CN101805870A - 抗拉强度高于1100MPa的高强度捆带钢及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗拉强度高于1100MPa的高强度捆带钢及其制造方法，该高强度捆带钢的重量百分比组分包括：C：0.25-0.35，Mn：1.0-2.0，Si：≤0.45，S：≤0.04，P：≤0.04，其它为Fe和不可避免杂质。其制造方法包括夹杂物形态控制的纯净钢冶炼的炼钢工艺、热轧工艺、冷轧工艺和铁素体+奥氏体两相区迅速淬火+回火的热处理工艺。本发明可以实现强度和塑性匹配良好、达到1100MPa以上抗拉强度和10％以上延伸率的高强捆带钢的清洁生产，并且生产操作较易进行、生产效率高、生产成本低、环境污染小，因此具备良好的应用前景。
Description
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高于1100MPa的高强度捆带钢及其制造方法。
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，高强度捆带钢主要用于钢铁产品(热轧卷，冷轧卷、钢管、线材等)的包装捆扎，其需求量很大，仅钢铁行业每年就需要约11-13万吨。并且随着钢铁行业的发展，尤其是大厚度和高强度的热轧板卷的大量生产，对于捆带钢的强度要求也在不断地提高。因此，具有更高强度的采用清洁工艺生产的高强度捆带钢具有广阔的市场前景。
目前，针对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；二是采用铅浴等温淬火的贝氏体强化处理工艺；三是采用两相区淬火的马氏体强化处理工艺。其中的工艺一，主要用于生产抗拉强度800-900Mpa，延伸率≥4％的捆带钢，其对原料质量要求高且产品质量不易稳定，因此发展受到限制；工艺二，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；工艺三，目前主要生产抗拉强度≥940Mpa，延伸率≥8％的捆带钢，采用水作为淬火介质，无环境污染。随着货物对捆带强度要求的不断提高，现有强度的捆带已不能很好地满足使用需求，捆带钢向更高强度级别发展已成为一种趋势。因此，采用清洁的工艺三生产出具有更高强度的捆带钢已成为该领域急需解决的问题。
经国内、国际联机检索表明：捆带钢制造的专利主要集中在美国伊利诺斯工具公司。对于检索得到的专利与本发明分别进行分析如下：
专利1：专利公开号US5656103、题目为“STEEL STRAP AND METHOD OF MAKING”的专利，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％。而本发明通过对冷轧板进行淬火+回火的热处理，可以达到1100MPa以上的抗拉强度以及10％以上的延伸率；在成分上，本发明采用更高的Mn含量来获得高的强度。同时上述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。而本发明无需添加微合金元素，一方面降低了制造成本，另外一方面充分发挥了水作为合金元素的思想，利用相变强化，使得产品的力学性能更优。
专利2：专利公开号EP1428895、题目为“STEEL STRAP COMPOSITION AND MANUFACTURING PROCESS”的专利，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％的捆带钢。但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。而本发明使用水代替铅浴作为相变介质，减少了环境污染；在成分上，本发明降低了Si含量，有利于得到良好的钢板表面质量；此外，组织中的大量回复铁素体与回火马氏体相协调，因此可以具有更高的延伸率。
专利3：专利公开号US4816090、题目为“HEAT TREATED COLD ROLLED STEEL STRAPPING”的专利，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。本发明也采用两相区淬火工艺，但通过更高的C含量来增加淬透性，提高板材强度，能够使得捆带的强度(达到1100MPa以上)明显高于上述专利。并且，本发明无需添加Nb和Ti等微合金元素，因此能降低制造成本。
专利4：专利公开号US2003034100、题目为“STEEL STRAPPING”的专利，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。本发明也采用两相区淬火工艺，但通过更高的C含量来增加淬透性，提高板材强度，能够使得捆带强度(达到1100MPa以上)明显高于上述专利。并且，本发明无需添加Nb、V和Ti等微合金元素，因此能降低制造成本。
专利5：专利公开号CA2169915、题目为“HIGH PERFORMANCE STEEL STRAPPING FOR ELEVATED TEMPERATURE SERVICE”的专利，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，因此与本发明的范围不同。并且，本发明不含Mo等贵重元素，也不采用铅浴工艺。
