CN109706404A - 一种含钛碳素钢及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含钛碳素钢及其制备方法，按重量计包含0.09％～0.20％的C、0.02～0.11％的Ti、0.02％～0.06％的Alt，余量为Fe和不可避免的杂质，其中Alt表示全铝。本发明生产的含钛碳素钢，完全用钛代替Si和Mn，在增强钢材的强度的情况下，还节约了成本。本发明还提供了精确控制钢液中的O、N、S含量的冶炼工艺和控制TiC粒子细小弥散析出的轧制和轧后冷却工艺。能稳定控制钢液中的有效Ti含量，并使得析出的TiC粒子数量多、尺寸小，从而达到稳定提高钢材强度的效果，避免了由于冶炼、轧制工艺控制不精确而引起的钢材强度波动。

Description

一种含钛碳素钢及其生产方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金技术中的轧钢领域，具体地讲，本发明涉及一种含钛碳素钢及其生产方法。

背景技术

Ti在钢中的作用主要体现在如下几个方面：Ti能与N结合，形成稳定的氮化物，能起到细化晶粒并提高材料的焊接性能的效果；Ti能变质钢中的硫化物，使硫化物球化，改善材料的纵横向性能的差异及冷成型性能；Ti含量较高时(≥0.03wt％),结合合适的热加工工艺，能形成弥散细小的TiC，起到析出强化的作用，在普通碳素钢的基础上，提高材料的性能，对于提高我国钢铁行业的竞争力具有十分重要的意义。Ti与N、S、C生成的TiN、TiS、TiC颗粒为圆形或椭圆形，该种形状的颗粒没有尖锐的边角，对钢材的韧性基本没有坏的影响。

比较钛、锰的价格和对强度的贡献，采用Ti微合金化来提高钢材的强度具有更低的成本。目前钛铁(含钛30％)的价格约为1万/吨，中锰(含锰78％)的价格约为7600元/吨，钛的价格约为锰的3.36倍，考虑到钛和锰的回收率差异，增加钢水中相同质量分数的钛和锰，增钛的成本约为增锰成本的4.2倍。从生产经验中得出钢材中每提高0.1％的锰，钢材的屈服强度约提高7MPa，而TiC的沉淀强化效果非常显著，从图1可看出[康永林，周建，毛新平.CSP生产Ti微合金化高强耐候钢组织应用性能与耐候性能分析[J].河南冶金，2007，15(4)：7-12.]，钢材中每提高0.01％的钛，钢材的屈服强度约提高30MPa，钛的强化效果约是锰的42倍。增加钢水中相同质量分数的钛和锰，增钛的成本约为增锰成本的4.2倍，钛的强化效果约是锰的42倍，相比于锰，使用钛来提高钢材的强度约能降低90％的合金成本。

比较钛、硅的价格和对强度的贡献，采用Ti微合金化来提高钢材的强度具有更低的成本。目前钛铁(含钛30％)的价格约为1万/吨，硅铁(含硅75％)的价格约为7000元/吨，钛的价格约为硅的3.52倍，考虑到钛和硅的回收率差异，增加钢水中相同质量分数的钛和硅，增钛的成本约为增硅成本的4.1倍。从生产经验中得出钢材中每提高0.1％的硅，钢材的屈服强度约提高13MPa，而TiC的沉淀强化效果非常显著，从图1可看出，钢材中的钛从0.05％提高到0.1％，钢材的强度约提高150MPa，也即钢材中每提高0.01％的钛，钢材的屈服强度约提高30MPa，钛的强化效果约是硅的23倍。增加钢水中相同质量分数的钛和硅，增钛的成本约为增硅成本的4.1倍，钛的强化效果约是硅的23倍，相比于硅，使用钛来提高钢材的强度约能降低80％的合金成本。

综上所述：使用Ti来强化钢材的成本更低。相比于锰，使用钛来提高钢材的强度约能降低90％的合金成本。相比于硅，使用钛来提高钢材的强度约能降低80％的合金成本。

但由于Ti易与钢液中的O、N、S发生反应，在钢液中O、N、S控制不精确的情况下，Ti与O、N、S发生反应后钢液中剩余的有效Ti含量也就不精确，而含钛碳素钢在轧制和轧后冷却过程中有效Ti与C反应析出的细小弥散状TiC粒子是起主要沉淀强化作用的，若有效Ti含量控制不精确会造成成品钢材明显的强度波动。在轧制和轧后冷却过程中有效Ti与[C反应析出的TiC粒子的尺寸和数量也是影响沉淀强化效果的一个显著因素，能够影响含钛钢的力学性能。因此如何通过冶炼工艺来精确控制钢液中的O、N、S含量以及如何通过控制轧制和轧后冷却的工艺参数使得析出的TiC粒子数量多、尺寸小，达到稳定提高钢材强度的效果，避免由于冶炼、轧制工艺控制不精确而引起的钢材强度波动是一个亟需解决的难题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种含钛碳素钢及其生产方法，用以生产牌号Q235B～420B的含钛碳素结构钢。该钢种只用碳和钛对钢材进行强化，不添加硅系、锰系合金。

本发明提供一种含钛碳素钢，按重量计包含0.09％～0.20％的C、0.02～0.11％的Ti、0.02％～0.06％的Alt，余量为Fe和不可避免的杂质，其中Alt表示全铝。

所述含钛碳素钢中，不可避免的杂质包含不大于0.03％的P、不大于0.005％的S、不大于0.0033％的N和残余的Si和Mn。

所述残余的Si和Mn指的是生产过程中铁水、废钢、脱氧剂、冶金辅料中带入或还原产生的，并非在生产过程中加入的。Si的含量为0.01～0.02％；Mn的含量为0.02～0.0.3％。

本发明还提供一种含钛碳素钢的制备方法，其工艺为：铁水预处理→转炉→LF精炼炉→板坯连铸机→热连轧/半连轧轧机→卷取；具体包括以下步骤：

(1)对铁水预处理，深脱硫，控制铁水中S≤0.01％；

(2)转炉冶炼，中后期将底吹气体切换为氩气，控制出钢钢水中P≤0.03％，出钢钢水中C≥0.07％，出钢钢水温度≥1630℃；控制出钢钢水氮含量小于20ppm；在转炉出钢过程中随钢流加入钢芯铝和合成渣；

