專利名稱：一種低碳鋼薄板的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及冶金材料領域，具體涉及一種低碳鋼薄板的制造方法。

背景技術：
工程領域中，常用的結構材料一般為碳鋼和經(jīng)過微合金化后的低合金鋼，由于它 們具有優(yōu)良的機械性能和較低的市場價格而得到廣泛的應用。傳統(tǒng)的低碳鋼薄板的生產(chǎn)工藝流程由連鑄+熱軋或連鑄+熱軋+冷軋等工序完 成。一般傳統(tǒng)的連鑄工藝中鑄坯的厚度在200mm左右，連鑄后的鑄坯經(jīng)冷卻、檢查、修模后， 進入加熱爐內(nèi)加熱。達一定溫度后出爐的鋼坯經(jīng)過高壓水除磷后在帶有立輥的四輥可逆 式粗軋機進行5 7道次，軋制到30 50mm，然后送入精軋機組進行熱連軋，軋制到成品 厚度，最后經(jīng)層流冷卻完成帶鋼的熱軋生產(chǎn)過程。熱軋后的厚度規(guī)格最薄達到1. 5 2mm， 若以熱軋態(tài)供貨，到此步驟即可結束；如果需要更薄規(guī)格的產(chǎn)品，需進一步進入下道冷軋工 序，經(jīng)平整改善板形后卷取得到成品冷軋帶鋼。薄板坯連鑄連軋技術生產(chǎn)低碳鋼或者微合金鋼是從在上個世紀80年代末90年代 初開始，其工藝流程為電爐或轉爐提供鋼水一連鑄一均熱爐均熱一熱連軋一卷取。該工藝 與傳統(tǒng)工藝相比最大的特點是連鑄的鑄坯厚度為50 90mm，由于原始鑄坯薄，熱軋機組不 需要粗軋機(若坯厚50mm)，或只需要1臺粗軋機(坯厚70 90mm)。而傳統(tǒng)工藝中粗軋 機要反復軋制幾個道次才能將鑄坯減薄至精軋前需要的規(guī)格。另外傳統(tǒng)工藝中鑄坯要先經(jīng) 過冷卻后再加熱，再進粗軋機，而薄板坯連鑄連軋工藝中鑄坯不經(jīng)冷卻直接軋制，因此熱軋 機組前的均熱爐只需要補溫。因此該工藝比上述傳統(tǒng)工藝大大縮短了流程，降低了能耗，節(jié) 省了能源，具有一定的優(yōu)勢。比薄板坯連鑄連軋更新的連鑄技術是薄帶連鑄技術(Strip CastingProcess)，其 生產(chǎn)工藝的主要特點就是鋼水通過一對內(nèi)部具有循環(huán)冷卻作用的鑄軋輥，經(jīng)過激冷、凝固 后直接澆鑄出1 5mm厚的鑄帶，鑄帶經(jīng)過一道次在線熱軋后卷取直接生產(chǎn)出熱軋卷。薄 帶連鑄連軋工藝可以更大程度地簡化生產(chǎn)工藝、縮短生產(chǎn)周期、明顯降低能耗和生產(chǎn)成本。 同時，由于薄帶連鑄在冶金工藝流程、材料的凝固過程特征、相變歷史等方面同傳統(tǒng)流程以 及薄板坯連鑄連軋流程均有所不同，生產(chǎn)出來的材料，其組織和性能與傳統(tǒng)工藝和薄板坯 連鑄連軋工藝相比有自身獨特的特點和優(yōu)勢。用薄帶連鑄技術來生產(chǎn)低碳鋼或者微合金鋼已有公開報道。中國專利 ZL01815839. 0和ZL01816185. 5公開了一種用薄帶連鑄生產(chǎn)低碳鋼方法。其主要的化學 成分為碳0. 02 0. 08% ；錳0. 3 0. 8% ；硅0. 1 0. 4% ；硫0. 002 0. 05% 鋁 < 0. 01 %。兩個專利的不同之處在于中國專利ZLO1815839. 0是通過在850°C 400°C的溫 度范圍內(nèi)，以至少為0. ore /秒的選擇的冷卻速度冷卻鋼帶，得到至少為200Mpa的顯微結 構的冷卻鋼帶。中國專利ZL01816185. 