封装置形成的熔池中，经过水冷结晶辊的冷却形成铸带，铸带经过夹送辊送入在线轧机中轧制成热轧薄带，铸带厚度1～5mm；上述钢水接触双辊铸机结晶辊表面的冷却速度至少要达到300℃/s；离开结晶辊后的铸带在线热轧，形变率30～45％。本发明通过薄带连铸工艺制得的钢带不会出现磷、铜等元素的偏析；生产方便经济、且节能降耗。

Description

一种薄带连铸生产耐大气腐蚀钢及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种耐大气腐蚀钢生产方法，具体涉及一种薄带连铸生产耐大气腐蚀钢及其生产方法。

背景技术

薄带连铸工艺技术是当今冶金领域的一项前沿性技术，至1865年Henry Bessemer提出这一想法(US Patent49053)以来，至今发展已经有140多年的历史了，但在当时由于制造技术和控制技术等相关技术发展的不够成熟，使这项技术基本处于停滞状态。直到20世纪中叶才在Al的连续铸轧工艺中得以实现，从而再一次在钢铁制造领域引起了人们的重视。

双辊薄带连铸即直接将热态的钢水从钢包经过中间包和浸入式水口浇注到一个由两个相向旋转的水冷结晶辊和侧封装置形成的熔池中，经过水冷结晶辊的冷却形成1～5mm铸带，铸带经过夹送辊送入在线轧机中轧制成0.7-3mm的薄带，然后通过输送辊道以及喷淋冷却系统，然后经过卷取前的夹送辊，最后进入卷取机卷取成热轧钢带。

可见，薄带连铸将连续铸造、轧制、甚至热处理等工序融为一体，使生产的薄带坯稍经冷轧就一次性形成工业成品，大大简化了从钢水到轧卷的生产工序，缩短了生产周期，使钢铁生产流程更紧凑、更连续、更高效、更环保；同时生产成本显著降低，并且生产出的薄带产品质量不亚于传统工艺。因此，薄带连铸技术近年来成为世界各国竞相开发的热点。

传统耐大气腐蚀钢的生产工艺流程由连铸+热轧或连铸+热轧+冷轧等工序完成。精炼后的钢水经过钢包，中间包到结晶器，表层凝固的铸坯经过二冷段继续快速冷却至完全凝固后进行定尺火焰切割，从而完成整个连铸过程。

一般传统的连铸工艺中铸坯的厚度在200mm左右，钢坯坯重一般小于30吨，钢坯的断面尺寸多为(180-200mm)*(1050-2550)mm。连铸后的铸坯经冷却、检查、修模后，进入步进梁式的加热炉内加热；达到一定温度后出炉的钢坯经过高压水除磷后在带有立辊的四辊可逆式粗轧机进行5～7道次，轧制到30～50mm，送入精轧机组进行热连轧，轧制到成品厚度，最后经层流冷却完成带钢的热轧生产过程。热轧后的耐候钢厚度规格最薄达到1.5～2mm。耐候钢若以热轧态出货，到此步骤即可结束，目前热轧耐候钢的产品比例占整个耐候钢品种的90％以上。冷轧耐候钢还需进一步进入下道冷轧工序，热轧耐候钢卷开卷焊接后先经酸洗去除表面氧化皮以及冲边、烘干、平整、涂油等处理，然后进入冷连轧机组得到冷轧带钢，最后冷轧带钢经罩式退火炉进行退火，经平整改善板形后卷取得到成品冷轧带钢。

上述是传统的耐大气腐蚀钢带的生产工艺，其主要问题有：

(1)工艺流程长、能耗高、机组设备多、基建成本高，导致生产成本较高；

(2)质量缺陷较多，成材率低，耐大气腐蚀钢中含有较高含量的磷和铜等易偏析元素，传统工艺流程由于凝固冷却速度慢，容易造成磷、铜等元素的局部宏观偏析，从而导致铸坯的各向异性和出现宏观裂纹，成材率较低。