(3)LF进站后加入铝渣进行脱氧和造渣，控制LF炉渣成分中的CaO含量在50～60％，并控制LF炉渣厚度大于120mm，控制LF出钢后钢水中氮含量小于30ppm；控制钢水中酸溶铝含量在0.02～0.06％；喂入钛线或加入钛铁，钢水成分、温度均满足条件后，软吹氩10～15分钟；

(4)连铸过程：吸氮量控制在小于3ppm，控制钢水过热度在10～20℃，得到含钛碳素钢。

步骤(2)中，采用转炉吹炼后半阶段用氩气进行底吹搅拌的工艺，出钢过程中维护好出钢口形态，使出钢钢流圆而不散，减少出钢钢流与空气的接触面积，能达到减少钢水吸氮量的效果。

优选的，步骤(2)中钢芯铝中铝的含量为70％，钢芯铝的加入量为2～2.5kg/吨钢。

优选的，步骤(2)中合成渣加入量为5～8kg/吨钢，合成渣为石灰、萤石的混合物，石灰、萤石的质量比为9:1。

优选的，步骤(3)中在LF进站后5分钟之内使钢包顶渣还原成白渣。

优选的，步骤(3)中铝渣加入量为0.5～1kg/吨钢，铝渣成分为：Al:20～30％，CaO:30～40％，Al₂O₃:30～40％。

优选的，步骤(3)中喂入钛线或加钛铁的加入量为0.85～4.7kg/吨钢，钛线或钛铁中钛的百分含量为30％。

优选的，步骤(3)中钢水成分满足成品钢材的要求，温度为1575℃～1600℃。

优选的，步骤(4)中连铸拉速为1.2m/s～1.3m/s，铸坯从结晶器内开始凝固至铸坯芯部完全凝固的时间为20min～25min。

本发明还提供一种含钛碳素热轧钢带的制作方法，包括以下步骤：

(1)对铁水预处理，深脱硫，控制铁水中S≤0.01％；

(2)转炉冶炼，中后期将底吹气体切换为氩气，控制出钢钢水中P≤0.03％，出钢钢水中C≥0.07％，出钢钢水温度≥1630℃；控制出钢钢水氮含量小于20ppm；

在转炉出钢过程中随钢流加入钢芯铝和合成渣；

(3)LF进站后加入铝渣进行脱氧和造渣，控制LF炉渣成分中的CaO含量在50～60％，并控制炉LF炉渣厚度大于120mm，控制LF出钢后钢水中氮含量小于30ppm；控制钢水中酸溶铝含量在0.02～0.06％；喂入钛线或加入钛铁，钢水成分、温度均满足条件后，软吹氩10～15分钟；

(4)连铸过程：吸氮量控制在小于3ppm，控制钢水过热度在10～20℃，得到含钛碳素钢；

(5)控制加热炉内的加热温度在1150～1230℃，铸坯在加热炉内加热时间≧70min，且铸坯芯部和表面的温差≤30℃，板坯出加热炉至板坯温度为1050～1100℃这一阶段，铸坯压下率小于75％；

(6)卷取温度控制在620～660℃，钢带温度670～700℃至卷取完成之间的过程不喷水冷却。

在钢带的高温阶段提高钢带的轧制速度和冷却速度，使钢带快速通过TiC的高温析出区，使钢带中的过饱和Ti留存到低温区去析出，本发明的碳素钢中TiC的高温开始析出温度约为1050～1100℃，TiC的最快沉淀温度约为660～690℃。因此，步骤(5)中，钢带温度为1050～1100℃至轧制结束这一轧制过程控制轧制时间在20S以内；轧后冷却的前半段加快冷却速度，轧制结束至钢带冷却温度至670～700℃这一过程必须控制在10s以内。

步骤(6)中钢带温度为670～700℃至卷取完成之间的过程，钢带一直空冷，不喷水冷却，依靠自然散热的方式冷却，然后钢带运行到卷取工位进行卷取操作，目的是增大钢带在670～700℃至620～660℃之间的停留时间，使足够多的TiC在此温度区间内析出。

优选的，步骤(5)中，板坯温度为1200～1050℃(高温阶段)时，铸坯压下率为50％～75％；板坯温度为1050～850℃(低温阶段)时，铸坯压下率为50～90％。其中高温阶段铸坯的压下率以铸坯原始厚度为基准进行计算，低温阶段铸坯的压下率以高温轧制后板坯厚度为基准进行计算。

按照本发明方法得到牌号为Q235B～420B的含钛碳素结构钢，其成分见表1所示：

表1 Q235B～420B的含钛碳素结构钢成份范围

钢种的成分设计：

C：随钢中碳含量增加，钢材组织中的珠光体含量增多，钢材强度增大，钢材中每增加0.01％的碳，约增加抗拉强度10Mpa，但随钢中碳含量的提高，钢材的塑性和韧性会降低，本发明控制钢材中碳含量范围在0.09～0.20％。

Ti：Ti的作用主要体现在如下几个方面：Ti能与N、C结合，形成稳定的氮化物、碳化物，能起到细化晶粒并提高材料的焊接性能的效果；Ti能变质钢中的硫化物，改善材料的纵横向性能的差异及冷成型性能；Ti含量较高时(≥0.03wt％)，结合合适的热加工工艺，能形成弥散细小的TiC，起到析出强化的作用。在通常的低合金高强度钢中，钛在钢中的析出由易到难的顺序为TiN>TiS>TiC，在铸坯凝固过程(T>1400℃)中，Ti先以TiN的形式析出，TiN在热加工过程中可以阻止奥氏体晶粒长大，并抑制奥氏体再结晶行为，细化铁素体晶粒。随着温度的降低，剩余的Ti会与S反应，在铸坯凝固和再加热过程(T>1200℃)中，Ti与S形成TiS析出物，能将硫化物球化，起到降低材料的各向异性、改善材料的纵横向性能的差异及冷成型性能的效果。当钢中钛含量超过形成TiN、TiS所需含量时，随着温度的继续降低，Ti才以TiC的形式析出，起到析出强化的效果，影响有效Ti作用的公式如下式所示：

