CN112170486B - 宽钢带铁铬铝合金热轧钢卷的制造方法 - Google Patents

宽钢带铁铬铝合金热轧钢卷的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种宽钢带铁铬铝合金热轧钢卷的制造方法，包括：(1)将铁铬铝合金板坯装入加热炉，在1100‑1200℃加热180‑280分钟；(2)对铁铬铝合金板坯进行粗轧和精轧，得到厚度2.5‑4.5mm的钢带；(3)对钢带进行快冷至200‑400℃。本发明的制造方法能够大幅提高铁铬铝热轧钢卷韧性，脆韧转变温度降低到室温，消除了铁铬铝热轧钢卷开卷后断带问题；使得热连轧以厚度180‑230mm的连铸板坯为原料，稳定生产厚度2.5‑4.5mm、宽度1000‑1300mm、重量大于10吨的铁铬铝热轧钢卷成为可能；降低了生产成本，提高了成材率，产品性能稳定性大幅提高。

Description

宽钢带铁铬铝合金热轧钢卷的制造方法
技术领域
本发明涉及铁铬铝合金钢卷热加工技术领域，更具体地，本发明涉及一种宽钢带铁铬铝合金热轧钢卷的制造方法。
背景技术
铁铬铝合金是一种低碳氮铁素体组织的电热合金材料，在1000-1300℃工作温度下工作，广泛应用于机械、冶金、化工、食品、家电、电热、电阻元件及机动车尾气净化三元催化剂用金属载体等领域。铁铬铝主要牌号有：1Cr13Al4、0Cr15Al5、0Cr18Al4和0Cr21Al6等钢种。
铁铬铝合金中由于铝的加入，容易产生比重偏析，合金固溶体的晶格畸变增大，加工过程中易发生脆裂等缺陷会引起铁素体强烈脆化，急剧降低合金的韧性。再者，铁素体不锈钢的韧性与材料的截面尺寸相关，随着材料截面尺寸的增大，其韧脆转变温度升高，韧性下降。
基于铁铬铝合金成分、材料脆性严重及尺寸效应等特点，国内外基本采用“感应炉+电渣重熔”小规模熔炼方式进行冶炼，锻造开坯，热轧成卷。该工艺具有生产效率低下、成材率低等问题，无法进行规模化生产。由于热卷重量很小，该工艺生产的铁铬铝带材产品宽度有限，成材率很低，整卷产品成分、性能波动大，只能提供宽度不超过300mm、卷重在5吨以内的带材产品。
利用“板坯连铸+热连轧成卷”工艺流程规模化生产的铁铬铝产品成材率高，但技术复杂，工艺难度大。其中热连轧工艺的难点为：当温度较低时，铁铬铝合金冷脆剧增，尤其大尺寸截面的铁铬铝合金铸坯，稍有不慎，内部萌生裂纹甚至横裂；作为高铝铁素体组织钢，加热高温下具有晶粒快速长大倾向，影响坯料热塑性；热轧后需要快冷，尤其要避开475℃附近温度区间，否则产生析出物，恶化热轧卷性能，后续生产时容易发生断带，甚至不能开卷。以上热连轧工艺参数控制不合适时，铁铬铝合金热轧钢卷韧脆转变温度高达50℃以上，不能在室温下稳定生产，若将钢卷或钢板加热加温，成本又会急剧升高。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种宽钢带铁铬铝合金热轧钢卷的制造方法，其可以生产厚度2.5-4.5mm、宽度1000-1300mm、重量大于10吨的热轧钢卷，同时将热轧钢卷脆韧转变温度降低到室温，消除铁铬铝合金热轧钢卷开卷断带问题，保证了后续生产的顺利进行。
本发明的技术方案具体如下：
一种宽钢带铁铬铝合金热轧钢卷的制造方法，包括：
(1)将铁铬铝合金板坯装入加热炉，在1100-1200℃加热180-280分钟；
(2)对铁铬铝合金板坯进行粗轧和精轧，得到厚度2.5-4.5mm的钢带；
(3)对钢带进行快冷至200-400℃。
可选地，在步骤(1)之前，铁铬铝合金板坯在转运过程中红送热装，采用保温车运输，红送到热连轧原料库，在装入加热炉之前板坯表面温度不低于80℃。
可选地，在步骤(1)中，铁铬铝合金板坯厚度180-230mm，宽度1000-1300mm，重量大于10吨。
可选地，在步骤(1)中，铁铬铝合金板坯是牌号为1Cr13Al4、0Cr15Al5、0Cr18Al4和0Cr21Al6的铁铬铝合金连铸板坯。
