CN107502826B - 基于全无头薄板坯连铸连轧流程生产A572Gr50加硼钢的方法 - Google Patents

基于全无头薄板坯连铸连轧流程生产A572Gr50加硼钢的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于全无头薄板坯连铸连轧流程生产A572Gr50加硼钢的方法包括：选择原材料，其中，原材料按质量百分比包括：0.04～0.10％的C、0.10～0.50％的Si、1.0～1.35％的Mn、≤0.025％的P、≤0.010％的S、0.010～0.050％的Alt、0.02～0.04％的Ti、0.0008～0.0030％的B、≤0.005％的N，其余为铁元素；将原材料依次进行转炉冶炼及LF炉冶炼；将从LF炉冶炼形成的钢水经过ESP产线生成不同厚度的热轧带钢，其中，在ESP产线中，粗轧入口的温度不低于900℃，感应加热出口的温度1100～1180℃，精轧出口的温度820～880℃，卷取温度560～620℃。利用本发明，解决含硼钢容易出现角部裂纹、表面纵裂以及含碳量较高而导致的钢的塑性不好等问题。

Description

基于全无头薄板坯连铸连轧流程生产A572Gr50加硼钢的方法
技术领域
本发明涉及钢铁技术领域，更为具体地，涉及一种基于全无头薄板坯连铸连轧流程生产A572Gr50加硼钢的方法。
背景技术
随着我国钢铁行业的迅速发展，国内出口钢卷数据和企业逐渐增加，其中钢种从单一普碳钢也逐步增加一些低合金及高强钢系列，A572Gr50为美标ASTM A572中的一个牌号，其成分要求C≤0.23％、Si≤0.40％、Mn≤1.35％、P≤0.040％、S≤0.050％、微合金强化。据相关报道A572Gr50加硼容易导致铸坯表面纵裂、角部裂纹以及组织粗大等问题，影响钢材的成材率和内部组织，在大生产过程中存在一定的难度。对于ESP全无头薄板坯连铸连轧产线，铸坯直接送轧，无法进行角部裂纹、表面纵裂的清理，本问题的解决尤其重要。
国内外对低合金加硼钢A572Gr50的生产技术和工程应用方面做了大量的研究。如CN 104988400A中提到一种微钛处理的含硼钢的冶炼方法，其化学成分为C0.14-0.20％、Si0.05-0.20％、Mn0.20-0.50％、P0.005-0.025％、S0.001-0.015％、Al0.010-0.040％、Ti0.010-0.035％、N0.0020-0.0060％、B0.0008-0.0030％，其余为铁及不可避免的杂质。其原理为利用Ti与N结合能力大于B与N的结合能力，钢中的N与Ti结合形成TiN，避免了导致铸坯角部裂纹的化合物氮化硼的产生，解决了含硼钢在生产过程中产生表面裂纹和角部裂纹的问题。如CN 102367548A中提到一种A572GR50加硼钢的生产方法，其化学成分为C0.12-0.19％、Si0.20-0.40％、Mn1.15-1.45％、P≤0.020％、S≤0.007％、Als≤0.050％、微合金元素(V+Ti)≤0.10％、B≤0.0018％，其余为铁及不可避免的杂质。其利用Ti和N的结合，提高钢种有效硼含量，避免硼的加入导致钢板裂纹的产生。文献《硼微合金化对SPHC钢组织、析出物以及屈服强度的影响》中提到，对于化学成分为C≤0.07％、Si≤0.05％、Mn0.15-0.30％、P≤0.02％、S≤0.01％、Als0.020-0.050％、B0.0010-0.0050％。加硼热轧钢带铁素体晶粒度达到7-8级，晶粒尺寸达到23.3μm，不含硼钢的晶粒度在9-10级，晶粒尺寸只有13.8μm，含硼钢的晶粒明显粗化；加硼热轧带钢屈服强度均值284MPa、抗拉351MPa，不含硼钢的屈服强度均值300MPa，抗拉370MPa，相差近20MPa，而时效一段时间后，含硼钢屈服强度均值降至230MPa，不含硼钢的屈服强度均值降至270MPa，相差近40MPa。
以上两个专利为解决加硼钢铸坯裂纹，都采用了加Ti微合金处理的方式，为解决强度不足的问题，均采用了较高的碳含量，但碳含量较高，对钢的塑性不利。
为解决上述问题，本发明提出了一种基于全无头薄板坯连铸连轧流程生产A572Gr50加硼钢的方法。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种基于全无头薄板坯连铸连轧流程生产A572Gr50加硼钢的方法，以解决含硼钢容易出现角部裂纹、表面纵裂以及含碳量较高而导致的钢的塑性不好等问题。
