CN102690938B - 一种低碳Fe-Mn-Al-Si系TWIP钢中试生产方法 - Google Patents

一种低碳Fe-Mn-Al-Si系TWIP钢中试生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种低碳Fe-Mn-Al-Si系TWIP钢中试生产方法，主要包括TWIP钢的冶炼和轧制两个工艺过程，TWIP钢的中试生产中的冶炼环节采用0.5吨非真空感应炉和2.5吨电渣重熔炉联合冶炼的方式来完成。以非真空感应炉和电渣重熔炉联合冶炼的方式生产TWIP钢，基本与实际大生产条件相当，改变了当前用10Kg实验炉冶炼TWIP钢的现状，推进TWIP钢的工业化进程，提供中试生产冶炼和轧制工艺参数。

Description

一种低碳Fe-Mn-Al-Si系TWIP钢中试生产方法
技术领域
本发明属于金属冶炼技术领域，涉及一种钢铁冶炼工艺，尤其涉及一种低碳Fe-Mn-Al-Si系TWIP钢中试生产方法。
背景技术
根据钢铁一般的生产工艺流程，TWIP钢可采用冶炼→开坯→热轧→冷轧的技术路线进行制备。但是关于TWIP钢生产工艺的研究中，一是关于冶炼方面的研究和报道最少，一般是在实验室制备出少量的实验钢以供研究之用，缺少TWIP钢大生产冶炼过程和参数；二是对热轧制过程的相关研究也较少，缺少实现目标厚度的热冷轧过程控制方法。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种低碳Fe-Mn-Al-Si系TWIP钢中试生产方法，包括冶炼和轧制过程和工艺参数，为TWIP钢的在生产提供可参考的工艺流程及参数。
其技术方案如下：
一种低碳Fe-Mn-Al-Si系的中试生产方法，包括以下步骤：
1)TWIP钢的冶炼
A1非真空中频感应炉冶炼
先将纯铁加入到感应炉中，通电后感应炉开始工作，纯铁逐渐熔化后，将Mn、Al、Si合金元素按照目标质量分数的103％、115％、103％计算质量，首先加入硅铁，随后加入金属Mn；等加入的金属熔化后，加入石灰石和莹石造渣；造渣材料熔化后，由于质量较轻而漂浮在钢液上方，使钢液与大气隔离；由于钢液与大气的隔离，冶炼过程进入还原期，加入铝石灰进行脱氧；脱氧过程结束后，开始加入纯Al，其中按照设定质量的60％加入到钢液中，既可起到脱氧作用又可以使Al元素达到成分点的要求；其余Al元素设定质量的40％加入到等待出钢的钢包中，最后使钢液中的Al元素达到目标成分，中频感应炉冶炼完成后，在1560℃将钢液模铸成尺寸为130×160×2100mm铸锭；
A2电渣重熔炉冶炼
将造渣材料按照30％石灰石和70％莹石的质量比例加入到保护气氛电渣重熔炉中，随后将非真空感应炉浇铸出的铸锭作为金属电极放入，通入保护气体氩气后通电，先加入的造渣材料首先熔化；金属电极在渣中产生的高电阻将其逐渐熔化形成钢液；然后钢液通过渣层净化钢质，消除有害元素后，进入到铜结晶器中，并在循环水的作用下快速冷却，得到了致密组织结构的尺寸为150×300×1200mm铸锭；经电渣重熔的钢锭表面光滑、洁净均匀致密，成分如表1所示，与目标成分吻合，钢质也较高。
2)TWIP钢的轧制
B1开坯及热轧
电渣重熔后的铸锭用热轧机进行开坯，根加热温度为1200℃，保温0.5h，开坯结束温度为950℃，得到约32.4mm厚的钢板，随后，将这些钢板切割成600×400×30mm的规格用做后续的轧制，开坯后的TWIP钢板坯在Φ750×550mm高强度二辊实验轧机上进行热轧，加热温度为1150℃，保温时间为0.5h，开轧温度为1100℃，终轧温度为900℃。设置道次的压下量为3.5mm，应变速率约为2s-1，经8道次热轧后，得到的3.42mm厚的板料；
B2冷轧