Ti(有效钛)＝Ti(全)-3.4N-3S

根据生产经验，钢中每增加0.01％的有效钛，钢材屈服强度约提高33Mpa，本发明控制钢材中钛含量在0.02～0.11％。

P：一般认为是有害元素，应尽量降低其含量，本发明中控制在≤0.03％。

S：有害元素，降低钢材的高温塑性，且Ti与S反应生成TiS，消耗掉了有效Ti，易引起含钛钢的性能波动，因此钢中S越低越好，本发明中控制≤0.005％。

Al:强脱氧元素，且还原性高于Ti，为了提高Ti的回收率，避免Ti被氧化，将Al控制在0.02～0.06％。

N：Ti优先与N反应生成TiN，若钢水中N含量较高，该反应可能在液相钢液中发生，在液态钢液中，Ti、N的传质条件良好，TiN极易长大，大尺寸的TiN对钢材性能有害，因此需尽量降低N的含量，本发明中根据钢水中Ti的含量，控制钢中[N]含量在33ppm以下。

钢水中N含量的控制：采用转炉吹炼后半阶段用氩气进行底吹搅拌的工艺，出钢过程中维护好出钢口形态，使出钢钢流圆而不散，减少出钢钢流与空气的接触面积，能达到减少钢水吸氮量的效果，转炉出钢后控制钢水中氮含量小于20ppm；LF精炼过程中加入熔点低的铝渣，加快成渣速度，并控制LF炉渣厚度大于120mm,精炼过程中加适量石灰，控制LF炉渣成分中CaO的百分含量在50～60％，迅速造出碱度适宜、流动性良好、炉渣厚度、黏度、流动性能满足埋弧操作的炉渣，埋弧操作能把电弧隐藏于LF炉渣中，避免电弧电离空气中氮气而使钢水增氮，控制LF出钢后钢水中氮含量小于30ppm；连铸过程做好全保护浇注，防止钢水从空气中吸氮，连铸过程吸氮量控制在小于3ppm，铸坯中氮含量控制在小于33ppm。

控制TiN的液析：

根据热力学公式①、钢种液相线温度计算公式②、钢种固相线温度计算公式③

lg{w_[Ti]×w_[N]}_L＝5.90-16586/T ①

t_液相线＝1539-{70w_[C]+8w_[Si]+5w_[Mn]+30w_[P]+25w_[S]} ②

t_固相线＝1536-{268w_[C]+15w_[Si]+9w_[Mn]+581w_[P]+1014w_[S]} ③

式①②③中T为热力学温度(K)，t_液相线、t_固相线分别为钢种的液相线温度、固相线温度(℃)，w_[Ti]、w_[N]、w_[C]、w_[Si]、w_[Mn]、w_[P]、w_[S]分别为钢液中[Ti]、[N]、[C]、[Si]、[Mn]、[P]、[S]的质量分数(％)；在钢液中[N]含量控制在33ppm，[Ti]含量控制在本发明实施例所述的范围内时，计算这五个钢种的TiN析出温度、钢种液相线温度、钢种固相线温度分别见下表2。

表2钢种的TiN析出温度、液相线温度、固相线温度

从上表可看出，在钢液中[N]含量控制在33ppm，[Ti]含量控制在本发明实施例所述的范围内时，TiN的开始析出温度均低于这5个钢种的液相线温度，所以在钢液凝固前，TiN无法析出。Q420B-Ti钢种的固相线温度高于TiN的开始析出温度，TiN在铸坯凝固过程中会由于Ti和N的偏析富集而析出，但由于TiN的析出时刻接近铸坯全凝固的时刻，留给TiN长大的时间短，TiN仍能保持较小尺寸。

为控制液析TiN颗粒的尺寸，需尽量降低钢水中N含量，控制钢水中[N]≤33ppm，连铸过程中尽量降低钢水过热度，控制钢水过热度在10～20℃，并在连铸机的能力范围内尽量提高连铸拉速，使铸坯尽量快的凝固，以达到尽量抑制TiN在液相中析出的效果，使TiN尽量在固相中析出，在固相铸坯中析出的TiN尺寸细小弥散，能细化奥氏体晶粒。

控制TiC的弥散细小析出：

轧材中尺寸小于15nm的TiC能起到强烈的沉淀强化的效果，能显著的提高钢材的强度，而尺寸大于15nm的TiC起到的沉淀强化效果较弱，为此希望控制TiC的析出，使析出TiC的尺寸尽量细小弥散化。

根据TiC的析出动力学曲线，TiC在高温阶段析出的颗粒尺寸较大，且TiC在高温阶段的孕育析出时间为30秒以上，因此本发明提出在钢带的高温阶段提高钢带的轧制速度和冷却速度，使钢带快速通过TiC的高温析出区，使钢带中的过饱和Ti留存到低温区去析出。对于本发明所设计的钢种成分中的Ti和C的含量，TiC的高温开始析出温度约为1050～1100℃，TiC的最快沉淀温度约为660～690℃，为此将钢带的轧制速度和轧后冷却工艺设定为：

(a)在热轧过程中需控制轧制速度，在钢带温度小于1050～1100℃的轧制时，需加快轧制速度，钢带温度1050～1100℃至轧制结束这一轧制过程必须控制在20S以内。

(b)轧后冷却的前半段必须加快冷却速度，轧制结束至钢带冷却温度为670～700℃这一过程必须控制在10S以内。

钢带快速通过TiC的高温析出区至670～700℃，670～700℃温度附近为TiC的低温析出区，在该温度下析出的TiC尺寸细小弥散，且该低温度下促使TiC析出的热力学驱动力很大，TiC能快速析出，该温度范围为TiC的最快沉淀温度，在该温度下保持一段时间能使钢中的Ti彻底的以细小TiC的形式析出，所以轧后冷却之后至卷取的工艺，本发明制定为：卷取温度控制在620～660℃，钢带温度670～690℃至卷取之间的过程尽量不喷水冷却。

本发明的有益效果：

(1)本发明提供了精确控制钢液中的[O]、[N]、[S]含量的冶炼工艺和控制TiC粒子细小弥散析出的轧制和轧后冷却工艺。能稳定控制钢液中的有效[Ti]含量，并使得析出的TiC粒子数量多、尺寸小，从而达到稳定提高钢材强度的效果，避免了由于冶炼、轧制工艺控制不精确而引起的钢材强度波动。

