專利名稱：不銹鋼薄帶的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過在一個結(jié)晶器內(nèi)的凝固而直接從液體金屬制造不銹鋼薄帶，所述結(jié)晶器由兩個以與凝固的帶材相同的速度移動的冷卻壁，例如具有水平軸的兩個旋轉(zhuǎn)輥的外壁構(gòu)成。
在正處于工業(yè)規(guī)模開發(fā)中并且被認(rèn)為是“雙輥鑄造”的該鑄造方法中，與帶材的質(zhì)量有關(guān)的主要問題之一是在帶材的芯部可能存在氣孔。當(dāng)在產(chǎn)品上發(fā)現(xiàn)由對帶材進(jìn)行后續(xù)的冶煉處理(例如酸洗、退火、冷軋和其他的冶煉操作)而產(chǎn)生的氣孔時，就會因為該氣孔帶來的機(jī)械性能的降級而限制該產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域。
在雙輥鑄造帶材的芯部出現(xiàn)這些氣孔的原因可能與在鑄塊上產(chǎn)生收縮孔和在常規(guī)連鑄產(chǎn)品上產(chǎn)生中心氣孔(在較大尺寸規(guī)模上)的原因相同，即當(dāng)產(chǎn)品沒有完全均一地凝固時(即通常在帶材離開結(jié)晶器的壁時凝固基本上完成，也就是說，帶材的芯部不完全處于液體狀態(tài))，包含仍為液體金屬的槽坑被固體金屬所封閉。這些槽坑所包含的液體金屬的冷卻和凝固伴隨著該金屬的收縮，這引起出現(xiàn)一個縮孔。在凝固結(jié)束之前它不會被充滿，因為該封閉的槽坑不再被充入新的液體金屬。這些孔隙必須同稱為“氣泡(blowholes)”的球狀缺陷相區(qū)別，后者是由于不溶解氣體的釋放而引起的，且經(jīng)常出現(xiàn)在產(chǎn)品表面的附近。
文獻(xiàn)EP0396862提出了一種方法，旨在在鋼帶的雙輥鑄造過程中消除中心氣孔和任何的內(nèi)部和表面缺陷。根據(jù)該方法，鑄造軋輥的表面上具有尺寸精確的環(huán)形溝槽，這些溝槽以偏置的方式布置在兩個軋輥上。因此，其目的是防止在軋輥表面上的凝固的金屬殼分離，因為分離會導(dǎo)致帶材的凝固不規(guī)則。但是，僅僅防止這樣的分離似乎不足以完全防止出現(xiàn)中心氣孔。
文獻(xiàn)JP8252653提出了這樣一種方法，其中按照鑄造操作，在滿足下面的不等式的條件下熱軋帶材r≥(2.74×10-5T2-6.88×10-2T+43.55)(t0/w0)式中r熱軋的壓下率；T用℃表示的熱軋溫度；t0在帶材的厚度方向上的孔隙直徑；
w0在帶材的寬度方向上的孔隙直徑。
按照該方法，以一個足以使孔隙在該軋制過程中被彌合的壓下率進(jìn)行熱軋是必要的，該最小的壓下率取決于軋制溫度(即帶材進(jìn)入軋輥之間的輥隙的溫度)和孔隙的形狀和取向。但是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這些軋制條件仍然不足以可靠地彌合所有孔隙，尤其是在進(jìn)行帶材的轉(zhuǎn)換或使用其產(chǎn)品的過程中，它們不能總是防止這些彌合的孔隙重新張開，由此引起產(chǎn)品開裂。
本發(fā)明的目的是提出一種方法，該方法確保出現(xiàn)在帶材芯部的中心孔隙在進(jìn)行充分凝固以后確實被封閉。
