CN1249216A - 不锈钢薄带的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的主题是生产不锈钢薄带的方法,包括在包含两个冷却移动壁的铸造装置中,直接把液体金属凝固成厚度小于或等于8mm带材的形式;和热轧所述的带材,在带材离开所述的壁时其凝固基本上完成。其特征在于,在轧机上进行热轧,轧机的工作辊的直径在400和900mm之间,当带材离开轧机时带材的温度在800和1100℃之间,在热轧过程中带材的厚度压下率在15%和50%之间。

Description

不锈钢薄带的制造方法
本发明涉及通过在一个结晶器内的凝固而直接从液体金属制造不锈钢薄带，所述结晶器由两个以与凝固的带材相同的速度移动的冷却壁，例如具有水平轴的两个旋转辊的外壁构成。
在正处于工业规模开发中并且被认为是“双辊铸造”的该铸造方法中，与带材的质量有关的主要问题之一是在带材的芯部可能存在气孔。当在产品上发现由对带材进行后续的冶炼处理(例如酸洗、退火、冷轧和其他的冶炼操作)而产生的气孔时，就会因为该气孔带来的机械性能的降级而限制该产品的应用领域。
在双辊铸造带材的芯部出现这些气孔的原因可能与在铸块上产生收缩孔和在常规连铸产品上产生中心气孔(在较大尺寸规模上)的原因相同，即当产品没有完全均一地凝固时(即通常在带材离开结晶器的壁时凝固基本上完成，也就是说，带材的芯部不完全处于液体状态)，包含仍为液体金属的槽坑被固体金属所封闭。这些槽坑所包含的液体金属的冷却和凝固伴随着该金属的收缩，这引起出现一个缩孔。在凝固结束之前它不会被充满，因为该封闭的槽坑不再被充入新的液体金属。这些孔隙必须同称为“气泡(blowholes)”的球状缺陷相区别，后者是由于不溶解气体的释放而引起的，且经常出现在产品表面的附近。
文献EP0396862提出了一种方法，旨在在钢带的双辊铸造过程中消除中心气孔和任何的内部和表面缺陷。根据该方法，铸造轧辊的表面上具有尺寸精确的环形沟槽，这些沟槽以偏置的方式布置在两个轧辊上。因此，其目的是防止在轧辊表面上的凝固的金属壳分离，因为分离会导致带材的凝固不规则。但是，仅仅防止这样的分离似乎不足以完全防止出现中心气孔。
文献JP8252653提出了这样一种方法，其中按照铸造操作，在满足下面的不等式的条件下热轧带材：r≥(2.74×10-5T2-6.88×10-2T+43.55)(t0/w0)式中r：热轧的压下率；
T：用℃表示的热轧温度；
t0：在带材的厚度方向上的孔隙直径；
w0：在带材的宽度方向上的孔隙直径。
按照该方法，以一个足以使孔隙在该轧制过程中被弥合的压下率进行热轧是必要的，该最小的压下率取决于轧制温度(即带材进入轧辊之间的辊隙的温度)和孔隙的形状和取向。但是，已经发现，这些轧制条件仍然不足以可靠地弥合所有孔隙，尤其是在进行带材的转换或使用其产品的过程中，它们不能总是防止这些弥合的孔隙重新张开，由此引起产品开裂。
本发明的目的是提出一种方法，该方法确保出现在带材芯部的中心孔隙在进行充分凝固以后确实被封闭。
为达到该目的，本发明的主题是一种制造不锈钢薄带的方法，它包括在包含两个冷却移动壁的铸造装置中直接把液体钢水凝固成厚度小于或等于8mm的带材，然后热轧所述的带材，在带材离开所述的壁时其凝固基本上完成，其特征在于，在轧机上进行热轧，轧机的工作辊有在400mm和900mm之间的直径，在离开轧机时带材的温度在800℃和1100℃之间，并且在热轧过程中带材厚度的压下率在15％和50％之间。
优选地，与带材的铸造一致地进行热轧。铸造装置可以是“双辊铸造”类型的。
可以理解的是，本发明的目的是通过结合有关热轧机工作辊的直径，离开轧辊时带材的温度和在热轧过程中带厚的压下率的更求而实现的。
本发明应用到通常具有小于或等于1％的碳、小于或等于1％的硅、小于或等于15％的锰、10％到30％的铬、小于或等于5％的铜和小于或等于0.5％的氮(这些含量均由重量百分比表示)的任何级别的不锈钢铸造中。这些钢也可以包含大量的镍(最高达到40％)或钼(达到8％)。而且，通常的情况是，其他的元素存在于金属中，或者作为杂质或者作为合金元素，特别是硫、磷、钛、铌和锆。它们的总含量不超过2％重量百分比。
上面已经提及，在凝固过程中，当液体槽坑被固体金属封闭时，双辊铸造的不锈钢薄带极易在其中心产生气孔。此现象在糊状区域的凝固结束时出现，该糊状区域也叫“等轴晶粒区域”，它位于与轧辊接触的两个凝固壳之间，该壳也称作“柱状区域”。等轴晶粒区域非常难控制，其厚度可能根据柱状区域的凝固速率而变化。因此，等轴晶粒区域可能在柱状区域的生长比正常情况快的点提前局部闭合。在等轴晶粒区域的闭合点的下游，液体槽坑不能再被恰当地填充液体金属，当这些液体槽坑凝固时，由金属的收缩形成孔隙。不过，这种情况很少，实际上通常液体槽坑的隔离因液体中的等轴晶粒晶体丛聚而出现，这形成了阻碍等轴晶粒区域的塞子。在等轴晶粒区域形成的孔隙由沟槽组和不含气体的空穴群组成，在薄板的厚度方向上其最大的尺寸对应于等轴晶粒区域的厚度(即100到400μm)，在其他方向上该沟槽和空穴长1到2mm。上面已经提到，没有因释放气体而产生的球状气泡或出现在带材表面上的内部缺陷。