完全冷却至室温的热轧板酸洗后，在直四式四辊可逆冷轧机上进行冷轧，目标变形量为70％，在冷轧的初始阶段，设置轧机的轧制压下量为0.2mm每道次，经9道次后轧至1.5mm，然后将压下量改为0.1mm每道次，经13道次后轧至1.05mm；TWIP钢冷轧板表面光洁，边部无裂纹出现，整体质量较好，说明轧制工艺参数合理。
B3TWIP钢的热处理
冷轧TWIP钢板在箱式电阻炉进行退火处理，温度设置为1000℃，保温10min，然后在室温下水淬处理。热处理后的冷轧TWIP钢板料的力学性能如图2所示，其抗拉强度达到了711.6MPa，伸长率达到了74.2％，强塑积为52800MPa％，具有较高的强韧性组合。
本发明的有益效果：
1、以非真空感应炉和电渣重熔炉联合冶炼的方式生产TWIP钢，基本与实际大生产条件相当，改变了当前用10Kg实验炉冶炼TWIP钢的现状；
2、提出了Mn、Al、Si合金元素的加入比例和加入方式，解决了中试生产条件下得到目标成分的冶炼过程控制方法；
3、提出了热轧温度和应变速率范围以及热冷轧道次及压下量，解决了得到0.9mmTWIP钢板材轧制过程控制方法；
4、推进TWIP钢的工业化进程，提供中试生产冶炼和轧制工艺参数；
5、提供TWIP钢冶炼过程中的元素加入比例和加入方式，能够得到符合目标成分的优异产品；
6、提供TWIP钢轧制过程中的热冷轧每道次压下量和控制方法。
附图说明
图1是TWIP钢中试生产流程图；
图2是热处理后冷轧TWIP钢板料的力学性能图；
图3是热处理后冷轧TWIP钢金相图；
图4是热处理后冷轧TWIP钢XRD图谱。
具体实施方式
下面结合附图具体实施方式对本发明的方法作进一步详细地说明。
本发明的技术方案流程图如图1所示，以Fe-24Mn-1.5Al-1.0Si-0.05C为目标成分中试生产TWIP钢，主要包括TWIP钢的冶炼和轧制两个工艺过程，每个工艺过程及相关参数具体情况如下：
1)冶炼过程控制及工艺参数
根据我国当前钢铁企业的生产现状和实际情况，TWIP钢的中试生产中的冶炼环节采用0.5吨非真空感应炉和2.5吨电渣重熔炉联合冶炼的方式来完成。
A1非真空中频感应炉冶炼
先将纯铁加入到感应炉中，通电后感应炉开始工作。纯铁逐渐熔化后，将Mn、Al、Si合金元素按照目标质量分数的103％、115％、103％计算质量，首先加入硅铁，随后加入金属Mn；等加入的金属熔化后，加入石灰石和莹石造渣；造渣材料熔化后，由于质量较轻而漂浮在钢液上方，使钢液与大气隔离；由于钢液与大气的隔离，冶炼过程进入还原期，加入铝石灰进行脱氧；脱氧过程结束后，开始加入纯Al，其中按照设定质量的60％加入到钢液中，既可起到脱氧作用又可以使Al元素达到成分点的要求；另外Al元素设定质量的40％加入到等待出钢的钢包中，最后使钢液中的Al元素达到目标成分。中频感应炉冶炼完成后，在1560℃将钢液模铸成尺寸为130×160×2100mm铸锭。
A2电渣重熔炉冶炼
将造渣材料按照30％石灰石和70％莹石的质量比例加入到保护气氛电渣重熔炉中，随后将非真空感应炉浇铸出的铸锭作为金属电极放入。通入保护气体氩气后通电，先加入的造渣材料首先熔化；金属电极在渣中产生的高电阻将其逐渐熔化形成钢液；然后钢液通过渣层净化钢质，消除有害元素后，进入到铜结晶器中，并在循环水的作用下快速冷却，得到了致密组织结构的150×300×1200mm铸锭。经电渣重熔的钢锭表面光滑、洁净均匀致密，成分如表1所示，与目标成分吻合，钢质也较高。
表1Fe-24Mn-1.5Al-1Si-0.05C TWIP钢的主要化学成分(质量分数，％)
2)轧制过程控制方法及工艺参数
B1开坯及热轧
电渣重熔后的铸锭用热轧机进行开坯，根加热温度为1200℃，保温0.5h，开坯结束温度为950℃，得到约32.4mm厚的钢板。随后，将这些钢板切割成600×400×30mm的规格用做后续的轧制。开坯后的TWIP钢板坯在Φ750×550mm高强度二辊实验轧机上进行热轧，加热温度为1150℃，保温时间为0.5h，开轧温度为1100℃，终轧温度为900℃。设置道次的压下量为3.5mm，应变速率约为2s-1，经8道次热轧后，得到的3.42mm厚的板料。