(2)合金成本降低15～70元/吨钢

使用Ti来强化钢材的成本更低。增钛的成本约为增锰成本的4.2倍，钛的强化效果约是锰的42倍，相比于锰，使用钛来提高钢材的强度约能降低90％的合金成本。增钛的成本约为增硅成本的4.1倍，钛的强化效果约是硅的23倍，相比于硅，使用钛来提高钢材的强度约能降低80％的合金成本。目前普通Q235B～420B钢中Si的含量一般为0.1～0.3％，Mn的含量一般为0.3～1.2％，硅系和锰系合金的成本总和约为30～120元/吨钢，采用本发明提供的钢材成份体系，不加硅系和锰系合金，只需控制钢水中Ti含量在0.02～0.11％，钛系合金成本约为15～50元，合金成本能降低15～70元/吨钢。

(3)细化晶粒

加入钛合金后生成的Ti(C、N)有抑制奥氏体晶粒长大的效果，此外还有抑制奥氏体再结晶、扩大奥氏体未再结晶区的作用，综合作用为细化晶粒。提高钢水中Ti含量后，生成的Ti(C、N)量有所提高，能提高细化晶粒的效果。

(4)硫化物球化

Ti与S的结合力高于Mn与S的结合力，Ti的加入夺去钢中的S，减少MnS的析出，当Ti含量达到0.05％时，钢中S基本上与Ti结合形成Ti₄C₂S₂，而无长条状MnS存在。MnS在轧制过程中容易变成长条形的夹杂物，形成带状组织，加剧材料纵横向冲击性能及塑性的差异，而Ti₄C₂S₂较硬，在轧制中不易变形。因而，Ti的加入将改善材料的冷成型性能，减小材料纵横向性能的差异。

(5)降低带状组织

降低钢水中锰含量有减少铸坯中合金含量和降低锰偏析的效果，提高铸坯组织均匀化，最终能降低轧材的带状组织级别，提高钢材的冲击性能，解决钢材的冷弯开裂问题。

附图说明

图1为钢中钛含量与屈服强度的关系。

具体实施方式

本发明的含钛碳素结构钢的生产方法主要包括以下工艺：铁水预处理→转炉→LF精炼炉→板坯连铸机→热连轧/半连轧机→卷取。下面结合具体实施例进一步说明本发明的碳素钢、热轧钢带及其制造方法。

本发明较为复杂，本申请仅对本发明涉及的做出创造性改进的发明内容进行详述，本申请未详述部分，均可采用现有技术。

实施例1

牌号为Q235B的含钛碳素结构钢、热轧钢带及其制备方法。该钢种只用碳和钛对钢材进行强化，不添加硅系、锰系合金。

牌号Q235B的含钛碳素热轧钢带的制备方法具体包括以下步骤：

(1)铁水预处理：进行深脱硫操作，控制铁水中S≤0.01％，将脱硫渣去除干净。

(2)预处理后的铁水进入转炉，在冶炼中后期，底吹气体由氮气切换为氩气，控制出钢钢水中P为0.016％，C为0.12％，出钢钢水温度为1650℃，氮含量小于20ppm。

控制出钢钢水温度，以防止钢水过氧化；维护好出钢口形态，使出钢钢流圆而不散，减少出钢钢流与空气的接触面积，从而减少钢水吸氮量。

转炉出钢过程中随钢流加入钢芯铝(铝含量70％)进行深脱氧，钢芯铝加入量为2kg/吨钢(此处钢的重量指的是转炉公称容量，即转炉平均出钢量)，并随钢流加入合成渣，合成渣加入量为5kg/吨钢，合成渣为石灰、萤石的混合物，石灰、萤石的重量比为9:1。

(3)钢水由转炉进入LF精炼炉，LF进站加入铝渣进行脱氧和造渣，铝渣加入量为0.5kg/吨钢，铝渣成分为：Al:25％，CaO:36％，Al₂O₃:35％，铝渣熔点低，能快速熔入钢包顶渣中发生脱氧反应，在LF进站后5分钟之内使钢包顶渣还原成成白渣，精炼过程中加4kg/吨钢的石灰造高碱度渣脱硫，控制LF炉渣成分中的CaO含量在50～60％，并控制LF炉渣厚度大于120mm，LF精炼做好埋弧操作，控制LF出钢后钢水中氮含量小于30ppm。控制钢水中酸溶铝含量在0.02～0.06％，酸溶铝含量在目标范围内且稳定后进行增钛操作，采用喂入钛线或加钛铁的方式进行增钛，喂入钛线或加钛铁的加入量为1.36kg/吨钢，钛线或钛铁中钛的质量百分含量为30％。钢水成分均满足成品钢材要求、温度达到温度为1600℃后，软吹氩10分钟。

(4)钢水由LF精炼炉进入板坯连铸机，做好全保护浇注，防止钢水从空气中吸氮，连铸过程吸氮量控制在小于3ppm，连铸过程中尽量降低钢水过热度；控制钢水过热度在10～20℃，并在连铸机的能力范围内尽量提高连铸机拉速至1.20～1.35m/min，使铸坯尽量快的凝固，铸坯从结晶器内开始凝固至铸坯芯部完全凝固的时间为20min～25min，以达到尽量抑制TiN在钢水液相中析出的效果，使TiN尽量在固相铸坯中析出，在固相铸坯中析出的TiN尺寸细小弥散，能细化奥氏体晶粒。

(5)热轧：控制加热炉内的加热温度在1150℃，铸坯在加热炉内加热时间≧70min，且铸坯芯部和表面的温差≤30℃，板坯出加热炉至板坯温度1050℃这一阶段，铸坯压下率小于70％。

尽量减少高温阶段(1150～1050℃)的轧制压下率，并增大低温阶段(1050～850℃)的轧制压下率，使得铸坯在低温阶段完成大变形，获得硬化奥氏体，有利于晶粒细化，本实施例中铸坯在1150～1050℃温度下的轧制压下率为60～70％，铸坯在1050～850℃温度下的轧制压下率为80～90％，其中高温阶段铸坯的压下率以铸坯原始厚度为基准进行计算，低温阶段铸坯的压下率以高温轧制后板坯厚度为基准进行计算；

在热轧过程中需控制轧制速度，在钢带温度小于1050℃轧制时，需加快轧制速度(钢带出终轧机组的轧制速度为3～8m/s)，钢带温度1050℃至轧制结束这一轧制过程必须控制在20s以内；