本发明提供一种基于全无头薄板坯连铸连轧流程生产A572Gr50加硼钢的方法，包括：选择原材料，其中，原材料按质量百分比包括：0.04～0.10％的C、0.10～0.50％的Si、1.0～1.35％的Mn、≤0.025％的P、≤0.010％的S、0.010～0.050％的Alt、0.02～0.04％的Ti、0.0008～0.0030％的B、≤0.005％的N，其余为铁元素；
将原材料依次进行转炉冶炼及LF炉冶炼；
将从LF炉冶炼形成的钢水经过ESP产线生成不同厚度的热轧带钢，其中，在ESP产线中，钢水依次经过连铸机、粗轧机、摆剪、推废、转毂剪、感应加热炉、精轧机、层流冷却、高速飞剪以及卷取机；其中，
粗轧入口的温度不低于900℃，感应加热出口的温度1100～1180℃，精轧出口的温度820～880℃，卷取温度560～620℃。
此外，优选的方案是，在ESP产线中，连铸拉速度为4.0m/min～6.0m/min，铸坯厚度为90mm～110mm。
此外，优选的方案是，在生成生产的A572Gr50加硼钢的过程中，Ti是A572Gr50加硼钢中强碳氮化物形成元素，
在连铸及冷却阶段，液态析出TiN粒子以及固态析出Ti4C2S2粒子；
在轧制阶段，在奥氏体中形变诱导析出TiC粒子；
在冷却和卷取阶段，析出TiC粒子。
此外，优选的方案是，生产的A572Gr50加硼钢的屈服强度≥345MPa，抗拉强度≥450MPa，延伸率≥21％。
从上面的技术方案可知，本发明提供的基于全无头薄板坯连铸连轧流程生产A572Gr50加硼钢的方法，采用低C、Si-Mn合金化的基础上加入微合金Ti，以消除硼元素对表面质量及强度的不利影响，并能够达到A572Gr50强度要求，保持良好的塑性。
为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。
附图说明
通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：
图1为根据本发明实施例的基基于全无头薄板坯连铸连轧流程生产A572Gr50加硼钢的方法流程示意图。
在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。
具体实施方式
在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。
针对前述提出的现有的技术解决加硼钢铸坯裂纹，采用了加Ti微合金处理的方式，为解决强度不足的问题，采用了较高的碳含量，但是碳含量较高，对钢的塑性不利，为解决此问题，本发明提出了一种基于全无头薄板坯连铸连轧流程生产A572Gr50加硼钢的方法，采用ESP工艺生产A572Gr50加硼钢，解决加硼钢中含碳量较高而导致钢的塑性不好的问题。
全无头薄板坯连铸连轧(Endless Strip Production)是指无头带钢工艺，在7分钟内实现从钢水到卷取机上热轧卷的全连续生产，实现了真正意义上连铸连轧。该技术具有钢水纯净度高，铸坯凝固速度快、铸态组织均匀、化学成分偏析小，轧制时间短，道次压下量大，成品组织均匀等特点，并且该工艺不需要穿带，热轧卷通长厚度均匀，尺寸精度高。
其中，全无头薄板坯连铸连轧产线是阿维迪新建的新一代薄板坯连铸连轧生产线，由于其一次浇铸可生产一整条钢带，中间没有任何切头切尾，因而具有全连续带钢生产的优点，单条连铸线具有出色的生产能力、大规模生产大带宽带钢和优质带钢、从钢水到热轧卷的转换成本低、生产线工艺布置最为紧凑等特点。
以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。
为了说明本发明提供的基于全无头薄板坯连铸连轧流程生产A572Gr50加硼钢的方法，图1示出了根据本发明实施例的基于全无头薄板坯连铸连轧流程生产A572Gr50加硼钢的方法流程。
如图1所示，本发明提供的基于全无头薄板坯连铸连轧流程生产A572Gr50加硼钢的方法，包括：
S110：选择原材料，其中，原材料按质量百分比包括：0.04～0.10％的C、0.10～0.50％的Si、1.0～1.35％的Mn、≤0.025％的P、≤0.010％的S、0.010～0.050％的Alt、0.02～0.04％的Ti、0.0008～0.0030％的B、≤0.005％的N，其余为铁元素；
S120：将原材料依次进行转炉冶炼及LF炉冶炼；
S130：将从LF炉冶炼形成的钢水经过ESP产线生成不同厚度的热轧带钢，其中，在ESP产线中，钢水依次经过连铸机、粗轧机、摆剪、推废、转毂剪、感应加热炉、精轧机、层流冷却、高速飞剪以及卷取机；
其中，粗轧入口的温度不低于900℃，感应加热出口的温度1100～1180℃，精轧出口的温度820～880℃，卷取温度560～620℃。
