CN102925794A - 双层卷焊管用冷轧带钢及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冷轧带钢，尤其是一种双层卷焊管用冷轧带钢，同时还涉及其制造方法。主要解决现有双层卷焊管用钢普遍采用罩式退火，产品成材率及性能均匀性较差的技术问题。本发明的双层卷焊管用冷轧带钢化学成分(重量百分比)如下：C：0.015～0.054％，Si≤0.034％，Mn：0.15～0.25％，P≤0.020％，S≤0.020％，Alt：0.015～0.050％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。本发明采用低碳、低硅并采用铝脱氧及作为晶粒细化元素，并利用夹杂物形态控制、热连轧控制冷却、连续退火温度控制及连续平整技术进行生产，从而有助于保证本发明的钢材屈服强度、断后伸长率和硬度在规定的要求范围内。同时本发明在后续制管过程中，具备更好的全长性能均匀性、良好的辊弯成型性、良好的管筒搭接反弹可控性、良好的焊接性能、良好的弯管性能并且能保证制管全流程的成材率。

Description

双层卷焊管用冷轧带钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种冷轧带钢，尤其是一种双层卷焊管用冷轧带钢，同时还涉及其制造方法。

背景技术

双层卷焊管主要用于生产汽车刹车油路、制动管、冰箱的冷凝系统，由于其服役环境的特殊性，要求在使用要求过程中有非常好的安全性。基于双层焊管制管过程一般采用分条开卷-720℃卷轧成型-高温钎焊-退火-卷取的生产工艺，产品对原材料钢板具有很高的加工成型性要求，要求屈服强度维持在170-260MPa，抗拉强度保证在270-370MPa，断后延伸率＞32％，硬度保证在40-52HR30T范围内。除此之外，因为该产品加工成型及使用环境的特殊性，不允许出现辊弯成型反弹不可控、焊缝不均匀，虚焊及分层缺陷。所以其对原材料钢板还具有潜在要求，具体有：(1)原材料(双层卷焊管用冷轧带钢)性能均匀、强度和塑韧性有很好匹配；(2)成分设计不影响带钢焊接效果。为达到双层卷焊管用冷轧带钢的性能要求，采用罩式炉退火比较容易实现。但由于罩式退火整卷带钢炉内受热不均匀、炉内钢卷高温堆积粘钢造成钢卷头尾切损大的工艺特点；双层卷焊管用冷轧带钢的生产效率、成材率及产品的性能均匀性都大打折扣。而产品性能均匀性较差就必然会引起制管企业在辊弯成型、加热钎焊过程中出现辊弯成型反弹不可控、焊缝不均匀，易产生虚焊及分层缺陷，反映到双层卷焊管制造厂的生产质量监控过程，表现为制管成材率偏低、打标率高(制管企业普遍采用涡流探伤，在检测到焊管虚焊时打印标记以及时切除)。所以生产具有高性能均匀性、强度和塑韧性很好匹配的双层卷焊管用冷轧带钢具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种屈服强度控制在170-260MPa、抗拉强度保证在270-370MPa，断后延伸率＞32％，硬度HR30T保证在40-52范围内的双层卷焊管用冷轧带钢及其制造方法，主要解决现有双层卷焊管用钢普遍采用罩式退火，产品成材率及性能均匀性较差的技术问题。本发明提出一种基于连续退火方式的生产工艺制造方法，该制造方法能够在高生产节奏、高制造成材率的基础上，生产出性能均匀、板形良好并且满足双层卷焊管制管行业对原材料机械性能硬性要求的钢带产品。

为了达到以上目的，申请人通过不断理论分析和反复试验，基于连续退火热处理设计出本发明的连续退火双层卷焊管用冷轧带钢的化学成分(重量百分比)如下：C：0.015～0.054％，Si≤0.034％，Mn：0.15～0.25％，P≤0.020％，S≤0.020％，Alt：0.015～0.050％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。

在本发明的双层卷焊管用冷轧带钢中，各元素成分确定的依据如下：

[碳]：碳作为钢基体中主要的强化元素，其含量直接影响产品的强度、塑性及冲压性能。降低C含量，有利于双层卷焊管用钢得到优良的辊弯成型性能，同时能够在较低的退火温度下得到低屈服强度、低硬度和高的断后延伸率。当C含量的增加，再结晶退火后有利于冲压的{111}织构密度降低，使相同的退火温度下，钢板的强度增加，但过低的C含量又会使同退火温度下的钢带不能满足强度、硬度要求，制管后的耐压、抗疲劳性达不到要求。根据材料的强度、硬度要求，本发明限定C含量为0.015～0.054％。

