CN117431374A - 一种基于双辊铸轧工艺生产马氏体钢的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于钢铁生产领域，具体涉及一种基于双辊铸轧工艺生产马氏体钢的方法。本发明的方法基于双辊铸轧的短流程生产工艺进行薄带连铸，后将经热轧所得的轧带经过气雾冷却，气雾冷却的冷却速率为60~180℃/s。之后，在Mf‑150℃~Mf‑30℃的范围内卷取成卷。成卷后，充分利用在线余热，或者入罩保温对钢带进行回火，可以得到良好冷弯性能的马氏体基超高强钢。根据本发明的方法所生产的马氏体钢，具有厚度薄、强度高的特点。其中利用余热自回火的工艺设计，也解决了传统马氏体钢冷弯性能差及强冷工艺下易开裂的问题，使得马氏体钢的生产成本及能耗均得到了显著降低。
Description
技术领域
本发明属于钢铁生产领域，具体涉及一种基于双辊铸轧工艺生产马氏体钢的方法。
背景技术
超高强钢是实现汽车轻量化发展的重要方向。先进高强钢（AHSS）得到越来越多的研究与开发。先进高强钢（AHSS）主要组织一般包含贝氏体、马氏体、残余奥氏体和铁素体的两相或多相，在固溶强化、析出强化、弥散强化和细晶强化等强化机制的基础上通过相变进一步提高强度。马氏体钢是目前汽车轻量化用钢中强度最高的钢种，主要用于乘用车的结构件。
马氏体钢的强度很高，但其成型性能较差。因此，采用传统冲压工艺难以制造形状复杂的结构件。目前，马氏体钢一般通过多道次冷弯成型制成车门防撞杆、保险杠加强梁、A柱、B柱和门框加强梁等等截面零件。因此，90°折弯测试的最小弯曲半径是决定马氏体钢成型性能的重要指标。
目前市面上0.8~1.8mm厚度的薄规格马氏体钢，均通过冷轧工艺生产。退火过程中需将带钢加热至A3临界点以上，然后通过水冷、高氢等方式冷却到室温，再重新加热到200~280℃保温数分钟，空冷后室温卷取。该工艺流程存在缺陷，主要在于：对于连退设备的要求较高、高氢冷却成本较高、退火过程能耗较高等。
厚度为0.8~1.8mm的薄规格马氏体钢无法使用传统的热轧工艺生产。传统热轧马氏体钢强度级别一般为800~1200 MPa，厚度规格一般为2.0~6.0 mm，且存在板型差、性能波动大、尺寸精度控制差等问题。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种基于双辊铸轧工艺生产高成型性马氏体钢的方法，以克服现有技术的不足。
双辊铸轧工艺中，钢液在接触冷却铸辊后凝固速度可达到1000℃/s以上，在亚快速凝固条件下，钢水中合金元素与残余有害元素均不易发生偏聚和析出。铸带经一道次热轧轧制，气雾冷却到一定温度后卷取即可得马氏体钢卷。根据本发明的双辊铸轧工艺生产的马氏体钢，在卷取后无需加热，可利用在线余热或保温罩保温进行回火，生产的马氏体钢90°折弯最小弯曲半径可达到2mm。进一步，本发明通过改变卷取温度调控马氏体钢碳化物的析出行为，在实现高强度、薄规格的同时具有良好成型性能，产生了传统热轧产品难以实现的技术效果。
具体而言，本发明采取如下技术方案：
根据本发明的第一方面，提出了一种基于双辊铸轧工艺生产马氏体钢的方法，所述方法包括如下步骤：
1）薄带连铸：
使用双辊铸轧工艺进行薄带连铸以得到铸带，将所得的铸带经一道次热轧以获得厚度为0.8~1.8mm的轧带；
2）气雾冷却：
将步骤1）所得的轧带经气雾冷却以获得马氏体薄带，其中气雾冷却的冷却速率为60~180℃/s；
3）控温卷取：
将步骤2）所得的马氏体薄带进行控温卷取以获得马氏体热卷，其中卷取温度控制为Mf-150℃ ~ Mf-30℃，Mf为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；
4）回火处理：
将步骤3）所得的马氏体热卷利用钢卷余热进行在线回火，或入罩保温低温回火，以获得马氏体成品卷。
根据本发明的基于双辊铸轧工艺生产马氏体钢的方法，优选地，所述方法进一步包括：在步骤2）的气雾冷却后，向轧带的板面喷吹高压气体以将冷却水吹干，从而消除冷却出口处的带钢表面的水痕或水渍。
根据本发明的基于双辊铸轧工艺生产马氏体钢的方法，优选地，在步骤4）中，利用钢卷余热进行在线回火进一步包括：热卷中间库在线回火：将马氏体热卷置入中间库，其中马氏体热卷的入库温度较卷取温度下降不超过20℃，将钢卷静置2日以上缓冷至室温，其中缓冷速度低于4℃/h，以在此过程中，利用钢卷余热进行自马氏体组织的长时间在线回火。
根据本发明的基于双辊铸轧工艺生产马氏体钢的方法，优选地，在步骤4）中，利用钢卷余热进行在线回火进一步包括：全封闭保温坑在线回火：将马氏体热卷放置于全封闭保温坑2天以上缓冷至室温，其中入坑温度较卷取温度下降不超过20℃，其中缓冷速度低于2.5℃/h。