可选地，在步骤(2)中，粗轧温度是1000-1100℃，粗轧设为5道次或7道次，粗轧终了出口厚度为30-40mm。
可选地，在步骤(2)中，精轧轧制7道次，首道次变形量为30-40％，终轧温度控制为840-940℃。
可选地，在步骤(2)中，粗轧完成后使用热卷箱对钢带保温。
可选地，在步骤(2)中，采用热连轧机对铁铬铝合金连铸板坯进行热轧。
可选地，在步骤(3)中，对钢带喷水进行快冷以便在15-30s时间范围内使钢带表面冷却至目标温度。
相比于现有技术，本发明的技术方案具有如下有益效果：
(1)大幅提高铁铬铝热轧钢卷韧性，脆韧转变温度降低到室温，消除了铁铬铝热轧钢卷开卷后断带问题。
(2)使得热连轧以厚度180-230mm的连铸板坯为原料，稳定生产厚度2.5-4.5mm、宽度1000-1300mm、重量大于10吨的铁铬铝热轧钢卷成为可能。
(3)降低了生产成本，提高了成材率，产品性能稳定性大幅提高。
附图说明
图1显示了实施例3和对比例1生产的铁铬铝合金热轧钢卷的冲击功和钢卷韧脆转变温度。
具体实施方式
为了充分了解本发明的目的、特征及功效，通过下述具体实施方式，对本发明作详细说明。本发明的工艺方法除下述内容外，其余均采用本领域的常规方法或装置。下述名词术语除非另有说明，否则均具有本领域技术人员通常理解的含义。
铁铬铝合金连铸板坯，厚180-230mm，宽1000-1300mm，截面尺寸的增加降低了材料的韧性，温度降低时铸坯内部热应力增加，萌生裂纹，严重时导致铸坯横裂。作为铁素体组织钢，加热高温下(＞1000℃)具有晶粒快速长大倾向，因此要防止钢坯在高温下驻炉时间过长，出现中心穿孔，影响坯料热塑性。由于Al的加入，铁铬铝合金耐热性很强，在高温时形成的氧化皮很薄，以至于热轧时容易粘辊，影响稳定轧制。热轧完成后，需要对铁铬铝板材实施快冷，以较快速度越过475℃附近脆性区间，以避免产生析出物，恶化材料性能。
基于以上思路，本发明提供的宽钢带铁铬铝合金热轧钢卷的制造方法包括：(1)将铁铬铝合金板坯装入加热炉，在1100-1200℃加热180-280分钟；(2)对铁铬铝合金板坯进行粗轧和精轧，得到厚度2.5-4.5mm的钢带；(3)对钢带进行快冷至200-400℃。
在一种优选的实施方案中，本发明提供的宽钢带铁铬铝合金热轧钢卷的制造方法包括如下步骤：
(1)将铁铬铝合金板坯装入加热炉进行加热
铁铬铝合金连铸板坯最怕放冷横裂，因此在运转过程中必须红送热装，用保温车红送到热连轧原料库，并且，在装入加热炉之前要求板坯表面温度≥80℃(温度测量点：板坯上宽面中心位置)。
铁铬铝合金在高温下具有晶粒快速长达倾向，因此，加热温度和加热时间尽量按照下限控制。板坯装入加热炉，炉温控制为1100-1200℃，驻炉时间为180-280min，从而能够避免出现中心穿孔，影响坯料热塑性，并且控制晶粒长大。
在本发明的制造方法中，铁铬铝合金连铸板坯是厚度180-230mm、宽度1000-1300mm、重量不低于10吨的铁铬铝合金板坯，适合用于牌号为1Cr13Al4、0Cr15Al5、0Cr18Al4和0Cr21Al6的铁铬铝合金连铸板坯。
(2)对铁铬铝合金板坯进行轧制
采用热连轧机对铁铬铝合金连铸板坯进行热轧。铁铬铝合金在较高温度时(1100-1200℃)热塑性较差，轧制时很容易裂边，粗轧温度控制为1000-1100℃。轧制设为5道次或7道次，粗轧终了出口厚度为30-40mm。
为了防止热轧时钢卷尾部温降过快，提高铁铬铝整卷性能均匀性，粗轧完成后使用热卷箱保温。
铁铬铝合金精轧时，若温度过高，不利于破碎晶粒，轧制形变能储存不足，后续退火时晶粒粗大，材料的韧性较差；温度过低时，氧化皮较薄，发生粘辊影响稳定轧制，同时热塑性较差，带钢延展不足，引起带钢跑偏或板型不良。基于这些，精轧终轧温度控制为840-940℃。
作为一种超纯铁素体，铁铬铝热轧钢卷截面厚度越大，韧性越差，所以要尽量减小截面厚度。综合考虑热连轧的设备能力，精轧轧制7道次，首道次变形量控制为30-40％，轧制目标厚度控制为2.5-4.5mm。
(3)对钢带进行快冷