上述步骤为采用ESP工艺生成A572Gr50加硼钢的具体方法，在本发明的步骤S110中，在生成A572Gr50加硼钢的原材料选择中，C的质量百分比为0.04～0.10％，其中，C元素是保证材料强度、硬度以及耐磨性的最主要元素。碳元素能溶解在钢中形成固溶体，起到了固溶强化作用，是钢中的主要强化元素。它能与强碳化物形成元素一起结合形成碳化物析出时，起到了沉淀强化的作用，碳元素是对钢的强度贡献最大的元素，但随着碳含量的增加，塑性和焊接性能降低；因此在本发明中C含量控制在0.04～0.10％。
Si在原材料中的比例为0.10～0.50％，Si在炼钢过程中作为还原剂和脱氧剂加入，并且Si能显著提高钢的弹性极限，同时提高材料的屈服强度和抗拉强度；因此在本发明中Si含量控制在0.10～0.50％。
Mn在原材料中所占的比例为1.0～1.35％，Mn的最大作用是提高钢的淬透性，同时也是重要的固溶强化元素。锰是碳化物形成元素，也能以固溶状态存在，还具有细化珠光体组织的作用，因而能提高铁素体奥氏体的强度和硬度。但Mn含量较高时有粗化晶粒和增加回火脆性的倾向，给加工带来困难，因此在本发明中Mn含量控制在1.0～1.35％。
Al在原材料中所占的比例为0.010～0.050％，铝是钢中常用的脱氧剂，钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击塑性；因此在本发明中Al含量控制在0.010～0.050％。
Ti在原材料中所占的比例为0.02～0.04％，钛是钢中强碳氮化物形成元素，在连铸及冷却阶段，发生TiN和Ti4C2S2粒子的液态析出和固态析出；在轧制阶段，发生TiC在奥氏体中的形变诱导析出；在冷却和卷取阶段同样发生TiC的析出，只有细小的TiC粒子析出对强度贡献明显；因此本发明中Ti含量控制在0.02～0.04％。
N在原材料中所占的比例为≤0.005％，氮能够提高钢的强度，降低钢的塑性，增加时效敏感性，氮与钛结合力强，TiN在连铸过程中就能够产生，但对强度没有贡献，应尽量降低氮元素的含量，本发明中N控制在≤0.005％。
其中，需要说明的是，全无头薄板坯连铸连轧产线生产A572Gr50加硼钢，采用低C、Si-Mn合金化的基础上加入微合金Ti的成分设计体系，利用Ti优先与N结合生产TiN的特点，避免了B与N结合生产BN对铸坯表面裂纹不利，来消除硼元素对表面质量的不利影响。另一方面，本发明对N含量进行了控制≤0.005％，其原理是减少对强度没有贡献的TiN的生成，相应增加对强度贡献明显的TiC的生成，消除了硼元素对强度的不利影响。本发明采用全无头薄板坯连铸连轧流程生产出的A572Gr50加硼钢具有通长厚度均匀，性能稳定的特点。
在步骤S120中，按照上述(步骤S110)的成分进行转炉、LF炉冶炼。也就是说，铁水经转炉冶炼后再经过LF炉精炼得到所需成分的钢水。其中，转炉炼钢(convertersteelmaking)是以铁水、废钢、铁合金为主要原料，不借助外加能源，靠铁液本身的物理热和铁液组分间化学反应产生热量而在转炉中完成炼钢过程。转炉主要用于生产碳钢、合金钢及铜和镍冶炼。
LF炉(ladle furnace)即钢包精炼炉，是钢铁生产中主要的炉外精炼设备。LF炉一般指钢铁行业中的精炼炉，实际就是电弧炉的一种特殊形式。
在步骤S130中，在ESP产线中，铸坯进入粗轧入口的温度不能低于900℃，中间坯在进入精轧机组前首先进入感应加热炉中，IH(感应加热)出口温度感应加热出口的温度1100～1180℃，从感应加热炉出来进入精轧机组，并且精轧出口的温度820～880℃。一般来说，生成的A572Gr50加硼钢的厚度与其屈服强度、抗拉强度之间成反比，如果生成的A572Gr50加硼钢的厚度大，那么其屈服强度和抗拉强度会减小，如果生成的A572Gr50加硼钢的厚度小，那么其屈服强度和抗拉强度会增大。
其中，需要说明的是，IH为感应加热出口温度，感应加热炉位于转毂剪之后，精轧机之前的位置，感应加热的作用是加热带钢，保证精轧温度，也可以说是调节中间坯的温度，IH温度按照带钢精轧要求且兼顾带钢表面质量而定，低于某一温度会造成精轧温度不合，高于某一温度则浪费能源。
其中，在ESP产线中，从LF炉冶炼出来的钢水进入连铸机，从连铸机出来的铸坯直接进入3架粗轧机制成中间坯(其中，铸坯进入组轧机组的入口温度不低于900℃，)，然后经过摆式剪，将铸坯头部楔形段进行分段和切掉，接着铸坯进入堆垛机(堆垛机的作用是当后面设备出现故障时，可以在此堆垛机处下线)。正常轧制时直接通过，随后中间坯经转毂式飞剪切头尾，然后进入感应加热出口的温度1100～1180℃，随后进入精轧机组，从精轧机组出来生成热轧带钢。从精轧机组生成的热轧带钢层流冷却至卷取机，卷取温度为560～620℃。
