CN108796190A - 一种薄规格高锰钢板的短流程制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于钢铁合金材料技术领域，具体涉及一种薄规格高锰钢板的短流程制备方法。薄规格高锰钢板的成分按质量百分比为：0.015≤C≤0.3％，15≤Mn≤25％，1％≤Si≤3％，1.5％≤Al≤3％，P≤0.003％，O≤0.002％，N≤0.002％，S≤0.003％，余量为Fe。制备方法如下：(1)熔炼钢水，预热中间包、布流包、侧封板；(2)浇入中间包；(3)浇入布流包；(4)利用双辊薄带连铸设备铸轧；(5)氮气保护气氛冷却后一道次热轧；(6)空冷后卷曲；(7)酸洗；(8)冷轧；(9)氮气气氛保护条件下退火。薄规格高锰钢板的厚度为0.47～1.2mm，宽度为500～2000mm，抗拉强度为750～1400MPa，断后延伸率为30～80％。本发明技术是一种短流程近终成形技术，具有低成本、低能耗特点。

Description

一种薄规格高锰钢板的短流程制备方法
技术领域
本发明属于钢铁合金材料技术领域，具体涉及一种薄规格高锰钢板的短流程制备方法。
背景技术
随着汽车行业的发展，汽车轻量化、安全、节能、降低排放已经成为主要重要的发展目标。先进高强钢是一种重要的汽车用结构材料，它的应用是实现汽车轻量化和提高碰撞安全性的重要方法。无间隙原子钢(IF)、双相钢(DP)、相变诱发塑性钢(TRIP)、马氏体钢(M)是典型的第一代汽车用先进高强钢，但是它们的强塑积为10～20GPa％，已经不能满足未来汽车用钢的进一步需求。高锰钢是典型的第二代汽车用钢，通常高锰钢中的锰含量为15～30wt％。高锰钢具有优异的强度和延伸率匹配，即强塑积较高，此外，高锰钢成形性能较好，因此在汽车结构件上具有巨大的应用前景。
然而，高锰钢中锰含量较高，在制备过程存在一定问题：(1)铸坯宏观偏析和微观偏析现象严重，需要长时间高温热处理工序以消除铸件的偏析；(2)热加工性能较差，因而不宜进行板带热轧，在热轧过程容易产生开裂现象；(3)铸造过程活性渣容易对耐火材料侵蚀。因此高锰钢的制备亟待提出新的方法以解决现有的问题。经检索，汽车用高锰钢的制备已经有相关专利申请，中国专利申请(公开号CN 103556052 A)提出一种汽车用高锰钢及其制造方法，其制备流程为：冶炼→连铸成坯→连铸坯高温加热→粗轧→精轧→卷曲→冷轧→退火→光整，此流程连铸坯需要加热至1220～1280℃，温度比较高，需要消耗大量的能源，不利于环境保护。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种薄规格高锰钢板的短流程制备方法，通过短流程、低能耗、近终成形的方法制备出高锰钢薄带，以解决现有高锰钢板制备过程存在的技术问题。
本发明的技术方案如下：
一种薄规格高锰钢板的短流程制备方法，按以下步骤进行：
(1)按所述成分熔炼钢水，成分按质量百分比为：0.015≤C≤0.3％，15≤Mn≤25％，1％≤Si≤3％，1.5％≤Al≤3％，P≤0.003％，O≤0.002％，N≤0.002％，S≤0.003％，余量为Fe；
(2)预热中间包温度至1300～1350℃，预热布流包温度至1280～1330℃，预热侧封板温度至1250～1300℃，将钢包中钢水浇入到中间包内，再从中间包浇入到布流包内，然后从布流包浇入到双辊薄带连铸设备中，控制钢水进入熔池时过热度为10～50℃，经铸轧获得厚度为1.9～3.5mm的铸带；
(3)铸带出双辊薄带连铸设备后，采用氮气保护气氛冷却，氮气保护气氛冷却的冷却速率为30～50℃/s，冷却至1100～1200℃开始一道次热轧，热轧总压下量为10～30％，终轧温度为900～1100℃，获得的热轧板空冷至600～680℃进行卷曲，热轧板的厚度为1.6～3.15mm；
(4)将热轧板卷经酸洗清理掉氧化皮后进行冷轧，冷轧总压下量为62～85％，得到冷轧板；
(5)在氮气气氛保护下，将冷轧板加热至800～1100℃保温10min～60min，再淬火冷却至室温，得到薄规格高锰钢板，其厚度为0.47～1.2mm，宽度为500～2000mm。