专利6：专利公开号CN1927482、题目为“高强度包装钢带的生产设备及其生产方法”的专利，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，这不同于本发明的生产工艺。
上述现有专利技术的主要特点如下表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，提供一种抗拉强度高于1100MPa的高强度捆带钢及其制造方法，以解决现有技术中存在的捆带钢强度性能不高、生产过程对环境污染大、生产效率较低和成本高的问题，从而实现具有1100MPa以上抗拉强度和10％以上延伸率的高强度捆带钢的生产。
本发明的技术构思如下：本发明抗拉强度高于1100MPa的高强度捆带钢的成分设计思想是采用C和Mn的设计，而不添加贵重合金元素和微合金元素，结合铁素体+奥氏体两相区的迅速淬火+回火的工艺，通过控制淬火温度可以获得碳化物弥散分布的回复铁素体和回火马氏体的组织，以保证捆带钢具有高强度和塑性的良好匹配。其中，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钢板的强度级别，因为碳是奥氏体转变成马氏体、贝氏体等钢中的强化相所必不可少的元素，可以明显的提高材料的淬透性和淬硬性。若碳含量过低则钢中没有足够的碳化物和固溶碳，在奥氏体转变为马氏体过程中不能产生足够的畸变以强化马氏体组织从而获得钢板的强度。但是提高C含量对钢的塑性、韧性和焊接性也有负面影响，故C含量也不能过高。因此，本发明采用的C含量在0.25-0.35％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，能够提高淬火后钢板强度。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，提高钢的淬透性。因此，本发明采用的Mn含量在1.0-2.0％范围。
硅：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％。
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，发明人以相变强化和位错强化等材料强化理论为基础，开发设计了高强捆带钢的成分，并制定了夹杂物形态控制的纯净钢冶炼的炼钢工艺、热轧工艺、冷轧工艺和铁素体+奥氏体两相区迅速淬火+回火的热处理工艺，通过合理的成分和工艺进行最终产品的组织控制，获得了具有高强度和一定塑性的回火马氏体+碳化物弥散分布的回复铁素体组织。
本发明的目的是这样实现的：一种抗拉强度高于1100MPa的高强度捆带钢，其重量百分比组分为：
C：0.25-0.35％
Mn：1.0-2.0％
Si：≤0.45％
S：≤0.04％
P：≤0.04％
其它为Fe和不可避免杂质。
优选地，所述抗拉强度高于1100MPa的高强度捆带钢的重量百分比组分为：
C：0.26-0.345％
Mn：1.05-1.92％
Si：≤0.42％
S：≤0.037％
P：≤0.037％
其它为Fe和不可避免杂质。
一种抗拉强度高于1100MPa的高强度捆带钢的制造方法，其包括下列步骤：
1)铁水预脱硫；
2)按照如下化学成分的重量百分比进行转炉冶炼：C：0.25-0.35％，Mn：1.0-2.0％，Si：≤0.45％，S：≤0.04％，P：≤0.04％，其它为Fe和不可避免杂质；
3)连铸；
4)热轧：终轧温度为800-950℃；
5)卷曲：卷曲温度为500-750℃；
6)冷轧：冷轧压下率为52-80％；
7)铁素体+奥氏体两相区淬火：淬火温度为730-790℃；
8)回火：回火温度为430-530℃。
优选地，所述抗拉强度高于1100MPa的高强度捆带钢的制造方法还包括步骤9)：涂漆。
优选地，所述步骤7)中的淬火速度≥100℃/s。
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：本发明采用含0.25-0.35％C和1.0-2.0％Mn的冷轧板，并经铁素体+奥氏体两相区迅速淬火+回火的生产工艺制造高强捆带钢，使其具有1100MPa以上的抗拉强度和10％以上的延伸率的良好性能，因此本发明方法具备制造成本低、生产效率高、环境污染小、产品性能更好等优点。具体为：
(1)本发明的组成成分简单，且不添加贵重合金元素和微合金元素。它通过C和Mn的成分设计，主要利用“水作为合金元素”的作用，在淬火+回火后获得回火马氏体和碳化物弥散分布的回复铁素体的组织。
(2)用水代替铅浴作为淬火介质，实现了高强捆带钢的清洁生产，同时也有效地降低了生产能耗。
(3)实现高强度和塑性的良好匹配。与前述的专利3和4相比，在本发明中通过适当地增加C含量，以此来增加材料的淬透性，明显提高材料强度；同时，通过控制淬火温度，控制组织奥氏体化的比例，使得组织中保留大量的未奥氏体化的回复铁素体，因此保证了一定的塑性。回火后，淬火马氏体转变成回火马氏体，减小了淬火应力，提高材料的塑性，因此获得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为经过铁素体+奥氏体两相区迅速淬火+回火热处理后钢的典型金相组织图。
具体实施方式
实施例1-10
以下表2为本发明抗拉强度高于1100MPa的高强度捆带钢的实施例的化学成分，表3为所对应采用的工艺参数，表4为在室温条件下进行拉伸试验的性能测试结果。再请参阅图1，从该金相组织图中可明显看出由碳化物弥散分布的回复铁素体+回火马氏体所构成的组织结构细小、均匀。