本发明的基本思想是在凝固的带材在被热轧的同时，创造条件，从而不仅如已知的那样使中心气孔闭合，而且使对置的孔隙壁实现真正的焊接，由此使轧制可以一起进行。这样，可以确保在带材的后续成形过程中或在使用由此制造的产品的过程中不会存在气孔张开的危险。在进行带材的热轧时，出现两个步骤。首先，当带材的厚度减少时，缺陷的内壁逐渐会合，直到它们彼此接触。然后，一旦形成接触，则因钢的构成元素在整个界面上的扩散而发生壁的焊接。但是，在带材离开轧机的辊隙之前，壁必须已经被有效地焊接，否则在离开轧辊时发生的带材的加压的释放将使壁部分分离。
焊接的有效性主要取决于两个参数：在轧制机中壁强制接触的持续时间和该接触发生时的温度。因此该强制接触必须在带材进入轧机后尽可能快地进行，并且对于一定的轧制速度(在在线轧制的情况下，在很大程度上由带材被轧制之前的厚度决定)，持续时间主要取决于轧机工作辊的直径和轧辊施加在带材上的厚度压下率。轧辊的直径越大，压下率越高，气孔壁的强制接触越迅速和持久。但是，下面的阐述可能是不充分的：为了满意地解决提出的问题，所需的是以尽可能高的压下率和轧辊直径轧制带材。这是因为压下率过高，即可能将超过带材的热变形性，将导致在带材上出现应绝对避免的表面裂纹。而且，进行气孔壁的强制接触的温度不仅取决于带材在轧机中的进入温度，而且也取决于带材和轧辊之间接触的持续时间，因为该接触引起的带材冷却。若对于给定的带材进入温度，轧辊直径非常大，则存在的危险性是，它们引起带材的冷却会使后者的温度不足以高到使气孔壁能够充分地焊接。在这一方面，带材在离开轧辊时的温度值很好地反映了气孔壁在辊隙(nip)中已被彼此焊接的实际可能性。
因此，离开轧辊的带材的温度必须足够高，以使气孔能被焊接，但是它不能太高，以避免在轧辊上过大的热负荷。这将导致表面降级，从而导致带材的表面状况变坏，表现为过度粗糙。因此，如果仅仅以适合的方式结合轧辊的直径、压下率和离开轧机时带材的温度，就能够达到本发明的目标，而没有得到有害地影响带材的总体质量的二次效应。
为了确定如何结合这些参数，进行了一系列试验，其中，对于给定类型的不锈钢，改变轧机工作辊的直径、带材的厚度压下率和带材离开轧机时的温度。使轧机与铸造装置一致地放置。每个试验涉及一个可以确定气孔的焊接是否有效的特征记述。该特征记述包括折断拉伸试验试件并检查断裂表面。若断裂表面显示出在拉伸试验中开放的气孔，则可以推断出焊接不合乎要求。若断裂表面没有显示出明显的气孔，则可以判定焊接符合要求。
表1给出进行试验的钢种成分，试验结果在表2中给出。不同元素的含量用重量百分数表示。表1也给出在离开铸造轧辊时带材的厚度，对这些带材进行试验，还给出了在铸造轧辊和热轧机之间测量出的相应的铸造速度。
表1：试验铸造过程的钢的成分，铸造带材的厚度和铸造速度
  铸造过程A   铸造过程A’   铸造过程B   铸造过程C
    C     0.05     0.05     0.04     0.01
    Mn     1.5     1.5     0.4     0.2
    P     ＜0.04     ＜0.04     ＜0.04     ＜0.03
    S     ＜0.01     ＜0.01     ＜0.01     ＜0.01
    Si     0.3     0.3     0.3     0.5
    Ni     8.6     8.6     ＜0.3     ＜0.1
    Cr     18     18     16.5     11.5
    Cu     ＜0.5     ＜0.5     ＜0.2     ＜0.2
    Mo     ＜0.5     ＜0.5     ＜0.1     ＜0.1
    Ti     ＜0.01     ＜0.01     ＜0.01     0.15
    N     0.05     0.05     0.04     0.01
    带材厚度     4mm     2mm     3mm     3mm
    铸造速度     25m/min.     100m/min.     60m/min.     60m/min.