根据本发明的基于双辊铸轧工艺生产马氏体钢的方法，优选地，在步骤4）中，入罩保温低温回火进一步包括：将马氏体热卷放置于可加热的保温罩中保温1~2天，其中入罩温度较卷取温度下降不超过20℃，其中罩内温度波动不超过20℃，出罩后空冷至室温。
根据本发明的第二方面，提出了一种马氏体钢，所述马氏体钢使用根据本发明的基于双辊铸轧工艺生产马氏体钢的方法生产。
根据本发明的马氏体钢，优选地，对热卷中间库在线回火或全封闭保温坑在线回火后所得的马氏体钢薄带进行90°折弯测试，弯曲半径≥2a时，折弯处不会开裂，其中a为钢板厚度。
根据本发明的马氏体钢，优选地，对入罩保温低温回火后所得的马氏体钢薄带进行90°折弯测试，弯曲半径≥1.5a时，折弯处不会开裂，其中a为钢板厚度。
根据本发明的马氏体钢，优选地，马氏体钢的显微组织中主要为板条状回火马氏体，其余为少量残余奥氏体和下贝氏体。
根据本发明的马氏体钢，优选地，所述板条状回火马氏体的组织间含有弥散分布的细杆状ε碳化物。
有益技术效果
与现有技术相比，本发明的技术构思及相应的技术方案至少能够获得如下的有益技术效果：
（1）从上述技术方案可知，本发明提供的一种基于双辊铸轧工艺生产高成型性马氏体钢的方法，该方法无需将钢带加热至Ac3临界点温度以上进行强冷，也无需将钢带二次加热在线回火，而仅需通过控制卷取温度来实现利用产线余热的回火，该方法相较于传统冷轧的马氏体钢，其生产成本及能耗均显著降低。
（2）本发明所提供的马氏体钢热轧带钢厚度薄、强度高，可代替传统的厚规格高强度热轧带钢产品，通过调整气雾冷却工艺可稳定产出马氏体基热轧薄带，相较于传统热轧马氏体钢，强度等级、规格跨度均有明显优势。
（3）本发明所提供的马氏体钢热轧薄带，可通过调控冷却强度和余热回火工艺控制C过饱和马氏体的分解行为，且马氏体钢薄带于50~250℃的温度范围内长时间的低温回火，有效消除了强冷过程产生的内应力，更有效避开了250~400℃的温度范围回火形成的马氏体板条间粗大的ε碳化物，使得无须通过严格控制钢水中的P、S以抑制回火脆性，亦无须通过增加硅含量以调控ε碳化物的析出行为。最终，本发明在无需添加微合金元素的情况下，即可生产具有高强度和良好冷弯性能的马氏体钢热轧薄带。
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1~3为根据本发明实施例1~3生产的马氏体钢的显微组织照片，其中图中的标尺为100μm。
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。
下面为本发明实施例，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所能够获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明公开了一种基于双辊铸轧工艺生产高成型性马氏体钢的方法，包括步骤：
1）基于双辊铸轧的短流程生产工艺进行薄带连铸，所得铸带经一道次热轧获得轧带；
2）将步骤1）所得轧带进行气雾冷却，获得一次马氏体组织；
3）将步骤2）中的薄带控温卷取，获得马氏体钢热卷；
4）将步骤3）所得的马氏体热卷利用钢卷余热进行在线回火，或者入罩保温低温回火，获得成品卷。
下面根据具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
（1）冶炼：电炉炼钢，VD炉脱气，LF精炼，得到成分合格钢水，按重量百分比为：
C：0.23%；Si：0.41%；Mn：1.68%；Cr：0.63%；余量为铁及不可避免的杂质元素。
（2）薄带铸轧：将成分合格的钢水采用双辊铸机进行薄带连铸，获得厚度为2.1mm的铸带。所得铸带经过压下量为19%的一道次热轧轧制成1.7mm的薄带，热轧温度为1030℃。
（3）冷却及卷取：热轧薄带以105℃/s的速率冷却至170℃，冷却后向板面喷吹高压气体，在145℃卷取后得到热轧卷。
（4）余热回火：薄带钢卷置于中间库中缓冷3天后，获得热轧薄带成品。
表1 实施例1获得的马氏体钢力学性能
图1是实施例1获得的马氏体钢的显微组织照片。
实施例2
（1）冶炼：电炉炼钢，VD炉脱气，LF精炼，得到成分合格钢水，按重量百分比为：
C：0.22%；Si：0.40%；Mn：1.53%；Cr：0.42%；余量为铁及不可避免的杂质元素。
（2）薄带铸轧：将成分合格的钢水采用双辊铸机进行薄带连铸，获得厚度为1.9mm的铸带。所得铸带经过压下量为21%的一道次热轧轧制成1.5mm的薄带，热轧温度为1050℃。
（3）冷却及卷取：热轧薄带以100℃/s的速率冷却至200℃，冷却后向板面喷吹高压气体，在150℃卷取后得到热轧卷。
（4）余热回火：薄带钢卷置于全封闭保温坑中静置3天后，获得热轧薄带成品。
表2 实施例2获得的马氏体钢力学性能
图2是实施例2获得的马氏体钢的显微组织照片。
实施例3
（1）冶炼：电炉炼钢，VD炉脱气，LF精炼，得到成分合格钢水，按重量百分比为：C：0.24%；Si：0.43%；Mn：1.72%；Cr：0.65%；余量为铁及不可避免的杂质元素。
