CN110423949B - 一种表面无起皮缺陷的含铜钢及生产方法 - Google Patents

一种表面无起皮缺陷的含铜钢及生产方法 Download PDF

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Abstract

一种表面无起皮缺陷的含铜钢，其组分及wt%为：C:不超过0.2%但不为零，Si:不超过1.0%但不为零，Mn:不超过1.5%但不为零，Cu：0.1~0.6%，P：≤0.020%，S：≤0.010%；生产方法：经冶炼后浇铸成坯；对铸坯分段加热；粗轧；精轧；常规卷取。本发明既能消除钢板表面表面无起皮缺陷，且无需添加Ni等贵重元素，还能使综合性能得以提高，延伸率≥25%，疲劳强度≥150MPa。

Description

一种表面无起皮缺陷的含铜钢及生产方法
技术领域
本发明涉及一种含铜钢及其生产方法，尤其属于表面无起皮缺陷的含铜钢及生产方法。
背景技术
腐蚀是金属材料功能失效的重要类型之一，在钢中加入少量铜元素能显著提高钢的耐腐蚀性能，但含铜钢在加热过程中，由于选择氧化的结果，在钢的氧化铁皮下富集液相富铜层并侵蚀钢的晶界，在后续轧制过程中造成表面或边部起皮，产生“铜脆”缺陷，轻则影响表面或边部质量，重则造成钢材判废。
为解决含铜钢起皮缺陷，经检索：
中国专利申请号为CN201710196234.1的文献，公开了“一种解决含铜钢铜脆缺陷的方法”。其含铜钢在生产过程中通过控制脱氧及合金化工艺，使钢中产生弥散分布的含MnS的Ti氧化物夹杂以及Ti-Al复合氧化物夹杂，作为Cu弥散析出的异质形核质点。铜在MnS上析出，使钢中的铜均匀、弥撒地分布在钢中，不易在晶界偏聚，消除含铜钢的铜脆缺陷，但弥散分布的夹杂物对钢材的服役性能和疲劳寿命产生不良影响，不利于产品的综合性能。
中国专利申请号为CN201710207367.4的文献，公开了“一种1500MPa级低碳中锰含铜钢的成分设计及生产方法”在钢中加入Ni元素，以消除材料在热加工时Cu引起的“热脆”现象，其虽能消除“热脆”现象，但使合金成本增加。
中国专利申请号为CN201610294139.0的文献，公开了“一种含铜钢连铸板坯加热方法及热轧工序加热炉”。所述含铜钢连铸板坯进入热轧工序加热炉中，在小于等于富铜相生成最低温度或者大于等于1280℃加热，获得富铜相层厚度较小或不含富铜相层的热坯，该富铜相生成最低温度与钢中Ni含量相关，但钢中添加Ni含量较小时，富铜相生成最低温度为1100℃附近，若铸坯在该温度以下进行加热，后续轧钢过程中的轧制力会很高且影响后续粗轧、精轧、卷取温度的控制，若铸坯加热温度大于等于1280℃，铸坯将烧损严重，影响钢材的成材率。
中国专利申请号为CN201510712025.9的文献，公开了“一种生产耐硫酸露点腐蚀圆钢09CrCuSb的方法”，其通过加入Cr、Sb等合金元素，钢材表面形成钝化膜，虽避免了含铜钢裂纹的产生，但会增加合金成本。
中国专利申请号为201910477488.X的文献，公开了《一种降低搅拌罐用含Cu钢表面起皮的生产方法》，其控制铜脆的思路为在二加段采用高空气过剩系数，均热段采用低过剩系数，而在二加段采用高空气过剩系数将增加富铜液相层的厚度，均热段低空气过剩系数也不利于富铜液相层的氧化去除。
中国专利申请号为CN200710200906.8的文献，公开了一种“含铜钢加热方法及其生产的含铜钢”，其采用两次升温的加热方法，第一步：加热含铜钢的钢坯或铸坯到1000～1050℃；第二步：用30～90分钟进行第二次加热升温，第二次加热升温的最高温度为1250～1290℃，铸坯到温后立即出炉进行轧制，由于升温速率较高且高温段没有保温，使得铸坯温度均匀性较差，不利于钢板尺寸和性能的稳定性。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种既能消除钢板表面表面无起皮缺陷，且无需添加Ni等贵重元素，还能使延伸率≥25％，疲劳强度≥150MPa的含铜钢及生产方法。
实现上述目的的技术措施：
一种表面无起皮缺陷的含铜钢，其组分及重量百分比含量为：C:不超过0.2％但不为零，Si:不超过1.0％但不为零，Mn:不超过1.5％但不为零，Cu：0.1～0.6％，P：≤0.020％，S：≤0.010％，其余为铁及不可避免的杂质。
优选地：Cu的重量百分比含量在0.23～0.53％。
优选地：Si的重量百分比含量在0.45～0.88％。
优选地：Mn的重量百分比含量在0.85～1.38％。
生产一种表面无起皮缺陷的含铜钢的方法，其步骤：
1)经冶炼后浇铸成坯；
2)对铸坯进行分段加热：
控制预热段预热温度在950～1050℃，预热时间在50～80min，预热段空气过剩系数控制在1.1～1.3；
控制第一加热段温度在1150～1250℃，加热时间在30～50min，空气过剩系数在0.9～1.1；
控制第二加热段温度在1250～1350℃，加热时间在20～40min，空气过剩系数在0.9～1.1；
控制均热段温度在1200～1320℃，均热时间在20～30min，空气过剩系数在1.1～1.3；
并控制总加热时间不超过200min；
3)进行粗轧，粗轧道次在5～9次，单道次压下率在15～30％；粗轧结束后加盖保温罩直至精轧机；
4)进行精轧，控制精轧末道次咬钢速度不低于480m/min，抛钢速度不低于10m/s，其余按常规进行，
5)进行常规卷取。
优选地：控制预热段预热温度在950～1025℃，预热时间在50～65min，预热段空气过剩系数控制在1.1～1.25；
控制第一加热段温度在1165～1235℃，加热时间在30～40min，空气过剩系数在0.9～1.05；
控制第二加热段温度在1250～1335℃，加热时间在20～30min，空气过剩系数在0.9～1.05；
控制均热段温度在1225～1305℃，均热时间在20～25min，空气过剩系数在1.1～1.25；
