CN115958174A - 一种马氏体薄钢带的生产及精整方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种马氏体薄钢带的生产及精整方法，其中薄钢带的厚度在2mm以下，该薄钢带通过双辊铸轧工艺生产，其中熔融金属经过电炉炼钢、VD炉真空脱气、LF精炼后流入形成在一对相对旋转的铸辊的辊隙上方的熔池，熔融金属在该对铸辊的铸造表面上冷却凝固，并向下穿过该对铸辊之间的辊隙形成薄铸带，再经热轧、快速冷却、卷取，形成马氏体组织的薄钢带中间产品。随后，薄钢带中间产品在80℃以下的温度下进行上线精整，该精整过程包括开卷、切边、拉矫、卷取的工艺步骤。

Description

一种马氏体薄钢带的生产及精整方法

技术领域

本发明涉及轧钢技术领域，尤其涉及一种马氏体薄钢带的生产及精整方法，具体是经过双辊铸轧生产的马氏体钢后续经过拉伸弯曲矫直过程进行切边、板形优化获得最终具有良好板形的马氏体钢成品，提升产品合格率。

背景技术

热轧马氏体钢作为强度级别最高的商业化应用钢种，可用于起重机吊臂、搅拌车叶片、自卸车车斗、挂车大梁等需要高强、高耐磨性能并且成形工艺简单的部件，高度契合目前商用车以及工程机械轻量化、节能化用钢的发展趋势。

超高强马氏体钢主要通过马氏体相变来获取优异的力学性能。具体来说，在生产过程中，为达到高强度，需要快速冷却。热轧马氏体钢大多以在线淬火+回火、或离线淬火+回火(调质)工艺生产，通过超低的冷却温度和较快的冷却速率来获取全马氏体组织，这种传统的生产工艺不仅对生产线装备能力要求高、工艺流程长，而且层流冷却装备也大多无法满足热轧马氏体钢的快速冷却的生产需求。

此外，在生成马氏体的相变过程中，会产生强大的内应力，可能导致钢板板形差，平直度降低；同时由于氢渗透产生微裂纹，在下游客户使用过程中很难保证产品质量，在汽车板领域的应用也受到限制。

为了以便于操作的方式生成马氏体组织，并且能够消除马氏体相变过程中的内应力引起的缺陷，需要提供一种马氏体钢的生产和精整的方法，以获得符合产品质量要求和合格率要求的钢带产品。

发明内容

本发明提供了一种马氏体钢的生产方法，其中采用双辊铸轧工艺生产薄钢带，经过一道次热轧后，经过层流冷却快速冷却(例如以60-120℃/s的速率进行冷却)，可以实现常规热轧产线难以达到的超快速冷却速率，进而获得全马氏体组织。

但是，由于马氏体相变过程产生强大的内应力，在超快速冷却过程中会出现不同的浪形，影响下游客户的使用。特别来说，残余应力的存在可能导致钢板板形差，平直度降低；同时由于氢渗透产生微裂纹，在下游客户使用过程中很难保证产品质量，在汽车板领域的应用也受到限制。

为了消除马氏体相变过程中的内应力引起的缺陷，本发明进一步提供了一种对马氏体钢进行精整处理的方法，以获得符合产品质量要求和合格率要求的薄钢带产品，具体是经过双辊铸轧生产的马氏体薄钢带后续经过拉伸弯曲矫直过程进行切边、板形优化以获得最终具有良好板形的马氏体薄钢带成品。

