CN104959561A - 一种提高双辊连铸低碳微合金钢针状铁素体含量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于低碳微合金钢制造领域，具体涉及一种提高双辊连铸低碳微合金钢针状铁素体含量的方法。本发明首先冶炼钢水，钢包内的钢水经中间包流入由双辊连铸机的两个反向旋转的结晶辊和侧封板组成的空腔内形成熔池，熔池上表面的钢水的过热度为10~50℃，钢水经过两个结晶辊之间的辊缝凝固并导出，形成1~6mm厚的低碳微合金钢薄带，低碳微合金钢薄带以10~30℃/s的冷却速率冷却至900~1100℃后进行一道次热轧，然后薄带再以5~40℃/s的冷却速率冷却至600~700℃后进行卷取，得到100~2000mm宽的低碳微合金钢热轧板卷，钢板中针状铁素体的体积分数为20~70%。本发明方法与低碳微合金钢传统生产流程相比，流程短、工序少，能够显著降低生产成本、能耗及污染物排放，有效提高了成材率和生产效率。

Description

一种提高双辊连铸低碳微合金钢针状铁素体含量的方法

技术领域

本发明属于低碳微合金钢制造领域，具体涉及一种提高双辊连铸低碳微合金钢针状铁素体含量的方法。

背景技术

针状铁素体组织指以针状铁素体为主的针状铁素体、少量多边形铁素体和微量贝氏体的混合组织。针状铁素体是中温转变产物，在650~500℃之间形成，继先共析铁素体和魏氏体形成之后在晶内的夹杂物上形核长大。在光学显微镜下针状铁素体呈不规则非等轴状，粒度参差不齐，晶粒界限模糊，看不到连续的晶界。

针状铁素体尺寸、方向各异，且交叉分布，各板条之间相互缠结、彼此咬合，具有较高的位错密度，易于实现多滑移。在针状铁素体形成过程中会形成细小、弥散的M-A岛组织，能够钉扎晶界，且M-A岛组织中的残余奥氏体是有利的韧性相。针状铁素体形核后，在一定条件下其晶界上能感生形核长出二次针状铁素体，有着很强的自身细化能力。因此，含有大量针状铁素体的低碳微合金钢具有良好的强韧性，在管线钢、大线能量焊接用钢中的应用十分广泛。与传统的铁素体-珠光体组织的管线钢相比，针状铁素体组织的管线钢在满足高强韧性的同时，还具有低的韧脆转变温度，从而极大的提高了管线钢的使用寿命。而在大线能量焊接方面，当存在大量针状铁素体组织时，焊缝金属具有较高的强度和良好的低温冲击韧性，同时可有效地组织裂纹扩展。

针状铁素体晶核是依附于已存在的非金属夹杂物上形成的，属于异质形核，夹杂物的存在是针状铁素体形核的一个充分条件。但并不是所有细小、弥散的夹杂物都具有诱导晶内针状铁素体形核的作用，有些夹杂物只是起到钉扎晶界强化材料的作用。目前已证明Ti的氧化物、TiN、VN、CuS等夹杂物有促使针状铁素体形核的作用。其中，在奥氏体晶粒内Ti的氧化物质点是针状铁素体有效形核地点，除了其氧化物可以作为非自发核心的靠背作用之外，另一个原因是在Ti氧化物质点周围形成奥氏体形成元素Mn的贫化区，提高γ→α转变点Ar₃温度，促进晶内针状铁素体形成。

低碳微合金钢连续冷却时都会产生多种类型的中温转变组织，在较高中温转变温度范围内可以形成针状铁素体组织，并且其转变受到冷却速度和过冷温度的影响，通过调整冷却工艺可以控制针状铁素体的体积分数。在连续冷却过程中通过控制针状铁素体的形成和长大，能利用针状组织分割原奥氏体晶粒，细化板条贝氏体组织。一定量的针状铁素体能起到调整基体硬度、改善综合力学性能的作用。

