CN115478203A - 一种基于薄带铸轧生产热轧薄带钢的方法及超高强零件 - Google Patents

Abstract

本发明属于钢铁生产领域，具体涉及一种基于薄带铸轧工艺生产热轧薄带钢的方法。本发明的钢水化学成分按质量百分比包括：C：0.20～0.30％，Si：0.25～0.5％，Mn：0.5～1.8％，P：≤0.020％，Al：≤0.003％，S：≤0.005％，N：≤0.005％。进一步，本发明还涉及采用热轧薄带钢经冷弯成形制成的超高强零件。采用本发明的热轧薄带钢作为基材，借助本发明的热处理工艺设计，能够得到抗拉强度≥1180MPa的超高强零件。

Description

一种基于薄带铸轧生产热轧薄带钢的方法及超高强零件

技术领域

本发明属于钢铁生产领域，具体涉及一种基于薄带铸轧工艺生产热轧薄带钢的方法，还涉及采用热轧薄带钢制造超高强零件的工艺。

背景技术

“以热代冷”是减少钢板制造过程能耗和碳排放的有效方法。薄带铸轧(下文也称双辊薄带连铸，或双辊薄带铸轧，或薄带连铸)是一种新型的热轧薄带钢(典型厚度0.8～1.8mm)生产方法，其生产过程将快速凝固与轧制变形融为一体。薄带铸轧的整个产线长度从液态钢水到固态钢卷仅有50m左右，省去了传统热连轧的加热炉、多道次粗轧等工序，多机架精轧也精简为一个机架，同时大幅缩短冷却段长度，在生产薄规格高强钢时具有较大的优越性。

薄带铸轧是以一对反向旋转的冷却铸辊为结晶器，用液态金属直接生产薄带材。钢液在接触冷却铸辊表面后快速凝固，凝固速度可达到1000℃/s以上，因此添加的合金元素在亚快速凝固条件下不容易产生偏聚和析出，成分均匀性明显优于传统连铸工艺。薄带快速凝固后随即进行热轧轧制，经水雾冷却到一定温度卷取就可获得热轧钢卷。

冷弯成形工艺采用多道次连续弯曲成形，可以将抗拉强度1200MPa以上的钢板加工成零件。相对于传统冷冲压工艺，冷弯成形工艺较好地解决了高强钢冲压易开裂、回弹难控制、模具磨损高等难点，并具有材料利用率高、生产成本低等优点。冷弯成形制造的超高强钢零件已经在汽车轻量化车身、太阳能支架等领域得到了广泛应用。但是钢板强度提高后，钢板的延伸率往往随之下降，导致超高强钢零件即使采用多道次冷弯成形也容易开裂，限制了零件形状(特别是冷弯角的形状)的设计。另一方面，超高强钢零件往往用于轻量化用途，钢板厚度一般要求在1.0～2.0mm范围，目前大多采用冷轧工艺生产，典型的超高强度钢种包括冷轧复相钢、双相钢、马氏体钢、淬火延性钢等。这些钢种生产流程长，生产工艺复杂，对生产设备要求高，生产成本昂贵。

发明内容

超高强度钢板的延伸率低，成形性能差，因此降低钢板的原始强度，在相对较低的强度等级下进行冷弯成形，再对成形后的零件进行热处理提高强度，可以解决超高强钢的成形加工难题。本发明基于这样的发明构思，再结合薄带铸轧工艺的生产特点，来设计适当的冷弯成形零件热处理工艺，通过全流程的成分和组织调控，最终可以获得超高强度零件。

本发明的目的在于提供一种基于薄带铸轧工艺的低能耗、低成本、薄规格的热轧带钢及其生产方法。在此基础上，结合超高强度零件的制造要求，提供一种对冷弯成形零件热处理从而获得超高强度零件的制造方法。通过对热轧带钢制造与零件制造流程的合金成分、组织和工艺设计，克服了现有技术的上述不足。

为实现本发明的目的，本发明采用如下所述的技术方案。

根据本发明的第一方面，提供了一种基于薄带铸轧工艺生产热轧薄带钢的方法，所述方法包括如下步骤：

(1)冶炼获得钢水，所述钢水按照如下化学成分及质量分数配料：

C：0.20～0.30％，Si：0.25～0.50％，Mn：0.50～1.80％，P：≤0.020％，Al：≤0.003％，S：≤0.005％，N：≤0.005％，余量为Fe及不可避免的杂质；

钢水的化学成分还含有：

Cr：0.01～0.4％和/或Mo：0.01～0.4％；

Nb：0.001～0.05％和/或V：0.001～0.05％；

(2)将步骤(1)获得的钢水在惰性气体保护下，利用双辊铸轧设备进行薄带连铸以获得铸带，所获得的铸带的厚度为1.5～2.5mm，其中钢水的开浇温度为1560～1650℃，薄带连铸的铸轧速度为40～110m/min；

