CN115029629A - 一种高品质表面质量钢及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明特别涉及一种高品质表面质量钢及其生产方法，属于钢材制备技术领域，通过控制Si含量≤0.1，避免加热过程生成液态硅酸亚铁Fe2SiO4。液态硅酸亚铁Fe2SiO4难以去除，抑制黑色氧化铁皮Fe3O4形成，并且低温阶段会氧化生成红色氧化铁皮Fe2O3，从而解决了目前中厚板生产过程温度高、轧制节奏慢，会生成较厚的黑色氧化铁皮(Fe3O4)或疏松的红色氧化铁皮(Fe2O3)，氧化铁皮易于脱落，抗腐蚀能力差、不美观等钢板表面质量不高的问题。
Description
技术领域
本发明属于钢材制备技术领域，特别涉及一种高品质表面质量钢及其生产方法。
背景技术
随着制造业不断发展，钢结构、模具加工、造船等行业不止要求钢板性能满足要求，更对钢板表面质量提出更要求。要求钢板表面氧化铁皮薄而致密、美观，并且具有良好的抗腐蚀能力。
由于中厚板生产过程温度高、轧制节奏慢，会生成较厚的黑色氧化铁皮(Fe3O4)或疏松的红色氧化铁皮(Fe2O3)，氧化铁皮易于脱落，抗腐蚀能力差、不美观，影响钢板后续使用。
发明内容
本申请的目的在于提供一种高品质表面质量钢及其生产方法，以解决目前钢板表面质量不高的问题。
本发明实施例提供了一种高品质表面质量钢，所述钢的化学成分以质量分数计包括：
C：0.09％-0.11％，Si:≤0.10％，Mn：1.40％-1.50％，Alt：0.015％-0.04％，Nb：0.030％-0.040％，Ti：0.010％-0.02％，P＜0.015％，S＜0.005％，其余为Fe和不可避免的杂质。
可选的，所述钢的化学成分以质量分数计为：
C：0.095％-0.105％，Si:≤0.05％，Mn：1.43％-1.47％，Alt：0.02％-0.03％，Nb：0.033％-0.037％，Ti：0.013％-0.017％，P＜0.015％，S＜0.005％，其余为Fe和不可避免的杂质。
可选的，所述钢的表面铁皮的成分包括Fe3O4。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种如上所述的高品质表面质量钢的制备方法，所述方法包括：
将铸坯进行加热，得到加热铸坯；
将所述加热铸坯进行一次除鳞，得到除鳞铸坯；
将所述除鳞铸坯进行轧制，得到钢板；
将所述钢板进行冷却，得到高品质表面质量钢。
可选的，所述加热的加热温度为1220℃-1250℃，所述加热的时间为180min-350min。
可选的，所述一次除鳞的除鳞温度为1200℃-1230℃，所述一次除鳞的除鳞压力≥21MPa。
可选的，所述轧制采用一阶段轧制工艺；所述轧制的开轧温度为1180℃-1210℃；所述轧制过程中，至少有3道次压下率＞27％；所述轧制的终轧温度≥970℃。
可选的，所述轧制包括高温道次轧制和低温道次轧制，所述高温道次轧制过程间隔伴有二次除鳞，所述二次除鳞的除鳞压力≥21MPa，所述低温道次轧制过程不进行除鳞。
可选的，所述高温道次轧制过程第一道次、第三道次和第五道次设有二次除鳞。
可选的，所述冷却采用水冷层流冷却，所述冷却的终冷温度为520℃-560℃，所述冷却的冷却速度为10℃/s-25℃/s。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明实施例提供的高品质表面质量钢，通过控制Si含量≤0.1，避免加热过程生成液态硅酸亚铁Fe2SiO4。液态硅酸亚铁Fe2SiO4难以去除，抑制黑色氧化铁皮Fe3O4形成，并且低温阶段会氧化生成红色氧化铁皮Fe2O3，从而解决了目前中厚板生产过程温度高、轧制节奏慢，会生成较厚的黑色氧化铁皮(Fe3O4)或疏松的红色氧化铁皮(Fe2O3)，氧化铁皮易于脱落，抗腐蚀能力差、不美观等钢板表面质量不高的问题。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例提供的方法的流程图；
