CN102002628A

CN102002628A - 一种低碳钢薄板的制造方法

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Publication number: CN102002628A
Application number: CN2009101948602A
Authority: CN
Inventors: 于艳; 梁高飞; 王秀芳; 方园; 吴建春
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2009-08-31
Filing date: 2009-08-31
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2029-08-31
Also published as: CN102002628B

Abstract

一种低碳钢薄板的制造方法，其包括如下步骤：1)按下述化学成分冶炼，钢水成分重量百分比为：碳：0.03～0.08％；锰：0.4～1.2％；硅：0.2～0.5％；硼：0.001～0.008％；硫≤0.01％；磷≤0.015％；氮≤0.006％；氧≤0.006％，余量Fe和不可避免的杂质；2)浇铸，钢水通过一对结晶辊快速凝固后直接浇铸出铸带；3)二次冷却，铸带从结晶辊浇铸出来后经过密闭室，密闭室内安装二次冷却装置；4)热轧，压下率0％～50％，热轧温度900～1050℃；5)三次冷却，三次冷却采取喷水、喷射气-水混和、或喷雾系统；6)卷取；7)钢卷冷却到室温，根据市场产品要求直接热轧状态供货，或经过酸洗、冷轧或者再增加热镀锌工序进行供货。

Description

一种低碳钢薄板的制造方法

技术领域

本发明涉及冶金材料领域，具体涉及一种低碳钢薄板的制造方法。

背景技术

工程领域中，常用的结构材料一般为碳钢和经过微合金化后的低合金钢，由于它们具有优良的机械性能和较低的市场价格而得到广泛的应用。

传统的低碳钢薄板的生产工艺流程由连铸+热轧或连铸+热轧+冷轧等工序完成。一般传统的连铸工艺中铸坯的厚度在200mm左右，连铸后的铸坯经冷却、检查、修模后，进入加热炉内加热。达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，然后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。热轧后的厚度规格最薄达到1.5～2mm，若以热轧态供货，到此步骤即可结束；如果需要更薄规格的产品，需进一步进入下道冷轧工序，经平整改善板形后卷取得到成品冷轧带钢。

薄板坯连铸连轧技术生产低碳钢或者微合金钢是从在上个世纪80年代末90年代初开始，其工艺流程为：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制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。

比薄板坯连铸连轧更新的连铸技术是薄带连铸技术(Strip CastingProcess)，其生产工艺的主要特点就是钢水通过一对内部具有循环冷却作用的铸轧辊，经过激冷、凝固后直接浇铸出1～5mm厚的铸带，铸带经过一道次在线热轧后卷取直接生产出热轧卷。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薄板坯连铸连轧工艺相比有自身独特的特点和优势。

用薄带连铸技术来生产低碳钢或者微合金钢已有公开报道。中国专利ZL01815839.0和ZL01816185.5公开了一种用薄带连铸生产低碳钢方法。其主要的化学成分为：碳：0.02～0.08％；锰：0.3～0.8％；硅：0.1～0.4％；硫：0.002～0.05％：铝＜0.01％。两个专利的不同之处在于中国专利ZL01815839.0是通过在850℃～400℃的温度范围内，以至少为0.01℃/秒的选择的冷却速度冷却钢带，得到至少为200Mpa的显微结构的冷却钢带。中国专利ZL01816185.5以不小于90℃/秒的冷却速度冷却钢带，得到具有大于450Mpa的钢板。

美国专利US2007/0090161A1、US2007/0175608、US7299856B2分别在中国专利ZL01815839.0和ZL01816185.5专利成分的基础上，进一步限定了自由氮的含量小于120ppm；自由氢小于6.9ppm，硫含量在0.003％～0.008％，碳的含量0.01％～0.065％，总氧含量至少100ppm，游离氧在30～50ppm。

美国专利公开号为US2008/0219879A1的专利公开了添加了微合金元素生产不同强度级别的薄带连铸碳钢产品。其主要的的成分范围是碳＜0.25％；锰：0.2～2％；硅：si 0.05～0.5％；铝＜0.01％；铌：0.01～0.2％。在这个成分的基础上还可以进一步添加钼：0.05～0.5％；钒：0.1～0.2％。产品的屈服强度至少为340Mpa，抗拉强度至少大于410Mpa，延伸率至少为大于6％。