具体来说，本发明提供了一种马氏体薄钢带的生产及精整方法，其特征在于，马氏体薄钢带的厚度在2mm以下，该马氏体薄钢带通过双辊铸轧工艺生产，过程包括：熔融金属经过电炉炼钢、VD炉真空脱气、LF精炼后流入形成在一对相对旋转的铸辊的辊隙上方的熔池，熔融金属在该对铸辊的铸造表面上冷却凝固，并向下穿过该对铸辊之间的辊隙形成薄铸带，薄铸带经热轧、快速冷却、卷取，形成马氏体组织的薄钢带中间产品，其中，在LF精炼过程中，仅对熔融金属进行升温操作，使得其出钢温度在1650℃～1700℃的范围内，熔池采用气氛保护，熔池保护气氛的微正压选自5-30Pa的范围内，并且薄铸带在热轧之前进入保护气氛的热箱，热箱保护气氛的微正压选自15-50Pa的范围内，

薄钢带中间产品在80℃以下的温度下进行上线精整，精整过程包括以下步骤：开卷，通过开卷机对通过双辊铸轧生产的薄钢带中间产品的钢卷进行开卷；切边，通过剪切机对薄钢带的宽度两侧进行剪切；拉矫：薄钢带依次经过弯曲辊单元和矫直辊单元，其中弯曲辊单元配置为弯曲辊插入量选自5～25mm的范围内，矫直辊单元配置为矫直辊插入量选自5～25mm的范围内，并且拉矫过程中的拉矫张力选自100～250kN的范围内，延伸率选自0.5％～1.5％的范围内；卷取，薄钢带经由卷取机卷取成薄钢带的卷。

在优选的实施例中，LF精炼的出钢温度在在1670℃～1690℃的范围内。

在优选的实施例中，熔池的保护气氛为氮气、氩气或其他非氧化性惰性气体，熔池的气氛保护的微正压选自10-20Pa的范围内。

在优选的实施例中，热箱的保护气氛为氮气、氩气或其他非氧化性惰性气体，热箱保护气氛微正压选自20-30Pa的范围内。

在优选的实施例中，精整过程在50℃以下的温度下进行。

在优选的实施例中，弯曲辊插入量选自10～15mm的范围内，矫直辊插入量选自10～15mm的范围内。

在优选的实施例中，拉矫过程中的拉矫张力选自120～220kN的范围内，延伸率选自0.8％～1.0％的范围内。

在优选的实施例中，在拉矫过程中，薄钢带依次经过两个弯曲辊单元和一个矫直辊单元。

在优选的实施例中，在薄铸带经热轧、快速冷却、卷取，形成马氏体组织的薄钢带中间产品的过程中，薄铸带经过一道次热轧后温度降至800-850℃的范围内，再以60-120℃/s的冷却速率进行层流冷却后，以300℃以下的卷取温度进行卷取。

本发明还涉及一种采用根据前述方法进行生产和精整的薄钢带，其中薄钢带的为马氏体金相组织。

有益技术效果

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：

在双辊铸轧过程中快速冷却生产得到的马氏体钢通过拉伸弯曲矫直机的切边、拉矫作用，有效的改善了马氏体板形及表面质量问题。本发明便于操作，工艺改善成本低，能明显提高产品合格率。

附图说明

为了更清楚地说明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。显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。

图1是本发明的马氏体薄钢带的金相组织的示意图；

图2是本发明的双辊连铸机系统的示意性侧视图；

图3是通过图2的双辊连铸机的铸造位置中安装到辊匣内的铸辊的部分剖视图；

图4是图3的一部分的放大示意图，具体示出了熔融金属在铸辊表面凝固形成向下传送的薄钢带；

图5A示出了通过双辊铸轧生产的薄钢带再次上线精整的过程的示意图；图5B示出了薄钢带上线精整的拉矫过程的放大视图。

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。

在本发明的技术方案中，采用双辊铸轧工艺生产薄钢带，例如厚度在2mm以下的薄钢带，在经过一道次热轧后钢带温度例如降至800-850℃，再经过层流冷却(例如，气雾冷却，冷却速率为60-120℃/s)快速冷却后，进而获得全马氏体组织。例如，如图1所示，示出了采用双辊铸轧工艺生产、随后经超快速冷却形成的马氏体金相组织。