图2是本发明实施例1提供的轧制规程图；
图3是本发明实施例2提供的轧制规程图；
图4是本发明实施例1提供的钢的表面形貌图；
图5是本发明实施例2提供的钢的表面形貌图。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
根据本发明一种典型的实施方式，提供了一种高品质表面质量钢，所述钢的化学成分以质量分数计包括：
C：0.09％-0.11％，Si:≤0.10％，Mn：1.40％-1.50％，Alt：0.015％-0.04％，Nb：0.030％-0.040％，Ti：0.010％-0.02％，P＜0.015％，S＜0.005％，其余为Fe和不可避免的杂质。
本申请的成分设计基于以下认识：
采用低C含量(0.09-0.11)减少珠光体含量，保证低终冷下钢板仍具有良好的塑性，同时提高冲击韧性。
严格控制Si含量≤0.1，避免加热过程生成液态硅酸亚铁Fe2SiO4。液态硅酸亚铁Fe2SiO4难以去除，抑制黑色氧化铁皮Fe3O4形成，并且低温阶段会氧化生成红色氧化铁皮Fe2O3。
通过Nb、Ti微合金化，抑制加热过程原奥氏体晶粒长大、细化晶粒，提高韧性并保证强度，提高再结晶温度，保证整个轧制过程完全在再结晶区。
严格控制P、S等有害元素，提高钢板韧性。
优选的，钢的化学成分以质量分数计为：C：0.095％-0.105％，Si:≤0.05％，Mn：
1.43％-1.47％，Alt：0.02％-0.03％，Nb：0.033％-0.037％，Ti：0.013％-0.017％，P＜0.015％，S＜0.005％，其余为Fe和不可避免的杂质。
通过合理的化学成分设计，使得钢板表面生成黑色氧化铁皮Fe3O4，氧化铁皮致密、均匀，且具有良好的抗腐蚀能力，生产工艺简便、高效、稳定。
根据本发明另一种典型的实施方式，提供了一种如上提供的高品质表面质量钢的制备方法，所述方法包括：
S1.将铸坯进行加热，得到加热铸坯；
具体而言，将钢坯冷装入炉，钢坯加热温度1220-1250(℃)，该温度能保证轧制变形过程始终在高温下进行；加热时间180-350(min)，充分的加热能保证加热均匀性。
S2.将所述加热铸坯进行一次除鳞，得到除鳞铸坯；
在一些实施例中，一次除鳞的除鳞温度为1200℃-1230℃，除鳞温度包括但不限于1200℃、1210℃、1220℃和1230℃，所述一次除鳞的除鳞压力≥21MPa，除鳞压力包括但不限于21MPa、22MPa、23MPa、24MPa和25MPa。
S3.将所述除鳞铸坯进行轧制，得到钢板；
具体而言，轧制采用一阶段轧制工艺，开轧温度1180-1210(℃)，开轧温度包括但不限于1180℃、1190℃、1200℃和1210℃，保证至少有3道次压下率＞27％，减少轧制道次并提高冲击韧性。不控温，终轧温度≥970(℃)，终轧温度包括但不限于970℃、980℃、990℃、1000℃、1010℃和1020℃，高温轧制保证氧化铁皮整体具有良好塑性，不会出现局部脱落。
本实施例中，轧制过程第一、三、五道次伴有二次除鳞，其余道次不除鳞，二次除鳞压力≥21MPa，除鳞压力包括但不限于21MPa、22MPa、23MPa、24MPa和25MPa。高温道次除鳞避免生成氧化铁皮太厚，低温道次不除鳞目的是保留有益氧化铁皮Fe3O4，氧化铁皮薄而致密。
本方法采用高温加热工艺和高温轧制工艺配合，能够有效降低轧制负荷，同时提高了轧制效率。
S4.将所述钢板进行冷却，得到高品质表面质量钢。
在一些实施例中，冷却采用水冷层流冷却。
本实施例中，严格控制层流冷却终冷温度和冷却速度，终冷温度520-560(℃)，终冷温度包括但不限于520℃、530℃、540℃、550℃和560℃，冷却速度10-25(℃/s)，冷却速度包括但不限于10℃/s、15℃/s、20℃/s和25℃/s，采用低终冷和低冷速，低终冷避免黑色氧化铁皮Fe3O4高温快速氧化为红色氧化铁皮Fe2O3，低冷速避免氧化铁皮急冷产生局部脱落。
下面将结合实施例、对照例及实验数据对本申请的高品质表面质量钢及其生产方法进行详细说明。