5以不小于90°C /秒的冷卻速度冷卻鋼帶，得到具有 大于450Mpa的鋼板。美國專利US2007/0090161A1、US2007/0175608、US7299856B2 分別在中國專利ZL01815839. 0和ZL01816185. 5專利成分的基礎上，進一步限定了自由氮的含量小于 120ppm ；自由氫小于6. 9ppm，硫含量在0. 003% 0. 008%，碳的含量0. 01% 0. 065%，總 氧含量至少lOOppm，游離氧在30 50ppm。美國專利公開號為US2008/0219879A1的專利公開了添加了微合金元素生產(chǎn)不同 強度級別的薄帶連鑄碳鋼產(chǎn)品。其主要的的成分范圍是碳< 0. 25% ；錳0. 2 2% ；硅 si 0. 05 0.5% ；鋁<0.01% ；鈮0. 01 0.2%。在這個成分的基礎上還可以進一步添 加鉬0. 05 0. 5%;釩0. 1 0. 2%。產(chǎn)品的屈服強度至少為340Mpa，抗拉強度至少大于 410Mpa，延伸率至少為大于6%。中國專利ZL98806330. 1和美國專利US6502625公開了一種生產(chǎn)低碳鋼帶材的 連鑄方法，公開的成分范圍為碳0. 02 0.1% ；錳0. 1 0.6% ；硅0. 02 0. 35% ； 硫< 0. 015% 鋁0. 01 0. 05% ；磷 < 0. 02% ；鉻0. 05 0. 35 % ；Ni 0. 05 0. 3 % ； N :0. 003 0.012%，其余為鐵。該成分中還可以進一步包含鈦< 0.03% ；釩<0.1% ；鈮 < 0. 035%。經(jīng)過小于15%的熱軋，以5 80°C /秒的冷卻速度冷卻，在500 800°C進行 卷取。產(chǎn)品可以達到屈服強度至少為180 250Mpa;抗拉強度至少大于280Mpa。屈強比小 于0.75。總延伸量大于30%。在傳統(tǒng)的熱軋帶鋼和薄板坯連鑄連軋工藝中都有生產(chǎn)含硼鋼的公開報道。文 獻《CSP工藝生產(chǎn)硼微合金化SPHD板的組織性能》，北京科技大學學報，Vol. 29。No. 10， PP889 993。公開報道了用薄板坯連鑄連軋工藝生產(chǎn)含硼鋼，生產(chǎn)的鋼種為SPHD鋼，其主 要的成分為C ≤ 0. ；Si ≤ 0. 05% ；Mn ≤ 0. 5% ；P ≤ 0. 035 ；S ≤ 0. 035 ；Al ≤ 0. 02，B 0. 004 0. 006%。中國專利CN101328564公開一種傳統(tǒng)流程生產(chǎn)優(yōu)良焊接性的低屈強比的含硼鋼， 其主要的成分范圍為c 0. 055 0. 095%,Si ≤0. 20%,Mn 0. 90 1. 20%,P≤O. 013%, S ≤ 0. 003 %, Cr 0. 40 0. 90 %，Cu 0. 25 0. 55 %，Ni 0. 60 1. 20 %，Mo 0. 30 0. 50%, Nb 0. 010 0. 030%, Als 0. 040 0. 060%, Ti 0. 008 0. 020%, V 0. 015 0. 055%,N^O. 0040%, Ca 0. 001 0. 005%,B 0. 0008 0. 0016% ；中國專利 CN1087356C 公開了傳統(tǒng)流程生產(chǎn)超高強可焊接含硼鋼，其主要的成分范圍為C 0. 03% 0. l%C;Si 0 0. 5%-Mn 1. 6% 2. l%,Nb 0. 01 0. 1%;V 0. 01 0. 1%;Μο 0. 