CN101781735B - 抗拉强度≥1000MPa的经济性高强度捆带钢及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗拉强度≥1000MPa的经济性高强度捆带钢及其制造方法，该钢的重量百分比组分包括：C：0.25-0.42，Mn：1.0-2.0，Si：≤0.45，S：≤0.04，P：≤0.04，Al：≤0.08，其它为Fe和不可避免杂质。其制造方法包括控制夹杂物形态的纯净钢冶炼的炼钢工艺、热轧工艺、冷轧工艺和发蓝退火工艺，可以实现高强捆带钢的清洁生产，减少生产流程，提高生产效率，在显著降低生产成本的同时可以获得强度和塑性良好匹配的抗拉强度≥1000MPa的经济性高强度捆带钢。

Description

抗拉强度≥1000MPa的经济性高强度捆带钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种捆带钢及其制造方法，尤其涉及一种抗拉强度≥1000MPa的经济性高强度捆带钢设计及制造方法。

背景技术

捆带钢是一种保证货物安全装卸和运输的薄带状钢铁制品，主要用来包装钢材、有色金属、轻纺制品、建材、纸卷(板)和羊毛等货物。捆带钢要求具有较高的抗拉强度和一定的延伸率，因而具有强度高、延性好、捆扎牢固及运输、装卸过程中不易散包等优势。此外，由于长期工作于室外环境下，同时要求捆带钢具有一定的抗腐蚀性。

在捆带钢中，对于主要用于钢铁产品(热轧卷，冷轧卷、钢管、线材等)包装捆扎的高强捆带钢的需求量很大，仅钢铁行业每年就需要约11-13万吨。目前，高强度捆带钢的生产工艺一般有三种：一是采用冷轧强化后进行退火的工艺，目前主要用于生产抗拉强度800-900Mpa，延伸率≥4％的捆带钢，生产成本较低；二是采用铅浴等温淬火的贝氏体强化处理工艺，主要生产抗拉强度≥980Mpa，延伸率≥10％的捆带钢，但其设备结构复杂，价格昂贵，特别是由于采用铅浴处理，会造成严重的环境污染，一些国家已开始限制使用，并且其生产成本较高；三是采用两相区淬火的马氏体强化处理工艺，主要生产抗拉强度≥940Mpa，延伸率≥8％的捆带钢，其设备结构和生产过程较复杂且生产成本较高。因此，采用工艺一生产出性能接近或超过工艺二和工艺三的捆带钢就可以大大减少环境污染并降低生产成本。

题目为“STEEL STRAP AND METHOD OF MAKING”的专利US5656103，文中所述的捆带钢的生产流程为铸坯经热轧和冷轧后直接镀Zn而不经热处理过程，但抗拉强度不稳定，在900-1100MPa间变化，且延伸率只有0-4％；同时该专利在成分上要求控制N含量和添加微合金元素B，增加了生产制造成本。

题目为“STEEL STRAP COMPOSITION AND MANUFACTURING PROCESS”的专利EP1428895，采用C-Mn-Si的合金设计，通过铅浴等温淬火工艺，生产强度在1170-1240MPa，延伸率为6.5％的超高强度捆带钢。且该种捆带钢需用铅浴生产，会造成严重的环境污染；同时，捆带的延伸率也偏低，易造成脆断。

题目为“HEAT TREATED COLD ROLLED STEEL STRAPPING”的专利US4816090，采用Nb和Ti微合金化，通过两相区迅速淬火的工艺，生产抗拉强度大于955MPa，延伸率大于14％的捆带钢。由于需要两相区加热及控制性水冷设备，增加了生产流程，影响生产效率，提升了生产成本。

题目为“STEEL STRAPPING AND METHOD OF MAKING”的专利US6635127，采用Nb，Ti，V和Al等的微合金化，通过两相区迅速淬火的工艺，生产抗拉强度在970-1070MPa，延伸率在10-14％的捆带钢。该专利也需两相区加热及控制性水冷设备，增加了生产流程，影响生产效率，提升了生产成本。

题目为“HIGH PERFORMANCE STEEL STRAPPING FOR ELEVATED TEMPERATURESERVICE”的专利CA2169915，采用添加V和Mo等强化元素的方法，通过铅浴等温淬火工艺，生产在高温条件下具有更高强度的捆带钢。该专利是高温用捆带钢方面的，且含有Mo等贵重元素，提高了生产成本。并因使用铅浴工艺，将会造成严重的环境污染。