為達(dá)到該目的，本發(fā)明的主題是一種制造不銹鋼薄帶的方法，它包括在包含兩個冷卻移動壁的鑄造裝置中直接把液體鋼水凝固成厚度小于或等于8mm的帶材，然后熱軋所述的帶材，在帶材離開所述的壁時其凝固基本上完成，其特征在于，在軋機(jī)上進(jìn)行熱軋，軋機(jī)的工作輥有在400mm和900mm之間的直徑，在離開軋機(jī)時帶材的溫度在800℃和1100℃之間，并且在熱軋過程中帶材厚度的壓下率在15％和50％之間。
優(yōu)選地，與帶材的鑄造一致地進(jìn)行熱軋。鑄造裝置可以是“雙輥鑄造”類型的。
可以理解的是，本發(fā)明的目的是通過結(jié)合有關(guān)熱軋機(jī)工作輥的直徑，離開軋輥時帶材的溫度和在熱軋過程中帶厚的壓下率的更求而實現(xiàn)的。
本發(fā)明應(yīng)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％的錳、10％到30％的鉻、小于或等于5％的銅和小于或等于0.5％的氮(這些含量均由重量百分比表示)的任何級別的不銹鋼鑄造中。這些鋼也可以包含大量的鎳(最高達(dá)到40％)或鉬(達(dá)到8％)。而且，通常的情況是，其他的元素存在于金屬中，或者作為雜質(zhì)或者作為合金元素，特別是硫、磷、鈦、鈮和鋯。它們的總含量不超過2％重量百分比。
上面已經(jīng)提及，在凝固過程中，當(dāng)液體槽坑被固體金屬封閉時，雙輥鑄造的不銹鋼薄帶極易在其中心產(chǎn)生氣孔。此現(xiàn)象在糊狀區(qū)域的凝固結(jié)束時出現(xiàn)，該糊狀區(qū)域也叫“等軸晶粒區(qū)域”，它位于與軋輥接觸的兩個凝固殼之間，該殼也稱作“柱狀區(qū)域”。等軸晶粒區(qū)域非常難控制，其厚度可能根據(jù)柱狀區(qū)域的凝固速率而變化。因此，等軸晶粒區(qū)域可能在柱狀區(qū)域的生長比正常情況快的點提前局部閉合。在等軸晶粒區(qū)域的閉合點的下游，液體槽坑不能再被恰當(dāng)?shù)靥畛湟后w金屬，當(dāng)這些液體槽坑凝固時，由金屬的收縮形成孔隙。不過，這種情況很少，實際上通常液體槽坑的隔離因液體中的等軸晶粒晶體叢聚而出現(xiàn)，這形成了阻礙等軸晶粒區(qū)域的塞子。在等軸晶粒區(qū)域形成的孔隙由溝槽組和不含氣體的空穴群組成，在薄板的厚度方向上其最大的尺寸對應(yīng)于等軸晶粒區(qū)域的厚度(即100到400μm)，在其他方向上該溝槽和空穴長1到2mm。上面已經(jīng)提到，沒有因釋放氣體而產(chǎn)生的球狀氣泡或出現(xiàn)在帶材表面上的內(nèi)部缺陷。
本發(fā)明的基本思想是在凝固的帶材在被熱軋的同時，創(chuàng)造條件，從而不僅如已知的那樣使中心氣孔閉合，而且使對置的孔隙壁實現(xiàn)真正的焊接，由此使軋制可以一起進(jìn)行。這樣，可以確保在帶材的后續(xù)成形過程中或在使用由此制造的產(chǎn)品的過程中不會存在氣孔張開的危險。在進(jìn)行帶材的熱軋時，出現(xiàn)兩個步驟。首先，當(dāng)帶材的厚度減少時，缺陷的內(nèi)壁逐漸會合，直到它們彼此接觸。然后，一旦形成接觸，則因鋼的構(gòu)成元素在整個界面上的擴(kuò)散而發(fā)生壁的焊接。但是，在帶材離開軋機(jī)的輥隙之前，壁必須已經(jīng)被有效地焊接，否則在離開軋輥時發(fā)生的帶材的加壓的釋放將使壁部分分離。