由于马氏体相变过程产生强大的内应力，在超快速冷却过程中会出现不同的浪形。特别来说，残余应力的存在可能导致钢板板形差，平直度降低；同时由于氢渗透产生微裂纹，在下游客户使用过程中很难保证产品质量，在汽车板领域的应用也受到限制。

通过本发明提供的马氏体薄钢带的生产及精整方法，能够在双辊铸轧过程中减少微裂纹的产生，并改善薄钢带的平直度，减少表面缺陷，提高产品质量和合格率。

现在参照图2-4，示出双辊连铸机，其包括主机框架10，该主机框架10从地板竖立并支撑一对铸辊12，这对铸辊12安装在辊匣11中，以易于操作和运动。

用于连续铸造薄钢带的双辊连铸机包括一对相对旋转的铸辊12，其分别具有铸造表面12A，其间形成辊隙18。经电炉炼钢、VD炉真空脱气、再经LF精炼升温后的熔融金属(即钢水)从钢包13通过中间包14，然后通过耐火的滑动水口15传送到过渡包16，并然后传送到定位在辊隙18之上、铸辊12之间的布流器17。如此传送的熔融金属形成支撑在辊隙上方、铸辊12的铸造表面12A之上的熔池19。

铸辊12为内冷式(例如内部水冷)，使得随着铸辊12相对旋转时，熔池19中的熔融金属与铸造表面12A旋转地相接触、并在铸造表面12A上冷却凝固。在铸造过程中，在铸辊12的铸造表面12A上冷却凝固形成的金属壳在铸辊之间的辊隙18处被带到一起，以形成从辊隙向下传送的薄铸带。

具体来说，在LF精炼过程中，LF精炼仅对钢水进行升温操作，使得其出钢温度在1650℃～1700℃的范围内，更优选在1670℃～1690℃的范围内，以有助于顺利浇铸，避免因温度过低而发生堵水口事故，造成安全隐患或降低产品质量。

在经LF精炼出钢的钢水从钢包13流出、经过中间包14、过渡包16，并经由布流器17形成并流入熔池19中的过程中，为避免氧气进入熔池19与其中的钢水、或布流器17发生反应、甚至形成夹渣轧入钢带表面，需要对熔池采用气氛保护。例如，熔池19采用的保护气氛可以选择为氮气、氩气等非氧化性惰性气体。优选地，对熔池19采用的气氛保护的熔池微正压(即高于大气压的数值)选自5-30Pa的范围内；更优选地，熔池的气氛保护的微正压选自10-20Pa的范围内。

由钢水形成的薄铸带(薄钢带)随后进入保护气氛的热箱，以防止薄钢带表面形成氧化铁(形成的氧化铁可能在后续轧制工序中被压入薄钢带表面，影响最终产品的表面质量)。在热箱中，通过密封将薄钢带温度保持在一个较高的温度，以有利于后续的热轧过程。例如，热箱的保护气氛可以选择为氮气、氩气等非氧化性惰性气体。优选地，热箱的保护气氛的微正压选自15-50Pa的范围内；更优选地，热箱的保护气氛的微正压选自20-30Pa的范围内。

离开热箱后，薄钢带经过至少一道次的热轧后，进行冷却，例如进行气雾冷却。为形成全马氏体的金相结构，需要对钢带进行快速冷却，例如以60-120℃/s的冷却速率进行层流冷却。随后，对冷却后的薄钢带进行卷取，以形成薄钢带中间产品，卷取温度优选在300℃以下，更优选在200℃以下。