2% 0. 5%;Ti 0. 005 0. 03% ；B 0. 0005 0. 002%。中國專利CN101113507A公開了一種傳統(tǒng)流程用 鈮釩微合金化的低碳硼鋼。其主要的成分范圍為c 0. 18 0. 24% ；Mn 0. 8 1. 2%-Ji 0. 01 0. 03% ；B 0. 001 0. 003% ；Nb 0. 02 0. 08% ；V 0. 02 0. 08% ；Als 0. 01 0. 05% ；Si < 0. 2% ；P < 0. 03% ；S < 0. 03%。

發(fā)明內(nèi)容
由于薄帶連鑄連軋熱加工歷程與傳統(tǒng)熱軋的差異，帶鋼凝固和冷卻速度快，導致 熱軋產(chǎn)品晶粒細小，冷軋原料強度普遍高于常規(guī)熱軋產(chǎn)品。屈服強度與抗拉強度的比值 (簡稱屈強比)一般大于0. 8，而傳統(tǒng)工藝冷軋原料的屈強比一般小于0. 75。對于CQ、DDQ 級的板材化學成分和性能要求，必須適當降低冷軋原料的強度，才能適應大批量生產(chǎn)的需 求。為了滿足CQ-DDQ級鋼對冷軋料的要求，可以降低Si，P，C，N等元素的含量，這不僅提 高了鋼水的冶煉成本，而且降低Si，P，C，N也會大幅度降低鋼材的抗拉強度，而不能滿足強度要求。本發(fā)明的目的就是提供一種工藝流程短、能耗低、生產(chǎn)成本低的低碳鋼薄板的制造 方法。該方法通過向雙輥薄帶連鑄工藝來實現(xiàn)，通過合理的成分和工藝設計，可以得到屈服 強度大于200Mpa以上，不同強度級別的，屈服強度和抗拉強度的比值小于0. 8薄板。該方 法具有工藝流程短、制造方法簡單、節(jié)能降耗明顯等優(yōu)點。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案是，一種低碳鋼薄板的制造方法，其包括如下步驟1)按下述化學成分冶煉，鋼水成分重量百分比為碳0. 03 0. 08% ；錳0. 4 1. 2% ；硅0· 2 0. 5% ；硼0· 001 0. 008% ；硫彡 0. 01% ；磷彡 0. 015% ；氮彡 0. 006% ； 氧< 0. 006%，余量為Fe和不可避免的雜質；2)澆鑄，鋼水通過一對內(nèi)部具有循環(huán)冷卻作用的結晶輥，經(jīng)過快速凝固后直接澆 鑄出1 5mm厚的鑄帶；3) 二次冷卻，鑄帶從結晶輥澆鑄出來后，經(jīng)過密閉室，在密閉室內(nèi)安裝二次冷卻裝 置，以控制鑄帶的冷卻速度，使其冷卻速度大于20°C /s ；4)熱軋，熱軋的壓下率0% 50%，熱軋溫度900 1050°C ；5)三次冷卻，三次冷卻采取噴水、噴射氣一水混和、或噴霧系統(tǒng)，冷卻速度30 80 0C /s ；6)卷取，卷取溫度大于550°C ；7)卷取后的鋼卷冷卻到室溫，根據(jù)市場產(chǎn)品的要求直接熱軋狀態(tài)供貨，或經(jīng)過酸 洗、冷軋或者再增加熱鍍鋅工序進行供貨。進一步，鑄帶優(yōu)選小于3mm。又，所述的冷卻氣體為氬氣、氮氣、或氦氣中的一種或者幾種混合氣體。本發(fā)明的鋼種化學成分的設計和控制碳在鋼中以碳化物形式存在，和合金元素結合發(fā)揮析出強化和細化晶粒的作用。 碳高，屈強比高；碳低，強度不足。本發(fā)明碳的范圍為0. 03 0. 08%。硼為了進一步改善鋼材的組織和性能，向鋼中加入合金元素是主要的手段之一。 低碳含硼微合金化是利用硼元素代替貴重的合金元素，在提高鋼的強度的同時，使鋼的塑 性、韌性和冷變形能力得到明顯的改善，從而大大提高了產(chǎn)品的合格率。