焊接的有效性主要取決于兩個參數(shù)在軋制機(jī)中壁強(qiáng)制接觸的持續(xù)時間和該接觸發(fā)生時的溫度。因此該強(qiáng)制接觸必須在帶材進(jìn)入軋機(jī)后盡可能快地進(jìn)行，并且對于一定的軋制速度(在在線軋制的情況下，在很大程度上由帶材被軋制之前的厚度決定)，持續(xù)時間主要取決于軋機(jī)工作輥的直徑和軋輥施加在帶材上的厚度壓下率。軋輥的直徑越大，壓下率越高，氣孔壁的強(qiáng)制接觸越迅速和持久。但是，下面的闡述可能是不充分的為了滿意地解決提出的問題，所需的是以盡可能高的壓下率和軋輥直徑軋制帶材。這是因為壓下率過高，即可能將超過帶材的熱變形性，將導(dǎo)致在帶材上出現(xiàn)應(yīng)絕對避免的表面裂紋。而且，進(jìn)行氣孔壁的強(qiáng)制接觸的溫度不僅取決于帶材在軋機(jī)中的進(jìn)入溫度，而且也取決于帶材和軋輥之間接觸的持續(xù)時間，因為該接觸引起的帶材冷卻。若對于給定的帶材進(jìn)入溫度，軋輥直徑非常大，則存在的危險性是，它們引起帶材的冷卻會使后者的溫度不足以高到使氣孔壁能夠充分地焊接。在這一方面，帶材在離開軋輥時的溫度值很好地反映了氣孔壁在輥隙(nip)中已被彼此焊接的實際可能性。
因此，離開軋輥的帶材的溫度必須足夠高，以使氣孔能被焊接，但是它不能太高，以避免在軋輥上過大的熱負(fù)荷。這將導(dǎo)致表面降級，從而導(dǎo)致帶材的表面狀況變壞，表現(xiàn)為過度粗糙。因此，如果僅僅以適合的方式結(jié)合軋輥的直徑、壓下率和離開軋機(jī)時帶材的溫度，就能夠達(dá)到本發(fā)明的目標(biāo)，而沒有得到有害地影響帶材的總體質(zhì)量的二次效應(yīng)。
為了確定如何結(jié)合這些參數(shù)，進(jìn)行了一系列試驗，其中，對于給定類型的不銹鋼，改變軋機(jī)工作輥的直徑、帶材的厚度壓下率和帶材離開軋機(jī)時的溫度。使軋機(jī)與鑄造裝置一致地放置。每個試驗涉及一個可以確定氣孔的焊接是否有效的特征記述。該特征記述包括折斷拉伸試驗試件并檢查斷裂表面。若斷裂表面顯示出在拉伸試驗中開放的氣孔，則可以推斷出焊接不合乎要求。若斷裂表面沒有顯示出明顯的氣孔，則可以判定焊接符合要求。
表1給出進(jìn)行試驗的鋼種成分，試驗結(jié)果在表2中給出。不同元素的含量用重量百分?jǐn)?shù)表示。表1也給出在離開鑄造軋輥時帶材的厚度，對這些帶材進(jìn)行試驗，還給出了在鑄造軋輥和熱軋機(jī)之間測量出的相應(yīng)的鑄造速度。
表1試驗鑄造過程的鋼的成分，鑄造帶材的厚度和鑄造速度
>A和A′型鑄造過程的成分對應(yīng)于AISI304型常規(guī)奧氏體不銹鋼的成分。B型鑄造過程對應(yīng)于AISI430型鐵素體不銹鋼。C型鑄造過程對應(yīng)于鈦穩(wěn)定的AISI409型鐵素體不銹鋼。表2給出了由這些鑄造過程對帶材進(jìn)行試驗的結(jié)果，以及相應(yīng)的試驗條件。表2在A、A′、B和C型鑄造過程中進(jìn)行試驗的結(jié)果
根據(jù)這些試驗顯而易見的是，當(dāng)結(jié)合下面三個條件時，可以獲得有效的氣孔焊接，而外觀上沒有表面裂紋，并且?guī)Р牡谋砻娌贿^度粗糙。
-軋機(jī)工作輥的直徑在400mm到900m之間；-在軋制過程中帶材的厚度壓下率是在15％到50％之間；-帶材在離開軋機(jī)時的溫度至少為800℃，至多為1100℃。
另一方面，在試驗條件下，沒有指出帶材厚度/鑄造速度相結(jié)合的影響A′型鑄造過程的結(jié)果與A型鑄造過程的結(jié)果相同，而且鑄造參數(shù)也相同。