[硅]：低碳钢中Si是不可避免的杂质元素，Si含量严重损害冷轧钢板的塑性和成形性能。但是对Si含量要求过低则会提高炼钢精炼工序的成本。本发明限定Si含量≤0.034％。

[锰]：锰在冷轧用钢中的作用主要是强化和进一步消除S的不利影响的作用，但如果Mn含量高，则不能在较低的退火温度下，得到较低的屈服强度。本发明限定Mn含量范围为0.15％～0.25％。

[磷、硫]：磷、硫均是钢中的有害元素，在冷轧低碳钢中均希望这两种元素控制在较低的水平，降P可降低钢带的再结晶温度；降S可以增加固溶碳量，减小晶粒长大阻力，提高产品的冲压性能。但考虑到实际工艺控制能力，本发明限定S≤0.02％，P≤0.02％。

[铝]：Al是在炼钢过程中作为脱氧剂加入无间隙原子钢中，同时Al在钢中还能够固定一部分的N原子对保证钢板的抗时效性有利。当钢中Al含量大于0.015％时才能保证脱氧的效果。但是当Al量过高时，会增加合金成本，另外也会形成过多的脱氧产物Al的氧化物Al₂O₃夹杂。本发明限定Al含量为0.015～0.05％。

本发明双层卷焊管用冷轧带钢的生产方法采用常规铁水预脱硫、转炉顶底复合吹炼，钢包底吹氩、RH炉轻处理精炼，保证纯脱气时间大于8分钟，连铸采用铝镁碳质钢包、低碳钢保护渣，全程吹Ar保护浇铸，以获得前述化学成分的双层卷焊管用冷轧带钢的板坯。其工艺步骤依次为：铁水脱硫预处理、扒渣、转炉冶炼、炉底吹氩、RH炉精炼、连续浇铸、板坯切割。

在本发明的双层卷焊管用冷轧带钢中，热轧工艺制定依据如下：

1、连铸板坯加热温度设定

加热温度不能太低，如果加热温度过低，由于热轧过程中的自然温降，无法保证本发明要求的较高的终轧温度。为满足本发明要求的较高的终轧温度，将连铸板坯加热温度设定为：1150℃-1210℃。

2、粗轧结束温度与精轧开轧温度设定

粗轧结束温度的制定依据是确保所制定温度能够保证精轧开轧温度得到保证。而精轧开轧温度的制定是基于多方面考虑的结果，首先精轧开轧温度过高容易形成三次氧化铁皮，三次氧化铁皮容易压入钢板表面，在随后的酸洗过程中会形成凹坑，影响冷轧钢板表面质量，其次精轧温度过低则会不能保证精轧结束温度，而精轧结束温度直接关系到产品性能。因此本发明设定粗轧结束温度为1040℃-1100℃，精轧开轧温度为980℃～1050℃。

3、精轧结束温度设定

双层卷焊管用钢的热轧终轧需要在奥氏体区轧制，终轧温度要高于Ar3相变点，从细化奥氏体晶粒度和促进析出物粗化的角度出发，终轧温度不能太高。因此本发明设定精轧结束温度为850℃～910℃。

4、冷却方式

基于连续退火的双层卷焊管用钢需采用较高温度卷取温度，即A1以上温度卷取，以使材料中渗碳体和AIN等充分析出，从而使材料在快速的连续再结晶退火时固溶碳减少，辊弯成型性能提高。但是由于材料在热轧卷取时钢卷的内外圈比钢卷的内部容易接近外部空气，外圈以较快的冷却速度通过A1相变点，AIN及渗碳体析出、聚集不充分，从而钢卷内外圈比钢卷的中心部的材料性能要差，钢卷长度方向的性能就不均匀。为了减少这种现象，在热轧采用提高头尾温度来补偿钢卷内外圈的温降，即在热轧层流冷却阶段采用钢卷头部少喷水、尾部不喷水的方法(即U形冷却控制方式)来实现。通过控制层流冷却使得钢卷头尾温度高于中部温度，因为头尾部冷却较快，实际温度效果是钢卷的头、中、尾基本接近。因此本发明采用U形冷却的层流冷却技术。