A和A′型铸造过程的成分对应于AISI304型常规奥氏体不锈钢的成分。B型铸造过程对应于AISI430型铁素体不锈钢。C型铸造过程对应于钛稳定的AISI409型铁素体不锈钢。表2给出了由这些铸造过程对带材进行试验的结果，以及相应的试验条件。表2：在A、A′、B和C型铸造过程中进行试验的结果
按照本发明  铸造过程类型 轧机轧辊的直径(mm)    压下率(％) 带材离开轧机的温度(℃) 气孔焊接   其他缺陷
    否   A     300     50     1100     否     无
    否   A     400     10     1100     否     无
    否   A     400     15     750     否     无
    是   A，A’，B，C     400     15     800     是     无
    是   A，A’，B，C     400     15     1100     是     无
    否   A     400     15     1150     是     过度粗糙
    否   A     400     50     750     否     无
    是   A，A’，B，C     400     50     800     是     无
    是   A，A’，B，C     400     50     1100     是     无
    否   A     400     50     1150     是     过度粗糙
    否   A     400     60     1100     是     微裂
    否   A     900     10     1100     否     无
    否   A     900     15     750     否     无
    是   A，A’，B，C     900     15     800     是     无
    是   A，A’，B，C     900     15     1100     是     无
    否   A     900     15     1150     是     过度粗糙
    否   A     900     50     750     否     无
    是   A，A’，B，C     900     50     800     是     无
    是   A，A’，B，C     900     50     1100     是     无
    否   A     900     50     1150     是     过度粗糙
    否   A     900     60     1100     是     微裂
    否   A     1000     50     750     否     无
根据这些试验显而易见的是，当结合下面三个条件时，可以获得有效的气孔焊接，而外观上没有表面裂纹，并且带材的表面不过度粗糙。
-轧机工作辊的直径在400mm到900m之间；
-在轧制过程中带材的厚度压下率是在15％到50％之间；
-带材在离开轧机时的温度至少为800℃，至多为1100℃。
另一方面，在试验条件下，没有指出带材厚度/铸造速度相结合的影响：A′型铸造过程的结果与A型铸造过程的结果相同，而且铸造参数也相同。
上面已经提到，在热轧机与铸造装置一致地放置在带材卷取装置之前的情况下，进行这些试验。在本发明的上下文中，该特征不是绝对必要的，可以在与铸造和卷取装置分开的装置上，因此在铸造的带材已经被开卷和重新加热以后进行热轧。然而，因为各种原因在线轧制被推荐。首先，该方法具有与连续操作的特点相联系的经济优越性。首先缩短了带材的制造过程。此外，因没有缠卷装置和相对高功率的再加热装置可以做到节约，这是因为可以借助于在带材从铸造轧辊输出的出口和进入轧机的入口之间阻止带材的辐射的罩盖使铸造带材可以足够热以获得适合的轧制温度。但是若征明再加热带材是必要的，则可以使用低功率的感应炉进行此操作，该功率足以把正在运行的带材的温度提高几百度。而且，在线轧制无需盘绕铸造的带材，通过同样的行程排除了在缠绕过程中损坏带材的危险，这种破坏会在具有非再结晶结构的相对厚的带材上发生。最后，因不必把带材从室温再加热到热轧温度，排除了在此操作过程中经常出现的带材的表面再氧化。这种再氧化会形成氧化铁皮，于是存在夹杂在带材和轧机轧辊上，从而引起酸洗后产品的表观降级的危险。
本发明不仅应用于双辊铸造装置，还可应用于用于在两个冷却的移动表面之间铸造不锈钢薄带，例如运行的带材的任何类型的装置。

Claims (3)

1.一种生产不锈钢薄带的方法，包括在包含两个冷却移动壁的铸造装置中直接把液体金属凝固成呈厚度小于或等于8mm带材的形式，和热轧所述的带材，在带材离开所述的壁时其凝固基本上完成，其特征在于，在轧机上进行热轧，轧机的工作辊的直径在400mm和900mm之间，当带材离开轧机时带材的温度在800和1100℃之间，并且在热轧过程中带材的厚度压下率是在15％和50％之间。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于，在一个与铸造装置一致地放置的装置上进行热轧。
3.按照权利要求1或2的方法，其特征在于，铸造装置的冷却壁由两个具有水平轴的旋转辊的表面组成。
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