(3)耐候性不高，耐大气腐蚀钢的耐候性主要取决于钢中磷和铜的共同作用，由上所述传统工艺中磷、铜元素的易偏析特征，成分体系中磷、铜的含量通常取下限，达不到更高的含量，磷的含量一般不高于0.12，铜的含量一般在0.55以下，这样的结果一定程度上牺牲了钢的耐候性能。

在上个世纪80年代末90年代初，在美国纽柯公司的紧凑式带钢生产工艺(Compact Strip Production，简称CSP)获得成功，其特征为薄板坯连铸连轧，工艺流程为：电炉或转炉提供钢水→连铸→均热炉均热→热连轧→卷取。该工艺与传统工艺相比最大的特点是连铸的铸坯厚度为50～90mm，由于原始铸坯薄，热轧机组不需要粗轧机(若坯厚50mm)，或只需要1台粗轧机(坯厚70～90mm)。而传统工艺中粗轧机要反复轧几个道次才能将铸坯减薄至精轧前需要的规格。另外传统工艺中铸坯要先经过冷却后再加热，再进粗轧机，而薄板坯连铸连轧工艺中铸坯不经冷却直接轧制，因此热轧机组前的均热炉只需要补温。因此该工艺比上述传统工艺大大缩短了流程，降低了能耗，节省了能源，具有一定的优势，国内外钢厂纷纷研究或引进CSP生产线。

目前，随着薄板坯连铸连轧技术的发展，国内的薄板坯连铸连轧生产线包括珠钢、马钢、邯钢、涟钢等企业都已相继开发生产出不同强度级别的耐候钢板。由于该工艺的流程优势，国内外也纷纷采用该技术来尝试耐候钢的生产，目前用薄板坯连铸连轧工艺来生产耐候钢的公开专利报道很多，比如CN1382619A、CN1962099A、CN1884608A等专利，国内这方面的专利主要集中在珠钢。

表1为典型传统工艺流程和薄板坯工艺流程生产耐大气腐蚀钢的专利成分对比。

表1

综上所述，耐大气腐蚀钢的研究、开发和生产在国内外主要集中在传统工艺流程和薄板坯工艺流程上。

比薄板坯连铸连轧更新的连铸技术是薄带连铸技术(Strip CastingProcess)，如前述，薄带连铸连轧工艺可以更大程度地简化生产工艺、缩短生产周期、明显降低能耗和生产成本。同时，由于薄带连铸在冶金工艺流程、材料的凝固过程特征、相变历史等方面同传统流程以及薄板坯连铸连轧流程均有所不同，生产出来的材料，其组织和性能与传统工艺和CSP工艺相比有自身独特的特点，其成分均匀、偏析度小(特别对于磷、铜等易偏析元素)、晶粒细小的基本特点给材料研究工作者带来乐观的前景，用它来生产高合金含量、传统工艺易产生偏析的一些钢种具有独特的优势。

在本发明之前，用薄带连铸技术来生产含高磷高铜的耐大气腐蚀钢在国内外还未见报导，仅见到日本三菱重工的专利申请：JP2003088941(高磷钢板制造装置及高磷钢板制造方法)公开了一种应用双辊薄带连铸工艺制造含高磷钢板的方法，专利中提及到高磷钢中的磷含量达到了0.2％，该方法展示了运用薄带连铸工艺制造含磷钢带的可行性；同时，美国纽柯公司的Castrip薄带连铸生产线公开报道，已经可以成功浇铸含铜量达0.7％的低碳钢系列，它的尝试也表明了薄带连铸生产含铜钢的可行性。而本发明提及的耐大气腐蚀钢的成分体系里同时含有上述磷、铜等合金元素，因此上述公开技术为本发明奠定了一定的基础。

发明内容

本发明的目的就是提供一种薄带连铸生产耐大气腐蚀钢及其生产方法，该方法通过双辊薄带连铸工艺来实现；可以将钢中磷、铜含量提高到较高的水平；制得的钢带不会出现磷、铜等元素的偏析；可以广泛应用于海洋性气候地区的建筑、集装箱制造业等领域。生产方法方便经济、易于制造、且具有节能降耗等优点。