双辊连铸技术是一种短流程、低能耗、污染小、成本低的绿色环保新工艺技术。双辊连铸技术作为当今世界上薄带钢生产的前沿技术，可省去厚板坯连铸、加热和热连轧等工序，由液态钢水直接生产出厚度为1～6mm的薄带。但是，利用双辊连铸生产出来的薄带的初始组织较粗大，针状铁素体含量较少，强韧性较差。此外，由于初始规格薄，后续加工变形量不足，故难以大幅度细化晶粒，钢材的力学性能不尽如人意。因此，如何提高双辊连铸生产的低碳微合金钢薄带中针状铁素体的含量成为所面临的一个亟待解决的关键问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种提高双辊连铸低碳微合金钢针状铁素体含量的方法，目的是解决低碳微合金钢传统生产流程工艺复杂、制造工序多、能耗大、环境负荷大等问题，同时大幅度提高双辊连铸低碳微合金钢组织中针状铁素体的含量，有利于改善带材的强度和韧性。

实现本发明目的的技术方案按照以下步骤进行：

（1）冶炼钢水，钢包内的钢水经中间包流入由双辊连铸机的两个反向旋转的结晶辊和侧封板组成的空腔内形成熔池，熔池上表面的钢水的过热度为10~50℃，钢水经过两个结晶辊之间的辊缝凝固并导出，导出速度为20~80m/min，形成1~6mm厚的低碳微合金钢薄带；

（2）低碳微合金钢薄带经冷却系统以10~30℃/s的冷却速率冷却至900~1100℃后进行压下量为5~30%的一道次热轧，然后薄带再以5~40℃/s的冷却速率冷却至600~700℃后进行卷取，得到100~2000mm宽的低碳微合金钢热轧板卷，钢板中针状铁素体的体积分数为20~70%。

所述的低碳微合金钢的化学成分按质量百分比为：C 0.02~0.08%，Si 0.1~0.5%，Mn 0.1~0.5%，S 0.002~0.01%，P 0.01~0.15%，sol-Al 0.002~0.03%，Cu <0.5%，Cr <1.0%，Ni <0.2%，O 0.002~0.01%，Ti 0.005~0.2%，余量为Fe。

与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是：

在本发明中，钢水在双辊连铸凝固过程形成大量的Ti、Al、Si、Mn的微细复合氧化物，通过控制连铸后的冷却速度、热轧温度、热轧压下量、热轧后的冷却速度及冷却终止温度，这些微细的复合氧化物可以作为细小针状铁素体的形核核心，最终得到的低碳微合金钢中针状铁素体的体积分数达到20%~70%。本发明技术可有效细化双辊连铸低碳微合金钢的凝固组织。利用大量的针状铁素体可有效改善低碳微合金钢的综合力学性能。

在本发明中，为了保证双辊薄带连铸的正常进行，同时为了获得细小的针状铁素体形核所需要的大量的Ti、Al、Si、Mn微细复合氧化物，熔池上表面的钢水的过热度应控制在10~50℃；为了不影响薄带的板形并保证热轧温度，薄带导出结晶辊的速度为20~80m/min，薄带出结晶辊后、热轧前的冷却速率应控制在10~30℃/s；为了提供针状铁素体形核所需要的变形储能，热轧压下量应控制在5%~30%、热轧温度应控制在900~1100℃；为了提供针状铁素体以Ti、Al、Si、Mn微细复合氧化物为核心形核所需要的过冷度条件，热轧后的冷却速率应为5~40℃/s；为了提供针状铁素体生长所需要的温度条件，卷取温度应控制在600~700℃。

本发明方法与低碳微合金钢传统生产流程相比，流程短、工序少，能够显著降低生产成本、能耗及污染物排放，有效提高了成材率和生产效率。

附图说明

图1 是本发明的具体工艺过程示意图；

其中：1：钢包；2：中间包；3：双辊连铸机结晶辊；4：熔池；5：低碳微合金钢薄带；6：第一冷却系统； 7：热轧机；8：第二冷却系统；9：卷取机；10：低碳微合金钢热轧板卷。

