CN102485362A - 用于生产高强度低合金钢的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在添加铜情况下用于生产高强度低合金钢的方法。为减少形成钢材的第二塑性最小值，设想了使钢材具有0.15％-0.35％的铜含量并随后在连铸机或带式浇铸机中浇铸并凝固为最厚130mm的连铸坯或带坯，其中浇铸速度为至少4.5米/分钟，优选至少5米/分钟，然后连铸坯或带坯通过连续轧制或半连续轧制以少于5.8分钟，特别少于4.5分钟轧制成希望的最终厚度，并且轧制至希望的最终厚度后以15-90K/s，优选25-60K/s冷却至低于650℃，优选低于600℃的温度。

Description

用于生产高强度低合金钢的方法

技术领域

本发明涉及在添加铜的情况下生产高强度低合金钢的方法。

高强度低合金钢由于其英文名称“high-strength low-alloy steel”，也被称作HSLA钢。HSLA钢比同样强度的碳合金钢呈现出更好的机械性能和加工性能。HSLA钢具有0.05-0.25重量％的碳含量，并且包含至多2重量％的锰和低份额的其它合金元素如铜、镍、铌、氮、钒、铬、钼、钛、钙、稀土或锆。其屈服强度为250-590MPa并且甚至可以达到700MPa。

对于钢的一定强度，合金元素铌、钛和钒是必须的，尽管它们占的份额小（并且随钢的种类而不同），却在钢的成本中占很大份额。所以一直尝试减少所述合金元素的使用。

背景技术

WO2004/026497A1显示了用于生产带坯的方法，用所述方法生产连铸坯(Strang)，然后通过在粗轧机组(Vorwalzstraβe)和精轧机组(Fertigwalzstraβe)中连续轧制加工，其中在精轧机组后进行未详细定义的冷却。

也已公知，在HSLA钢情况下为了降低昂贵的合金元素加入铜，参见例如公开的专利申请JP2009-280902A。该专利建议为了屈服强度，添加范围为1-2％的铜，参见例如英文机器翻译的第22段。铌的份额在0.01-0.05％的范围，钒的份额在0.01-0.1％的范围和钛的份额在0.01-0.03％的范围。

这样的量的铜具有析出颗粒的性质，所述颗粒在变形和加热的温度范围内稳定并具有阻碍晶粒生长(Kornwachstum)并因此同时影响钢或制成的钢带或钢板的强度增长的晶粒尺寸分布(Korngröβenverteilung)。

在某些生产钢的方法中，铜通常已包含在钢中，例如，如果在电弧炉中使用铜含量高的便宜的废钢。

但是铜具有缺点，特别是在与硫结合时会导致钢的第二塑性最小值(zweite Duktilitätsminimum)的形成，此最小值在轧制机组中变形时形成裂纹，例如以边缘裂纹(Kantenrisse)的形式出现。这种现象与富集机制相关相连，所述富集机制主要通过缓慢的凝固速度和钢在回热炉中长时间的停留加强。

因此本法明的目的在于减少所述导致第二塑性最小值形成的现象。

发明内容

所述目的通过根据权利要求1的方法达成，使钢材达到0.15％-0.35％的铜含量并随后在连铸机(Stranggieβanlage)或带式浇铸机(Bandgieβanlage)中浇铸并凝固为最厚130mm的连铸坯(Strang)或带坯(Band)，其中浇铸速度为至少4.5米/分钟，优选至少5米/分钟，然后连铸坯或带坯通过连续轧制（Endloswalzen）或半连续轧制(Semi-Endloswalzen)以少于5.8分钟，特别少于4.5分钟轧制成希望的最终厚度，并且轧制至希望的最终厚度后以15-90K/s，优选25-60K/s冷却至低于650℃，优选低于600℃的温度。

权利要求中给出的百分比数据为重量百分比。

轧制过程的持续时间从连铸机或带式浇铸机结束时开始计时，也就是如果浇铸的连铸坯(Strang)或浇铸的带坯离开连铸机或带式浇铸机最后的引导装置（多为导辊对）。这里，5.8分钟的持续时间相当于约3-3.5米/分钟的浇铸速度，4.5分钟的持续时间相当于约4.8-5.4米/分钟的浇铸速度。

与开始提到的JP2009-280902A相反，在本发明的情况中由于合金中较少的铜含量和不同的生产方法形成约20nm或更大的析出物(Ausscheidung)。这尺寸太大，不能导致析出物硬化，因为在这种尺寸的析出物的情况下，作用大大减少，并且在基质中溶解份额降低。但是，在20nm范围内的析出在产生具有小晶粒尺寸的均匀结构时的确很有帮助。

在JP2009-280902A的合金中铜被描述为增强混合晶体和有助于析出物硬化。以其所述的铜含量必须考虑到焊接问题和脆性。

生成的高强度低合金钢可以特别铸造为具有0.05重量％-0.1重量％碳含量的亚包晶钢(unterperitektischer Stahl)或为具有0.05重量％-0.25重量％碳含量的中碳钢。