5、精轧后卷取温度

随着卷取温度的升高，双层卷焊管用钢热轧基板的再结晶温度下降，并且冲压成形性指标r值提高。本发明为了的再结晶温度，设定精轧后卷取温度为650℃～710℃。选650-710℃时，可以使析出物充分粗化，又不至于使带钢表面的氧化铁皮严重影响随后的酸洗过程。

基于上述理论依据，本发明所述的双层卷焊管用冷轧带钢的热轧工艺方法设定为，将上述成分要求的连铸板坯加热至1150℃-1210℃，热轧分为两段式轧制工艺，其中粗轧阶段为5道次连轧，粗轧结束温度为1040℃～1100℃；精轧为7道次连轧，精轧开轧温度为980℃～1050℃，精轧结束温度为850℃～910℃；精轧阶段压缩比80-86％，精轧后，层流冷却阶段采用U形冷却，卷取温度为650℃～710℃。

在本发明的双层卷焊管用冷轧带钢中，冷轧工艺制定依据如下：

1、冷轧压下率

冷轧压下率提高，钢板中可存储更多的形变能，增加再结晶驱动力，降低再结晶温度并能够使冷轧织构中{111}组分增加，从而使退火后{111}织构加强。双层卷焊管用冷轧钢带在冷轧压下率≥73％时可获得良好的辊弯成型性能，但是当压下率超过90％时轧机负荷增加明显，并且冷轧过程稳定性较差，容易造成生产事故。故本发明优选冷轧的压下率为73％～89％。

2、连退温度设定

在冷轧过程中，金属晶粒沿着变形的方向被拉长，晶粒取向也有所转动，从而在多晶体内形成一定类型的织构，另外，在冷轧时晶体内的结构缺陷也会增加。而冷轧过程引起的组织变化反映到机械性能上就是结构敏感性质的改变，如：出现加工硬化(硬度、强度升高，塑性、韧性下降)、力学和物理性能的各向异性现象等。这些缺陷和变化都需要通过轧后的再结晶退火过程予以消除。因此，再结晶退火是冷轧后控制和改变金属材料组织、织构和性能的必要手段。双层卷焊管用冷轧带钢在退火过程中经历的回复、再结晶和晶粒长大三个过程都影响到成品的性能。而退火温度的设定一般是综合考虑带钢的再结晶温度、产品性能需求范围等两个因素，根据产品屈服强度控制在170-260MPa范围内、断后伸长率≥32％、硬度控制在40-52HR30T范围内的要求，本发明设定钢带在连续退火炉的加热、均热段的退火温度范围为715～755℃，带钢在加热段的时间为：39-100s，在均热段的时间为：60-140s。

3、平整延伸率设定

通过冷轧而变成纤维状组织，其后在退火工序中由于再结晶而变为具有新的结晶组织的双层卷焊管冷轧钢带几乎完全成为了软质状态，不适用于加工。这种退火带钢不能直接供给用户使用，必须进行平整。平整的目的是改善带钢的板型，给予带钢表面所要求的粗糙度，最重要的用途是消除双层卷焊管冷轧钢带的屈服平台。由于平整延伸率对性能和表面结构有重要的影响，其设定的基准是成品性能、表面结构满足双层卷焊管制管企业的要求及机组能够稳定的结合，除此之外，双层卷焊管冷轧钢带的延伸率必须保持恒定，即在误差范围内波动，这样才能使带钢的纵向性能质量得到保证，从而有利于双层卷焊管冷轧钢带的进一步深加工。因此，本发明所述的双层卷焊管用冷轧带钢选用易控制的0.8％-1.8％。

根据上述机理，上述双层卷焊管用冷轧带钢的冷轧工艺和连续退火工艺方法为：将上述成分合格并经过热轧的双层卷焊管用冷轧带钢的热轧基板重新开卷，酸洗掉表面氧化铁皮后，在5机架冷连轧机上进行冷轧，冷轧的压下率为73～89％，经过冷轧后的轧硬状态的钢带经过连续退火、湿式平整后得到厚度为0.25～0.5mm的成品冷轧钢带。退火工艺为：钢带在连续退火炉的、加热、均热段的退火温度范围为715～755℃，带钢在加热段的时间为39-100s，在均热段的时间为：60-140s，退火后直接连续平整，平整延伸率为0.8～1.8％。