（2）薄带铸轧：将成分合格的钢水采用双辊铸机进行薄带连铸，获得厚度为1.85mm的铸带。所得铸带经压下量为24%的一道次热轧轧制成1.4mm的薄带，热轧温度为1000℃。
（3）冷却及卷取：热轧薄带以80℃/s的速率冷却至300℃，冷却后向板面喷吹高压气体，在220℃卷取后得到热轧卷。
（4）保温回火：薄带钢卷置于保温罩中保温4天后取出空冷，获得热轧薄带成品。
表3为实施例3获得的马氏体钢力学性能
图3是实施例3获得的马氏体钢的显微组织照片。
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 (9)
1.一种基于双辊铸轧工艺生产马氏体钢的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
1）薄带连铸：
使用双辊铸轧工艺进行薄带连铸以得到铸带，将所得的铸带经一道次热轧以获得厚度为0.8~1.8mm的轧带；
2）气雾冷却：
将步骤1）所得的轧带经气雾冷却以获得马氏体薄带，其中气雾冷却的冷却速率为60~180℃/s；
3）控温卷取：
将步骤2）所得的马氏体薄带进行控温卷取以获得马氏体热卷，其中卷取温度控制为Mf-150℃ ~ Mf-30℃，Mf为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；
4）回火处理：
将步骤3）所得的马氏体热卷置入中间库，其中马氏体热卷的入库温度较卷取温度下降不超过20℃，将钢卷静置2日以上缓冷至室温，其中缓冷速度低于4℃/h，以在此过程中，利用钢卷余热进行自马氏体组织的长时间在线回火，以获得马氏体成品卷。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述方法进一步包括：在步骤2）的气雾冷却后，向轧带的板面喷吹高压气体以将冷却水吹干，从而消除冷却出口处的带钢表面的水痕或水渍。
3.一种基于双辊铸轧工艺生产马氏体钢的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
1）薄带连铸：
使用双辊铸轧工艺进行薄带连铸以得到铸带，将所得的铸带经一道次热轧以获得厚度为0.8~1.8mm的轧带；
2）气雾冷却：
将步骤1）所得的轧带经气雾冷却以获得马氏体薄带，其中气雾冷却的冷却速率为60~180℃/s；
3）控温卷取：
将步骤2）所得的马氏体薄带进行控温卷取以获得马氏体热卷，其中卷取温度控制为Mf-150℃ ~ Mf-30℃，Mf为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；
4）回火处理：
将步骤3）所得的马氏体热卷放置于全封闭保温坑2天以上缓冷至室温，其中入坑温度较卷取温度下降不超过20℃，其中缓冷速度低于2.5℃/h，以获得马氏体成品卷将马氏体热卷。
4.一种基于双辊铸轧工艺生产马氏体钢的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
1）薄带连铸：
使用双辊铸轧工艺进行薄带连铸以得到铸带，将所得的铸带经一道次热轧以获得厚度为0.8~1.8mm的轧带；
2）气雾冷却：
将步骤1）所得的轧带经气雾冷却以获得马氏体薄带，其中气雾冷却的冷却速率为60~180℃/s；
3）控温卷取：
将步骤2）所得的马氏体薄带进行控温卷取以获得马氏体热卷，其中卷取温度控制为Mf-150℃ ~ Mf-30℃，Mf为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；
4）回火处理：
将步骤3）所得的马氏体热卷放置于可加热的保温罩中保温1~2天，其中入罩温度较卷取温度下降不超过20℃，其中罩内温度波动不超过20℃，出罩后空冷至室温，以获得马氏体成品卷将马氏体热卷。
5.一种马氏体钢，其特征在于，所述马氏体钢使用根据权利要求1至4中的任意一项所述的方法生产。
6.根据权利要求5所述的马氏体钢，其特征在于：
对热卷中间库在线回火或全封闭保温坑在线回火后所得的马氏体钢薄带进行90°折弯测试，弯曲半径≥2a时，折弯处不会开裂，其中a为钢板厚度。
7.根据权利要求5所述的马氏体钢，其特征在于：
对入罩保温低温回火后所得的马氏体钢薄带进行90°折弯测试，弯曲半径≥1.5a时，折弯处不会开裂，其中a为钢板厚度。
8.根据权利要求5至7中的任意一项所述的马氏体钢，其特征在于：
马氏体钢的显微组织中主要为板条状回火马氏体，其余为少量残余奥氏体和下贝氏体。
9.根据权利要求8所述的马氏体钢，其特征在于：
所述板条状回火马氏体的组织间含有弥散分布的细杆状ε碳化物。
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