(3)将步骤(2)获得的铸带经过一道次热轧制成薄带，热轧压下率为15～50％，所获得的薄带厚度在0.8～1.80mm，热轧出口温度为820～930℃；

(4)将步骤(3)获得的薄带进行冷却，之后进行卷取以获得热轧薄带钢卷。

根据本发明的基于薄带铸轧工艺生产热轧薄带钢的方法，优选地，所述步骤(1)中，当钢水的化学成分同时添加Cr和Mo时，满足：

0.2％≤Cr+Mo≤0.8％。

根据本发明的基于薄带铸轧工艺生产热轧薄带钢的方法，优选地，所述步骤(1)中，钢水的化学成分满足：

不添加B元素，残留B≤0.003％；

不添加Ti元素，残留Ti≤0.01％；

Mn/Si≥2.0。

根据本发明的基于薄带铸轧工艺生产热轧薄带钢的方法，优选地，所述步骤(1)中，钢水的化学成分：Mn/Si≥3.0。

根据本发明的基于薄带铸轧工艺生产热轧薄带钢的方法，优选地，所述步骤(4)中，热轧后的薄带经水雾冷却之后卷取，卷取温度控制为420～700℃，而后空冷至室温。

根据本发明的第二方面，提供了一种热轧薄带钢，所述热轧薄带钢采用前述方法中的一个或多个特征进行生产。

根据本发明的热轧薄带钢，优选地，所述热轧薄带钢的显微组织中贝氏体含量≥90％，其余为少量马氏体、非等轴铁素体或针状铁素体。

根据本发明的热轧薄带钢，优选地，所述热轧薄带钢的显微组织中无带状组织。

根据本发明的热轧薄带钢，优选地，所述热轧薄带钢的屈服强度为500～800MPa，抗拉强度为700～1100MPa，延伸率为8～25％。

根据本发明的第三方面，提供了一种超高强零件的生产方法，所述超高强零件采用前述热轧薄带钢经连续冷弯成形制成。

根据本发明的超高强零件的生产方法，优选地，所述生产方法进一步包括：将连续冷弯成形制成的零件加热到850～980℃，保温20～80s，在760℃以上温度喷水快速冷却到150℃以下。

根据本发明的超高强零件的生产方法，优选地，所述生产方法进一步包括：将所述零件进行回火处理，其中回火温度为150～250℃，保温时间为3～10min。

根据本发明的第四方面，提供了一种超高强零件，所述超高强零件采用前述生产方法制成，所述超高强零件的显微组织中马氏体含量≥95％，其余为少量铁素体、贝氏体或渗碳体。

根据本发明的超高强零件，优选地，所述超高强零件的屈服强度为950～1500MPa，抗拉强度为1180～1700MPa。

根据本发明的超高强零件，优选地，所述超高强零件的延伸率为4～15％。

有益技术效果

与现有技术相比，本发明的技术优势及有益技术效果至少包括：

(1)本发明的热轧带钢采用薄带铸轧工艺生产，短流程工艺紧凑，合金元素加入量少，生产过程能源消耗及碳排放显著减少，生产成本低。

(2)本发明的热轧带钢由于薄带铸轧的工艺特点，钢液凝固速度快，在铸轧后钢中无明显的Mn、P等元素的偏析，成形性能优良，适合进行冷弯成形加工。

(3)本发明提供了一种抗拉强度1180MPa以上超高强度零件的生产方法。先采用强度相对较低、成形性好的钢板进行冷弯成形，解决超高强度钢零件成形开裂的问题；随后将零件加热到奥氏体化温度，保温后进行淬火，主要显微组织为马氏体，使零件获得超高强度。进一步地，为获得更好的综合力学性能，还提供了一种对零件进行回火处理的方法。

附图说明

为了更清楚地介绍本发明的实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单的介绍。显而易见，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施案例，而非对本发明的限制。

图1示出了根据本发明实施例1生产的热轧带钢的金相组织。

图2示出了根据本发明实施例2生产的超高强度零件的金相组织。

具体实施方式

为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另作定义，本发明所使用的技术术语或科学术语应当为本发明所属领域具有一般技能的人士所理解的通常意义。

实施例1

(1)钢水冶炼：采用EAF电炉炼钢，VD真空炉脱气，LF精炼，得到成分合格的钢水，按重量百分比为：C：0.21％；Si：0.35％；Mn：0.82％；Cr：0.31％；Mo：0.01％；P：0.013％；Al：0.0015％；S：0.0021％；N：0.0030％；B：0.0001％；Ti：0.0018％；Nb：0.028％；V：0.0015％；余量为铁及不可避免的杂质元素。

(2)薄带连铸：将合格的钢水利用双辊薄带铸轧设备进行铸轧，钢水的开浇温度为1595℃，铸轧速度为62m/min，钢水在惰性气体保护下进行薄带连铸，铸带厚度为1.8mm。