为达到上述目的，本发明的技术方案是，

一种薄带连铸生产耐大气腐蚀钢，其化学成分质量百分比为：C0.06～0.12％，Si 0.20～0.50％，Mn 0.20～0.50％，P 0.15～0.22％，S≤0.008％，Cu 0.65～0.80％，Cr 0.30～0.70％，Ni 0.12～0.40％，余量为Fe和不可避免杂质；

将按上述成分冶炼的钢水，浇注到一个由两个相向旋转的水冷结晶辊和侧封装置形成的熔池中，经过水冷结晶辊的冷却形成铸带，铸带经过夹送辊送入在线轧机中轧制成热轧薄带，铸带厚度1～5mm；上述钢水接触双辊铸机结晶辊表面的冷却速度至少要达到300℃/s；离开结晶辊后的铸带在线热轧，形变率30～45％。

本发明薄带连铸生产耐大气腐蚀钢的生产方法，其包括如下步骤：

1)耐大气腐蚀钢的化学成分质量百分比为：C 0.06～0.12％，Si0.20～0.50％，Mn 0.20～0.50％，P 0.15～0.22％，S≤0.008％，Cu0.65～0.80％，Cr 0.30～0.70％，Ni 0.12～0.40％，余量为Fe和不可避免杂质。

2)将按上述成分冶炼的钢水，浇注到一个由两个相向旋转的水冷结晶辊和侧封装置形成的熔池中，经过水冷结晶辊的冷却形成铸带，铸带经过夹送辊送入在线轧机中轧制成热轧薄带，铸带厚度1～5mm；上述钢水接触双辊铸机结晶辊表面的冷却速度至少要达到300℃/s；

3)离开结晶辊后的铸带在线热轧，形变率30～45％。

进一步，在线热轧一道次完成。

又，本发明铸带厚度优选为2～4mm。

本发明钢具有与现存钢种成分明显不同的磷、铜含量特征。上述成分特征大多与国内耐大气腐蚀钢牌号09CuPCrNi规定的成分类似，只在磷和铜的成分要求上有明显不同，下面针对磷和铜的不同要求进行详细说明。

磷在传统工艺流程中，由于高含量的磷会引起晶界的偏析富集而造成钢的脆性，常被认为是有害夹杂元素；但与此同时，我们也知道磷有很多有利作用，主要有：(1)磷作为最强的bcc(体心立方结构)稳定化元素可以有效抑制γ晶粒长大，带来固溶强化效应，提高钢的强度，(2)磷与铜的结合能显著提高钢的耐大气腐蚀性能。为了解决这个矛盾，本发明钢采用双辊薄带连铸新工艺来制造，可解决磷元素的易偏析问题，实现对磷元素的有效利用，本发明钢将磷含量提高到较高的程度，达0.15-0.22％，而不出现明显的偏析富集现象。

与此同时，铜在传统钢铁生产中也是钢中的主要残余元素，而且铜在炼钢过程中很难被去除，近年来由于废钢的连续循环利用导致钢中的铜含量逐渐升高，钢中的铜由于在高温下比钢基体难氧化，会引起钢表面的热脆现象；而且铜和磷一样，也是易偏析元素，通常普通结构用钢中要求铜的含量不得高于0.2％，耐大气腐蚀钢中要求铜的含量不得高于0.55％。但铜具有与Ni大体相同的作用，在钢中可以起到固溶和沉淀强化的作用，而且在耐大气腐蚀钢中Cu-P-Cr-Ni的适当配比，可明显地提高钢的耐大气腐蚀性能。因此有效利用钢中的铜，充分发挥铜的有效作用，避免其有害作用，可以实现废钢或劣质矿资源(高铜矿)中铜的有效利用，促进钢的循环利用，降低生产成本，实现可持续发展的目的。本发明运用薄带连铸的快速凝固效应，可以将Cu的含量提高到0.65-0.80％，而不出现负面效应。

常规由传统连铸生产出来的板坯，它的边缘和心部由于钢液的流动而容易造成各区域化学成分的差异，消除这种差异需要将板坯加热到较高的温度，但是元素的微观晶界偏析仍然是很难消除。本发明采用双辊薄带连铸方法来制造，在双辊薄带的铸造过程中，钢水接触双辊铸机结晶辊表面的冷却速度至少达到300℃/s，通过双辊铸机结晶辊表面的快速凝固效应，显著提高了易偏析元素(磷、铜等)在钢水中的固溶度，减轻了这类元素在钢中的有害作用。通过这些元素在钢中的有效固溶，避免了粗大的碳化物和夹杂物的形成，从而使钢的耐腐蚀性和力学性能得到改善。