图2是本发明实施例1得到的低碳微合金钢薄带的金相组织图；

图3是本发明实施例2得到的低碳微合金钢薄带的金相组织图；

图4是本发明实施例3得到的低碳微合金钢薄带的金相组织图；

图5是对比例1得到的低碳微合金钢薄带的金相组织图；

图6是对比例2得到的低碳微合金钢薄带的金相组织图；

图7是对比例3得到的低碳微合金钢薄带的金相组织图。

具体实施方式

本发明的工艺过程如图1所示。

首先冶炼钢水，钢包1内的钢水经中间包2流入由双辊连铸机的两个反向旋转的结晶辊3和侧封板组成的空腔内形成熔池4，熔池4上表面的钢水的过热度为10~50℃，钢水经过两个结晶辊3之间的辊缝凝固并导出，导出速度为20~80m/min，形成1~6mm厚的低碳微合金钢薄带5。薄带5经第一冷却系统6以10~30℃/s的冷却速率冷却至900~1100℃后经热轧机7进行压下量为5%~30%的一道次热轧，然后再经第二冷却系统8以5~40℃/s的冷却速率冷却至600~700℃，最后由卷取机9卷取，得到100~2000mm宽的低碳微合金钢热轧板卷10。

本发明实施例中得到的低碳微合金钢薄带中针状铁素体的体积分数是根据金相组织图中针状铁素体的面积计算得出的。

实施例1

实施例中低碳微合金钢的化学成分见表1。

本实施例按照以下步骤进行：

（1）冶炼成分如表1所示的钢水，钢包1内的钢水经中间包2流入由双辊连铸机的两个反向旋转的结晶辊3和侧封板组成的空腔内形成熔池4，熔池4上表面的钢水的过热度为10℃，钢水经过两个结晶辊3之间的辊缝凝固并导出，导出速度为20m/min，形成2mm厚的低碳微合金钢薄带5；

（2）薄带5经第一冷却系统6以10℃/s的冷却速率冷却至900℃后经热轧机7进行压下量为5%的一道次热轧，然后再第二经冷却系统8以5℃/s的冷却速率冷却至600℃，最后由卷取机9卷取，得到200mm宽的低碳微合金钢热轧板卷10。钢板中所含针状铁素体的体积分数为23%，如图2所示。

实施例2

实施例中低碳微合金钢的化学成分见表2。

本实施例按照以下步骤进行：

（1）冶炼成分如表2所示的钢水，钢包1内的钢水经中间包2流入由双辊连铸机的两个反向旋转的结晶辊3和侧封板组成的空腔内形成熔池4，熔池4上表面的钢水的过热度为25℃，钢水经过两个结晶辊3之间的辊缝凝固并导出，导出速度为40m/min，形成1mm厚的低碳微合金钢薄带5；

（2）低碳微合金钢薄带5经第一冷却系统6以20℃/s的冷却速率冷却至1000℃后经热轧机7进行压下量为20%的一道次热轧，然后再经第二冷却系统8以20℃/s的冷却速率冷却至700℃，最后由卷取机9卷取，得到600mm宽的低碳微合金钢热轧板卷10，钢板中针状铁素体的体积分数为41%，如图3所示。

实施例3

实施例中低碳微合金钢的化学成分见表3。

本实施例按照以下步骤进行：

（1）冶炼成分如表2所示的钢水，钢包1内的钢水经中间包2流入由双辊连铸机的两个反向旋转的结晶辊3和侧封板组成的空腔内形成熔池4，熔池4上表面的钢水的过热度为50℃，钢水经过两个结晶辊3之间的辊缝凝固并导出，导出速度为80m/min，形成6mm厚的低碳微合金钢薄带5；

（2）低碳微合金钢薄带5经第一冷却系统6以30℃/s的冷却速率冷却至1100℃后经热轧机7进行压下量为30%的一道次热轧，然后再经第二冷却系统8以40℃/s的冷却速率冷却至650℃，最后由卷取机9卷取，得到1500mm宽的低碳微合金钢热轧板卷10，钢板中针状铁素体的体积分数为67%，如图4所示。