轧后带钢冷却特别重要，对于低碳氮铁素体不锈钢而言，快速冷却能显著减少第2相的析出，促进合金的韧化。另外，铁素体不锈钢在475℃附近温度区间经长时间保温，又会产生475℃脆性。但冷却温度过低，容易造成板型不良，产生内应力降低板材韧性。发明人通过研究发现，轧后对钢带喷水进行快冷，即15-30s之内钢带表面温度冷却到200-400℃之间，生产出来的钢卷韧性最佳。
采用本发明提供的宽钢带铁铬铝合金热轧钢卷的制造方法，通过控制加热炉温度和终轧温度来控制晶粒长大，并优化板型，减小带钢内应力；通过减小轧制目标厚度降低铁素体尺寸效应，提高铁铬铝带钢韧性；通过快冷，减少第2相析出，避免475℃脆性，降低铁铬铝合金韧脆转变温度。如上，得到的铁铬铝合金热轧钢卷的韧脆转变温度降至室温，能保证后续生产的顺利进行而不发生断带。
本发明的制造方法专门针对厚度180-230mm、宽度1000-1300mm、重量不低于10吨的铁铬铝合金板坯而设计，在一种优选的实施方案中，厚度180-230mm、宽度1000-1300mm、重量不低于10吨的铁铬铝合金板坯可通过以下方法获得：
①使用铁水原料，在K-OBM-S转炉中进行冶炼，在整个冶炼过程中吹氩以便防止钢液和空气接触，转炉炉后扒净80-90％的炉渣。
②K-OBM-S转炉冶炼得到的钢水送入VOD炉(真空吹氧脱碳精炼炉)进行冶炼。在VOD炉的最高真空度≤5mbar时生产，在VOD炉内完成脱碳、还原和加铝操作，出钢温度控制为1535-1600℃。
③VOD炉冶炼得到的钢水送入LF炉(钢包精炼炉)进行冶炼。在LF炉中，调整渣况、成分和钢水温度。在钢水离开LF前，进行弱搅拌至少10min，弱搅拌过程保证钢水液面不得裸露，出钢温度控制为1565-1600℃。
④将钢水借助中间包由LF炉送入连铸机的第一炉和第二炉进行浇铸得到连铸板坯。
在本步骤中，浇铸前，需要做好中间包的密封，中间包吹Ar 4-8min后开浇。覆盖剂成分配比(Wt.％)为：C：5.0-8.5、SiO2：0.1-4.0、CaO：0.1-4.0、Al2O3：0.5-2.0、Fe2O3：0.1-1.6、Na2O：0.1-1.2、MnO：0.02-0.10、水分：0.1-1.0、其余全部为MgO。基于铁铬铝合金液相线温度，中间包温度控制为1525-1550℃，第二炉较第一炉低5℃，液面波动控制在±5mm之内。
根据铁铬铝合金熔液的凝固特性及脆性转变温度，在连铸过程中应采用弱冷工艺。结晶器冷却水强度宽面为2400-3200L/min，窄面为300-400L/min。连铸结晶器保护渣成分配比(Wt.％)为：C：6.0-9.0、Na2O：8.0-12.0、F-：6.0-12.0、Li2O：3.0-7.0、Al2O3：1.0-4.0、MgO：0.5-2.0。其余为CaO和SiO2，碱度R＝CaO/SiO2控制为0.50-0.80。
在本步骤中，铸坯拉速控制为0.40-1.20m/min，拉速波动值控制在±0.02m/min。
电磁搅拌可以打破凝固过程中的温度梯度分布，防止柱状晶的产生；而电磁力打破了树枝晶的生长机制，有助于等轴晶的生成。所以本发明必须投用电磁搅拌，二冷水强度控制在0.5-1.0L/kg，均匀冷却，以提高等轴晶比例，改善铸坯韧性。
对得到的连铸坯，进行表面修磨，例如采用16#砂轮对连铸坯表面进行热修磨。修磨前连铸坯表面温度控制在250℃-600℃，修磨后连铸坯表面温度控制在≥200℃。修磨进行2遍，第1遍加重修磨，第2遍轻修磨，重量损失率控制为1.0-4.0％，磨掉铸坯表面卷渣、重皮等，提高板坯表面质量。
在连铸机的两个炉中，第一炉的板坯在修磨后直接红送热连轧进行后续生产。第二炉的板坯在修磨后装入退火炉进行保温(装炉前板坯温度≥150℃)，装炉前，退火炉先升温到150-250℃，装入板坯后，退火炉按照50℃/h升温到500-700℃，进行保温，防止铸坯放冷横裂。
