CN1287931C - 生产钢带的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了钢带和生产钢带的方法。(a)将熔融的低碳钢连续铸造成厚度不大于5mm，具有宽度为100～300微米的粗奥氏体晶粒的钢带；和(b)在铸造钢带中形成所希望的屈服强度，方法是通过在880℃～400℃的温度范围内，以至少为0.10℃/秒的选择的冷却速度形成显微结构，得出屈服强度至少为200Mpa的钢带。低碳钢具有所希望的显微结构。

Description

生产钢带的方法
本发明对2000年9月29日提出的澳大利亚专利申请RP 0479号要求优先权。
技术领域
本发明涉及一种生产钢带的方法，和根据该方法生产的铸钢带。
更具体地说，本发明涉及在连续钢带铸造机中生产钢带。
背景技术
本说明书中所用的术语“钢带”是指产品的厚度为5mm或更小。
申请人在双辊铸造机形式的连续钢带铸造机中铸造钢带领域进行了广泛的研发工作。
一般来说，在双辊铸造机中连续铸造钢带包括将熔融的钢送至一对相反方向转动的水平铸造辊子之间。该辊子是内部水冷的，使金属壳在运动的辊子表面上凝固，并在辊子之间的辊缝处靠紧在一起，形成凝固的钢带，从辊子之间的辊缝向下输送。术语“辊缝”是指辊子靠在一起最近的一个区域。熔融金属可以从一个钢水包倒入较小的容器中，再从该容器通过在辊缝上面的金属输送喷咀流至辊子之间的辊缝中，形成一个熔融金属的铸造池。该池支承在位于辊缝上面的辊子的铸造表面上，并沿着辊缝的长度延伸。通常，这个铸造池限制在与辊子的端面保持滑动接合的侧板或挡板之间，以阻挡铸造池的两端不致溢流。然而也提出了另一种装置(例如电磁隔板)。在美国专利5184668，5277243和5934359中说明了用这种双辊铸造机铸造钢带的情况。
通过连续铸造钢带，然后有选择地冷却钢带，在850℃～400℃的温度范围内，将钢带从奥氏体转换为铁素体，可以生产出具有宽广范围的显微结构和大范围的屈服强度的给定成分的钢带。应当了解，转换的温度范围为850℃～400℃，而不是整个温度范围。精确的转换温度范围是随着钢的化学成分和加工特性而变化的。
具体地说，从对低碳钢，包括硅/锰静钢或铝镇静钢的低碳钢进行的工作可以确定，选择冷却速率在0.01℃/秒至大于100℃/秒的范围内，在850℃～400℃的温度范围内，将钢带从奥氏体转换为铁素体，可以生产出屈服强度在200Mpa～700Mpa或更大范围内的钢带。这是一个重大的进展，因为与通常的必需改变化学成分才能得到许多性质的扁坯铸造/热轧过程不同，已经确定，用单一一种化学成分即可达到同样的结果。
发明内容
因此，提出了一种生产钢带的方法，该方法包括下列步骤：(a)将熔融的低碳钢连续铸造成厚度不大于5mm，具有宽度为100～300微米的粗奥氏体晶粒的钢带；和(b)通过在850℃～400℃的温度范围内，以至少为0.01℃/秒的选择的冷却速度冷却钢带以将奥氏体晶粒转换为铁素体而形成显微结构，得出屈服强度在200Mpa～超过700Mpa，且显微结构是从包括下列显微结构的组中选择的钢带。
(i)主要为多边形铁素体；
(ii)多边形铁素体和低温转换产品的混合物；和
(iii)主要为低温转换产品。
术语“低温转换产品”包括维德曼司特顿(Widmanstatten)铁素体、针形的铁素体、贝氏体和马氏体。
该方法可包括使钢带在送出台面上通过，和步骤(b)包括控制钢带在送出台面上的冷却，以达到选择的冷却速度，在850℃～400℃的温度范围内，将奥氏体晶粒转换为铁素体。
本方法可以包括另外一个在冷却钢带，将钢带在850℃～400℃的温度范围内，从奥氏体转换为铁素体之前，在线热轧铸造钢带的步骤。这个在线热轧工序将钢带厚度减少最多达15％。
在步骤(a)中生产的铸造钢带的厚度不大于2mm。
在步骤(a)中生产的、宽度为100～300微米的粗的奥氏体晶粒的长度取决于铸造钢带的厚度。一般，粗的奥氏体晶粒尺寸略小于钢带厚度的一半。例如，对于2mm厚的铸造钢带，粗奥氏体晶粒长度约为750微米以下。
步骤(a)中生产的铸造钢带的奥氏体晶粒为柱状晶粒。
步骤(b)中的冷却速度的上限至少为100℃/秒。