上述这些优点的实现只需在双辊铸机上进行，而不需要附加的成套设备或者任何昂贵的后续处理工序，所以高性能的耐大气腐蚀钢带将通过本发明很经济地制造出来，相对常规工艺同样成分的钢带它将具有更好的产品性能。

双辊铸机出来的薄带厚度能尽可能地接近产品需要的最终厚度，因此本发明是很方便经济的。例如，当铸带的厚度是1mm到5mm，特别是1mm到3mm，这种铸带可以以很少的耗费只需随后的一道次热轧工序即被加工成一定厚度的最终热轧产品。

上述提到的一道次热轧工序，是通过单机架四辊热轧机来实现的，双辊薄带连铸铸机连续地浇铸出薄钢带，在出口处薄带自身带着较高的温度(1100-1250℃)，借助自身较高的温度，铸带直接进入单机架四辊热轧机的入口，而不需要额外地布置任何补温或再加热设备；薄带在接下来的运行步骤中被连续地热轧出来形成热轧钢带。在热轧中要求的变形程度一般应达到30-45％。通过双辊铸机的快速凝固以及不需再加热工序的在线热轧过程，可以有效避免元素的偏析和阻止粗大碳化物和夹杂物的形成。

本发明的有益效果

(1)本发明通过双辊铸机之间的快速凝固效应显著提高了易偏析元素在钢中的固溶度，减轻了磷、铜等元素在钢中的有害作用。通过这些元素在钢中的有效固溶，避免了粗大的碳化物和夹杂物的形成，从而使钢的耐腐蚀性和力学性能得到改善。

(2)本发明通过对钢中铜的利用，实现了废钢或劣质矿资源(高铜矿)中铜的有效利用，促进钢的循环利用，降低生产成本，实现可持续发展的目的。

(3)本发明不需要附加的成套设备或者任何昂贵的后续处理工序，工艺流程短、生产效率高、节能降耗明显。

(4)本发明钢的冶炼成分简单，生产成本低，生产方法简便经济、易于制造，生产的钢带是用于海洋性气候地区的建筑、集装箱制造等领域的理想带材。

附图说明

图1为本发明钢带中含磷量和所制造薄带厚度之间的关系示意图。

图2为对比钢板坯中含磷量和所制造的板坯厚度之间的关系示意图。

图3为本发明钢带中含铜量和所制造薄带厚度之间的关系示意图。

图4为对比钢板坯中含铜量和所制造的板坯厚度之间的关系示意图。

图5为对比钢板坯心部磷的偏析富集的电子扫描照片。

具体实施方式

实施例1

表2为本发明的实施例，将符合上述化学成分冶炼的钢水，连铸形成4mm铸带，经在线热轧37.5％的压下率形成2.5mm厚的薄带。在薄带的铸造过程中，钢水接触双辊铸机结晶辊表面的冷却速度为300℃/s。

表2                   单位：质量百分比

	C	Si	Mn	P	S	Cu	Cr	Ni	Fe
										实施例1	0.08	0.48	0.35	0.16	0.006	0.70	0.60	0.25	余量
实施例2	0.06	0.20	0.20	0.22	0.005	0.65	0.30	0.40	余量
										实施例3	0.10	0.35	0.46	0.15	0.006	0.80	0.55	0.37	余量
实施例4	0.12	0.43	0.50	0.18	0.007	0.73	0.65	0.12	余量
										实施例5	0.09	0.50	0.38	0.20	0.008	0.68	0.70	0.20	余量
对比例	0.10	0.45	0.39	0.15	0.004	0.65	0.54	0.28	余量