轧后冷却的前半段必须加快冷却速度，即轧制结束至钢带冷却温度670～690℃这一过程必须控制在10s以内。

(6)卷取温度控制在620～660℃，钢带温度670～690℃至卷取之间的过程尽量不喷水冷却。

当卷取温度无法控制在620～660℃范围内，则喷水冷却，加快冷却速度，使卷曲温度控制在620～660℃。

对铸坯进行低倍检测，由于钢材中锰含量为微量，基本没有MnS偏析，铸坯偏析等级为0级。对轧材进行夹杂物检测，轧材的TiN颗粒尺寸小于3μm，TiN尺寸较小，对轧材质量基本无影响。相比于普通Q235B的轧材成分，Q235B-Ti中不加硅、锰系合金，能节省硅锰合金成本30元/吨钢，添加的钛系合金成本为15元/吨钢，合计降低合金成本15元/吨钢。

对Q235B-Ti碳素钢进行成分检测，结果见表3：

表3牌号Q235B的含钛碳素结构钢的成分范围

判定成分为该钢种钢材需要满足的成分。

对轧材的力学性能进行检测，力学性能远远超出国标的要求，其数据见下表4：

表4牌号Q235B的含钛碳素结构钢的力学性能

实施例2

牌号为Q275B含钛热轧钢带(Q275B-Ti)及其生产方法，该钢种只用碳和钛对钢材进行强化，不添加硅系、锰系合金。

具体制备方法，包括以下步骤：

(1)铁水预处理环节进行深脱硫操作，控制铁水中S≤0.01％，将脱硫渣去除干净。

(2)预处理后的铁水进入转炉，转炉冶炼中后期，底吹气体由氮气切换为氩气，控制出钢钢水中P为0.015％，出钢钢水中C为0.10％，防止钢水过氧化，出钢钢水温度1640℃，维护好出钢口形态，使出钢钢流圆而不散，减少出钢钢流与空气的接触面积，减少钢水吸氮量，转炉出钢后控制钢水中氮含量小于20ppm。

转炉出钢过程中随钢流加入钢芯铝(铝含量70％)进行深脱氧，钢芯铝加入量为2kg/吨钢，并随钢流加入合成渣，合成渣加入量为6kg/吨钢，合成渣为石灰、萤石的混合物，石灰萤石的重量比为9:1。

(3)钢水由转炉进入LF精炼炉，LF进站加入铝渣进行脱氧和造渣，铝渣加入量为0.6kg/吨钢，铝渣成分为：Al:25％，CaO:34％，Al₂O₃:36％，铝渣熔点低，能快速熔入钢包顶渣中发生脱氧反应，在LF进站后5分钟之内使钢包顶渣还原成成白渣，精炼过程中加6kg/吨钢的石灰造高碱度渣脱硫，控制LF炉渣成分中的CaO含量在50～60％，并控制LF炉渣厚度大于120mm，LF精炼做好埋弧操作，控制LF出钢后钢水中氮含量小于30ppm。控制钢水中酸溶铝含量在0.03～0.06％，酸溶铝含量在目标范围内且稳定后进行增钛操作，采用喂入钛线或加钛铁的方式进行增钛，喂入钛线或加钛铁的加入量2.1kg/吨钢，钛线或钛铁中钛的质量百分含量为30％。钢水成分均满足成品钢材要求、温度达到温度为1590℃后，软吹氩10分钟。

(4)钢水由LF精炼炉进入板坯连铸机，做好全保护浇注，防止钢水从空气中吸氮，连铸过程吸氮量控制在小于3ppm,连铸过程中尽量降低钢水过热度，控制钢水过热度在10～20℃，并在连铸机的能力范围内尽量提高连铸拉速至1.20～1.35m/min，使铸坯尽量快的凝固，以达到尽量抑制TiN在液相中析出的效果，使TiN尽量在固相中析出，在固相铸坯中析出的TiN尺寸细小弥散，能细化奥氏体晶粒。

(5)控制加热炉内的加热温度在1160℃，铸坯在加热炉内加热时间≧70min，且铸坯芯部和表面的温差≤30℃，板坯出加热炉至板坯温度1060℃这一阶段，铸坯压下率小于75％，尽量减少高温阶段(1160℃～1060℃)的轧制压下率，并增大低温阶段(1060℃～850℃)的轧制压下率；使得铸坯在低温阶段完成大变形，获得硬化奥氏体，有利于晶粒细化，本实施例中铸坯在1160～1060℃温度下的轧制压下率为60～75％，铸坯在1060～850℃温度下的轧制压下率为75～90％，其中高温阶段铸坯的压下率以铸坯原始厚度为基准进行计算，低温阶段铸坯的压下率以高温轧制后板坯厚度为基准进行计算。

在热轧过程中需控制轧制速度，在钢带温度小于1060℃的范围轧制时，需加快轧制速度(钢带出终轧机组的轧制速度为3～8m/s)，钢带温度1060℃至轧制结束这一轧制过程必须控制在20s以内。

轧后冷却的前半段必须加快冷却速度，轧制结束至钢带冷却温度675～690℃这一过程必须控制在10s以内。

(6)卷取温度控制在635～660℃，钢带温度675～690℃至卷取之间的过程尽量不喷水冷却。

当卷取温度无法控制在635～660℃范围内，则喷水冷却，加快冷却速度，使卷曲温度控制在635～660℃。

对铸坯进行低倍检测，由于钢材中锰含量为微量，基本没有MnS偏析，铸坯偏析等级为0级。对轧材进行夹杂物检测，轧材的TiN颗粒尺寸小于3μm，TiN尺寸较小，对轧材质量基本无影响。相比于普通Q275B的轧材成分，Q275B-Ti中不加硅、锰系合金，能节省硅锰合金成本70元/吨钢，添加的钛系合金成本为25元/吨钢，合计降低合金成本45元/吨钢，其成分范围见表5所示：