上面已經(jīng)提到，在熱軋機(jī)與鑄造裝置一致地放置在帶材卷取裝置之前的情況下，進(jìn)行這些試驗。在本發(fā)明的上下文中，該特征不是絕對必要的，可以在與鑄造和卷取裝置分開的裝置上，因此在鑄造的帶材已經(jīng)被開卷和重新加熱以后進(jìn)行熱軋。然而，因為各種原因在線軋制被推薦。首先，該方法具有與連續(xù)操作的特點相聯(lián)系的經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性。首先縮短了帶材的制造過程。此外，因沒有纏卷裝置和相對高功率的再加熱裝置可以做到節(jié)約，這是因為可以借助于在帶材從鑄造軋輥輸出的出口和進(jìn)入軋機(jī)的入口之間阻止帶材的輻射的罩蓋使鑄造帶材可以足夠熱以獲得適合的軋制溫度。但是若征明再加熱帶材是必要的，則可以使用低功率的感應(yīng)爐進(jìn)行此操作，該功率足以把正在運行的帶材的溫度提高幾百度。而且，在線軋制無需盤繞鑄造的帶材，通過同樣的行程排除了在纏繞過程中損壞帶材的危險，這種破壞會在具有非再結(jié)晶結(jié)構(gòu)的相對厚的帶材上發(fā)生。最后，因不必把帶材從室溫再加熱到熱軋溫度，排除了在此操作過程中經(jīng)常出現(xiàn)的帶材的表面再氧化。這種再氧化會形成氧化鐵皮，于是存在夾雜在帶材和軋機(jī)軋輥上，從而引起酸洗后產(chǎn)品的表觀降級的危險。
本發(fā)明不僅應(yīng)用于雙輥鑄造裝置，還可應(yīng)用于用于在兩個冷卻的移動表面之間鑄造不銹鋼薄帶，例如運行的帶材的任何類型的裝置。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)不銹鋼薄帶的方法，包括在包含兩個冷卻移動壁的鑄造裝置中直接把液體金屬凝固成呈厚度小于或等于8mm帶材的形式，和熱軋所述的帶材，在帶材離開所述的壁時其凝固基本上完成，其特征在于，在軋機(jī)上進(jìn)行熱軋，軋機(jī)的工作輥的直徑在400mm和900mm之間，當(dāng)帶材離開軋機(jī)時帶材的溫度在800和1100℃之間，并且在熱軋過程中帶材的厚度壓下率是在15％和50％之間。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在一個與鑄造裝置一致地放置的裝置上進(jìn)行熱軋。
3.按照權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，鑄造裝置的冷卻壁由兩個具有水平軸的旋轉(zhuǎn)輥的表面組成。
全文摘要
本發(fā)明的主題是生產(chǎn)不銹鋼薄帶的方法,包括在包含兩個冷卻移動壁的鑄造裝置中,直接把液體金屬凝固成厚度小于或等于8mm帶材的形式;和熱軋所述的帶材,在帶材離開所述的壁時其凝固基本上完成。其特征在于,在軋機(jī)上進(jìn)行熱軋,軋機(jī)的工作輥的直徑在400和900mm之間,當(dāng)帶材離開軋機(jī)時帶材的溫度在800和1100℃之間,在熱軋過程中帶材的厚度壓下率在15%和50%之間。
文檔編號B21B3/02GK1249216SQ9912206
公開日2000年4月5日 申請日期1999年9月20日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月21日
發(fā)明者弗朗西斯·沙薩涅, 弗雷德里克·馬祖里埃, 帕斯卡爾·格拉塔科斯 申請人:尤吉納股份有限公司