铸坯在炉总加热时间不超过160min。
优选地：粗轧单道次压下率不超过25％。
优选地：精轧末道次咬钢速度不低于505m/min，抛钢速度不低于12m/s。
本发明中各元素及主要工序的机理及作用如下：
C：是提高钢材强度最有效的元素，碳含量的增加使钢的抗拉强度和屈服强度随之提高，但延伸率和冲击韧性下降，耐腐蚀能力也会下降，而且钢材的焊接热影响区还会出现淬硬现象，导致焊接冷裂纹的产生。为平衡钢板高强度及耐腐蚀性能，本发明钢碳元素含量控制为不超过0.2％。
Si：在常见的固溶元素中，Si仅次于P，固溶于铁素体和奥氏体中，可提高强度，但钢在加热的过程中，Si与O结合产生SiO2，再与FeO发生一系列复杂的固相反应生成铁橄榄石Fe2SiO4，影响表面质量，综合考虑，Si重量百分含量控制为不超过1.0％。
Mn：Mn可显著降低钢的Ar1温度、奥氏体的分解速度，与Fe无限固溶能提高强度，但Mn含量若太高，会导致严重的中心偏析，综合考虑，Mn重量百分含量不超过1.5％为宜。
Cu：Cu可以提高钢材的抗大气腐蚀性能，并且也有利于提高钢的强度、耐磨性和屈强比，而对钢的焊接性并没有不良的影响，但Cu含量过高会加重铜脆缺陷，综合考虑，Cu重量百分含量控制在0.1～0.6％为宜。
P、S是钢中有害的杂质元素，钢中P易在钢中形成偏析，降低钢的韧性和焊接性能，S易形成塑性硫化物，使钢板产生分层，恶化钢板性能，故P、S含量越低越好，综合考虑，P含量≤0.020％、S含量≤0.010％为宜。
本发明之所以控制控制铸坯在：预热段预热温度在950～1050℃，预热时间在50～80min，预热段空气过剩系数控制在1.1～1.3；控制第一加热段温度在1150～1250℃，加热时间在30～50min，空气过剩系数在0.9～1.1；控制第二加热段温度在1250～1350℃，加热时间在20～40min，空气过剩系数在0.9～1.1；控制均热段温度在1200～1320℃，均热时间在20～30min，空气过剩系数在1.1～1.3；并控制总加热时间不超过200min；优选地：控制预热段预热温度在950～1025℃，预热时间在50～65min，预热段空气过剩系数控制在1.1～1.25；控制第一加热段温度在1165～1235℃，加热时间在30～40min，空气过剩系数在0.9～1.05；控制第二加热段温度在1250～1335℃，加热时间在20～30min，空气过剩系数在0.9～1.05；控制均热段温度在1225～1305℃，均热时间在20～25min，空气过剩系数在1.1～1.25；铸坯在炉总加热时间不超过160min，是由于当铸坯温度≥1083℃时，铸坯氧化铁皮下方会形成富铜液相。本轧制方法通过提高一加、二加段的温度，使铸坯在该温度附近快速升温，以减少铸坯在该温度附近的停留时间；此外，采用较低的空气过剩系数减少选择氧化，以减少富铜液相的形成。在高温段，采用短时、氧化性气氛加热促进富铜液相层的氧化，形成氧化铁皮后在后续除鳞过程中去除。通过合理的温度、时间、气氛设计，在减少富铜液相层形成的同时，获得温度均匀的铸坯，能提高产品尺寸、性能的均匀性。
本发明之所以控制粗轧单道次压下率在15～30％，优选地不超过25％，是由于当压下率较大时，富铜液相侵蚀的表层容易达到变形极限，产生表面微裂纹。同时，在粗轧结束后加盖保温罩直至精轧前，以提高铸坯温度均匀性，避免铸坯表层、心部温度应力造成表面微裂纹。
本发明之所以控制精轧末道次咬钢速度不低于480m/min，抛钢速度不低于10m/s；优选地：精轧末道次咬钢速度不低于505m/min，抛钢速度不低于12m/s，是为了减少铸坯在辊道上的停留时间，以减小富铜液相对奥氏体晶界的侵蚀深度。
本发明与现有技术相比，既能消除钢板表面表面无起皮缺陷，且无需添加Ni等贵重元素，还能使综合性能得以提高，延伸率≥25％，疲劳强度≥150MPa。
具体实施方式
下面对本发明予以详细描述：
表1为本发明各实施例及对比例的取值列表；
表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表；
表3为本发明各实施例及对比例性能检测情况列表。
本发明各实施例按照以下生产工艺生产：
1)经冶炼后浇铸成坯；
2)对铸坯进行分段加热：
控制预热段预热温度在950～1050℃，预热时间在50～80min，预热段空气过剩系数控制在1.1～1.3；
控制第一加热段温度在1150～1250℃，加热时间在30～50min，空气过剩系数在0.9～1.1；
控制第二加热段温度在1250～1350℃，加热时间在20～40min，空气过剩系数在0.9～1.1；
控制均热段温度在1200～1320℃，均热时间在20～30min，空气过剩系数在1.1～1.3；
并控制总加热时间不超过200min；
3)进行粗轧，粗轧道次在5～9次，单道次压下率在15～30％；粗轧结束后加盖保温罩直至精轧机；
4)进行精轧，控制精轧末道次咬钢速度不低于480m/min，抛钢速度不低于10m/s，其余按常规进行，
5)进行常规卷取。
表1本发明各实施例及对比例的取值列表(wt％)
Figure BDA0002199606460000061
Figure BDA0002199606460000071
表2本发明各实施例及对比例的主要工艺参数取值列表
Figure BDA0002199606460000072
续表2
Figure BDA0002199606460000073
Figure BDA0002199606460000081
表3本发明各实施例及对比例的性能检测列表
Figure BDA0002199606460000082
从表3的结果分析，虽然本实施例和对比例的屈服强度和抗拉强度处于同一水平，但由于对比例成分、工艺路线与本实施例不同，致使本实施例均具有更高的延伸率，更优的疲劳性能，综合性能优异。
上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。