中国专利ZL98806330.1和美国专利US6502625公开了一种生产低碳钢带材的连铸方法，公开的成分范围为：碳：0.02～0.1％；锰：0.1～0.6％；硅：0.02～0.35％；硫＜0.015％：铝：0.01～0.05％；磷＜0.02％；铬：0.05～0.35％；Ni：0.05～0.3％；N：0.003～0.012％，其余为铁。该成分中还可以进一步包含钛＜0.03％；钒＜0.1％；铌＜0.035％。经过小于15％的热轧，以5～80℃/秒的冷却速度冷却，在500～800℃进行卷取。产品可以达到屈服强度至少为180～250Mpa；抗拉强度至少大于280Mpa。屈强比小于0.75。总延伸量大于30％。

在传统的热轧带钢和薄板坯连铸连轧工艺中都有生产含硼钢的公开报道。文献《CSP工艺生产硼微合金化SPHD板的组织性能》，北京科技大学学报，Vol.29。No.10，PP889～993。公开报道了用薄板坯连铸连轧工艺生产含硼钢，生产的钢种为SPHD钢，其主要的成分为：C≤0.1％；Si≤0.05％；Mn≤0.5％；P≤0.035；S≤0.035；Al≥0.02，B：0.004～0.006％。

中国专利CN101328564公开一种传统流程生产优良焊接性的低屈强比的含硼钢，其主要的成分范围为：C：0.055～0.095％，Si≤0.20％，Mn：0.90～1.20％，P≤0.013％，S≤0.003％，Cr：0.40～0.90％，Cu：0.25～0.55％，Ni：0.60～1.20％，Mo：0.30～0.50％，Nb：0.010～0.030％，Als：0.040～0.060％，Ti：0.008～0.020％，V：0.015～0.055％，N≤0.0040％，Ca：0.001～0.005％，B：0.0008～0.0016％；中国专利CN1087356C公开了传统流程生产超高强可焊接含硼钢，其主要的成分范围为：C：0.03％～0.1％C；Si：0～0.5％；Mn：1.6％～2.1％，Nb：0.01～0.1％；V：0.01～0.1％；Mo：0.2％～0.5％；Ti：0.005～0.03％；B：0.0005～0.002％。中国专利CN101113507A公开了一种传统流程用铌钒微合金化的低碳硼钢。其主要的成分范围为：C：0.18～0.24％；Mn：0.8～1.2％；Ti：0.01～0.03％；B：0.001～0.003％；Nb：0.02～0.08％；V：0.02～0.08％；Als：0.01～0.05％；Si＜0.2％；P＜0.03％；S＜0.03％。

发明内容

由于薄带连铸连轧热加工历程与传统热轧的差异，带钢凝固和冷却速度快，导致热轧产品晶粒细小，冷轧原料强度普遍高于常规热轧产品。屈服强度与抗拉强度的比值(简称屈强比)一般大于0.8，而传统工艺冷轧原料的屈强比一般小于0.75。对于CQ、DDQ级的板材化学成分和性能要求，必须适当降低冷轧原料的强度，才能适应大批量生产的需求。为了满足CQ-DDQ级钢对冷轧料的要求，可以降低Si，P，C，N等元素的含量，这不仅提高了钢水的冶炼成本，而且降低Si，P，C，N也会大幅度降低钢材的抗拉强度，而不能满足强度要求。本发明的目的就是提供一种工艺流程短、能耗低、生产成本低的低碳钢薄板的制造方法。该方法通过向双辊薄带连铸工艺来实现，通过合理的成分和工艺设计，可以得到屈服强度大于200Mpa以上，不同强度级别的，屈服强度和抗拉强度的比值小于0.8薄板。该方法具有工艺流程短、制造方法简单、节能降耗明显等优点。

为实现上述目的，本发明的技术方案是，

一种低碳钢薄板的制造方法，其包括如下步骤：

1)按下述化学成分冶炼，钢水成分重量百分比为：碳：0.03～0.08％；锰：0.4～1.2％；硅：0.2～0.5％；硼：0.001～0.008％；硫≤0.01％；磷≤0.015％；氮≤0.006％；氧≤0.006％，余量为Fe和不可避免的杂质；