由于Al及稀土活性元素的存在，铁铬铝合金钢水容易与耐材、保护渣等反应变性，影响浇铸，特别是连浇的顺行。同时，铸坯表面质量恶化，重皮夹杂较多，需要热修磨后再热轧。铁铬铝合金脆性较大，必须提高等轴晶比例来提高铸坯韧性。铸坯在切割、修磨和吊运过程中，必须保证铸坯温度，否则冷脆性足以造成铸坯产生裂纹甚至横裂。借助于上述铁铬铝合金板坯的制造方法，能够消除连铸断浇、板坯夹杂和铸坯横裂等问题，连铸坯厚度180-230mm、宽度为1000-1300mm、重量大于10吨，显著增大了铁铬铝合金板带材的单卷重量，提高了材料成分和性能的均匀性，进而有利于铁铬铝合金热轧钢卷制造过程的顺利进行。
实施例
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
首先，对下述实施例中涉及的检测方法进行说明如下：
冲击功：将铁铬铝板带材加工成U型样品(U型缺口深度为2mm，底部曲率半径为1mm)，样品长度方向为垂直于轧制方向。然后按照GB/T 229-2007标准，测定在10-80℃(间隔10或20℃)温度范围冲击载荷试样被折断而消耗的冲击功(单位为焦耳)。
韧脆转变温度：以试验温度为横坐标、冲击功为纵坐标绘制散点图，然后通过拟合得到冲击功-温度曲线。此曲线存在一个转变区域，随着温度升高，冲击功急剧增大，最后趋于稳定，即为上平台。这里，将冲击功降至上平台50％的温度定义为韧脆转变温度。
实施例1
以牌号为1Cr13Al4的铁铬铝合金连铸板坯为原料，其化学成分按质量百分比为：C：0.017％、Si：0.15％、Mn：0.07％、P：0.011％、S：0.001％、Cr：13.6％、Al：5.0％、Ti：0.30％、N：0.002％，其余为Fe及其它不可避免的杂质，该铁铬铝合金连铸板坯的规格为：厚度200mm，宽度1247mm，重量16.6吨。
实施例1的宽钢带铁铬铝合金热轧钢卷的制造方法包括如下步骤：
(1)连铸板坯用保温车18h内红送到热连轧原料库，入加热炉前板坯表面温度为115-210℃；板坯装入加热炉，炉温为1100-1140℃，驻炉时间为220-240min。
(2)板坯出炉粗轧，粗轧温度为1000-1040℃，轧制5道次，粗轧终了出口厚度为32mm；使用热卷箱保温；精轧轧制7道次，首道次变形量为32％，终轧温度为840-880℃；轧制厚度规格为4.0mm。
(3)轧后对钢带喷水进行快冷，28s内带钢冷却至212-325℃。
检测实施例1生产的铁铬铝合金热轧钢卷的垂直于轧制方向“U”型10-80℃冲击功，钢卷韧脆转变温度为24℃，能够使钢卷的后续生产顺利进行，不发生断带现象。
实施例2
以牌号为0Cr15Al5的铁铬铝合金连铸板坯为原料，其化学成分按质量百分比为：C：0.019％、Si：0.15％、Mn：0.08％、P：0.012％、S：0.001％、Cr：15.4％、Al：5.2％、Ti：0.19％、N：0.004％，其余为Fe及其它不可避免的杂质，该铁铬铝合金热轧板坯的规格为：厚度200mm，宽度1293mm，重量17.0吨。
实施例2的宽钢带铁铬铝合金热轧钢卷的制造方法包括如下步骤：
(1)连铸板坯用保温车15h内红送到热连轧原料库，入加热炉前板坯表面温度为142-257℃；板坯装入加热炉，炉温为1120-1160℃，驻炉时间为210-230min。
(2)出炉粗轧，粗轧温度为1020-1060℃，轧制7道次，粗轧终了出口厚度为30mm；使用热卷箱保温；精轧轧制7道次，首道次变形量为35％，终轧温度为860-900℃；轧制厚度规格为3.5mm。
(3)轧后对钢带喷水进行快冷，25s内带钢冷却至248-353℃。
检测实施例2生产的铁铬铝合金热轧钢卷的垂直于轧制方向“U”型10-80℃冲击功，钢卷韧脆转变温度为23℃，能够使钢卷的后续生产顺利进行，不发生断带现象。
实施例3
以牌号为0Cr21Al6的铁铬铝合金连铸板坯为原料，其化学成分按质量百分比为：C：0.018％、Si：0.10％、Mn：0.18％、P：0.018％、S：0.001％、Cr：19.9％、Al：5.5％、Nb：0.08％、Ti：0.13％、N：0.004％，其余为Fe及其它不可避免的杂质，该铁铬铝合金连铸板坯的规格为：厚度200mm，宽度1280mm，重量17.9吨。