表5牌号为Q275B-Ti的含钛碳素钢的成分范围

对轧材的力学性能进行检测，力学性能远远超出国标的要求，其数据见表6：

表6牌号为Q275B-Ti的含钛碳素钢的力学性能

实施例3

牌号为Q345B的含钛碳素结构钢(Q345B-Ti)热轧钢带及其生产方法。该钢种只用碳和钛对钢材进行强化，不添加硅系、锰系合金。

具体制备方法，包括以下步骤：

(1)铁水预处理环节进行深脱硫操作，控制铁水中S≤0.01，脱硫渣拔净,将脱硫渣去除干净。

(2)预处理后的铁水进入转炉，转炉冶炼中后期，底吹气体由氮气切换为氩气，控制出钢钢水中P为0.014％，出钢钢水中C为0.08％，防止钢水过氧化，出钢钢水温度1650℃，维护好出钢口形态，使出钢钢流圆而不散，减少出钢钢流与空气的接触面积，减少钢水吸氮量，转炉出钢后控制钢水中氮含量小于20ppm。

转炉出钢过程中随钢流加入钢芯铝(铝含量70％)进行深脱氧，钢芯铝加入量为2.5kg/吨钢，并随钢流加入合成渣，合成渣加入量为7kg/吨钢，合成渣为石灰、萤石的混合物，石灰萤石的重量比为9:1。

(3)LF进站加入铝渣进行脱氧和造渣，铝渣加入量为0.9kg/吨钢，铝渣成分为：Al:20％，CaO:40％，Al₂O₃:30％，铝渣熔点低，能快速熔入钢包顶渣中发生脱氧反应，在LF进站后5分钟之内使钢包顶渣还原成成白渣，精炼过程中加8kg/吨钢的石灰造高碱度渣脱硫，控制LF炉渣成分中的CaO含量在50～60％，并控制LF炉渣厚度大于120mm，LF精炼做好埋弧操作，控制LF出钢后钢水中氮含量小于30ppm。控制钢水中酸溶铝含量在0.03～0.06％，酸溶铝含量在目标范围内且稳定后进行增钛操作，采用喂入钛线或加钛铁的方式进行增钛，喂入钛线或加钛铁的加入量为3kg/吨钢，钛线或钛铁中钛的质量百分含量为30％。钢水成分均满足成品钢材要求、温度达到温度为1585℃后，软吹氩10分钟。

(4)钢水由LF精炼炉进入板坯连铸机，做好全保护浇注，防止钢水从空气中吸氮，连铸过程吸氮量控制在小于3ppm,连铸过程中尽量降低钢水过热度，控制钢水过热度在10～20℃，并在连铸机的能力范围内尽量提高连铸拉速至1.20～1.35m/min，使铸坯尽量快的凝固，铸坯从结晶器内开始凝固至铸坯芯部完全凝固的时间为20min～25min，以达到尽量抑制TiN在液相中析出的效果，使TiN尽量在固相中析出，在固相铸坯中析出的TiN尺寸细小弥散，能细化奥氏体晶粒。

(5)控制加热炉内的加热温度在1170℃，铸坯在加热炉内加热时间≧70min，且铸坯芯部和表面的温差≤30℃，板坯出加热炉至板坯温度1070℃这一阶段，铸坯压下率小于70％，尽量减少高温阶段(1170℃～1070℃)的轧制压下率，并增大低温阶段(1070℃～850℃)的轧制压下率，使得铸坯在低温阶段完成大变形，获得硬化奥氏体，有利于晶粒细化，本实施例中铸坯在1170～1070℃温度下的轧制压下率为60～70％，铸坯在1070～850℃温度下的轧制压下率为75～90％，其中高温阶段铸坯的压下率以铸坯原始厚度为基准进行计算，低温阶段铸坯的压下率以高温轧制后板坯厚度为基准进行计算。

在热轧过程中需控制轧制速度，在钢带温度小于1070℃的范围轧制时，需加快轧制速度，钢带温度1070℃至轧制结束这一轧制过程必须控制在20s以内。

轧后冷却的前半段必须加快冷却速度(钢带出终轧机组的轧制速度为3～8m/s)，轧制结束至钢带冷却温度680～690℃这一过程必须控制在10s以内。

(6)卷取温度控制在630～660(请补充正确的温度)℃，钢带温度680～690℃至卷取之间的过程尽量不喷水冷却。

当卷取温度无法控制在630～660℃范围内，则喷水冷却，加快冷却速度，使卷曲温度控制在630～660℃。

对铸坯进行低倍检测，由于钢材中锰含量为微量，基本没有MnS偏析，铸坯偏析等级为0级。对轧材进行夹杂物检测，轧材的TiN颗粒尺寸小于3μm，TiN尺寸较小，对轧材质量基本无影响。相比于普通Q345B的轧材成分，Q345B-Ti中不加硅、锰系合金，能节省硅锰合金成本90元/吨钢，添加的钛系合金成本为35元/吨钢，合计降低合金成本55元/吨钢，其成分范围见表7所示：

表7牌号为Q345B-Ti的碳素钢成分范围

对轧材的力学性能进行检测，力学性能远远超出国标的要求，其数据见下表8：

表8牌号为Q345B-Ti的碳素钢力学性能

实施例4

牌号为Q390B的含钛碳素结构钢(Q390B-Ti)、含钛热轧钢带及其生产方法。该钢种只用碳和钛对钢材进行强化，不添加硅系、锰系合金。

具体制备方法为：

(1)铁水预处理：环节进行深脱硫操作，控制铁水中S≤0.01，将脱硫渣去除干净。

(2)预处理后的铁水进入转炉，转炉冶炼中后期，底吹气体由氮气切换为氩气，控制出钢钢水中P为0.015％，出钢钢水中C为0.11％，防止钢水过氧化，出钢钢水温度1640℃，维护好出钢口形态，使出钢钢流圆而不散，减少出钢钢流与空气的接触面积，减少钢水吸氮量，转炉出钢后控制钢水中氮含量小于20ppm。

转炉出钢过程中随钢流加入钢芯铝(铝含量70％)进行深脱氧，钢芯铝加入量为2.5kg/吨钢，并随钢流加入合成渣，合成渣加入量为8kg/吨钢，合成渣为石灰、萤石的混合物，石灰萤石的重量比为9:1。