参考图5A，通过双辊铸轧工艺生产的薄钢带中间产品，需要再次上线精整，以消除马氏体产生过程中形成的内应力，并实现良好的表面质量，例如符合起重机吊臂、搅拌车叶片、自卸车车斗、挂车大梁等需要高强、高耐磨性能并且成形工艺简单的部件的应用要求。在优选的实施例中，精整线的上线温度保持在80℃以下，更优选地保持在50℃以下。若精整线上线温度过高，可能会对加工辊(如弯曲辊、矫直辊)造成损伤，进而降低其使用耐久度，甚至对使用其矫直的薄钢带表面造成损伤。此外，在过高的温度下进行拉矫的薄钢带在冷却后可能发生回复或回弹，其延伸率和表面质量可能因其劣化或降低，影响拉矫效果。

在示例性的实施例中，薄钢带中间产品上线精整的过程例如包括以下步骤：

1)开卷

经由双辊铸轧工艺形成的薄钢带中间产品的钢卷，经由开卷机100进行开卷，将钢卷打开形成平铺的薄钢带的形式。通常，该薄钢带的厚度为2mm以下。

2)切边

考虑到双辊铸轧形成的薄钢带的宽度方向两侧的毛边、或可能存在的未轧制部分等质量较差的部位，以及根据最终应用场景的尺寸需求，需要对薄钢带进行切边操作。

在示出的实施例中，通过剪切机200(例如圆盘剪)对薄钢带的宽度两侧进行剪切，去除薄钢带的不良部分，并使其尺寸满足特定应用场景或客户需求。

3)拉矫

薄钢带经切边至合适的宽度尺寸后，将经过拉矫机构300进行板形优化，例如消除马氏体形成过程中的内应力，改善或消除马氏体板上可能产生的起筋、裂纹、波浪等表面缺陷，优化其表面平整度和表面质量。

在示出的实施例中，并参考图5A，薄钢带例如经由张力辊组500(或其他类似的钢带驱动装置)传送至拉矫机构300。该拉矫机构300包括两个弯曲辊单元310、320、以及一个矫直辊单元330。其中，在薄钢带经过弯曲辊单元310、320时，薄钢带经由该两个弯曲辊单元310、320的反复弯折对薄钢带表面进行修正，使用较小的张力即可实现改善板形、消除表面缺陷的效果。随后，薄钢带经过矫直辊单元330，以释放薄钢带经过弯曲辊单元310、320的反复弯折产生的内应力。

弯曲辊单元310包括一对弯曲辊310A和310B，分别位于薄钢带的上下两侧，且弯曲辊的插入量C1选择为5-25mm的范围内，优选地选自10-15mm的范围内。在示出的实施例中，弯曲辊310A为固定辊，弯曲辊310B为可动辊，通过调节可动辊310B的垂直方向的位置，能够灵活调整弯曲辊的插入量。在本发明的环境中，弯曲辊的插入量C1定义为薄钢带一侧的可动辊310B压入薄钢带另一侧的固定辊310A的垂直方向上的直线距离，如附图5B中放大视图所示。

另一弯曲辊单元320与弯曲辊单元310具有基本类似的结构，其弯曲辊的插入量也可选择为5-25mm的范围内，优选地选自10-15mm的范围内。

矫直辊单元330包括位于薄钢带上侧的两个上矫直辊330A、330B，以及位于薄钢带下侧的一个下矫直辊330C。其中两个上矫直辊330A、330B为固定辊、且基本位于同一水平高度，下矫直辊330C为可动辊。其中，矫直辊的插入量C2选择为5-25mm的范围内，优选地选自10-15mm的范围内。矫直辊的插入量C2定义为可动辊330C压入固定辊330A、330B的垂直方向上的直线距离，如附图5B中的放大视图所示。在示出的实施例中，固定辊330A、330B位于薄钢带的上侧，可动辊330C位于薄钢带的下侧；然而，在替代的实施例中，固定辊可设置薄钢带的下侧，可动辊设置在另一侧。

此外，为更好地消除在马氏体产生过程中产生的内应力，并改善马氏体钢的板形和表面质量，在拉矫过程中，拉矫张力选择为较高，例如在100～250kN的范围内，优选地选自120～220kN的范围内；延伸率选自0.5％～1.5％的范围内，优选地选自0.8％～1.0％的范围内。