实施例2

形成2mm厚的铸带，经在线热轧30％的压下率形成1.4mm厚的薄带。在薄带的铸造过程中，钢水接触双辊铸机结晶辊表面的冷却速度为500℃/s。

实施例3

形成2.7mm厚的铸带，经在线热轧45％的压下率形成1.5mm厚的薄带。在薄带的铸造过程中，钢水接触双辊铸机结晶辊表面的冷却速度为1000℃/s。

实施例4

形成3.3mm厚的铸带，经在线热轧40％的压下率形成2.0mm厚的薄带。在薄带的铸造过程中，钢水接触双辊铸机结晶辊表面的冷却速度为600℃/s。

实施例5

形成2.46mm厚的铸带，经在线热轧35％的压下率形成1.6mm厚的薄带。在薄带的铸造过程中，钢水接触双辊铸机结晶辊表面的冷却速度为700℃/s。

对比例

为了进行比较，设计一对比例，厚度为220mm的板坯通过传统连铸工艺被得到。

在图1、3中描述了本发明薄带沿厚度方向上P、Cu的化学成分分布。图中可以看出，元素P、Cu沿薄带厚度方向上的分布是均匀的，没有在薄带中心层被观察到有特别明显的富集现象，说明P、Cu等元素被完全固溶到钢的基体中。按照本发明生产出来的薄带，不存在粗大的碳化物和有害夹杂物，P、Cu等元素的充分固溶能引起钢基体的强化。同时，能更有效地和Cr元素匹配增加钢的耐大气腐蚀性能。

为了比较，图2、图4描述了生产的220mm厚的板坯沿厚度方向上的P、Cu的化学成分分布。图中观察到，在板坯中心层存在明显的成分偏析富集现象，还见到大片的磷偏析存在于钢的晶界，如图5所示为俄歇电子能谱面扫描分析结果，图中发白发亮的区域为磷偏析的区域，这种不良偏析容易导致板坯出现纵裂纹以及在心部形成粗大的有害夹杂物，且难以在后续的工序中被消除。

从上述本发明薄带中P、Cu的化学成分分布以及相应的在传统工艺条件下生产的板坯中的化学成分分布中，可以清楚地看出，本发明钢种必须通过双辊薄带连铸方法来制造，其结晶辊之间存在足够快的凝固冷却速度是实现本发明钢带成材的前提。

Claims (4)

1.一种薄带连铸生产耐大气腐蚀钢，其化学成分质量百分比为：C0.06～0.12％，Si 0.20～0.50％，Mn 0.20～0.50％，P 0.15～0.22％，S≤0.008％，Cu 0.65～0.80％，Cr 0.30～0.70％，Ni 0.12～0.40％，余量为Fe和不可避免杂质；

将按上述成分冶炼的钢水，浇注到一个由两个相向旋转的水冷结晶辊和侧封装置形成的熔池中，经过水冷结晶辊的冷却形成铸带，铸带经过夹送辊送入在线轧机中轧制成热轧薄带，铸带厚度1～5mm；上述钢水接触双辊铸机结晶辊表面的冷却速度至少要达到300℃/s；离开结晶辊后的铸带在线热轧，形变率30～45％。

2.一种薄带连铸生产耐大气腐蚀钢的生产方法，其包括如下步骤：

1)耐大气腐蚀钢的化学成分质量百分比为：C 0.06～0.12％，Si0.20～0.50％，Mn 0.20～0.50％，P 0.15～0.22％，S≤0.008％，Cu0.65～0.80％，Cr 0.30～0.70％，Ni 0.12～0.40％，余量为Fe和不可避免杂质。

2)将按上述成分冶炼的钢水，浇注到一个由两个相向旋转的水冷结晶辊和侧封装置形成的熔池中，经过水冷结晶辊的冷却形成铸带，铸带经过夹送辊送入在线轧机中轧制成热轧薄带，铸带厚度1～5mm；上述钢水接触双辊铸机结晶辊表面的冷却速度至少要达到300℃/s；

3)离开结晶辊后的铸带在线热轧，形变率30～45％。

3.如权利要求2所述的薄带连铸生产耐大气腐蚀钢的生产方法，其特征是，在线热轧一道次完成。

4.如权利要求2所述的薄带连铸生产耐大气腐蚀钢的生产方法，其特征是，铸带的厚度优选为2～4mm。

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