(3)钢水由转炉进入LF精炼炉，LF进站加入铝渣进行脱氧和造渣，铝渣加入量为0.5kg/吨钢，铝渣成分为：Al:30％，CaO:35％，Al₂O₃:40％，铝渣熔点低，能快速熔入钢包顶渣中发生脱氧反应，在LF进站后5分钟之内使钢包顶渣还原成成白渣，精炼过程中加8kg/(吨钢石灰造高碱度渣脱硫，控制LF炉渣成分中的CaO含量在50～60％，并控制LF炉渣厚度大于120mm，LF精炼做好埋弧操作，控制LF出钢后钢水中氮含量小于30ppm。控制钢水中酸溶铝含量在0.03～0.06％，酸溶铝含量在目标范围内且稳定后进行增钛操作，采用喂入钛线或加钛铁的方式进行增钛，喂入钛线或加钛铁的加入量为3.3kg/吨钢，钛线或钛铁中钛的质量百分含量为30％。钢水成分均满足成品钢材要求、温度达到温度为1580℃后，软吹氩15分钟。

(4)钢水由LF精炼炉进入板坯连铸机，做好全保护浇注，防止钢水从空气中吸氮，连铸过程吸氮量控制在小于3ppm,连铸过程中尽量降低钢水过热度，控制钢水过热度在10～20℃，并在连铸机的能力范围内尽量提高连铸拉速至1.20～1.35m/min，使铸坯尽量快的凝固，铸坯从结晶器内开始凝固至铸坯芯部完全凝固的时间为20min～25min，以达到尽量抑制TiN在液相中析出的效果，使TiN尽量在固相中析出，在固相铸坯中析出的TiN尺寸细小弥散，能细化奥氏体晶粒。

(5)控制加热炉内的加热温度在1190℃，铸坯在加热炉内加热时间≧70min，且铸坯芯部和表面的温差≤30℃，板坯出加热炉至板坯温度1090℃这一阶段，铸坯压下率小于65％,尽量减少高温阶段(1190℃～1090℃)的轧制压下率，并增大低温阶段(1090℃～850℃)的轧制压下率使得铸坯在低温阶段完成大变形，获得硬化奥氏体，有利于晶粒细化，本实施例中铸坯在1190～1090℃温度下的轧制压下率为50～65％，铸坯在1090～850℃温度下的轧制压下率为80～90％，其中高温阶段铸坯的压下率以铸坯原始厚度为基准进行计算，低温阶段铸坯的压下率以高温轧制后板坯厚度为基准进行计算。

在热轧过程中需控制轧制速度，在钢带温度小于1090℃的范围轧制时，需加快轧制速度(钢带出终轧机组的轧制速度为3～8m/s)，钢带温度1090℃至轧制结束这一轧制过程必须控制在20s以内。

轧后冷却的前半段必须加快冷却速度，轧制结束至钢带冷却温度690～700℃这一过程必须控制在10s以内。

(6)卷取温度控制在630～660℃，钢带温度690～700℃℃至卷取之间的过程尽量不喷水冷却。

当卷取温度无法控制在630～660℃范围内，则喷水冷却，加快冷却速度，使卷曲温度控制在630～660℃。

对铸坯进行低倍检测，由于钢材中锰含量为微量，基本没有MnS偏析，铸坯偏析等级为0级。对轧材进行夹杂物检测，轧材的TiN颗粒尺寸小于3.5μm，TiN尺寸较小，对轧材质量基本无影响。相比于普通Q390B的轧材成分，Q390B-Ti中不加硅、锰系合金，能节省硅锰合金成本100元/吨钢，添加的钛系合金成本为40元/吨钢，合计降低合金成本60元/吨钢，其成分范围见表9所示：

表9牌号为Q390B-Ti的碳素钢成分范围

对轧材的力学性能进行检测，力学性能远远超出国标的要求，其数据见下表10：

表10牌号为Q390B-Ti的碳素钢的力学性能

实施例5

牌号为Q420B的含钛碳素钢(Q420B-Ti)、热轧钢带及其生产方法。该钢种只用碳和钛对钢材进行强化，不添加硅系、锰系合金。

具体制备方法包括以下步骤：

(1)铁水预处理环节进行深脱硫操作，控制铁水中S≤0.01，将脱硫渣去除干净。

(2)预处理后的铁水进入转炉，转炉冶炼中后期，底吹气体由氮气切换为氩气，控制出钢钢水中P为0.014％，出钢钢水中C为0.09％，防止钢水过氧化，出钢钢水温度1660℃，维护好出钢口形态，使出钢钢流圆而不散，减少出钢钢流与空气的接触面积，减少钢水吸氮量，转炉出钢后控制钢水中氮含量小于20ppm，转炉出钢过程中随钢流加入钢芯铝(铝含量70％)进行深脱氧，钢芯铝加入量为2.5kg/吨钢，并随钢流加入合成渣，合成渣加入量为8kg/吨钢，合成渣为石灰、萤石的混合物，石灰萤石的重量比为9:1。

(3)钢水由转炉进入LF精炼炉，LF进站加入铝渣进行脱氧和造渣，铝渣加入量为1.0kg/吨钢，铝渣成分为：Al:20％，CaO:40％，Al₂O₃:30％，铝渣熔点低，能快速熔入钢包顶渣中发生脱氧反应，在LF进站后5分钟之内使钢包顶渣还原成成白渣，精炼过程中加8kg/吨钢的量的石灰造高碱度渣脱硫，控制LF炉渣成分中的CaO含量在50～60％，并控制LF炉渣厚度大于120mm，LF精炼做好埋弧操作，控制LF出钢后钢水中氮含量小于30ppm。控制钢水中酸溶铝含量在0.03～0.06％，酸溶铝含量在目标范围内且稳定后进行增钛操作，采用喂入钛线或加钛铁的方式进行增钛，喂入钛线或加钛铁的加入量为4.3kg/吨钢，钛线或钛铁中钛的质量百分含量为30％。钢水成分均满足成品钢材要求、温度达到温度为1575℃后，软吹氩15分钟。

(4)钢水由LF精炼炉进入板坯连铸机，做好全保护浇注，防止钢水从空气中吸氮，连铸过程吸氮量控制在小于3ppm,连铸过程中尽量降低钢水过热度，控制钢水过热度在10～20℃，并在连铸机的能力范围内尽量提高连铸拉速至1.20～1.35m/min，使铸坯尽量快的凝固，铸坯从结晶器内开始凝固至铸坯芯部完全凝固的时间为20min～25min，以达到尽量抑制TiN在液相中析出的效果，使TiN尽量在固相中析出，在固相铸坯中析出的TiN尺寸细小弥散，能细化奥氏体晶粒。