2)浇铸，钢水通过一对内部具有循环冷却作用的结晶辊，经过快速凝固后直接浇铸出1～5mm厚的铸带；

3)二次冷却，铸带从结晶辊浇铸出来后，经过密闭室，在密闭室内安装二次冷却装置，以控制铸带的冷却速度，使其冷却速度大于20℃/s；

4)热轧，热轧的压下率0％～50％，热轧温度900～1050℃；

5)三次冷却，三次冷却采取喷水、喷射气一水混和、或喷雾系统，冷却速度30～80℃/s；

6)卷取，卷取温度大于550℃；

7)卷取后的钢卷冷却到室温，根据市场产品的要求直接热轧状态供货，或经过酸洗、冷轧或者再增加热镀锌工序进行供货。

进一步，铸带优选小于3mm。

又，所述的冷却气体为氩气、氮气、或氦气中的一种或者几种混合气体。

本发明的钢种化学成分的设计和控制：

碳：在钢中以碳化物形式存在，和合金元素结合发挥析出强化和细化晶粒的作用。碳高，屈强比高；碳低，强度不足。本发明碳的范围为0.03～0.08％。

硼：为了进一步改善钢材的组织和性能，向钢中加入合金元素是主要的手段之一。低碳含硼微合金化是利用硼元素代替贵重的合金元素，在提高钢的强度的同时，使钢的塑性、韧性和冷变形能力得到明显的改善，从而大大提高了产品的合格率。由于极微量的硼就可以使钢的淬透性成倍增加，因此与添加其它合金元素相比，成本大大降低。应该注意的是，硼是极为活泼的元素之一，在钢中能与残留的氮、氧化合形成稳定的夹杂物而丧失其有益的作用；或因加入的硼量过高造成“硼相”沿晶界呈网状沉淀而导致钢的淬透性下降。加入微合金元素硼可以显著降低热轧板屈服强度和抗拉强度。这是因为粗大BN颗粒在高温奥氏体中的优先析出显著抑止钢中细小AlN的析出，减弱了AlN在晶界的钉扎作用，以及B元素在奥氏体晶界的偏聚，抑止了铁素体形核。本发明中硼的加入量0.001～0.005％。

硅是为了对钢进行脱氧而添加的元素，对传统工艺一般硅含量小于0.2％。薄带连铸由于冷却速度快，为了控制夹杂物形貌，尤其是氧化锰、二氧化硅的比例，Si含量大于0.2％。Si含量过多会导致可焊性和焊接热影响区韧性恶化，因而其上限规定为0.5％；

锰是重要的强韧化元素，起固溶强化的作用，提高钢的强度和韧性，但是Mn含量过多会使淬透性增大，从而导致可焊性和焊接热影响区韧性恶化，所以规定Mn含量不得超过1.2％；

铝是为了脱氧而加入钢中的元素，添加0.01-0.05％含量的Al有利于细化晶粒，改善钢材的强韧性能；在本发明中铝含量也可以小于0.01％，用硅锰脱氧。

硫在本发明钢中作为残余元素来控制，达到≤0.01％。

磷在本发明钢中作为残余元素来控制，达到≤0.015％。

氮、氧：过多的氮容易在钢中与B形成的夹杂物造成“硼相”沿晶界呈网状沉淀。因此需要控制氮的含量小于60ppm。

除了上述钢种化学成分范围的控制特征之外，本发明的另一重要技术特征涉及生产工艺流程的选择和控制。在本发明中，在用低碳钢铸造时，利用粗奥氏体晶粒相变特点，通过控制轧制和控制冷却过程，可以得到不同晶粒尺寸和不同显微组织的板材，从而可以获得不同强度级别的钢板，满足不同的用户需求。

基本工艺流程如下：

浇铸，钢水通过一对内部具有循环冷却作用的结晶辊，经过快速凝固后直接浇铸出1～5mm厚的铸带，优选小于3mm。该步骤要将钢水在结晶辊内快速凝固成一定厚度规格的铸带。

二次冷却，铸带从结晶辊浇铸出来后，经过密闭室，在密闭室内安装二次冷却装置，以控制铸带的冷却速度，使其冷却速度大于20℃/s。这是因为铸带在高温晶粒长大很快，必须控制晶粒长大的速度。本发明的二次冷却由气喷嘴和支架等组成，其压力、流量和位置可以调节和控制。冷却气体可以是氩气、氮气、氦气等惰性气体，或者是几种混和气体。可以通过控制支架距离铸带的距离，以及气体类型、比例、流量、压力等实现对铸带冷却速度的控制。

热轧，热轧的压下率0％～50％。热轧温度900～1050℃。

三次冷却，三次冷却采取喷水、喷射气一水混和、或喷雾系统，冷却速度30～80℃/s；可以通过对喷嘴设计、喷射角度、流速、喷水密度等可以实现对冷却速度的控制。

卷取，卷取温度大于550℃。

卷取后的钢卷冷却到室温，根据市场产品的要求可以直接热轧状态供货，也可以经过酸洗、冷轧或者再增加热镀锌工序进行供货。

本发明的有益效果是，

1.本发明与上述现有专利的主要不同之处在于成分范围不同。本发明的主要成分范围为：碳＜0.08％；锰：0.4～1％；硅：0.2～0.5％；铝：0.01～0.05％；硼：0.001～0.008％；余铁。本发明中的主要特征是添加了微量合金元素硼，不含其它微合金元素。微合金元素硼在钢中的显著作用是极微量的硼就可以使钢的淬透性成倍增加，本发明通过改变工艺控制在保证在钢的强度提高的同时，降低热轧带钢的屈服强度和抗拉强度的比值，为冷轧提供合格坯料。