表2实施例的化学成分(wt％)
| 实施例 | C | Mn | Si | S | P |
| 1和2 | 0.26 | 1.05 | 0.23 | 0.011 | 0.037 |
| 3和4 | 0.29 | 1.24 | 0.22 | 0.0089 | 0.017 |
| 5和6 | 0.31 | 1.44 | 0.35 | 0.009 | 0.023 |
| 7和8 | 0.34 | 1.67 | 0.28 | 0.037 | 0.034 |
| 9和10 | 0.35 | 1.92 | 0.42 | 0.017 | 0.013 |
| 范围 | 0.25-0.35 | 1.0-2.0 | ≤0.45 | ≤0.04 | ≤0.04 |
表3实施例采用的工艺参数
| 实施例 | 终轧温度(℃) | 卷曲温度(℃) | 冷轧压下率(％) | 淬火加热温度(℃) | 淬火速度(℃/s) | 回火温度(℃) |
| 1 | 860 | 650 | 78 | 735 | 230 | 475 |
| 2 | 860 | 650 | 78 | 760 | 250 | 475 |
| 3 | 940 | 605 | 72 | 733 | 310 | 438 |
| 4 | 940 | 605 | 72 | 765 | 350 | 438 |
| 5 | 810 | 680 | 68 | 740 | 250 | 512 |
| 6 | 810 | 680 | 68 | 770 | 260 | 512 |
| 7 | 840 | 515 | 60 | 740 | 100 | 520 |
| 8 | 840 | 515 | 60 | 775 | 120 | 520 |
| 实施例 | 终轧温度(℃) | 卷曲温度(℃) | 冷轧压下率(％) | 淬火加热温度(℃) | 淬火速度(℃/s) | 回火温度(℃) |
| 9 | 910 | 735 | 52 | 745 | 270 | 530 |
| 10 | 910 | 735 | 52 | 787 | 290 | 530 |
表4室温拉伸性能检验结果
| 实施例 | 板材厚度(mm) | 抗拉强度UTS(MPa) | 延伸率El(A50)(％) |
| 1 | 0.543 | 1110 | 11 |
| 2 | 0.547 | 1130 | 13 |
| 3 | 0.712 | 1140 | 10 |
| 4 | 0.714 | 1200 | 11 |
| 5 | 0.804 | 1170 | 12 |
| 6 | 0.809 | 1190 | 10 |
| 7 | 1.024 | 1180 | 11 |
| 8 | 1.025 | 1220 | 11 |
| 9 | 1.197 | 1190 | 12 |
| 10 | 1.201 | 1240 | 10 |
(注：试样平行段为20×75mm，A50标距)
综上所述，按照本发明方法制造出的高强度捆带钢，它的抗拉强度能达到1100MPa以上，延伸率能达到10％以上，因此具有强度和塑性匹配良好的特点。
值得注意的是，采用传统的铅浴处理来生产高强捆带钢将会造成严重的环境污染，因此近年来它已被一些国家明令限制使用。从环保、节能等角度考虑，采用清洁工艺生产更高强度的捆带钢已成为捆带钢发展的必然趋势。而本发明的抗拉强度高于1100MPa的高强度捆带钢及其制造方法具有生产操作较易进行、生产效率高、生产成本低、环境污染小等众多优点，因而具备良好的应用前景。
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)
1.一种抗拉强度高于1100MPa的高强度捆带钢，其特征在于重量百分比组分为：
C：0.25-0.35％
Mn：1.0-2.0％
Si：≤0.45％
S：≤0.04％
P：≤0.04％
其它为Fe和不可避免杂质。
2.如权利要求1所述的抗拉强度高于1100MPa的高强度捆带钢，其特征在于重量百分比组分为：
C：0.26-0.345％
Mn：1.05-1.92％
Si：≤0.42％
S：≤0.037％
P：≤0.037％
其它为Fe和不可避免杂质。
3.一种抗拉强度高于1100MPa的高强度捆带钢的制造方法，其特征在于包括下列步骤：
1)铁水预脱硫；
2)按照如下化学成分的重量百分比进行转炉冶炼：C：0.25-0.35％，Mn：1.0-2.0％，Si：≤0.45％，S：≤0.04％，P：≤0.04％，其它为Fe和不可避免杂质；
3)连铸；
4)热轧：终轧温度为800-950℃；
5)卷曲：卷曲温度为500-750℃；
6)冷轧：冷轧压下率为52-80％；
7)铁素体+奥氏体两相区淬火：淬火温度为730-790℃；
8)回火：回火温度为430-530℃。
4.如权利要求3所述的抗拉强度高于1100MPa的高强度捆带钢的制造方法，其特征在于还包括步骤9)：涂漆。
5.如权利要求3或4所述的抗拉强度高于1100MPa的高强度捆带钢的制造方法，其特征在于：所述步骤7)中的淬火速度≥100℃/s。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20111221 Termination date: 20140217 |