由于極微量的硼就 可以使鋼的淬透性成倍增加，因此與添加其它合金元素相比，成本大大降低。應該注意的 是，硼是極為活潑的元素之一，在鋼中能與殘留的氮、氧化合形成穩(wěn)定的夾雜物而喪失其有 益的作用；或因加入的硼量過高造成“硼相”沿晶界呈網(wǎng)狀沉淀而導致鋼的淬透性下降。加 入微合金元素硼可以顯著降低熱軋板屈服強度和抗拉強度。這是因為粗大BN顆粒在高溫 奧氏體中的優(yōu)先析出顯著抑止鋼中細小AlN的析出，減弱了 AlN在晶界的釘扎作用，以及B 元素在奧氏體晶界的偏聚，抑止了鐵素體形核。本發(fā)明中硼的加入量0. 001 0. 005%。硅是為了對鋼進行脫氧而添加的元素，對傳統(tǒng)工藝一般硅含量小于0. 2%。薄帶 連鑄由于冷卻速度快，為了控制夾雜物形貌，尤其是氧化錳、二氧化硅的比例，Si含量大于 0. 2%。Si含量過多會導致可焊性和焊接熱影響區(qū)韌性惡化，因而其上限規(guī)定為0. 5% ；錳是重要的強韌化元素，起固溶強化的作用，提高鋼的強度和韌性，但是Mn含量 過多會使淬透性增大，從而導致可焊性和焊接熱影響區(qū)韌性惡化，所以規(guī)定Mn含量不得超 過 1. 2% ；
5
鋁是為了脫氧而加入鋼中的元素，添加0. 01-0. 05%含量的Al有利于細化晶粒， 改善鋼材的強韌性能；在本發(fā)明中鋁含量也可以小于0. 01%，用硅錳脫氧。硫在本發(fā)明鋼中作為殘余元素來控制，達到< 0. 01%。磷在本發(fā)明鋼中作為殘余元素來控制，達到< 0.015%。氮、氧過多的氮容易在鋼中與B形成的夾雜物造成“硼相”沿晶界呈網(wǎng)狀沉淀。因 此需要控制氮的含量小于60ppm。除了上述鋼種化學成分范圍的控制特征之外，本發(fā)明的另一重要技術特征涉及生 產(chǎn)工藝流程的選擇和控制。在本發(fā)明中，在用低碳鋼鑄造時，利用粗奧氏體晶粒相變特點， 通過控制軋制和控制冷卻過程，可以得到不同晶粒尺寸和不同顯微組織的板材，從而可以 獲得不同強度級別的鋼板，滿足不同的用戶需求。基本工藝流程如下澆鑄，鋼水通過一對內(nèi)部具有循環(huán)冷卻作用的結晶輥，經(jīng)過快速凝固后直接澆鑄 出1 5mm厚的鑄帶，優(yōu)選小于3mm。該步驟要將鋼水在結晶輥內(nèi)快速凝固成一定厚度規(guī)格 的鑄帶。二次冷卻，鑄帶從結晶輥澆鑄出來后，經(jīng)過密閉室，在密閉室內(nèi)安裝二次冷卻裝 置，以控制鑄帶的冷卻速度，使其冷卻速度大于20°C /s。這是因為鑄帶在高溫晶粒長大很 快，必須控制晶粒長大的速度。本發(fā)明的二次冷卻由氣噴嘴和支架等組成，其壓力、流量和 位置可以調(diào)節(jié)和控制。冷卻氣體可以是氬氣、氮氣、氦氣等惰性氣體，或者是幾種混和氣體。 可以通過控制支架距離鑄帶的距離，以及氣體類型、比例、流量、壓力等實現(xiàn)對鑄帶冷卻速 度的控制。熱軋，熱軋的壓下率0% 50%。熱軋溫度900 1050°C。三次冷卻，三次冷卻采取噴水、噴射氣一水混和、或噴霧系統(tǒng)，冷卻速度30 80°c /S ；可以通過對噴嘴設計、噴射角度、流速、噴水密度等可以實現(xiàn)對冷卻速度的控制。卷取，卷取溫度大于550°C。卷取后的鋼卷冷卻到室溫，根據(jù)市場產(chǎn)品的要求可以直接熱軋狀態(tài)供貨，也可以 經(jīng)過酸洗、冷軋或者再增加熱鍍鋅工序進行供貨。本發(fā)明的有益效果是，1.本發(fā)明與上述現(xiàn)有專利的主要不同之處在于成分范圍不同。本發(fā)明的主要成 分范圍為碳< 0. 08% ；錳0. 4 ；硅0. 2 0. 5% ；鋁0. 01 0. 05% ；硼0. 001