实施例1
一种高品质表面质量钢板，厚度14mm，其化学成分按质量百分数，单位wt％：C：0.105，Si：0.07，Mn：1.45，Alt：0.029，Nb：0.032，Ti：0.014，P：0.010，S：0.0011，其余为Fe和残余元素。
制备方法包括：
S1.将铸坯进行加热，得到加热铸坯；
S2.将所述加热铸坯进行一次除鳞，得到除鳞铸坯；
S3.将所述除鳞铸坯进行轧制，得到钢板；
S4.将所述钢板进行冷却，得到高品质表面质量钢。
各工艺参数的取值如下：
板坯尺寸为200*1850*2520(mm)，钢板尺寸为14*2000*30500(mm)。加热温度1240℃，一阶轧制，开轧温度1197℃，终轧温度992℃，终冷温度545℃，冷速18℃/S。
实施例2
一种高品质表面质量钢板，厚度16mm，其化学成分按质量百分数，单位wt％：C：0.101，Si：0.06，Mn：1.47，Alt：0.027，Nb：0.035，Ti：0.017，P：0.013，S：0.0010，其余为Fe和残余元素。
制备方法包括：
S1.将铸坯进行加热，得到加热铸坯；
S2.将所述加热铸坯进行一次除鳞，得到除鳞铸坯；
S3.将所述除鳞铸坯进行轧制，得到钢板；
S4.将所述钢板进行冷却，得到高品质表面质量钢。
各工艺参数的取值如下：
板坯尺寸为200*1850*2550(mm)，钢板尺寸为16*2200*24100(mm)。加热温度1231℃，一阶段控轧，开轧温度1202℃，终轧温度995℃，终冷温度532℃，冷速13℃/S。
对比例1
一种高品质表面质量钢板，厚度14mm，其化学成分按质量百分数，单位wt％：C：0.105，Si：0.15，Mn：1.45，Alt：0.029，Nb：0.032，Ti：0.014，P：0.010，S：0.0011，其余为Fe和残余元素。
制备方法包括：
S1.将铸坯进行加热，得到加热铸坯；
S2.将所述加热铸坯进行一次除鳞，得到除鳞铸坯；
S3.将所述除鳞铸坯进行轧制，得到钢板；
S4.将所述钢板进行冷却，得到高品质表面质量钢。
各工艺参数的取值如下：
板坯尺寸为200*1850*2520(mm)，钢板尺寸为14*2000*30500(mm)。加热温度1240℃，一阶轧制，开轧温度1197℃，终轧温度992℃，终冷温度545℃，冷速18℃/S。
对比例2
一种高品质表面质量钢板，厚度14mm，其化学成分按质量百分数，单位wt％：C：0.105，Si：0.07，Mn：1.45，Alt：0.029，Nb：0.032，Ti：0.014，P：0.010，S：0.0011，其余为Fe和残余元素。
制备方法包括：
S1.将铸坯进行加热，得到加热铸坯；
S2.将所述加热铸坯进行一次除鳞，得到除鳞铸坯；
S3.将所述除鳞铸坯进行轧制，得到钢板；
S4.将所述钢板进行冷却，得到高品质表面质量钢。
各工艺参数的取值如下：
板坯尺寸为200*1850*2520(mm)，钢板尺寸为14*2000*30500(mm)。加热温度1240℃，一阶轧制，开轧温度1197℃，终轧温度992℃，终冷温度580℃，冷速18℃/S。
对比例3
一种高品质表面质量钢板，厚度14mm，其化学成分按质量百分数，单位wt％：C：0.105，Si：0.07，Mn：1.45，Alt：0.029，Nb：0.032，Ti：0.014，P：0.010，S：0.0011，其余为Fe和残余元素。
制备方法包括：
S1.将铸坯进行加热，得到加热铸坯；
S2.将所述加热铸坯进行一次除鳞，得到除鳞铸坯；
S3.将所述除鳞铸坯进行轧制，得到钢板；
S4.将所述钢板进行冷却，得到高品质表面质量钢。
各工艺参数的取值如下：
板坯尺寸为200*1850*2520(mm)，钢板尺寸为14*2000*30500(mm)。加热温度1240℃，一阶轧制，开轧温度1197℃，终轧温度992℃，终冷温度545℃，冷速30℃/S。
需要说明的是，对比例1、2和3的轧制规程同实施例1相同。
相关实验：
将实施例1-2和对比例1-3制得的钢进行性能检测，测试结果如下表所示：