(3)热轧：铸带以22％的压下率经一个道次热轧轧制成厚度为1.4mm的热轧薄带，热轧出口温度为850℃。

(4)冷却及卷取：随后立即对热轧薄带进行水雾冷却，冷却后薄带温度为580℃，卷取后得到热轧钢卷，然后空冷至室温。

根据本发明实施例1的工艺参数，得到的热轧带钢的力学性能如表1所列，相应金相组织如图1所示。

实施例2

(1)冷弯成形：将实施例1获得的1.4mm厚度的钢卷分条，在冷弯成形机上连续冷弯，焊接后制成截面尺寸为40×40mm的方管。

(2)方管件淬火热处理：将方管用高频感应线圈加热到约960℃，经过60s左右时间缓冷到约820℃，向钢管喷水快速冷却到室温。

(3)回火处理：将方管件加热到220℃，保温8min，空冷。

根据本发明实施例1的工艺参数，得到的超高强度方管的力学性能如表1所列，相应金相组织如图2所示。

表1力学性能

以上所述仅是本发明的具体实施方式，应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，不在脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护的范围。

Claims (15)

1.一种基于薄带铸轧工艺生产热轧薄带钢的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)冶炼获得钢水，所述钢水按照如下化学成分及质量分数配料：

C：0.20～0.30％，Si：0.25～0.50％，Mn：0.50～1.80％，P：≤0.020％，Al：≤0.003％，S：≤0.005％，N：≤0.005％，余量为Fe及不可避免的杂质；

钢水的化学成分还含有：

Cr：0.01～0.4％和/或Mo：0.01～0.4％；

Nb：0.001～0.05％和/或V：0.001～0.05％；

(2)将步骤(1)获得的钢水在惰性气体保护下，利用双辊铸轧设备进行薄带连铸以获得铸带，所获得的铸带的厚度为1.5～2.5mm，其中钢水的开浇温度为1560～1650℃，薄带连铸的铸轧速度为40～110m/min；

(3)将步骤(2)获得的铸带经过一道次热轧制成薄带，热轧压下率为15～50％，所获得的薄带厚度在0.8～1.80mm，热轧出口温度为820～930℃；

(4)将步骤(3)获得的薄带进行冷却，之后进行卷取以获得热轧薄带钢卷。

2.根据权利要求1所述的基于薄带铸轧工艺生产热轧薄带钢的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，当钢水的化学成分同时添加Cr和Mo时，满足：

0.2％≤Cr+Mo≤0.8％。

3.根据权利要求1或2所述的基于薄带铸轧工艺生产热轧薄带钢的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，钢水的化学成分满足：

不添加B元素，残留B≤0.003％；

不添加Ti元素，残留Ti≤0.01％；

Mn/Si≥2.0。

4.根据权利要求3所述的基于薄带铸轧工艺生产马氏体薄带钢的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，钢水的化学成分：Mn/Si≥3.0。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的基于薄带铸轧工艺生产马氏体薄带钢的方法，其特征在于：

所述步骤(4)中，热轧后的薄带经水雾冷却之后卷取，卷取温度控制为420～700℃，而后空冷至室温。

6.一种热轧薄带钢，其特征在于：所述热轧薄带钢采用根据权利要求1-5中任一项所述的方法生产。

7.根据权利要求6所述的热轧薄带钢，其特征在于：所述热轧薄带钢的显微组织中贝氏体含量≥90％，其余为少量马氏体、非等轴铁素体或针状铁素体。

8.根据权利要求6所述的热轧薄带钢，其特征在于：所述热轧薄带钢的显微组织中无带状组织。

9.根据权利要求6-8中任一项所述的热轧薄带钢，其特征在于：所述热轧薄带钢的屈服强度为500～800MPa，抗拉强度为700～1100MPa，延伸率为8～25％。

10.一种超高强零件的生产方法，其特征在于：所述超高强零件采用根据权利要求6-9中任一项所述的热轧薄带钢经连续冷弯成形制成。

11.根据权利要求10所述的超高强零件的生产方法，其特征在于：所述生产方法进一步包括：

将连续冷弯成形制成的零件加热到850～980℃，保温20～80s，在760℃以上温度喷水快速冷却到150℃以下。

12.根据权利要求11所述的超高强零件的生产方法，其特征在于：所述生产方法进一步包括：

将所述零件进行回火处理，其中回火温度为150～250℃，保温时间为3～10min。

13.一种超高强零件，其特征在于：所述超高强零件采用根据权利要求10-12中任一项所述的生产方法制成，所述超高强零件的显微组织中马氏体含量≥95％，其余为少量铁素体、贝氏体或渗碳体。

14.根据权利要求13所述的超高强零件，其特征在于：所述超高强零件的屈服强度为950～1500MPa，抗拉强度为1180～1700MPa。

15.根据权利要求13或14所述的超高强零件，其特征在于：所述超高强零件的延伸率为4～15％。

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