0.008%;余鐵。本發(fā)明中的主要特征是添加了微量合金元素硼，不含其它微合金元素。微 合金元素硼在鋼中的顯著作用是極微量的硼就可以使鋼的淬透性成倍增加，本發(fā)明通過改 變工藝控制在保證在鋼的強度提高的同時，降低熱軋帶鋼的屈服強度和抗拉強度的比值， 為冷軋?zhí)峁┖细衽髁稀?.本發(fā)明運用薄帶連鑄能夠澆鑄薄規(guī)格帶鋼，運用薄帶連鑄的快速凝固效應，可 以得到細小的組織和晶粒，得到高強度級別的鋼板；3.本發(fā)明通過添加微量硼，可以替代昂貴的金屬，并且明顯地改善材料的性能，因 此與添加有鈮、釩、鈦、鉬等合金的鋼板相比，成本大大降低。4.本發(fā)明工藝流程短、能耗低、效率高、生產(chǎn)成本低、制造方法簡單、節(jié)能降耗明
Mo
6
5.本發(fā)明提供的鋼種，其屈服強度達200Mpa以上，通過不同的冷卻控制，可以得 到不同強度級別的鋼板；同時由于降低了屈強比，材料的冷軋缺陷率降低，同時提高了冷軋 輥壽命，降低了設備維護成本。


圖1為本發(fā)明薄帶連鑄連軋機組工藝流程示意圖。
具體實施例方式下面用實施例對本發(fā)明作進一步闡述。本實施例中低碳鋼薄板的制造流程為轉爐或者電爐冶煉、經(jīng)過精煉工序后，冶煉 出溫度和成分滿足要求的鋼水，經(jīng)過雙輥薄帶連鑄，二次冷卻、熱軋(0 50% )、三次冷卻、 卷取。冷卻到室溫的鋼卷可以直接熱軋產(chǎn)品供貨，或者冷卻到室溫、酸洗、冷軋、熱鍍鋅， 冷軋供貨。如圖1所示，經(jīng)過轉爐或者電爐冶煉、經(jīng)過精煉工序后，冶煉出溫度和成分滿足要 求的鋼水，達到本發(fā)明實施例的鋼水冶煉成分見表1，鋼水從鋼包1經(jīng)過長水口 2、中間包3 和浸入式水口 4澆入到由兩個相向旋轉的水冷結晶輥5、5’和側封板6形成的熔池7內(nèi)，經(jīng) 過水冷結晶輥5、5’的冷卻形成1 5mm鑄帶8，鑄帶經(jīng)過在密閉室14內(nèi)的二次冷卻裝置 15控制其冷卻速度，通過擺動導板9、夾送輥10將鑄帶8送至熱軋機11，再經(jīng)三次冷卻裝 置12，直至卷取機13。密閉室14內(nèi)的氣體是惰性氣體的保護性氣氛。二次冷卻由氣噴嘴 和支架等組成，其壓力、流量和位置可以調(diào)節(jié)和控制。冷卻氣體可以是氬氣、氮氣、氦氣等惰 性氣體，或者是幾種氣體的混和氣體。三次冷卻是水冷、氣霧冷卻、層流冷卻或者噴淋冷卻 等。將鋼卷從卷取機取下后，經(jīng)過緩慢冷卻至室溫?？梢灾苯訜彳埞┴洠蛘呓?jīng)過酸洗、冷 軋、熱鍍鋅等供貨。實施例1采用電爐或者轉爐熔煉鋼水，經(jīng)過精煉工序后，可以鋁脫氧，也可以經(jīng)過鈣處理。 將滿足表1中的成分要求，余為Fe的鋼水，澆鑄成鑄帶。主要的產(chǎn)品厚度、工藝參數(shù)及產(chǎn)品 的性能見表2。實施例2采用電爐或者轉爐熔煉鋼水，經(jīng)過精煉工序后，將滿足表1中的成分要求，余為Fe 的鋼水，澆鑄成鑄帶。實施例3采用電爐或者轉爐熔煉鋼水，經(jīng)過精煉工序后，將滿足表1中的成分要求，余為Fe 的鋼水，澆鑄成鑄帶。實施例4采用電爐或者轉爐熔煉鋼水，經(jīng)過精煉工序后，將滿足表1中的成分要求，余為Fe 的鋼水，澆鑄成鑄帶。實施例5采用電爐或者轉爐熔煉鋼水，經(jīng)過精煉工序后，將滿足表1中的成分要求，余為Fe