题目为“高强度包装钢带的生产设备及其生产方法”的专利CN 1927482，重点在高强捆带钢生产的设备及生产工艺。该生产过程为原料圆钢-热轧-控制冷却-冷轧-涂漆，此外并未再涉及其他工艺。

上述现有专利技术的主要特点如以下表1所示：

发明内容

本发明的目的是通过合理的成分设计和工艺设计，提供一种抗拉强度≥1000MPa的经济性高强度捆带钢及其制造方法，以解决现有技术存在的污染环境严重、生产效率较低和成本高的问题，并通过生成回复的铁素体+粒状珠光体组织，实现成品强度与塑性性能的良好匹配。

本发明的技术构思如下：本发明高强度捆带钢成分的设计思想是采用C和Mn，而不添加贵重合金元素和微合金元素，结合发蓝退火工艺，通过控制发蓝温度和带钢走速可以获得回复的铁素体+粒状珠光体组织，以保证捆带钢具有强度和塑性的良好匹配。其主要的基本元素作用有以下几个方面：

碳：是钢中最经济、最基本的强化元素，通过固溶强化和析出强化对提高钢的强度有明显作用。碳含量的高低很大程度地决定了铁素体+珠光体钢的强度级别，这是因为碳是奥氏体转变成硬相渗碳体所必不可少的元素，碳含量越高形成的硬相渗碳体在组织中的比例就越高。但是高的C含量对钢的塑性和韧性也有负面影响，故C含量也不能过高。因此，本专利采用的C含量在0.25-0.42％范围。

锰：是置换型合金元素，通过固溶强化提高钢的强度，是补偿因C含量降低而引起强度损失的最主要且经济的强化元素。Mn还是扩大γ相区的元素，可降低钢的γ→α相变温度，有助于获得细小的相变产物，但含锰过高时，会有较明显的脆性现象。因此，本发明采用的Mn含量在1.0-2.0％范围。

硅：在钢中起固溶强化作用，且钢中加硅能提高钢质纯净度和脱氧。但过高的硅会给热轧加热和后续产品涂镀带来麻烦，影响钢板的表面质量。因此，本发明采用的Si含量小于0.45％。

铝：是钢中的主要脱氧元素，有利于细化晶粒，一般的钢中均含有一定量。本发明中加入的铝主要用来脱氧和细化晶粒。因此，本发明加入小于0.08％的铝。

硫、磷：是钢中不可避免的杂质元素，希望越低越好。硫在钢中与锰等化合形成塑性夹杂物硫化锰，尤其对钢的横向塑性和韧性不利，因此希望越低越好。磷也是钢中的有害元素，严重损害钢板的塑性和韧性。

因此，发明人以冷轧强化和回复软化等材料理论为基础，开发设计了经济性高强捆带钢成分。并且制定了控制夹杂物形态的纯净钢冶炼的炼钢工艺、热轧工艺、冷轧工艺和发蓝退火工艺，通过合理的成分和工艺进行最终产品的组织控制，获得了强度和塑性良好匹配的回复铁素体+粒状珠光体组织。

本发明的目的是这样实现的：

一种抗拉强度≥1000MPa的经济性高强度捆带钢，其重量百分比组分为：C：0.25-0.42％，Mn：1.0-2.0％，Si：≤0.45％，S：≤0.04％，P：≤0.04％，Al：≤0.08％，其它为Fe和不可避免杂质。

优选地，所述抗拉强度≥1000MPa的经济性高强度捆带钢的重量百分比组分为C：0.3-0.4％，Mn：1.3-1.9％，Si：≤0.42％，S：≤0.03％，P：≤0.02％，Al：≤0.03％，其它为Fe和不可避免杂质。

一种抗拉强度≥1000MPa的经济性高强度捆带钢的制造方法，包括下列步骤：

第一步，铁水预脱硫；

第二步，按如下化学成分的重量百分比进行转炉冶炼：C：0.25-0.42％，Mn：1.0-2.0％，Si：≤0.45％，S：≤0.04％，P：≤0.04％，Al：≤0.08％，其它为Fe和不可避免杂质；