所述的薄规格高锰钢板的短流程制备方法，步骤(2)中，将钢水浇入到中间包之前，需要控制钢包内上表面的钢水温度为1710～1730℃。
所述的薄规格高锰钢板的短流程制备方法，步骤(5)中，薄规格高锰钢板的抗拉强度为750～1400MPa，断后延伸率为30～80％。
本发明薄规格高锰钢板的短流程制备方法，其工艺过程和工艺参数特点为：
(1)本发明高锰钢铸带的制备过程采用双辊薄带连铸技术，是一种短流程近终成形技术，该技术直接将钢水转化为厚度为1.9～3.5mm高锰钢铸带，随后铸带仅需经过在线一道次热轧，并且一个浇次可以生产一整条高锰钢热轧板，显著缩短液态钢水转化为热轧板的加工过程。
(2)本发明钢包内的钢水先浇入到中间包内，再从中间包浇入到布流包内，然后从布流包浇入到双辊薄带连铸设备中。此过程，中间包可以为布流包提供持续稳定的钢液，并且通过控制钢水从中间包流入布流包内的流速，可以控制钢水在铸辊间形成一个稳定的熔池液面高度，从而保证双辊薄带连铸过程的稳定进行；布流包可以控制钢水从布流包水口沿整个铸辊宽度方向，以均匀的流速将钢水浇入铸辊间的熔池内，从而形成一个稳定的溶池液面，并保证流入铸辊间所形成的熔池内的钢水温度沿整个铸辊宽度方向一致。
(3)本发明需要严格控制钢包内上表面的钢水温度为1710～1730℃，预热中间包温度至1300～1350℃，预热布流包温度至1280～1330℃，预热侧封板温度至1250～1300℃。经过大量实施验证，若钢包内上表面的钢水温度高于1730℃，无法控制钢水进入熔池时的过热度为10～50℃，过热度会大于50℃，最终会导致钢水无法在铸辊间形成完整的铸带，容易出现断带现象；若钢包内上表面的钢水温度低于1710℃，钢水进入熔池时的过热度容易小于10℃，此时钢水容易在熔池内凝固并堵塞在熔池内，导致双辊薄带连铸过程无法进行。中间包、布流包的预热温度也会影响双辊薄带连铸过程的顺利进行，若预热温度过高(中间包温度大于1350℃，布流包温度大于1330℃)，能量损耗大，不利于成本；预热温度过低(中间包温度小于1300℃，布流包温度小于于1280℃)，无法保证钢水进入熔池时的过热度大于10℃，最终导致钢水在熔池内凝固并堵塞在熔池内。此外，钢水容易在中间包、布流包的熔池中发生凝固，从而造成中间包、布流包水口堵塞。侧封板的预热温度会影响铸带的边部质量，经过验证，若侧封板的预热温度低于1250℃，制备出的铸带边部不整齐。
(4)本发明铸带出双辊薄带连铸设备后，需要采用氮气保护气氛冷却。采用氮气保护气氛冷却，可以防止铸带表明发生高温氧化，有效降低铸带表面的氧化铁皮厚度。此外，经过大量实施结果表明，铸带出双辊薄带连铸设备后，采用氮气保护可以保证铸带的质量良好，无表面裂纹现象产生。
与现有技术相比，本发明的优点及有益效果在于：
(1)本发明采用双辊薄带连铸技术来直接制备出厚度为1.9～3.5mm高锰钢铸带，是一种短流程近终成形技术，铸带可以直接在线一道次热轧获得目标厚度，相对于现有流程可以省去高温加热、粗轧、精轧过程，将铸造与热轧过程紧密的结合在一起，因此可以节约能源、降低排放、降低生产成本。
(2)本发明双辊薄带连铸过程的冷却速率可以高达～1000℃/s，为亚快速凝固过程，液态金属在小于0.5s的时间内凝固为金属薄带。此外，钢水在铸辊间结晶凝固的过程同时承受压力加工，可以突破常规流程中铸坯缓慢凝固带来的系列“先天不足”，可以抑制锰元素的宏观偏析，因此可以有效解决锰元素在铸态组织中容易出现宏观偏析的问题。
(3)本发明在双辊薄带连铸过程，铸辊表面的凝固坯壳随着铸辊移动，凝固坯壳与铸辊一直保持接触，直到两个铸辊表面的凝固坯壳在铸辊辊隙最小处结合在一起，所以此过程不存在传统连铸中为克服凝固坯壳与结晶辊之间摩擦所必需的相对运动或振动问题，也不需要保护渣，可以降低对耐火材料的侵蚀，因此制备高锰钢铸带对设备技术要求低。
附图说明
图1为本发明的生产设备工艺流程图。
具体实施方式