术语“低碳钢”表示钢具有下列按重量％计的成分：
C：0.02～0.08
Si：0.5或更少
Mn：1.0或更少
残余/偶然的杂质：1.0或更少；和
Fe：剩余部分
术语“残余/偶然的杂质”包括较小量的下列元素-例如铜、锡、锌、镍、铬和钼，它们不是专门加进去的，而是在标准的钢生产过程中产生的。作为一个例子，这些元素可以是由于使用废钢生产低碳钢而产生的。
低碳钢可以为硅/锰镇静钢、硅/锰低碳钢具有下列按重量计的成分：
碳0.02～0.08％
锰0.30～0.80％
硅0.10～0.40％
硫0.002～0.05％
铝小于0.01％
低碳钢可以为钙处理的含铝镇静钢，它个有下列按重量计的成分，
碳0.02～0.08％
锰最大0.4％
硅最大0.05％
硫0.002～0.05％
铝最大0.05％
铝镇静钢可以用钙处理。
铝镇静钢的屈服强度一般为20～50Mpa，比硅/锰镇静钢的屈强度低。
步骤(b)中的冷却速度小于1℃/秒，以形成主要为多边形铁素体和屈服强度在小于250Mpa的显微结构。
步骤(b)中的冷却速度在1～15℃/秒范围内，以形成多边形铁素体、维德曼司特顿铁素体和针形铁素体的混合物和屈服强度在250～300Mpa范围内的显微结构。
步骤(b)中的冷却速度在15～100℃/秒范围内，以形成多边形铁素体和贝氏体的混合物和屈服强度在300～450Mpa范围内的显微结构。
步骤(b)中的冷却速度至少为100℃/秒，以形成多边形铁素体、贝氏体和马氏体的混合物和屈服强度至少为450Mpa的显微结构。连续铸造机可以为双辊的铸造机。
本发明提供了一种用上述方法生产的、具有所希望的显微结构和屈服强度的低碳钢。
附图说明
为了更充分地说明本发明，将参照附图说明一个例子。其中：
图1表示包括一台在线热轧机和卷取机的钢带铸造装置；
图2表示双辊钢带铸造机的详细结构；和
图3(a)～3(d)为表示在奥氏体转换为铁素体的温度范围内，冷却速度对最后的显微结构的影响的铸造钢带的显微照片。
具体实施方式
下面，将在使用双辊铸造机连续铸造钢带的范围内来说明实施例。本发明不是仅限于使用双辊铸造机，可以扩展至其他形式的连续钢带铸造机。
图1表示根据本发明可以生产钢带的生产线的连续部分。图1和图2表示双辊铸造机11，它生产的铸造钢带12在转送通道10中通过，超过导向台面13，达到包括夹紧滚子14A的夹紧滚子座14上。在从夹紧滚子座14出来以后，钢带通入热轧机16中。热轧机包括二个压延辊子16A和支承辊子16B，通过这些辊子进行热轧将钢带厚度减小。轧制的钢带在送出台面17上通过，并在该台面上通过与由水喷咀18供给的水接触(或其他装置)进行的对流和通过辐射进行冷却。轧制的钢带通过包括二个夹紧滚子20A的夹紧滚子座20，送至卷取机19。钢带的卷取机上进行最后冷却(如果必需的话)。
如图2所示，双辊子铸造机11包括一个主机框架21，它支承二个具有铸造表面22A的平行的铸造辊子22。在铸造工作过程中，熔融金属从钢水包(没有示出)送入浇口盘23中，再通过耐火材料制的套管24送至分配器25，再通过金属输送喷咀26，送入铸造辊子22之间的辊缝27中。输送至辊缝2的熔融金属，在辊缝27上面形成一个池30，这个池在辊子的末端被二个侧面的封闭挡板或平板28限制，该挡板由包括与侧板座连接的液压缸装置的推力器(没有示出)，加在辊子的末端上。池30的上表面(一般称为“新月形”水平面)可以在输送喷咀的下端上面升高，使输送喷咀的下端浸入该池内。
铸造辊子22是水冷的，因此壳层可在运动的辊子表面上凝固，并且辊子之间的辊缝27处靠紧在一起，形成凝固的钢带12。凝固的钢带再从辊子之间的辊缝向下输送。
这种双辊铸造机在美国专利5184668和5277243或美国专利5488988中有详细说明。关于其结构的详细情况可参考这些专利，但这些不是本发明的一部分。
上述的双辊铸造机连续地铸造厚度不小于2mm的钢带12，其显微结构为100～300微米宽的柱状的奥氏体晶粒。
根据所述方法的实施例，要选择在850℃～400℃温度范围内，将钢带从奥氏体转换为铁素体的铸造钢带的冷却速度，以便控制为了得到铸造钢带规定的屈服强度所需要的从奥氏体至铁素体显微结构的转换。