根据本发明的连续轧制或半连续轧制优选在两级轧钢机中进行，所述两级轧钢机由粗轧机组(Vorwalzstraβe)和精轧机组(Fertigwalzstraβe)组成。

少于5.8分钟的轧制过程持续时间由连铸坯(Strang)或带坯离开连铸机或带式浇铸机开始至钢，通常为钢带，离开最后活跃的（与所包含的钢接触）精轧机组的轧制机座结束。轧机机组理解为具有各机座距离小于7米，优选小于6米的轧制机座直接彼此连接。更大相互间隔的轧制机座已经属于下一个轧制机组或是个单独的机座。

在根据本发明的方法里，使用生产扁平带钢坯(Flachband aus Stahl)的形式，在此种形式中浇铸过程和轧制过程相连。

所述浇铸过程在浇铸设备中进行，其中由铸机的结晶器(Kokille)出来的液体钢连铸坯(Strang)被引导通过直接在结晶器后面的连铸坯(Strang)引导装置。所述引导装置包括多个（通常3-15个）引导区段，其中每个引导区段包括一对或多对（通常3-10对）优选作为连铸坯(Strang)支承辊的引导部件。所述支承辊可绕正交于连铸坯(Strang)传送方向走向的轴转动。也可考虑制作单个的引导部件作为静止的，例如滑板状部件，代替连铸坯(Strang)支承辊。不依赖于引导部件的具体实施方案，连铸坯(Strang)宽面的两面如此排列，使得将连铸坯(Strang)引导通过引导部件的上下系列。

连铸坯(Strang)基本上垂直向下离开结晶器并且转向为水平方向。因此，连铸坯(Strang)引导装置具有显著超过90º的角度范围的弯曲走向。

“连续轧制”指的是，铸机与轧制机如此相连，在铸机中浇铸的连铸坯(Strang)或浇铸的带坯直接-不分离刚浇铸的连铸坯(Strang)或带坯部分且没有中间存储-被引入轧制装置并且在那里轧制成最终的厚度。在铸机继续浇铸同样的连铸坯(Strang)或同样的带坯时，连铸坯(Strang)或带坯的起始段也可以已经轧制成最终厚度的钢带，即完全不存在连铸坯(Strang)或带坯的末端。也称为直接耦合运行或连续运行浇铸和轧制装置。

在所谓的“半连续轧制”中，已浇铸的连铸坯(Strang)在浇铸后被分为铸锭(Bramme)或带坯在浇铸后被分割，且分割的铸锭或带坯未经中间存储和冷却到轧机的环境温度。这种分离可以这样完成，前面钢锭的钢锭头已经在下一轧制机组中轧制或者由于第一个轧制机座间距较大还不能包括进去。

所述由铸机出来的连铸坯(Strang)通常去鳞(entzundern)，在粗轧机组初轧，由此生成的中间带坯(Zwischenband)通常在炉中再加热至约1200℃并且在精轧机组中精轧。在精轧机组中通常热轧，也就是说，轧件在轧制时保持在奥氏体区域中。终轧温度在780-850℃的范围，优选在800-830℃的范围。

通过连续轧制或半连续轧制，在浇铸过程之后钢的冷却通过在粗轧机组中立即继续加工得以避免。相较于此，在传统的轧机中钢锭在其制备后常常储藏并且在粗轧机组之前必须已经再加热。但是这启动不希望的富集机制。

此外，在连续轧制或半连续轧制时浇铸的最高130mm的连铸坯(Strang)或钢锭或带坯的厚度对不希望的析出物也有正面影响，因为铜颗粒析出较快并且因此被限制于一定的，小的平均直径，此平均直径主要取决于凝固速度。

对于连铸机带坯材料的实验表明，铜析出物具有约20-40nm的直径，当浇铸速度设置为至少大于4.5米/分钟并且随后在4.3分钟内两步轧制（各有3或5个轧制机座）。这里选择的合金元素的含量如下：

0.3％铜（Cu）

0.025％铌（Nb）。

所述20-40nm析出物的尺寸范围也相当于为具有影响微结构和提高强度的作用通过微合金元素（钛、铌）力争达到的析出物的尺寸范围。

轧制达到希望的最终厚度后，以15-90K/s的冷却速度，优选25-60K/s，冷却到低于650℃的温度，优选低于600℃，特别在最长35秒内，优选在最长15秒内，可以达到至多925MPa的抗拉强度或至多700MPa的屈服点，其中更高的值优选通过在最后一次变形步骤后立刻快速冷却（50-90K/s）和通过冷却至低于500℃达到。