在替代的实施例中，根据板形的实际需求，也可采用包括两个弯曲辊单元和两个矫直辊单元的拉矫机构，或更多个弯曲辊和/或矫直辊的拉矫机构，以满足对钢带更高的平整度要求；或者也可采用包括单个弯曲辊单元和/或单个矫直辊单元的拉矫机构(或矫直机构)，从而以较低的成本、较短的产线满足一定的表面平整度和表面质量的需求。

4)卷取

经拉矫的薄钢带形成了良好的板形和表面质量，随后例如经由张力辊组600(或其他类似的钢带驱动装置)进入卷取机400并经由该卷取机400卷取，以形成符合要求的最终的薄钢带的钢卷成品。

以下通过多个对比例和实施例对本发明的实施方式和技术效果进行进一步的说明。

【对比例1】

通过双辊铸轧工艺生产薄钢带，在双辊铸轧过程中，LF精炼出钢温度为1650℃，熔池保护气氛微正压为35Pa，热箱保护气氛微正压为10Pa，经一道次热轧后经冷却、以350℃的卷取温度卷取形成薄钢带中间产品。

对薄钢带中间产品进行上线精整，其中进行精整时上线温度为90℃。对薄钢带中间产品经过开卷、切边后，经过两个弯曲辊单元和一个矫直辊单元对薄钢带进行拉矫。在拉矫过程中，弯曲辊插入量选择为30mm，矫直辊插入量选择为30mm，拉矫张力调整为100kN，拉矫延伸率为2.0％。

在对比例1选择的工艺参数下，生产得到的马氏体钢的钢带产品由于表面质量判次的概率为1.7％，产品合格率无法达到要求。

【实施例1】

通过双辊铸轧工艺生产薄钢带，在双辊铸轧过程中，LF精炼出钢温度为1670℃，熔池保护气氛微正压为10Pa，热箱保护气氛微正压为20Pa，经一道次热轧后经冷却、以200℃的卷取温度卷取形成薄钢带中间产品。

对薄钢带中间产品进行上线精整，其中进行精整时上线温度为40℃。对薄钢带中间产品经过开卷、切边后，经过两个弯曲辊单元和一个矫直辊单元对薄钢带进行拉矫。在拉矫过程中，弯曲辊插入量选择为10mm，矫直辊插入量选择为10mm，拉矫张力调整为200kN，拉矫延伸率为0.8％。

在实施例1选择的工艺参数下，生产得到的马氏体钢的钢带产品由于表面质量判次的概率为0.35％，产品合格率符合要求。

【实施例2】

通过双辊铸轧工艺生产薄钢带，在双辊铸轧过程中，LF精炼出钢温度为1690℃，熔池保护气氛微正压为20Pa，热箱保护气氛微正压为30Pa，经一道次热轧后经冷却、以150℃的卷取温度卷取形成薄钢带中间产品。

对薄钢带中间产品进行上线精整，其中进行精整时上线温度为50℃。对薄钢带中间产品经过开卷、切边后，经过两个弯曲辊单元和一个矫直辊单元对薄钢带进行拉矫。在拉矫过程中，弯曲辊插入量选择为15mm，矫直辊插入量选择为15mm，拉矫张力调整为180kN，拉矫延伸率为1.0％。

在实施例2选择的工艺参数下，生产得到的马氏体钢的钢带产品由于表面质量判次的概率为0.5％，产品合格率符合要求。

下表1中总结了以上多个对比例和实施例的主要技术参数，表2中总结了以上多个对比例和实施例的实施效果。

表1对比例1、实施例1、实施例2的技术参数

表2对比例1、实施例1、实施例2的表面质量判次率

从表2中可以看出，对比例1中的马氏体薄钢带的表面质量判次率为1.7％；而实施例1、实施例2均降低了产品判次率，提高了产品的合格率和盈利水平。

以上对结合附图提供的本公开的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本公开的范围，而是仅仅表示本公开的选定实施例。并且，附图仅仅用于示意性示出本发明所涉及的各个部件，其尺寸、比例等并非用于实际限定各个部件的真实比例关系。