Claims (5)

1.一种表面无起皮缺陷的含铜钢，其特征在于：组分及重量百分比含量为：C:不超过0.10%但不为零，Si: 0.49~1.0%，Mn: 不超过1.36%但不为零，Cu：0.1~0.15或Cu：0.35~0.6%，P：≤0.020%，S：≤0.010%，其余为铁及不可避免的杂质；
生产方法：
1）经冶炼后浇铸成坯；
2）对铸坯进行分段加热：
控制预热段预热温度在950~1050℃，预热时间在50~55min或预热时间在71~80min，预热段空气过剩系数控制在1.1~1.3；
控制第一加热段温度在1150~1250℃，加热时间在30~50min，空气过剩系数在0.9~1.1；
控制第二加热段温度在1250~1350℃，加热时间在20~33min，空气过剩系数在0.9~1.1；
控制均热段温度在1260~1320℃，均热时间在20~30min，空气过剩系数在1.13~1.3；并控制总加热时间不超过200min；
3）进行粗轧，粗轧道次在5~9次，单道次压下率在15~30%；粗轧结束后加盖保温罩直至精轧机；
4）进行精轧，控制精轧末道次咬钢速度不低于480m/min，抛钢速度不低于10m/s，其余按常规进行，
5）进行常规卷取。
2.如权利要求1所述的一种表面无起皮缺陷的含铜钢，其特征在于：Mn的重量百分比含量在0.85~1.36%。
3.生产如权利要求1所述的一种表面无起皮缺陷的含铜钢的方法，其步骤：
1）经冶炼后浇铸成坯；
2）对铸坯进行分段加热：
控制预热段预热温度在950~1050℃，预热时间在50~55min或预热时间在71~80min，预热段空气过剩系数控制在1.1~1.3；
控制第一加热段温度在1150~1250℃，加热时间在30~50min，空气过剩系数在0.9~1.1；
控制第二加热段温度在1250~1350℃，加热时间在20~33min，空气过剩系数在0.9~1.1；
控制均热段温度在1260~1320℃，均热时间在20~30min，空气过剩系数在1.13~1.3；并控制总加热时间不超过200min；
3）进行粗轧，粗轧道次在5~9次，单道次压下率在15~30%；粗轧结束后加盖保温罩直至精轧机；
4）进行精轧，控制精轧末道次咬钢速度不低于480m/min，抛钢速度不低于10m/s，其余按常规进行，
5）进行常规卷取。
4.如权利要求3所述的生产一种表面无起皮缺陷的含铜钢的方法，其特征在于：粗轧单道次压下率不超过25%。
5.如权利要求3所述的生产一种表面无起皮缺陷的含铜钢的方法，其特征在于：精轧末道次咬钢速度不低于505m/min，抛钢速度不低于12m/s。
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