综上，本发明采用全无头薄板坯连铸连轧产线生产的A572Gr50加硼钢结构钢，生产流程短，属于低能耗绿色制造工艺范畴，A572Gr50加硼钢的成分设计中采用低C、Si-Mn合金化的基础上加入微合金Ti，不加入价格昂贵的Nb、V微合金，并对N含量进行了控制。这种成分设计解决了含硼钢容易出现角部裂纹、表面纵裂的问题，并且生产出来的热轧产品具有表面质量好、低成本、强度高、通长厚度均匀，性能稳定等特点。
根据上述生成A572Gr50加硼钢的方法，本发明根据如下的实施例作进一步的说明。
实施例1
选择原材料，其中原材料按质量百分比包括：C0.045％，Si0.12％，Mn1.2％，P0.016％，S0.0012％，Alt0.032％，Ti0.034％，B0.0013％，N0.0042％，其余为铁元素；
将原材料依次进行转炉、LF炉冶炼；
连铸以5.5m/min的速度恒拉速生产，其中，粗轧入口温度960℃，感应加热炉出口温度1150℃，精轧出口温度850℃，卷取温度600℃，卷取机成卷入库；
生成的A572Gr50加硼钢力学性能为：屈服强度为394MPa、抗拉强度为484MPa、伸长率30.5％，冷弯(2.0a弯芯直径)合格。
实施例2
选择原材料，其中原材料按质量百分比包括：C0.050％，Si0.20％，Mn1.1％，P0.015％，S0.0008％，Alt0.030％，Ti0.027％，B0.0012％，N0.0048％，其余为铁元素；
将原材料依次进行转炉、LF炉冶炼；
连铸以5.0m/min的速度恒拉速生产，其中粗轧入口温度935℃，感应加热炉出口温度1135℃，精轧出口温度830℃，卷取温度580℃，卷取机成卷入库；
生成的A572Gr50加硼钢力学性能为：屈服强度为432MPa、抗拉强度为509MPa、伸长率28％，冷弯(2.0a弯芯直径)合格。
实施例3
选择原材料，其中，原材料按质量百分比包括：C0.066％，Si0.15％，Mn1.05％，P0.012％，S0.0010％，Alt0.025％，Ti0.022％，B0.0010％，N0.0041％，其余为铁元素；
将原材料依次进行转炉、LF炉冶炼；
连铸以5.5m/min的速度恒拉速生产，其中，粗轧入口温度965℃，感应加热炉出口温度1160℃，精轧出口温度860℃，卷取温度580℃，卷取机成卷入库；
生成的A572Gr50加硼钢力学性能为：屈服强度为433MPa、抗拉强度为499MPa、伸长率28.5％，冷弯(2.0a弯芯直径)合格。
实施例4
选择原材料，其中，原材料按质量百分比包括：C0.055％，Si0.17％，Mn1.15％，P0.010％，S0.0009％，Alt0.015％，Ti0.025％，B0.0015％，N0.0043％，其余为铁元素；
将原材料依次进行转炉、LF炉冶炼；
连铸以5.0m/min的速度恒拉速生产，其中，粗轧入口温度970℃，感应加热炉出口温度1170℃，精轧出口温度850℃，卷取温度570℃，卷取机成卷入库；
生成的A572Gr50加硼钢力学性能为：屈服强度为428MPa、抗拉强度为491MPa、伸长率29％，冷弯(2.0a弯芯直径)合格。
实施例5
选择原材料，其中，原材料按质量百分比包括：C0.06％，Si0.22％，Mn1.25％，P0.011％，S0.0011％，Alt0.02％，Ti0.03％，B0.0020％，N0.0045％，其余为铁元素；
将原材料依次进行转炉、LF炉冶炼；
连铸以5.4m/min的速度恒拉速生产，其中，粗轧入口温度980℃，感应加热炉出口温度1115℃，精轧出口温度830℃，卷取温度560℃，卷取机成卷入库；
生成的A572Gr50加硼钢力学性能为：屈服强度为430MPa、抗拉强度为489MPa、伸长率31％，冷弯(2.0a弯芯直径)合格。
通过上述实施方式可以看出，本发明提供的基于全无头薄板坯连铸连轧流程生产A572Gr50加硼钢的方法，采用低C、Si-Mn合金化的基础上加入微合金Ti的成分设计体系，其具有表面质量好，成本低、强度高、塑性好的特点，可应用于工程机械、交通运输和车辆制造等行业；并且ESP工艺流程铸坯不经均热炉加热直接进行轧制，生产工艺流程短，节约能源，减少二氧化碳排放，属于低能耗绿色钢铁制造工艺范畴。
如上参照附图以示例的方式描述了根据本发明提出的基于全无头薄板坯连铸连轧流程生产A572Gr50加硼钢的方法。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的基于全无头薄板坯连铸连轧流程生产A572Gr50加硼钢的方法，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims (4)