对比例1

对比例中低碳微合金钢的化学成分见表4。

本对比例的技术方案按照以下步骤进行：

（1）冶炼如表4成分所示的钢水，钢包1内的钢水经中间包2流入由双辊连铸机的两个反向旋转的结晶辊3和侧封板组成的空腔内形成熔池4，熔池4上表面的钢水的过热度为65℃，钢水经过两个结晶辊3之间的辊缝凝固并导出，导出速度为25m/min，形成2mm厚的低碳微合金钢薄带5。

（2）薄带5经第一冷却系统6以45℃/s的冷却速率冷却至900℃后经热轧机7进行压下量为8%一道次热轧，然后再经第二冷却系统8以7℃/s的冷却速率冷却至600℃，最后由卷取机9卷取，得到300mm宽的低碳微合金钢热轧板卷10。钢板中所含针状铁素体的体积分数仅为2%，如图5所示。

对比例2

对比例中低碳微合金钢的化学成分见表5。

本对比例的技术方案按照以下步骤进行：

（1）冶炼如表5成分所示的钢水，钢包1内的钢水经中间包2流入由双辊连铸机的两个反向旋转的结晶辊3和侧封板组成的空腔内形成熔池4，熔池4上表面的钢水的过热度为25℃，钢水经过两个结晶辊3之间的辊缝凝固并导出，导出速度为35m/min，形成4mm厚的低碳微合金钢薄带5。

（2）薄带5经第一冷却系统6以17℃/s的冷却速率冷却至1000℃后经热轧机7进行压下量为18%的一道次热轧，然后再经第二冷却系统8以22℃/s的冷却速率冷却至700℃，最后由卷取机9卷取，得到800mm宽的低碳微合金钢热轧板卷10。钢板中所含针状铁素体的体积分数仅为18%，如图6所示。

对比例3

实施例中低碳微合金钢的化学成分见表6。

本对比例的技术方案按照以下步骤进行：

（1）冶炼如表6成分所示的钢水，钢包1内的钢水经中间包2流入由双辊连铸机的两个反向旋转的结晶辊3和侧封板组成的空腔内形成熔池4，熔池4上表面的钢水的过热度为45℃，钢水经过两个结晶辊3之间的辊缝凝固并导出，导出速度为65m/min，形成6mm厚的低碳微合金钢薄带5。

（2）薄带5经第一冷却系统6以28℃/s的冷却速率冷却至1100℃后经热轧机7进行压下量为27%的一道次热轧，然后再经第二冷却系统8以35℃/s的冷却速率冷却至600℃，最后由卷取机9卷取，得到1000mm宽的低碳微合金钢热轧板卷10。钢板中所含针状铁素体的体积分数仅为5%，如图7所示。

Claims (2)

1.一种提高双辊连铸低碳微合金钢针状铁素体含量的方法，其特征在于按照以下步骤进行：

（1）冶炼钢水，钢包内的钢水经中间包流入由双辊连铸机的两个反向旋转的结晶辊和侧封板组成的空腔内形成熔池，熔池上表面的钢水的过热度为10~50℃，钢水经过两个结晶辊之间的辊缝凝固并导出，导出速度为20~80m/min，形成1~6mm厚的低碳微合金钢薄带；

（2）低碳微合金钢薄带经冷却系统以10~30℃/s的冷却速率冷却至900~1100℃后进行压下量为5~30%的一道次热轧，然后薄带再以5~40℃/s的冷却速率冷却至600~700℃后进行卷取，得到100~2000mm宽的低碳微合金钢热轧板卷，钢板中针状铁素体的体积分数为20~70%。

2.根据权利要求1所述的一种提高双辊连铸低碳微合金钢针状铁素体含量的方法，其特征在于所述的低碳微合金钢的化学成分按质量百分比为：C 0.02~0.08%，Si 0.1~0.5%，Mn 0.1~0.5%，S 0.002~0.01%，P 0.01~0.15%，sol-Al 0.002~0.03%，Cu <0.5%，Cr <1.0%，Ni <0.2%，O 0.002~0.01%，Ti 0.005~0.2%，余量为Fe。