根据所述的实施例，冷却速度至少为0.01℃/秒，可以超过100℃/秒，并且选择冷却速度使钢带从奥氏体转换为铁素体，直至奥氏体转换完成为止。
在低碳钢的情况下，这种显微结构的范围可使屈服强度在200Mpa～超过700Mpa范围内。
利用这种低碳钢的冷却速度，可以生产具有下列显微结构的铸造钢带：
(i)主要为多边形铁素体；
(ii)多边形铁素体和低温转换产品例如Widmanstatten铁素体，针形铁素体和贝氏体的混合物；和
(iii)主要为低温转换产品。
在低碳钢的情况下，这种显微结构范围可使屈服强度在200Mpa～超过700Mpa范围内。
本发明部分地是基于对硅/锰镇静的低碳钢进行的实验工作提出的。
下面的表总结了将钢带在850℃～400℃温度范围内，从奥氏体转换为铁素体的冷却速度，对显微结构，和硅/锰镇静低碳钢带的所得出的屈服强度的影响。钢带是在上述的双辊铸造机中铸造的。
  冷却速度(℃/秒)   冷却温度(℃)   显微结构成分   屈服强度(Mpa)
  0.1   ＞800   多边形铁素体，珠光体   210
  13   670   多边形铁素体，   320
  Widmanstatten铁素体，针形铁素体
  25   580   多边形铁素体，贝氏体  390
  100  ＜400   多边形铁素体、贝氏体、马氏体  490
图3(a)～3(d)为铸造钢带的最后显微结构的显微照片。
从表和显微照片中可看出，冷却速度的选择和控制对单一化学成分的铸造钢带的显微结构和屈服强度有很大影响。如上所述，在通常的扁坯铸造/热轧过程中，为了达到一定范围的屈服强度，需要许多不同的化学成分。在过去，许多的化学成分是靠加入不同的合金量来达到的，这会使钢带生产过程的成本提高。
在850℃～400℃温度范围内，将钢带从奥氏体转换为铁素体的冷却速度控制，是通过控制在送出台面17和/或钢带铸造装置的卷取机19上的冷却来达到的。
生产软材料(屈服强度＜350Mpa)需要通过从奥氏体至铁素体的转换温度范围的冷却速度较慢。为了使冷却速度较慢，必需在卷取机19上完成奥氏体的转换。
生产较硬的材料(屈服强度＞400Mpa)，需要在钢带从奥氏体转换至铁素体的850℃～400℃温度范围内的冷却速度较高。为了达到较高的冷却速度，奥氏体的转换在送出台面上完成。
图3(a)～3(d)为铸造钢带的最后显微结构的显微照片。
虽然在上述附图和对几个实施例的说明中已说明了本发明，但应理解，这些说明只是说明性的，不是限制性的，本发明不是仅限于所述的实施例。本发明涵盖在本发明的范围和精神内的所有变型，改良和等价结构。本领域技术人员考虑对本发明的优选实施例的详细说明，可以了解本发明的其他特点。在不偏离本发明的精神和范围的条件下，可对本发明作许多改进。

Claims (28)

1.一种生产钢带的方法，它包括下列步骤：
(a)将熔融的低碳钢连续铸造成厚度不大于5mm，具有宽度为100～300微米的粗奥氏体晶粒的钢带；和
(b)在铸造钢带中形成所希望的屈服强度，方法是通过在850℃～400℃的温度范围内，以至少为0.01℃/秒的选择的冷却速度冷却钢带以将奥氏体晶粒转换为铁素体而形成具有包括至少部分多边形铁素体并且屈服强度至少为200Mpa的显微结构的冷却钢带。
2.如权利要求1所述的方法，其特征为，在步骤(a)中生产的铸造钢带的厚度不大于2mm。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征为，在步骤(a)中形成的奥氏体晶粒为柱状晶粒。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征为，在步骤(b)中的冷却速度至少为100℃/秒。
5.如权利要求1或2所述的方法，其特征为，低碳钢为硅/锰镇静低碳钢。
6.如权利要求5所述的方法，其特征为，所述硅/锰镇静低碳钢具有下列按重量计的成分：
碳0.02～0.08％
锰0.30～0.80％
硅0.10～0.40％
硫0.002～0.05％
铝小于0.01％
7.如权利要求1或2所述的方法，其特征为，所述低碳钢为铝镇静低碳钢。