得到的室温结构分别根据冷却策略和也因此根据强度等级主要由铁氧体或珠光体和贝式体形成。

常规生产的可比较的HSLA钢包含约0.07％的钒，0.15％的钛和0.07％的铌。

因此根据本发明可以提供，在钢中加入的钒（V）的份额低于0.03％，特别低于0.01％和/或在钢中加入的铌（Nb）的份额低于0.055％，优选低于0.045％，特别优选低于0.03％。

在连铸机情况下可以提供，浇铸的钢锭具有40-130mm的优选的厚度，特别优选40-105mm，特别约80mm。

在带式浇铸机情况下可以提供，浇铸并凝固的带坯具有1-4.5mm的优选厚度，特别为约3mm。如果在带式浇铸后还轧制，当然就不分成粗轧机组和精轧机组。

中间带坯的厚度，即粗轧机组和精轧机组之间的钢，根据本发明的方法优选为5-25mm，优选10-18mm。

粗轧机组应该包括至少2架，最好3架轧制机座，精轧机组应包括至少4架，最好5架轧制机座。

精轧产品的最终厚度在0.6-12mm的范围，优选1-6mm。

根据本发明的方法提供这样的优点，即在炼钢时也可以使用廉价的和因此含铜的废钢并且此外可以减少合金元素的加入，特别是微合金元素（铌、钛、钒）。

根据本发明的方法可以用于供汽车工业用的未经涂覆的板材(Bleche)，在汽车领域中用于电解镀锌板和用于热镀锌板。对于汽车领域的使用，钢中硅的含量不应超过0.9重量％，优选为0.1％-0.9％的范围。

具体实施方式

在以连续轧制法生产时，在铸机中浇铸约70-100mm厚的连铸坯(Strang)。紧接着铸机有粗轧机组的三架机座，在这里中间带坯的带厚大为减少，减少至约15mm。随后提供用于去鳞的设备，并且此后材料通过感应加热器和五机座的精轧机组，在此机组中厚度可减少到直至0.6mm。随后在冷却区进行带坯的冷却（例如通过供水）用于调节材料性质，冷却区后有卷取机，在所述卷取机上将带坯卷成带卷(Bund)，这样生产过程结束。

通过多个剪切装置（粗轧机组后，精轧机组前和卷取机前），轧机有可能以单架模式运行，其中中间带坯在粗轧机组后剪切并单个地在精轧机组中轧制。在连续轧制时，轧制到最终厚度的带坯直到卷取机前才剪切，轧制作业连续进行。这种设备很大的优点是生产带钢坯的能量需求小。而传统的热轧机生产一吨热轧带坯需要约2GJ能量，而这个数值在用于连续轧制或半连续轧制的设备中降到直至0.4GJ每吨热轧带坯。

在冷却区里对精轧的带坯在轧制到希望的最终厚度后以15-90K/s，优选25-60K/s，在最长35秒内，优选最长15秒内，冷却至低于650℃，优选低于600℃的温度。

Claims (11)

1.在添加铜的情况下生产高强度低合金钢的方法，其特征在于，使钢材达到0.15％-0.35％的铜含量并随后在连铸机或带式浇铸机中浇铸并凝固为最厚130mm的连铸坯或带坯，其中浇铸速度为至少4.5米/分钟，优选至少5米/分钟，然后所述连铸坯或带坯通过连续轧制或半连续轧制少于5.8分钟，特别少于4.5分钟以轧制成希望的最终厚度，并且在轧制至希望的最终厚度后以15-90K/s，优选25-60K/s冷却至低于650℃，优选低于600℃的温度。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述连续轧制或半连续轧制在两阶段轧机中完成，所述轧机由粗轧机组和精轧机组组成。

3.根据权利要求1的方法，其特征在于，在轧制成希望的最终厚度后，所述冷却在最长35秒内，优选在最长15秒内完成。

4.根据权利要求1-3之一的方法，其特征在于，钢材中添加的钒（V）的份额低于0.03％，特别低于0.01％。

5.根据权利要求1-4之一的方法，其特征在于，钢材中添加的铌（Nb）的份额低于0.055％，优选低于0.045％，特别优选低于0.03％。

6.根据权利要求1-5之一的方法，其特征在于，浇铸并凝固的连铸坯具有40-130mm的优选厚度，特别优选40-105mm，特别约80mm。

7.根据权利要求1-5之一的方法，其特征在于，浇铸并凝固的带坯具有1-4.5mm的优选厚度，特别约3mm。

8.根据权利要求1-6之一的方法，其特征在于，中间带坯的厚度为5-25mm，优选10-18mm。

9.根据权利要求2-6和8之一的方法，其特征在于，所述粗轧机组包含至少2架，优选3架轧制机座。

10.根据权利要求2-6，8和9之一的方法，其特征在于，所述精轧机组包含至少4架，优选5架轧制机座。

11.根据权利要求1-10之一的方法，其特征在于，其最终厚度在0.6-12mm，优选1-6mm的范围。