1.一种基于全无头薄板坯连铸连轧流程生产A572Gr50加硼钢的方法，其特征在于，包括：
选择原材料，其中，所述原材料按质量百分比包括：0.04～0.10％的C、0.10～0.50％的Si、1.15～1.35％的Mn、≤0.025％的P、≤0.0009的S、0.010～0.050％的Alt、0.02～0.04％的Ti、0.0008～0.0030％的B、≤0.005％的N，其余为铁元素；
将所述原材料依次进行转炉冶炼及LF炉冶炼；
将从所述LF炉冶炼形成的钢水经过ESP产线生成不同厚度的热轧带钢，其中，在所述ESP产线中，所述钢水依次经过连铸机、粗轧机、摆剪、推废、转毂剪、感应加热炉、精轧机、层流冷却、高速飞剪以及卷取机；其中，
粗轧入口的温度不低于900℃，感应加热出口的温度1100～1180℃，精轧出口的温度820～880℃，卷取温度560～620℃。
2.如权利要求1所述的基于全无头薄板坯连铸连轧流程生产A572Gr50加硼钢的方法，其特征在于，
在所述ESP产线中，连铸拉速度为4.0m/min～6.0m/min，铸坯厚度为90mm～110mm。
3.如权利要求1所述的基于全无头薄板坯连铸连轧流程生产A572Gr50加硼钢的方法，其特征在于，
在生成生产的A572Gr50加硼钢的过程中，Ti是A572Gr50加硼钢中强碳氮化物形成元素，
在连铸及冷却阶段，液态析出TiN粒子以及固态析出Ti4C2S2粒子；
在轧制阶段，在奥氏体中形变诱导析出TiC粒子；
在冷却和卷取阶段，析出TiC粒子。
4.如权利要求1所述的基于全无头薄板坯连铸连轧流程生产A572Gr50加硼钢的方法，其特征在于，
生产的A572Gr50加硼钢的屈服强度≥345MPa，抗拉强度≥450MPa，延伸率≥21％。
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Denomination of invention: Method for producing a572gr50 boron added steel based on full headless thin slab continuous casting and rolling process

Effective date of registration: 20211222

Granted publication date: 20191210

Pledgee: Rizhao Bank Co., Ltd

Pledgor: RIZHAO STEEL HOLDING GROUP Co.,Ltd.

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