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 (10)

1.一种马氏体薄钢带的生产及精整方法，其特征在于，所述马氏体薄钢带的厚度在2mm以下，

所述马氏体薄钢带通过双辊铸轧工艺生产，所述双辊铸轧生产薄钢带的过程包括：熔融金属经过电炉炼钢、VD炉真空脱气、LF精炼后流入形成在一对相对旋转的铸辊(12)的辊隙(18)上方的熔池(19)，所述熔融金属在该对铸辊(12)的铸造表面(12A)上冷却凝固，并向下穿过该对铸辊之间的辊隙(18)形成薄铸带，所述薄铸带经热轧、快速冷却、卷取，形成马氏体组织的薄钢带中间产品，

其中，在LF精炼过程中，仅对熔融金属进行升温操作，使得其出钢温度在1650℃～1700℃的范围内，所述熔池(19)采用气氛保护，所述熔池的保护气氛的微正压选自5-30Pa的范围内，并且所述薄铸带在热轧之前进入保护气氛的热箱，热箱的保护气氛的微正压选自15-50Pa的范围内，

所述薄钢带中间产品在80℃以下的温度下进行上线精整，所述精整过程包括以下步骤：

开卷：通过开卷机(100)对通过双辊铸轧生产的薄钢带中间产品的钢卷进行开卷；

切边：通过剪切机(200)对薄钢带的宽度两侧进行剪切；

拉矫：所述薄钢带依次经过弯曲辊单元(310，320)和矫直辊单元(330)，其中所述弯曲辊单元配置为弯曲辊插入量选自5～25mm的范围内，所述矫直辊单元配置为矫直辊插入量选自5～25mm的范围内，并且所述拉矫过程中的拉矫张力选自100～250kN的范围内，延伸率选自0.5％～1.5％的范围内；

卷取：所述薄钢带经由卷取机(400)卷取成薄钢带的卷。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

LF精炼的出钢温度在在1670℃～1690℃的范围内。

3.根据权利要求1-2任意一项所述的方法，其特征在于，

熔池的保护气氛为氮气、氩气或其他非氧化性惰性气体，熔池的气氛保护的微正压选自10-20Pa的范围内。

4.根据权利要求1-2任意一项所述的方法，其特征在于，

热箱的保护气氛为氮气、氩气或其他非氧化性惰性气体，热箱保护气氛微正压选自20-30Pa的范围内。

5.根据权利要求1-2中任意一项所述的方法，其特征在于，

所述精整过程在50℃以下的温度下进行。

6.根据权利要求1-2中任意一项所述的方法，其特征在于，

所述弯曲辊插入量选自10～15mm的范围内，所述矫直辊插入量选自10～15mm的范围内。

7.根据权利要求1-2中任意一项所述的方法，其特征在于，

所述拉矫过程中的拉矫张力选自120～220kN的范围内，延伸率选自0.8％～1.0％的范围内。

8.根据权利要求1-2中任意一项所述的方法，其特征在于，

在所述拉矫过程中，所述薄钢带依次经过两个弯曲辊单元(310，320)和一个矫直辊单元(330)。

9.根据权利要求1-2中任意一项所述的方法，其特征在于，

在所述薄铸带经热轧、快速冷却、卷取，形成马氏体组织的薄钢带中间产品的过程中，所述薄铸带经过一道次热轧后温度降至800-850℃的范围内，再以60-120℃/s的冷却速率进行层流冷却后，以300℃以下的卷取温度进行卷取。

10.一种采用根据权利要求1-9的任意一项所述的方法进行生产和精整的薄钢带，其中所述薄钢带的为马氏体金相组织。

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