本发明的有益效果是：本发明采用低碳、低硅并采用铝脱氧及作为晶粒细化元素，并利用夹杂物形态控制、热连轧控制冷却及连续退火温度控制技术进行生产，从而有助于保证本发明的钢材屈服强度和硬度在规定的范围内，同时具有低屈服强度、低硬度、良好的辊弯成型性能、良好的焊接性能、高成材率等优良综合性能。为解决罩式退火双层卷焊管用钢的缺点，本发明采用连续退火温度控制，采用这种方式一方面由于其小时产量能达到60吨/时(罩式炉单一炉台小时产量约为1.5吨/时)，实现了高速连续化生产，大大缩短了双层卷焊管用冷轧带钢的退火周期。另一方面，连续退火处理的带钢在材质均匀性、板形和表面质量等方面都优于罩式炉退火BHG2，有利于制管企业对成材率及达标率进行控制。和现有专利申请比较，本发明具有自身特点如下：已有专利申请号200510030138.7名称为“抗拉强度在880Mpa以上的超高强度冷轧带钢及其制造方法”的中国专利申请提供了一种超高强度冷轧带钢，该钢种按重量百分比含有：C：0.14～0.24％；Si：0.2～1.2％；Mn：1.5～2.5％；P：＜0.02％；S：＜0.02％；N：≤0.005％；Ti：0.03～0.1％；Nb：0～0.04％；B：0.002～0.006％；Al：0.02～0.08％，并采用连续退火。该对比专利在成分设计和工艺控制方面与本发明还是存在比较大的区别：(1)化学成分：对比专利钢材中含有大量的Ti及Nb等合金强化元素，达到细化晶粒、提高强度的目的，另外对比专利C、Mn含量也非常高，比双层卷焊管用冷轧带钢的C、Mn成分含量高10倍以上。由于Ti和Nb都是价格很昂贵的合金强化元素，提高Mn含量也需要增加锰铁的投入，因此该钢种的生产成本非常高；其次由于对比专利钢种的诉求是通过Nb、Ti、C、Mn强化以生产超高强度冷轧带钢，抗拉强度达到880Mpa以上，这与双层焊管用冷轧钢带的成分设计思想完全不同，双层焊管用冷轧钢带要求采用低碳铝镇静钢，C、Mn含量均要求控制在较低的水平，以确保材料屈服强度维持在170-260MPa，抗拉强度保证在270-370MPa，断后延伸率＞32％，硬度保证在40-52HR30T范围内。(2)炼钢工艺控制：对比专利钢材中添加B元素以提高钢的淬硬性，其对B元素的要求范围为40ppm，对炼钢过程增加硼铁量的精度提出了较高的要求，对工艺控制水平要求很高。(3)热轧工艺控制：对比专利钢材选用较低的热轧卷取温度，为550℃-650℃，在该温度范围卷取时，不利于低碳铝镇静钢的析出物的充分粗化。实验证明，热轧基板在成分不变的情况下，采用如对比专利所示的卷取温度，冷轧后用较低退火温度730-755℃不足以使材料充分再结晶，从而达不到产品规定的性能要求。(4)退火：对比专利采用连续退火，保温温度为750-850℃，目标退火温度为800℃，双层卷焊管用冷轧带钢采用较低的退火温度，保温温度为730-755℃，目标退火温度为740℃，退火温度有很大幅度降低。由于双层卷焊管用钢绝大部分规格为0.35mm，并且有减薄的趋势，退火温度降低后一方面可大幅度提高薄料通板的可能性(750-850℃生产0.35mm规格薄料极容易产生热瓢曲，进而发生生产事故)，另一方面，能耗大大减少。因此无论从生产安全性还是经济性方面考虑，双层焊管用冷轧钢带都要优于对比专利。(5)组织形态：对比专利钢材材料组织形态为马氏体与铁素体双相钢，而双层卷焊管用冷轧带钢组织形态为单纯的铁素体。