在具体实施过程中，如图1所示，本发明薄规格高锰钢板的制备流程如下：(1)熔炼钢水，预热中间包、布流包、侧封板；(2)浇入中间包；(3)浇入布流包；(4)利用双辊薄带连铸设备铸轧；(5)氮气保护气氛冷却后一道次热轧；(6)空冷后卷曲；(7)酸洗；(8)冷轧；(9)氮气气氛保护条件下退火。钢水从布流包浇入双辊薄带连铸设备中，是将布流包中的钢水浇入旋转方向相反的两个相对的铸辊和两个相对的侧封板组成的空腔内形成熔池，钢液经铸辊的辊缝凝固并导出。
本发明实施例中，抗拉强度和断后延伸率的测试采用的标准为GB/T228.1-2010，拉伸样的标距为25mm，室温下测试，拉伸速率为2mm/min。
下面，通过实施例对本发明进一步详细阐述。
实施例1
本实施例中，薄规格高锰钢板的短流程制备方法，包括如下步骤：
(1)按所述成分熔炼钢水，熔炼工艺流程为：铁水预脱硫、转炉冶炼、氩站、LF钢包炉精炼，成分按质量百分比为：C 0.015％，Mn 15％，Si 3％，Al 3％，P 0.003％，O0.002％，N 0.002％，S 0.003％，余量为Fe。
(2)控制钢包内上表面的钢水温度为1730℃，预热中间包温度至1350℃，预热布流包温度至1330℃，预热侧封板温度至1300℃，将钢包中钢水浇入到中间包内，再从中间包浇入到布流包内，然后从布流包浇入到双辊薄带连铸设备中，控制钢水进入熔池时过热度为50℃，经铸轧获得厚度为3.5mm的铸带；
(3)铸带出双辊薄带连铸设备后，采用氮气保护气氛冷却，氮气保护气氛冷却的冷却速率为50℃/s，冷却至1200℃开始一道次热轧，热轧总压下量为10％，终轧温度为1100℃，获得的热轧板空冷至600℃进行卷曲，热轧板的厚度为3.15mm；
(4)将热轧板卷经酸洗清理掉氧化皮后进行冷轧，冷轧总压下量为62％，得到冷轧板；
(5)将冷轧板加热至1100℃保温10min(氮气气氛保护)，再淬火冷却至室温，得到薄规格高锰钢板，薄规格高锰钢板的厚度为1.2mm，宽度为500mm，其组织由奥氏体和铁素体组成，抗拉强度为1400MPa，断后延伸率为30％。
实施例2
本实施例中，薄规格高锰钢板的短流程制备方法，包括如下步骤：
(1)按所述成分熔炼钢水，熔炼工艺流程为：铁水预脱硫、转炉冶炼、氩站、LF钢包炉精炼，成分按质量百分比为：C 0.3％，Mn 25％，Si 1％，Al 3％，P 0.002％，O 0.001％，N0.0012％，S 0.0013％，余量为Fe。
(2)控制钢包内上表面的钢水温度为1710℃，预热中间包温度至1300℃，预热布流包温度至1280℃，预热侧封板温度至1250℃，将钢包中钢水浇入到中间包内，再从中间包浇入到布流包内，然后从布流包浇入到双辊薄带连铸设备中，控制钢水进入熔池时过热度为10℃，经铸轧获得厚度为3mm的铸带；
(3)铸带出双辊薄带连铸设备后，采用氮气保护气氛冷却，氮气保护气氛冷却的冷却速率为30℃/s，冷却至1100℃开始一道次热轧，热轧总压下量为30％，终轧温度为900℃，获得的热轧板空冷至680℃进行卷曲，热轧板的厚度为2.1mm；
(4)将热轧板卷经酸洗清理掉氧化皮后进行冷轧，冷轧总压下量为76％，得到冷轧板；
(5)将冷轧板加热至900℃保温60min(氮气气氛保护)，再淬火冷却至室温，得到薄规格高锰钢板，薄规格高锰钢板的厚度为0.5mm，宽度为2000mm，其组织由奥氏体组成，抗拉强度为800MPa，断后延伸率为50％。
实施例3
本实施例中，薄规格高锰钢板的短流程制备方法，包括如下步骤：
(1)按所述成分熔炼钢水，熔炼工艺流程为：铁水预脱硫、转炉冶炼、氩站、LF钢包炉精炼，成分按质量百分比为：C 0.2％，Mn 20％，Si 1.2％，Al 1.5％，P 0.0013％，O0.0012％，N0.002％，S 0.0013％，余量为Fe。
(2)控制钢包内上表面的钢水温度为1720℃，预热中间包温度至1330℃，预热布流包温度至1300℃，预热侧封板温度至1280℃，将钢包中钢水浇入到中间包内，再从中间包浇入到布流包内，然后从布流包浇入到双辊薄带连铸设备中，控制钢水进入熔池时过热度为40℃，经铸轧获得厚度为3.5mm的铸带；
