CN115522030A - 一种马氏体薄带钢及其基于薄带铸轧工艺的生产方法 - Google Patents

一种马氏体薄带钢及其基于薄带铸轧工艺的生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于钢铁技术领域，具体涉及一种基于薄带铸轧工艺生产马氏体薄带钢的方法以及相应的马氏体薄带钢。本发明的钢水化学成分按质量百分比包括：C：0.20～0.30％，Si：0.40～1.80％，Mn：1.30～4.5％，Cr：0.20～0.70％，P：≤0.020％，Al：≤0.003％，S：≤0.005％，N：≤0.005％。本发明基于薄带铸轧工艺，结合钢液快速凝固及铸轧工艺特点进行成分设计，在轧制后通过水雾快速冷却获得薄规格超高强度马氏体薄带钢，力学性能满足冷加工成形需求。本发明还包括通过碳配分处理改进马氏体薄带钢的综合力学性能。本发明获得的马氏体薄带钢与现有冷轧马氏体钢板相比，至少具有折弯性能更优良、生产成本更低等优势。

Description

一种马氏体薄带钢及其基于薄带铸轧工艺的生产方法
技术领域
本发明属于钢铁技术领域，具体涉及一种马氏体薄带钢及其基于薄带铸轧工艺的生产方法。
背景技术
能源和碳排放要求促进了高强度钢板的发展和应用，其中马氏体钢的抗拉强度可达到1200MPa以上，在汽车车身轻量化生产上的应用日益广泛。由于乘用车车身钢板厚度一般要求在2.0mm以下，传统的马氏体钢板通常是冷轧产品，热轧钢卷经冷轧轧制后在具有快速冷却功能的连续退火机组上生产。退火机组在高温退火后的快速冷却段需要具备水淬功能，或者具备高氢气冷条件。冷轧马氏体钢的生产流程长、设备要求高，且冷轧工艺的能耗及排放高，这样会导致马氏体钢的生产成本高。
双辊薄带铸轧(下文也称双辊薄带连铸，或薄带连铸，或薄带铸轧)技术是一种新型的薄带钢生产方法，也是冶金及材料研究领域的一种前沿性技术。双辊薄带铸轧的生产过程将快速凝固与轧制变形融为一体，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。此外，多机架精轧也精简为一个机架，同时大幅缩短冷却段长度。双辊薄带连铸技术以其生产流程短、工序少、能耗低以及排放少的特点，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，原始奥氏体晶粒尺寸大，冷却淬火获得的马氏体板条形貌和尺寸与传统冷轧马氏体钢有较大区别。薄带铸轧工艺生产马氏体薄带钢，在成分设计和生产工艺上都需要进行针对性的创新，以满足汽车零件生产的要求。
发明内容
因此，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、薄规格的马氏体薄带钢及其生产方法，从而克服现有技术的诸多不足。
本发明中，为了提高马氏体薄带钢的成形性能，通过等温碳配分处理进一步改进了马氏体薄带钢的综合力学指标。
为实现本发明的技术目的，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马氏体薄带钢的方法，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：0.40～1.80％，Mn：1.30～4.5％，Cr：0.20～0.70％，P：≤0.020％，Al：≤0.003％，S：≤0.005％，N：≤0.005％，余量为Fe及不可避免的杂质；
(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1560～1690℃，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800～950℃；
(4)将步骤(3)获得的薄带进行冷却，且控制冷却后的薄带温度范围为150℃～(Mf-10℃)，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马氏体薄带钢的方法，优选地，钢水的化学成分满足：不添加B元素，且残留B≤0.003％；不添加Ti元素，且残留Ti≤0.01％；Mn/Si≥2.0。钢液在接触铸辊表面时快速凝固，钢液中B、Ti含量及Mn/Si比例会对铸带表面及板型产生较大影响。本发明的钢水成分中，对B、Ti元素的含量上限进行控制，且控制Mn/Si含量比例，有利于铸带表面及带钢板型的改善。
根据本发明的基于薄带铸轧工艺生产马氏体薄带钢的方法，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马氏体薄带钢的方法，优选地，热轧轧制后薄带通过水雾快速冷却，且冷却速率≥60℃/s。
根据本发明的基于薄带铸轧工艺生产马氏体薄带钢的方法，优选地，所述步骤(4)中，薄带的马氏体转变完成温度Mf根据如下公式确定：
Mf(℃)＝539–423*C–30.4*Mn–20*Si–12.1*Cr–110。
根据本发明的基于薄带铸轧工艺生产马氏体薄带钢的方法，优选地，对热轧薄带钢卷进行碳配分处理，所述碳配分处理包括：将钢卷在退火炉内加热到(Mf-50℃)～(Mf+230℃)的温度范围；等温保温60min至120min；空冷。
根据本发明的第二方面，提供了一种马氏体薄带钢，马氏体薄带钢为热轧薄带钢，所述热轧薄带钢的显微组织中马氏体含量≥95％，其余为贝氏体、渗碳体或残余奥氏体。
根据本发明的马氏体薄带钢，优选地，马氏体薄带钢的原始奥氏体晶粒尺寸≥80um，马氏体薄带钢的屈服强度≥1150MPa，抗拉强度≥1450MPa，延伸率为3～12％。
根据本发明的马氏体薄带钢，优选地，马氏体薄带钢经碳配分处理，所述碳配分处理包括：
将钢卷在退火炉内加热到(Mf-50℃)～(Mf+230℃)的温度范围；
等温保温60min至120min；
空冷。
根据本发明的马氏体薄带钢，优选地，经碳配分处理的马氏体薄带钢的显微组织中：马氏体含量≥90％，残余奥氏体含量2～10％，其余为铁素体、贝氏体或渗碳体。
根据本发明的马氏体薄带钢，优选地，经碳配分处理的马氏体薄带钢：
屈服强度≥900MPa，抗拉强度≥1150MPa，延伸率为5～15％。
根据本发明的马氏体薄带钢，优选地，经碳配分处理的马氏体薄带钢进行180度弯曲试验，在弯心直径≥3a时薄带钢不开裂，其中a是试样厚度。
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)本发明的马氏体薄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)本发明的薄带铸轧马氏体薄带钢采用水雾快速冷却，替代传统连续退火产线配置的水淬或高氢冷却方式，生产切换容易，成本低。
(3)本发明钢水的化学成分满足：不添加B元素，且残留B≤0.003％；不添加Ti元素，且残留Ti≤0.01％；Mn/Si≥2.0。钢液在接触铸辊表面时快速凝固，钢液中B、Ti含量及Mn/Si比例会对铸带表面及板型产生较大影响。本发明的钢水成分中，对B、Ti元素的含量上限进行控制，且控制Mn/Si含量比例，有利于铸带表面及带钢板型的改善。
(4)本发明的薄带铸轧马氏体薄带钢成形性能优良。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，有利于进行冷变形加工。
(5)本发明的薄带铸轧马氏体薄带钢，可选择经过碳配分处理，在显微组织中获得一定的残余奥氏体，提高延伸率和折弯性能，获得更好的综合力学性能。
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生产的马氏体薄带钢的金相组织。
图2示出了根据本发明实施例2生产的马氏体薄带钢的金相组织。
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：0.24％；Si：0.6％；Mn：1.8％；Cr：0.61％；P：0.016％；Al：0.0017％；S：0.0022％；N：0.0035％；B：0.0002％；Ti：0.0016％；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1612℃，铸轧速度为68m/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843℃。
(4)冷却及卷取：随后立即对热轧薄带进行水雾快速冷却，冷却后薄带温度为220℃，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，得到的马氏体薄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)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：0.22％；Si：1.5％；Mn：3.0％；Cr：0.2％；P：0.013％；Al：0.0015％；S：0.0028％；N：0.0043％；B：0.00035％；Ti：0.0023％；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1622℃，铸轧速度为72m/min，钢水在惰性气体保护下进行薄带连铸，铸带厚度为2.0mm。
(3)热轧：铸带以30％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838℃。
(4)冷却及卷取：随后立即对热轧薄带进行水雾快速冷却，冷却后薄带温度为190℃，卷取后得到热轧钢卷，然后空冷至室温。
(5)将钢卷加热到350℃，保温90min，空冷。
根据本发明实施例1的工艺参数，得到的马氏体薄带钢的力学性能如表1所列，相应金相组织如图2所示。
表1马氏体薄带钢的力学性能
Figure BDA0003866519580000051
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 (12)