附图说明

图1为本发明双层卷焊管用冷轧带钢的金相显微组织照片。

具体实施方式

下面结合实施例1-4对本发明作进一步说明，见表1。

表1实施例1-4化学成分(重量百分比％)，余量为Fe及不可避免杂质。

元素	C	Si	Mn	P	S	Alt
							设计	0.015～0.054	≤0.034	0.15～0.25	≤0.020	≤0.020	0.015～0.050
实施例1	0.046	0.014	0.250	0.020	0.008	0.037
							实施例2	0.015	0.005	0.19	0.008	0.006	0.032
实施例3	0.030	0.007	0.22	0.010	0.011	0.044
							实施例4	0.054	0.014	0.20	0.017	0.008	0.041

按照本发明的钢材成分设计的要求，依次采用铁水预脱硫，转炉顶底复合吹炼、钢包底吹氩、RH炉精炼(保证纯脱气时间大于8分钟)、低碳钢保护渣吹Ar保护浇铸浇铸，浇铸板坯厚度为：210mm，后采用板坯切割机切割成定尺坯。

定尺坯送至热轧后，在加热炉再加热后除磷，后送至连续热连轧轧机上轧制，工艺控制见表2，通过粗轧轧机和精轧连轧机组控制轧制后，进行U型控制冷却，然后进行卷取，合格热轧产出。

表2本发明实施例1-4热轧工艺控制参数

将上述热轧钢卷重新开卷经过酸洗后，在5机架冷连轧机上进行冷轧，冷轧的压下率为73～89％，经过冷轧后的轧硬状态的钢带经过连续退火、湿式平整后得到厚度为0.25～0.5mm的成品冷轧钢带。退火工艺为：钢带在连续退火炉的均热段的退火温度范围为715～755℃，带钢在加热段的时间为39-100s，在均热段的时间为：60-140s，退火后采用的平整延伸率为0.8～1.8％。工艺控制参数见表3。

表3本发明实施例1-4冷轧、退火工艺控制参数

利用上述方法得到的双层卷焊管用冷轧带钢的力学性能为：屈服强度Rel为170～260MPa，硬度HR30T为40-52，断后伸长率≥32％，显微组织晶粒度级别为I8.0～I8.5级，金相组织结构参照图1，取样检测力学性能及显微晶粒度评级见表4。

表4冷卷取样的力学性能

性能指标	屈服强度/MPa	抗拉强度/MPa	断后伸长率/％	硬度HR30T	晶粒度
						实施例1	245	350	43	48.3	I8.5
实施例2	215	345	43	49.6	I8.0
						实施例3	225	350	42	49.2	I8.0
实施例4	255	355	40	51.4	I8.5

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种双层卷焊管用冷轧带钢，其特征是化学成分重量百分比如下C：0.015～0.054％，Si≤0.034％，Mn：0.15～0.25％，P≤0.020％，S≤0.020％，Alt：0.015～0.050％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。

2.一种制造权利要求1所述的双层卷焊管用冷轧带钢的制造方法，其特征是包括以下步骤：

a、钢水冶炼连铸：依次采用常规铁水脱硫预处理、扒渣、转炉冶炼、钢包底吹氩、RH炉精炼、连铸获得符合权利要求1成分要求的连铸板坯；

b、板坯热轧：将符合成分要求的连铸板坯加热至1150℃-1210℃，热轧分为两段式轧制工艺，其中粗轧结束温度为1040℃～1100℃；精轧开轧温度为980℃～1050℃，精轧结束温度为850℃～910℃；精轧阶段压缩比80-86％，精轧后卷取温度为650℃～710℃；

c、热卷冷轧、连续退火：将上述成分并经过热轧的双层卷焊管用热轧钢卷重新开卷，经过酸洗掉表面氧化铁皮后进行冷轧，冷轧的压下率为73～89％，经过冷轧后的轧硬状态的钢带经过连续退火、平整后得到厚度为0.25～0.5mm的成品冷轧钢带，钢带在连续退火炉的加热、均热段的退火温度范围为715～755℃，退火后的平整延伸率为0.8％-1.8％。

3.根据权利要求2所述的双层卷焊管用冷轧带钢的制造方法，其特征是所述冷轧在5机架冷轧机上进行。

4.根据权利要求2所述的双层卷焊管用冷轧带钢的制造方法，其特征是连续退火炉的加热段时间为：39-100s，在均热段的时间为：60-140s。

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