(3)铸带出双辊薄带连铸设备后，采用氮气保护气氛冷却，氮气保护气氛冷却的冷却速率为40℃/s，冷却至1150℃开始一道次热轧，热轧总压下量为10％，终轧温度为1000℃，获得的热轧板空冷至650℃进行卷曲，热轧板的厚度为3.15mm；
(4)将热轧板卷经酸洗清理掉氧化皮后进行冷轧，冷轧总压下量为85％，得到冷轧板；
(5)将冷轧板加热至1000℃保温40min(氮气气氛保护)，再淬火冷却至室温，得到薄规格高锰钢板，薄规格高锰钢板的厚度为0.47mm，宽度为1000mm，其组织由奥氏体组成，抗拉强度为750MPa，断后延伸率为80％。
实施例4
本实施例中，薄规格高锰钢板的短流程制备方法，包括如下步骤：
(1)按所述成分熔炼钢水，熔炼工艺流程为：铁水预脱硫、转炉冶炼、氩站、LF钢包炉精炼，成分按质量百分比为：C 0.2％，Mn 24％，Si 2％，Al 2.8％，P 0.003％，O0.002％，N 0.0012％，S 0.0014％，余量为Fe。
(2)控制钢包内上表面的钢水温度为1730℃，预热中间包温度至1320℃，预热布流包温度至1280℃，预热侧封板温度至1270℃，将钢包中钢水浇入到中间包内，再从中间包浇入到布流包内，然后从布流包浇入到双辊薄带连铸设备中，控制钢水进入熔池时过热度为50℃，经铸轧获得厚度为1.9mm的铸带；
(3)铸带出双辊薄带连铸设备后，采用氮气保护气氛冷却，氮气保护气氛冷却的冷却速率为50℃/s，冷却至1180℃开始一道次热轧，热轧总压下量为16％，终轧温度为1100℃，获得的热轧板空冷至670℃进行卷曲，热轧板的厚度为1.6mm；
(4)将热轧板卷经酸洗清理掉氧化皮后进行冷轧，冷轧总压下量为62％，得到冷轧板；
(5)将冷轧板加热至800℃保温50min(氮气气氛保护)，再淬火冷却至室温，得到薄规格高锰钢板，薄规格高锰钢板的厚度为0.61mm，宽度为1300mm，其组织由奥氏体组成，抗拉强度为900MPa，断后延伸率为55％。
实施例结果表明，本发明技术是一种短流程近终成形技术，具有低成本、低能耗特点。薄规格高锰钢板的厚度为0.47～1.2mm，宽度为500～2000mm，抗拉强度为750～1400MPa，断后延伸率为30～80％。

Claims (3)

1.一种薄规格高锰钢板的短流程制备方法，其特征在于，按以下步骤进行：
(1)按所述成分熔炼钢水，成分按质量百分比为：0.015≤C≤0.3％，15≤Mn≤25％，1％≤Si≤3％，1.5％≤Al≤3％，P≤0.003％，O≤0.002％，N≤0.002％，S≤0.003％，余量为Fe；
(2)预热中间包温度至1300～1350℃，预热布流包温度至1280～1330℃，预热侧封板温度至1250～1300℃，将钢包中钢水浇入到中间包内，再从中间包浇入到布流包内，然后从布流包浇入到双辊薄带连铸设备中，控制钢水进入熔池时过热度为10～50℃，经铸轧获得厚度为1.9～3.5mm的铸带；
(3)铸带出双辊薄带连铸设备后，采用氮气保护气氛冷却，氮气保护气氛冷却的冷却速率为30～50℃/s，冷却至1100～1200℃开始一道次热轧，热轧总压下量为10～30％，终轧温度为900～1100℃，获得的热轧板空冷至600～680℃进行卷曲，热轧板的厚度为1.6～3.15mm；
(4)将热轧板卷经酸洗清理掉氧化皮后进行冷轧，冷轧总压下量为62～85％，得到冷轧板；
(5)在氮气气氛保护下，将冷轧板加热至800～1100℃保温10min～60min，再淬火冷却至室温，得到薄规格高锰钢板，其厚度为0.47～1.2mm，宽度为500～2000mm。
2.按照权利要求1所述的薄规格高锰钢板的短流程制备方法，其特征在于，步骤(2)中，将钢水浇入到中间包之前，需要控制钢包内上表面的钢水温度为1710～1730℃。
3.按照权利要求1所述的薄规格高锰钢板的短流程制备方法，其特征在于，步骤(5)中，薄规格高锰钢板的抗拉强度为750～1400MPa，断后延伸率为30～80％。
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