由上表可得，采用本申请实施例提供的方法制备的钢具有较高的强度、良好的韧性和塑性。
附图的详细说明：
如图4和5所示，为采用实施例提供的方法制备的钢板的表面形貌图，由图可得，采用本法制备的钢板的表面氧化铁皮致密、均匀，具有良好的抗腐蚀能力。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少还具有如下技术效果或优点：
(1)本发明实施例提供的钢采用低C，Nb、Ti微合金成分设计，保证钢板具有高强度、良好的低温冲击韧性和塑性；
(2)本发明实施例提供的钢采用超低Si含量设计，避免加热过程生成液态硅酸亚铁Fe2SiO4，钢板表面光滑、氧化铁皮致密；
(3)本发明实施例提供的方法采用高温加热、高温轧制工艺，有效降低轧制负荷，同时提高了轧制效率；
(4)本发明实施例提供的方法采用合理的除鳞工艺和水冷工艺，钢板表面生成黑色氧化铁皮Fe3O4，氧化铁皮薄而致密；
(5)本实施例中，在设计的工艺条件下实现了高品质表面质量钢板高效、稳定生产，钢板表面生成黑色氧化铁皮Fe3O4，氧化铁皮致密、均匀，且具有良好的抗腐蚀能力。同时钢板具有高强度，良好的低温冲击韧性和塑性。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种高品质表面质量钢，其特征在于，所述钢的化学成分以质量分数计包括：
C：0.09％-0.11％，Si:≤0.10％，Mn：1.40％-1.50％，Alt：0.015％-0.04％，Nb：0.030％-0.040％，Ti：0.010％-0.02％，P＜0.015％，S＜0.005％，其余为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的高品质表面质量钢，其特征在于，所述钢的化学成分以质量分数计为：
C：0.095％-0.105％，Si:≤0.05％，Mn：1.43％-1.47％，Alt：0.02％-0.03％，Nb：0.033％-0.037％，Ti：0.013％-0.017％，P＜0.015％，S＜0.005％，其余为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的高品质表面质量钢，其特征在于，所述钢的表面铁皮的成分包括Fe3O4。
4.一种权利要求1-3任一项所述的高品质表面质量钢的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
将铸坯进行加热，得到加热铸坯；
将所述加热铸坯进行一次除鳞，得到除鳞铸坯；
将所述除鳞铸坯进行轧制，得到钢板；
将所述钢板进行冷却，得到高品质表面质量钢。
5.根据权利要求4所述的高品质表面质量钢的制备方法，其特征在于，所述加热的加热温度为1220℃-1250℃，所述加热的时间为180min-350min。
6.根据权利要求4所述的高品质表面质量钢的制备方法，其特征在于，所述一次除鳞的除鳞温度为1200℃-1230℃，所述一次除鳞的除鳞压力≥21MPa。
7.根据权利要求4所述的高品质表面质量钢的制备方法，其特征在于，所述轧制采用一阶段轧制工艺；所述轧制的开轧温度为1180℃-1210℃；所述轧制过程中，至少有3道次压下率＞27％；所述轧制的终轧温度≥970℃。
8.根据权利要求4所述的高品质表面质量钢的制备方法，其特征在于，所述轧制包括高温道次轧制和低温道次轧制，所述高温道次轧制过程间隔伴有二次除鳞，所述二次除鳞的除鳞压力≥21MPa，所述低温道次轧制过程不进行除鳞。
9.根据权利要求8所述的高品质表面质量钢的制备方法，其特征在于，所述高温道次轧制过程第一道次、第三道次和第五道次设有二次除鳞。
10.根据权利要求4所述的高品质表面质量钢的制备方法，其特征在于，所述冷却采用水冷层流冷却，所述冷却的终冷温度为520℃-560℃，所述冷却的冷却速度为10℃/s-25℃/s。
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