8.如权利要求7所述的方法，其特征为，所述铝镇静低碳钢具有下列按重量计的成分：
碳0.02～0.08％
锰最大0.4％
硅最大0.05％
硫0.002～0.05％
铝最大0.05％
9.如权利要求1或2所述的方法，其特征为，步骤(b)中的冷却速度小于1℃/秒，以形成屈服强度在200～250Mpa范围内的显微结构。
10.如权利要求1或2所述的方法，其特征为，步骤(b)中的冷却速度在1～15℃/秒范围内，以形成屈服强度在250～300Mpa范围内的显微结构。
11.如权利要求1或2所述的方法，其特征为，步骤(b)中的冷却速度在15～100℃/秒范围内，以形成屈服强度在300～450Mpa范围内的显微结构。12.如权利要求1或2所述的方法，其特征为，步骤(b)中的冷却速度至少为100℃/秒，以形成屈服强度至少为450Mpa的显微结构。
13.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，它还包括使钢带在送出台面上通过，并且在步骤(b)中冷却钢带是在送出台面上进行的。
14.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，它还包括在线热轧步骤(a)中生产的铸造钢带，将钢带厚度减少最多达15％的步骤。
15.如权利要求1或2所述的方法，其特征为，连续铸造是用双辊铸造机进行的。
16.如权利要求1所述的方法，其特征为，屈服强度为200～700Mpa。
17.如权利要求11所述的方法，其中，所述显微结构具有至少390MPa的屈服强度。
18.一种利用包括下列步骤的方法生产的低碳钢：
(a)将熔融的低碳钢连续铸造成厚度不大于5mm，具有宽度为100～300微米的粗奥氏体晶粒的钢带；和
(b)在铸造钢带中形成所希望的机械性质，方法是通过在850℃～400℃的温度范围内，以至少为0.01℃/秒的选择的冷却速度冷却钢带以将奥氏体晶粒转换为铁素体而形成显微结构，得出屈服强度200～超过700Mpa的钢带；显微结构从包括下列结构的组中选择：
(i)主要为多边形铁素体；
(ii)多边形铁素体和低温转换产品的混合物；和
(iii)主要为低温转换产品。
19.如权利要求18所述的低碳钢，其特征为，步骤(a)中生产的铸造钢带的厚度不大于2mm。
20.如权利要求18或19所述的低碳钢，其特征为，在步骤(a)中生产的钢带中的奥氏体晶粒为柱状晶粒。
21.如权利要求18或19所述的低碳钢，其特征为，在步骤(b)中的冷却速度至少为100℃/秒。
22.如权利要求18或19所述的低碳钢，其特征为，低碳钢为硅/锰镇静钢。
23.如权利要求22所述的低碳钢，其特征为，低碳钢具有下列按重量计的成分：
碳0.02～0.08％
锰0.30～0.80％
硅0.10～0.40％
硫0.002～0.05％
铝小于0.01％
24.如权利要求18或19所述的方法，其特征为，低碳钢为铝镇静钢。
25.如权利要求24所述的低碳钢，其特征为，低碳钢具有下列按重量计的成分：
碳0.02～0.08％
锰最大0.4％
硅最大0.05％
硫0.002～0.05％
铝最大0.05％
26.如权利要求18或19所述的低碳钢，其特征为，步骤(b)中的冷却速度小于1℃/秒，以形成主要为多边形铁素体和屈服强度在200～250Mpa范围内的显微结构。
27.如权利要求18或19所述的低碳钢，其特征为，步骤(b)中的冷却速度在1～15℃/秒范围内，以形成多边形铁素体、维德曼司特顿铁素体和针形铁素体的混合物和屈服强度在250～300Mpa范围内的显微结构。
28.如权利要求18或19所述的低碳钢，其特征为，步骤(b)中的冷却速度在15～100℃/秒范围内，以形成多边形铁素体和贝氏体的混合物和屈服强度在300～450Mpa范围内的显微结构。
29.如权利要求18或19所述的低碳钢，其特征为，步骤(b)中的冷却速度至少为100℃/秒，以形成多边形铁素体、贝氏体和马氏体的混合物和屈服强度至少为450Mpa的显微结构。
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