B2冷轧
完全冷却至室温的热轧板酸洗后，在直四式四辊可逆冷轧机上进行冷轧，目标变形量为70％。在冷轧的初始阶段，设置轧机的轧制压下量为0.2mm每道次，经9道次后轧至1.5mm。然后将压下量改为0.1mm每道次，经13道次后轧至1.05mm。TWIP钢冷轧板表面光洁，边部无裂纹出现，整体质量较好，说明轧制工艺参数合理。
B3TWIP钢的热处理及性能和微观组织特征
冷轧TWIP钢板在箱式电阻炉进行退火处理，温度设置为1000℃，保温10min，然后在室温下水淬处理。热处理后的冷轧TWIP钢板料的力学性能如图2所示，其抗拉强度达到了711.6MPa，伸长率达到了74.2％，强塑积为52800MPa％，具有较高的强韧性组合。
图3为热处理后冷轧TWIP钢的金相图，从图中可以看出，TWIP钢的微观组织为等轴单相组织，结合图4所示的X射线衍射图，可知此单相组织为奥氏体。
综上所述，本发明所提供的Fe-Mn-Al-Si系TWIP钢冶炼控制方法、参数和轧制控制方法、参数，能够生产出钢质较高，微观组织和力学性能优异的TWIP钢，以期为TWIP钢的大生产工艺制订提供借鉴和参考。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种低碳Fe-Mn-Al-Si系TWIP钢中试生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)TWIP钢的冶炼
A1非真空中频感应炉冶炼：先将纯铁加入到感应炉中，通电后感应炉开始工作，纯铁逐渐熔化后，将Mn、Al、Si合金元素按照目标质量分数的103％、115％、103％计算质量，首先加入硅铁，随后加入金属Mn；等加入的金属熔化后，加入石灰石和莹石造渣；造渣材料熔化后，由于质量较轻而漂浮在钢液上方，使钢液与大气隔离；由于钢液与大气的隔离，冶炼过程进入还原期，加入铝石灰进行脱氧；脱氧过程结束后，开始加入纯Al，其中按照设定质量的60％加入到钢液中，其余Al元素设定质量的40％加入到等待出钢的钢包中，最后使钢液中的Al元素达到目标成分，中频感应炉冶炼完成后，在1560℃将钢液模铸成尺寸为130×160×2100mm铸锭；
A2电渣重熔炉冶炼：将造渣材料按照30％石灰石和70％莹石的质量比例加入到保护气氛电渣重熔炉中，随后将非真空感应炉浇铸出的铸锭作为金属电极放入，通入保护气体氩气后通电，先加入的造渣材料首先熔化；金属电极在渣中产生的高电阻将其逐渐熔化形成钢液；然后钢液通过渣层净化钢质，消除有害元素后，进入到铜结晶器中，并在循环水的作用下快速冷却，得到尺寸为150×300×1200mm铸锭；
2)TWIP钢的轧制
B1开坯及热轧：电渣重熔后的铸锭用热轧机进行开坯，加热温度为1200℃，保温0.5h，开坯结束温度为950℃，得到约32.4mm厚的钢板，随后，将这些钢板切割成600×400×30mm的规格用做后续的轧制，开坯后的TWIP钢板坯在Φ750×550mm高强度二辊实验轧机上进行热轧，加热温度为1150℃，保温时间为0.5h，开轧温度为1100℃，终轧温度为900℃。设置道次的压下量为3.5mm，应变速率约为2s-1，经8道次热轧后，得到的3.42mm厚的板料；
B2冷轧：完全冷却至室温的热轧板酸洗后，在直四式四辊可逆冷轧机上进行冷轧，目标变形量为70％，在冷轧的初始阶段，设置轧机的轧制压下量为0.2mm每道次，经9道次后轧至1.5mm，然后将压下量改为0.1mm每道次，经第13道次后轧至1.05mm；
B3TWIP钢的热处理：冷轧TWIP钢板在箱式电阻炉进行退火处理，温度设置为1000℃，保温10min，然后在室温下水淬处理。
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