(5)控制加热炉内的加热温度在1200℃，铸坯在加热炉内加热时间≧70min，且铸坯芯部和表面的温差≤30℃，板坯出加热炉至板坯温度1100℃这一阶段，铸坯压下率小于60％,尽量减少高温阶段(1200℃～1100℃)的轧制压下率，并增大低温阶段(1100℃～850℃)的轧制压下率；使得铸坯在低温阶段完成大变形，获得硬化奥氏体，有利于晶粒细化，本实施例中铸坯在1200～1100℃温度下的轧制压下率为50～60％，铸坯在1100～850℃温度下的轧制压下率为80～90％，其中高温阶段铸坯的压下率以铸坯原始厚度为基准进行计算，低温阶段铸坯的压下率以高温轧制后板坯厚度为基准进行计算。

在热轧过程中需控制轧制速度，在钢带温度小于1100℃的范围轧制时，需加快轧制速度(钢带出终轧机组的轧制速度为3～8m/s)，钢带温度1100℃至轧制结束这一轧制过程必须控制在20s以内。

轧后冷却的前半段必须加快冷却速度，轧制结束至钢带冷却温度690～700℃这一过程必须控制在10s以内。

(6)卷取温度控制在640～660℃，钢带温度690～700℃至卷取之间的过程尽量不喷水冷却。

当卷取温度无法控制在640～660℃范围内，则喷水冷却，加快冷却速度，使卷曲温度控制在640～660℃。

对铸坯进行低倍检测，由于钢材中锰含量为微量，基本没有MnS偏析，铸坯偏析等级为0级。对轧材进行夹杂物检测，轧材的TiN颗粒尺寸小于4μm，TiN尺寸较小，对轧材质量基本无影响。相比于普通Q420B的轧材成分，Q420B-Ti中不加硅、锰系合金，能节省硅锰合金成本120元/吨钢，添加的钛系合金成本为50元/吨钢，合计降低合金成本70元/吨钢，其成分范围为：

表11牌号为Q420B-Ti的碳素钢的成分范围

对轧材的力学性能进行检测，力学性能远远超出国标的要求，其数据见下表：

表12牌号为Q420B-Ti的碳素钢的力学性能

Claims (10)

1.一种含钛碳素钢，其特征在于，按重量计包含0.09％～0.20％的C、0.02～0.11％的Ti、0.02％～0.06％的Alt，余量为Fe和不可避免的杂质，其中Alt表示全铝。

2.根据权利要求1所述的一种含钛碳素钢，其特征在于，不可避免的杂质包含不大于0.03％的P、不大于0.005％的S、不大于0.0033％的N和残余的Si和Mn。

3.根据权利要求2所述的一种含钛碳素钢，其特征在于，所述Si的含量为0.01～0.02％；Mn的含量为0.02～0.0.3％。

4.一种含钛碳素钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)对铁水预处理，深脱硫，控制铁水中S≤0.01％；

(2)转炉冶炼，中后期将底吹气体切换为氩气，控制出钢钢水中P≤0.03％，出钢钢水中C≥0.07％，出钢钢水温度≥1630℃；控制出钢钢水氮含量小于20ppm；在转炉出钢过程中随钢流加入钢芯铝和合成渣；

(3)LF进站后加入铝渣进行脱氧和造渣，控制LF炉渣成分中的CaO含量在50～60％，并控制LF炉渣厚度大于120mm，控制LF出钢后钢水中氮含量小于30ppm；控制钢水中酸溶铝含量在0.02～0.06％；喂入钛线或加入钛铁，钢水成分、温度均满足条件后，软吹氩10～15分钟；

(4)连铸过程：吸氮量控制在小于3ppm，控制钢水过热度在10～20℃，得到含钛碳素钢。

5.根据权利要求4所述的一种含钛碳素钢的制备方法，其特征在于，步骤(2)中钢芯铝中铝的含量为70％，钢芯铝的加入量为2～2.5kg/吨钢。

6.根据权利要求4所述的一种含钛碳素钢的制备方法，其特征在于，步骤(3)中铝渣加入量为0.5～1kg/吨钢，铝渣成分为：Al:20～30％，CaO:30～40％，Al₂O₃:30～40％。

7.根据权利要求4所述的一种含钛碳素钢的制备方法，其特征在于，步骤(3)中喂入钛线或钛铁的加入量为0.85～4.7kg/吨钢，钛线或钛铁中钛的百分含量为30％。

8.根据权利要求4所述的一种含钛碳素钢的制备方法，其特征在于，步骤(4)中连铸拉速为1.2～1.3m/s，铸坯从结晶器内开始凝固至铸坯芯部完全凝固的时间为20min～25min。

9.一种含钛碳素热轧钢带的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)对铁水预处理，深脱硫，控制铁水中S≤0.01％；

(2)转炉冶炼，中后期将底吹气体切换为氩气，控制出钢钢水中P≤0.03％，出钢钢水中C≥0.07％，出钢钢水温度≥1630℃；控制出钢钢水氮含量小于20ppm；在转炉出钢过程中随钢流加入钢芯铝和合成渣；

(3)LF进站后加入铝渣进行脱氧和造渣，控制LF炉渣成分中的CaO含量在50～60％，并控制炉LF炉渣厚度大于120mm，控制LF出钢后钢水中氮含量小于30ppm；控制钢水中酸溶铝含量在0.02～0.06％；喂入钛线或加入钛铁，钢水成分、温度均满足条件后，软吹氩10～15分钟；

(4)连铸过程：吸氮量控制在小于3ppm，控制钢水过热度在20～10℃，得到含钛碳素钢；

(5)控制加热炉内的加热温度在1150～1230℃，铸坯在加热炉内加热时间≧70min，且铸坯芯部和表面的温差≤30℃，板坯出加热炉至板坯温度为1050～1100℃这一阶段，铸坯压下率小于75％；

(6)卷取温度控制在620～660℃，钢带温度670～700℃至卷取完成之间的过程不喷水冷却。

10.根据权利要求1所述的一种含钛碳素钢，其特征在于，步骤(5)中，板坯温度为1200～1050℃时，铸坯压下率为50％～75％；板坯温度为1050～850℃时，铸坯压下率为50～90％。