2.本发明运用薄带连铸能够浇铸薄规格带钢，运用薄带连铸的快速凝固效应，可以得到细小的组织和晶粒，得到高强度级别的钢板；

3.本发明通过添加微量硼，可以替代昂贵的金属，并且明显地改善材料的性能，因此与添加有铌、钒、钛、钼等合金的钢板相比，成本大大降低。

4.本发明工艺流程短、能耗低、效率高、生产成本低、制造方法简单、节能降耗明显。

5.本发明提供的钢种，其屈服强度达200Mpa以上，通过不同的冷却控制，可以得到不同强度级别的钢板；同时由于降低了屈强比，材料的冷轧缺陷率降低，同时提高了冷轧辊寿命，降低了设备维护成本。

附图说明

图1为本发明薄带连铸连轧机组工艺流程示意图。

具体实施方式

下面用实施例对本发明作进一步阐述。

本实施例中低碳钢薄板的制造流程为：转炉或者电炉冶炼、经过精炼工序后，冶炼出温度和成分满足要求的钢水，经过双辊薄带连铸，二次冷却、热轧(0～50％)、三次冷却、卷取。

冷却到室温的钢卷可以直接热轧产品供货，或者冷却到室温、酸洗、冷轧、热镀锌，冷轧供货。

如图1所示，经过转炉或者电炉冶炼、经过精炼工序后，冶炼出温度和成分满足要求的钢水，达到本发明实施例的钢水冶炼成分见表1，钢水从钢包1经过长水口2、中间包3和浸入式水口4浇入到由两个相向旋转的水冷结晶辊5、5’和侧封板6形成的熔池7内，经过水冷结晶辊5、5’的冷却形成1～5mm铸带8，铸带经过在密闭室14内的二次冷却装置15控制其冷却速度，通过摆动导板9、夹送辊10将铸带8送至热轧机11，再经三次冷却装置12，直至卷取机13。密闭室14内的气体是惰性气体的保护性气氛。二次冷却由气喷嘴和支架等组成，其压力、流量和位置可以调节和控制。冷却气体可以是氩气、氮气、氦气等惰性气体，或者是几种气体的混和气体。三次冷却是水冷、气雾冷却、层流冷却或者喷淋冷却等。将钢卷从卷取机取下后，经过缓慢冷却至室温。可以直接热轧供货，或者经过酸洗、冷轧、热镀锌等供货。

实施例1

采用电炉或者转炉熔炼钢水，经过精炼工序后，可以铝脱氧，也可以经过钙处理。将满足表1中的成分要求，余为Fe的钢水，浇铸成铸带。主要的产品厚度、工艺参数及产品的性能见表2。

实施例2

采用电炉或者转炉熔炼钢水，经过精炼工序后，将满足表1中的成分要求，余为Fe的钢水，浇铸成铸带。

实施例3

实施例4

实施例5

实施例6

实施例7

实施例8

采用电炉或者转炉熔炼钢水，经过精炼工序后，将满足表1中的成分要求，余为Fe的钢水，该实施例是一个对比例，没有添加硼元素，主要的工艺参数和产品的性能见表2。可见，没有添加硼元素屈强比达到0.85，材料的延伸率也低。

表1本发明实施例的钢水成分，单位质量百分数wt.％

表2本发明实施例的主要工艺参数

Claims

1.一种低碳钢薄板的制造方法，其包括如下步骤：

3)二次冷却，铸带从结晶辊浇铸出来后，经过密闭室，在密闭室内安装二次冷却装置，采用气体冷却，以控制铸带的冷却速度，使铸带冷却速度大于20℃/s；

4)热轧，热轧的压下率0％～50％，热轧温度900～1050℃；

5)三次冷却，三次冷却采取喷水、喷射气-水混和、或喷雾系统，铸带冷却速度30～80℃/s；

6)卷取，卷取温度大于550℃；

2.如权利要求1所述的低碳钢薄板的制造方法，其特征是，钢水成分还可以包含铝：0.01～0.05％，以重量百分比计。

3.如权利要求1所述的低碳钢薄板的制造方法，其特征是，步骤2)浇铸的铸带厚度优选小于3mm。

4.如权利要求1所述的低碳钢薄板的制造方法，其特征是，步骤3)二次冷却中所述的冷却气体为氩气、氮气、或氦气中的一种或者几种混合气体。