7的鋼水，澆鑄成鑄帶。實施例6采用電爐或者轉爐熔煉鋼水，經(jīng)過精煉工序后，將滿足表1中的成分要求，余為Fe 的鋼水，澆鑄成鑄帶。實施例7采用電爐或者轉爐熔煉鋼水，經(jīng)過精煉工序后，將滿足表1中的成分要求，余為Fe 的鋼水，澆鑄成鑄帶。實施例8采用電爐或者轉爐熔煉鋼水，經(jīng)過精煉工序后，將滿足表1中的成分要求，余為Fe 的鋼水，該實施例是一個對比例，沒有添加硼元素，主要的工藝參數(shù)和產(chǎn)品的性能見表2?？?見，沒有添加硼元素屈強比達到0. 85，材料的延伸率也低。表1本發(fā)明實施例的鋼水成分，單位質量百分數(shù)wt. %
權利要求
1.一種低碳鋼薄板的制造方法，其包括如下步驟1)按下述化學成分冶煉，鋼水成分重量百分比為碳0.03 0. 08%;錳0. 4 1. 2%; 硅0. 2 0. 5% ；硼0. 001 0. 008% ；硫≤ 0. 01 % ；磷≤ 0. 015 % ；氮≤ 0. 006% ；氧 ^ 0. 006 %，余量為Fe和不可避免的雜質；2)澆鑄，鋼水通過一對內(nèi)部具有循環(huán)冷卻作用的結晶輥，經(jīng)過快速凝固后直接澆鑄出 1 5mm厚的鑄帶；3)二次冷卻，鑄帶從結晶輥澆鑄出來后，經(jīng)過密閉室，在密閉室內(nèi)安裝二次冷卻裝置， 采用氣體冷卻，以控制鑄帶的冷卻速度，使鑄帶冷卻速度大于20°C /s ；4)熱軋，熱軋的壓下率0% 50%，熱軋溫度900 1050°C；5)三次冷卻，三次冷卻采取噴水、噴射氣-水混和、或噴霧系統(tǒng)，鑄帶冷卻速度30 80 0C /s ；6)卷取，卷取溫度大于550°C；7)卷取后的鋼卷冷卻到室溫，根據(jù)市場產(chǎn)品的要求直接熱軋狀態(tài)供貨，或經(jīng)過酸洗、冷 軋或者再增加熱鍍鋅工序進行供貨。
2.如權利要求1所述的低碳鋼薄板的制造方法，其特征是，鋼水成分還可以包含鋁 0. 01 0. 05%，以重量百分比計。
3.如權利要求1所述的低碳鋼薄板的制造方法，其特征是，步驟2)澆鑄的鑄帶厚度優(yōu) 選小于3mmο
4.如權利要求1所述的低碳鋼薄板的制造方法，其特征是，步驟3)二次冷卻中所述的 冷卻氣體為氬氣、氮氣、或氦氣中的一種或者幾種混合氣體。
全文摘要
一種低碳鋼薄板的制造方法，其包括如下步驟1)按下述化學成分冶煉，鋼水成分重量百分比為碳0.03～0.08％；錳0.4～1.2％；硅0.2～0.5％；硼0.001～0.008％；硫≤0.01％；磷≤0.015％；氮≤0.006％；氧≤0.006％，余量Fe和不可避免的雜質；2)澆鑄，鋼水通過一對結晶輥快速凝固后直接澆鑄出鑄帶；3)二次冷卻，鑄帶從結晶輥澆鑄出來后經(jīng)過密閉室，密閉室內(nèi)安裝二次冷卻裝置；4)熱軋，壓下率0％～50％，熱軋溫度900～1050℃；5)三次冷卻，三次冷卻采取噴水、噴射氣-水混和、或噴霧系統(tǒng)；6)卷?。?)鋼卷冷卻到室溫，根據(jù)市場產(chǎn)品要求直接熱軋狀態(tài)供貨，或經(jīng)過酸洗、冷軋或者再增加熱鍍鋅工序進行供貨。
文檔編號B21B37/74GK102002628SQ200910194860
公開日2011年4月6日 申請日期2009年8月31日 優(yōu)先權日2009年8月31日
發(fā)明者于艷, 吳建春, 方園, 梁高飛, 王秀芳 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司