1.一种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：0.40～1.80％，Mn：1.30～4.5％，Cr：0.20～0.70％，P：≤0.020％，Al：≤0.003％，S：≤0.005％，N：≤0.005％，余量为Fe及不可避免的杂质；
(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1560～1690℃，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800～950℃；
(4)将步骤(3)获得的薄带进行冷却，且控制冷却后的薄带温度范围为150℃～(Mf-10℃)，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，钢水的化学成分满足：
不添加B元素，且残留B≤0.003％；
不添加Ti元素，且残留Ti≤0.01％；
Mn/Si≥2.0。
3.根据权利要求2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。
4.根据权利要求1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：热轧轧制后薄带通过水雾快速冷却，且冷却速率≥60℃/s。
5.根据权利要求1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，薄带的马氏体转变完成温度Mf根据如下公式确定：
Mf(℃)＝539–423*C–30.4*Mn–20*Si–12.1*Cr–110。
6.根据权利要求1-5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：
对热轧薄带钢卷进行碳配分处理，所述碳配分处理包括：
将钢卷在退火炉内加热到(Mf-50℃)～(Mf+230℃)的温度范围；
等温保温60min至120min；
空冷。
7.一种马氏体薄带钢，其特征在于：马氏体薄带钢为热轧薄带钢，所述热轧薄带钢的显微组织中马氏体含量≥95％，其余为贝氏体、渗碳体或残余奥氏体。
8.根据权利要求7所述的马氏体薄带钢，其特征在于：马氏体薄带钢的原始奥氏体晶粒尺寸≥80um，马氏体薄带钢的屈服强度≥1150MPa，抗拉强度≥1450MPa，延伸率为3～12％。
9.根据权利要求7或8所述的马氏体薄带钢，其特征在于：马氏体薄带钢经碳配分处理，所述碳配分处理包括：
将钢卷在退火炉内加热到(Mf-50℃)～(Mf+230℃)的温度范围；
等温保温60min至120min；
空冷。
10.根据权利要求9所述的马氏体薄带钢，其特征在于：
经碳配分处理的马氏体薄带钢的显微组织中：
马氏体含量≥90％，残余奥氏体含量2～10％，其余为铁素体、贝氏体或渗碳体。
11.根据权利要求9所述的马氏体薄带钢，其特征在于：
经碳配分处理的马氏体薄带钢：
屈服强度≥900MPa，抗拉强度≥1150MPa，延伸率为5～15％。
12.根据权利要求10或11所述的马氏体薄带钢，其特征在于：
经碳配分处理的马氏体薄带钢进行180度弯曲试验，在弯心直径≥3a时薄带钢不开裂，其中a是试样厚度。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN117431374A (zh) * 2023-11-29 2024-01-23 张家港中美超薄带科技有限公司 一种基于双辊铸轧工艺生产马氏体钢的方法

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