第三步，连铸；

第四步，板坯再加热至1100-1300℃，保温；

第五步，热轧：终轧温度800-950℃；

第六步，控制冷却：冷却速度5-50℃/s；

第七步，卷曲：卷曲温度500-750℃；

第八步，冷轧：50-90％的压下率；

第九步，发蓝退火：发蓝退火温度430-580℃。

优选地，所述抗拉强度≥1000MPa的经济性高强度捆带钢的制造方法还包括：第十步，涂漆。

优选地，所述第四步中的保温时间小于30min。

优选地，所述第六步中所用冷却介质是水。

本发明由于采用了以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下优点和积极效果：本发明采用0.25-0.42％C和1.0-2.0％Mn的设计，通过热轧、冷轧、发蓝退火工艺生产抗拉强度≥1000MPa的经济性高强捆带钢。它具有成本低、环境污染小、性能较好等优点。具体为：

(1)不添加贵重合金元素和微合金元素。本发明的成分简单，通过C和Mn的成分设计和冷轧工艺的优化来提高冷轧板强度，并利用发蓝退火过程的回复作用，提高冷轧强化后板材的塑性。

(2)无需采用铅浴淬火或两相区淬火的工艺生产。可以实现高强捆带钢的清洁生产，减少生产流程，提高生产效率，能够显著降低生产成本。

(3)实现高强度和塑性的良好匹配。通过适当增加C含量，提高材料强度，同时控制发蓝退火的温度及带钢走速，使得冷轧组织发生回复作用，促进强度下降、塑性上升，实现强度和塑性的良好匹配。

附图说明

以下结合附图和具体实施例来对本发明作进一步说明。

图1为采用本发明方法制造出的高强度捆带钢的金相组织图。

具体实施方式

以下表格为本发明的具体实施方式，其中表2为本发明制造出的高强度捆带钢的化学成分，表3为所采用的工艺参数，表4为在室温条件下进行拉伸试验的性能测试结果。又如图1所示，从该金相组织图中可明显看出回复铁素体+粒状珠光体的组织结构更为细小。

表2实施例的化学成分(wt％)

实施例	C	Mn	Si	S	P	Al
							1	0.25	1.01	0.05	0.004	0.012	0.037
2	0.31	1.39	0.069	0.033	0.012	0.051
							3	0.31	1.43	0.37	0.01	0.033	0.001
4	0.36	1.40	0.039	0.036	0.038	0.026
							5	0.39	1.74	0.42	0.017	0.015	0.002
6	0.42	1.93	0.06	0.004	0.012	0.077
							范围	0.25-0.42	1.0-2.0	≤0.45	≤0.04	≤0.04	≤0.08

表3实施例所采用工艺参数

表3室温拉伸性能检验结果

综上所述，按照本发明制造出的抗拉强度≥1000MPa，延伸率大于10％的经济性高强捆带钢具有强度和塑性匹配良好的特点，本发明方法具有生产流程短、生产效率高、生产成本低等优点，同时能显著降低对环境的污染，因此本发明具有良好的应用前景。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (5)

1.一种抗拉强度≥1000MPa的经济性高强度捆带钢，其特征在于重量百分比组分为：

C：0.3-0.4％

Mn：1.3-1.9％

Si：≤0.42％

S：≤0.03％

P：≤0.02％

Al：≤0.03％

其余为Fe和不可避免杂质。

2.一种抗拉强度≥1000MPa的经济性高强度捆带钢的制造方法，其特征在于包括下列步骤：

第一步，铁水预脱硫；

第二步，按如下化学成分的重量百分比进行转炉冶炼：C：0.3-0.4％，Mn：1.3-1.9％，Si：≤0.42％，S：≤0.03％，P：≤0.02％，Al：≤0.03％，其余为Fe和不可避免杂质；

第三步，连铸；

第四步，板坯再加热至1100-1300℃，保温；

第五步，热轧：终轧温度800-950℃；

第六步，控制冷却：冷却速度5-50℃/s；

第七步，卷曲：卷曲温度500-750℃；

第八步，冷轧：50-90％的压下率；

第九步，发蓝退火：发蓝退火温度430-580℃。

3.如权利要求2所述的抗拉强度≥1000MPa的经济性高强度捆带钢的制造方法，其特征在于还包括：第十步，涂漆。

4.如权利要求2或3所述的抗拉强度≥1000MPa的经济性高强度捆带钢的制造方法，其特征在于：所述第四步中的保温时间小于30min。

5.如权利要求2或3所述的抗拉强度≥1000MPa的经济性高强度捆带钢的制造方法，其特征在于：所述第六步中所用冷却介质是水。

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