实施例3的宽钢带铁铬铝合金热轧钢卷的制造方法包括如下步骤：
(1)连铸板坯用保温车10h内红送到热连轧原料库，入加热炉前板坯表面温度为203-318℃；板坯装入加热炉，炉温为1160-1200℃，驻炉时间为200-220min。
(2)出炉粗轧，粗轧温度为1040-1080℃，轧制7道次，粗轧终了出口厚度为30mm；使用热卷箱保温；精轧轧制7道次，首道次变形量为38％，终轧温度为900-940℃；轧制厚度规格为3.0mm。
(3)轧后对钢带喷水进行快冷，20s内带钢冷却至313-387℃。
检测实施例3生产的铁铬铝合金热轧钢卷的垂直于轧制方向“U”型10-80℃冲击功，钢卷韧脆转变温度为21℃，能够使钢卷的后续生产顺利进行，不发生断带现象。
对比例1：
以牌号为0Cr21Al6的铁铬铝合金连铸板坯为原料，其化学成分按质量百分比为：C：0.020％、Si：0.09％、Mn：0.08％、P：0.017％、S：0.001％、Cr：20.3％、Al：5.6％、Nb：0.08％、Ti：0.12％、N：0.004％，其余为Fe及其它不可避免的杂质，该铁铬铝合金连铸板坯的规格为：厚度200mm，宽度1270mm，重量15.6吨。
对比例1的宽钢带铁铬铝合金热轧钢卷的制造方法包括如下步骤：
(1)连铸板坯用保温车20h内红送到热连轧原料库，入加热炉前板坯表面温度为108-206℃；板坯装入加热炉，炉温为1200-1220℃，驻炉时间为220-240min。
(2)出炉粗轧，粗轧温度为1080-1120℃，轧制5道次，粗轧终了出口厚度为30mm；使用热卷箱保温；精轧轧制7道次，首道次变形量为39％，终轧温度为920-960℃；轧制厚度规格为3.0mm。
(3)轧后对钢带喷水进行冷却，30s内带钢冷却至411-506℃。
检测对比例1生产的铁铬铝合金热轧钢卷的垂直于轧制方向“U”型10-80℃冲击功，钢卷韧脆转变温度为50℃。
图1显示了实施例3和对比例1生产的铁铬铝合金热轧钢卷的冲击功和钢卷韧脆转变温度。由看图1可以清楚的看出，3.0mm厚0Cr21Al6热轧钢卷韧脆转变温度曲线。普通材韧脆转变温度为50℃左右，后续必须加温生产，否则易发断带不能开卷。采用本发明生产的宽钢带铁铬铝热轧钢卷韧脆转变温度降至25℃以下。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的替代、修饰、组合、改变、简化等，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种宽钢带铁铬铝合金热轧钢卷的制造方法，其特征在于，以牌号为0Cr15Al5的铁铬铝合金连铸板坯为原料，其化学成分按质量百分比为：C：0.019％、Si：0.15％、Mn：0.08％、P：0.012％、S：0.001％、Cr：15.4％、Al：5.2％、Ti：0.19％、N：0.004％，其余为Fe及其它不可避免的杂质，该铁铬铝合金连铸板坯的规格为：厚度200mm，宽度1293mm，重量17.0吨，
所述制造方法包括如下步骤：
（1）连铸板坯用保温车15h内红送到热连轧原料库，入加热炉前连铸板坯表面温度为142-257℃；连铸板坯装入加热炉，炉温为1120-1160℃，驻炉时间为210-230min；
（2）出炉粗轧，粗轧温度为1020-1060℃，轧制7道次，粗轧终了出口厚度为30mm；使用热卷箱保温；精轧轧制7道次，首道次变形量为35%，终轧温度为860-900℃；轧制厚度规格为3.5mm；
（3）轧后对钢带喷水进行快冷，25s内带钢冷却至248-353℃。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在步骤（2）中，采用热连轧机对铁铬铝合金连铸板坯进行粗轧和精轧。
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