專利名稱：用于生產(chǎn)高強度低合金鋼的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在添加銅的情況下生產(chǎn)高強度低合金鋼的方法。高強度低合金鋼由于其英文名稱“high-strength low-alloy steel”，也被稱作 HSLA鋼。HSLA鋼比同樣強度的碳合金鋼呈現(xiàn)出更好的機械性能和加工性能。HSLA鋼具有0. 05-0. 25重量％的碳含量，并且包含至多2重量％的錳和低份額的其它合金元素如銅、鎳、鈮、氮、釩、鉻、鉬、鈦、鈣、稀土或鋯。其屈服強度為250-590MI^并且甚至可以達到 700MPao對于鋼的一定強度，合金元素鈮、鈦和釩是必須的，盡管它們占的份額小(并且隨鋼的種類而不同)，卻在鋼的成本中占很大份額。所以一直嘗試減少所述合金元素的使用。
背景技術(shù)：
W02004/026497A1顯示了用于生產(chǎn)帶坯的方法，用所述方法生產(chǎn)連鑄坯 (Strang)，然后通過在粗軋機組(Vorwalzstra β e)和精軋機組(Fertigwalzstra β e)中連續(xù)軋制加工，其中在精軋機組后進行未詳細定義的冷卻。也已公知，在HSLA鋼情況下為了降低昂貴的合金元素加入銅，參見例如公開的專利申請JP2009-280902A。該專利建議為了屈服強度，添加范圍為的銅，參見例如英文機器翻譯的第22段。鈮的份額在0. 01-0. 05%的范圍，釩的份額在0. 01-0. 的范圍和鈦的份額在0.01-0. 03%的范圍。這樣的量的銅具有析出顆粒的性質(zhì)，所述顆粒在變形和加熱的溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定并具有阻礙晶粒生長(Kornwachstum)并因此同時影響鋼或制成的鋼帶或鋼板的強度增長的晶粒尺寸分布(Korngro β enverteilung)。在某些生產(chǎn)鋼的方法中，銅通常已包含在鋼中，例如，如果在電弧爐中使用銅含量高的便宜的廢鋼。但是銅具有缺點，特別是在與硫結(jié)合時會導(dǎo)致鋼的第二塑性最小值(zweite Duktilit^tsminimum)的形成，此最小值在軋制機組中變形時形成裂紋，例如以邊緣裂紋 (Kantenrisse)的形式出現(xiàn)。這種現(xiàn)象與富集機制相關(guān)相連，所述富集機制主要通過緩慢的凝固速度和鋼在回?zé)釥t中長時間的停留加強。因此本法明的目的在于減少所述導(dǎo)致第二塑性最小值形成的現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
所述目的通過根據(jù)權(quán)利要求1的方法達成，使鋼材達到0. 15% -0. 35%的銅含量并隨后在連鑄機(Stranggie β anlage)或帶式澆鑄機(Bandgie β anlage)中澆鑄并凝固為最厚130mm的連鑄坯(Strang)或帶坯(Band)，其中澆鑄速度為至少4. 5米/分鐘， 優(yōu)選至少5米/分鐘，然后連鑄坯或帶坯通過連續(xù)軋制(Endloswalzen)或半連續(xù)軋制 (Semi-Endloswalzen)以少于5. 8分鐘，特別少于4. 5分鐘軋制成希望的最終厚度，并且軋制至希望的最終厚度后以15-90K/S，優(yōu)選25-60K/S冷卻至低于650°C，優(yōu)選低于600°C的溫度。權(quán)利要求中給出的百分比數(shù)據(jù)為重量百分比。軋制過程的持續(xù)時間從連鑄機或帶式澆鑄機結(jié)束時開始計時，也就是如果澆鑄的連鑄坯(Strang)或澆鑄的帶坯離開連鑄機或帶式澆鑄機最后的引導(dǎo)裝置(多為導(dǎo)輥對)。這里，5. 8分鐘的持續(xù)時間相當(dāng)于約3-3. 5米/分鐘的澆鑄速度，4. 5分鐘的持續(xù)時間相當(dāng)于約4. 8-5. 4米/分鐘的澆鑄速度。與開始提到的JP2009-280902A相反，在本發(fā)明的情況中由于合金中較少的銅含量和不同的生產(chǎn)方法形成約20nm或更大的析出物(Ausscheidimg)。這尺寸太大，不能導(dǎo)致析出物硬化，因為在這種尺寸的析出物的情況下，作用大大減少，并且在基質(zhì)中溶解份額降低。但是，在20nm范圍內(nèi)的析出在產(chǎn)生具有小晶粒尺寸的均勻結(jié)構(gòu)時的確很有幫助。在JP2009-280902A的合金中銅被描述為增強混合晶體和有助于析出物硬化。以其所述的銅含量必須考慮到焊接問題和脆性。生成的高強度低合金鋼可以特別鑄造為具有0. 05重量％ -0. 1重量％碳含量的亞包晶鋼(unterperitektischer Stahl)或為具有0. 05重量％ -0. 25重量％碳含量的中碳鋼。根據(jù)本發(fā)明的連續(xù)軋制或半連續(xù)軋制優(yōu)選在兩級軋鋼機中進行，所述兩級軋鋼機由粗軋機組(Vorwalzstra^e)和精軋機組(Fertigwalzstra^e)組成。少于5. 8分鐘的軋制過程持續(xù)時間由連鑄坯(Strang)或帶坯離開連鑄機或帶式澆鑄機開始至鋼，通常為鋼帶，離開最后活躍的(與所包含的鋼接觸)精軋機組的軋制機座結(jié)束。軋機機組理解為具有各機座距離小于7米，優(yōu)選小于6米的軋制機座直接彼此連接。 更大相互間隔的軋制機座已經(jīng)屬于下一個軋制機組或是個單獨的機座。在根據(jù)本發(fā)明的方法里，使用生產(chǎn)扁平帶鋼坯(Flactiband aus Stahl)的形式，在此種形式中澆鑄過程和軋制過程相連。所述澆鑄過程在澆鑄設(shè)備中進行，其中由鑄機的結(jié)晶器(Kokille)出來的液體鋼連鑄坯(Strang)被引導(dǎo)通過直接在結(jié)晶器后面的連鑄坯(Strang)引導(dǎo)裝置。所述引導(dǎo)裝置包括多個(通常3-15個)引導(dǎo)區(qū)段，其中每個引導(dǎo)區(qū)段包括一對或多對(通常3-10對)優(yōu)選作為連鑄坯(Strang)支承輥的引導(dǎo)部件。所述支承輥可繞正交于連鑄坯(Strang)傳送方向走向的軸轉(zhuǎn)動。也可考慮制作單個的引導(dǎo)部件作為靜止的，例如滑板狀部件，代替連鑄坯(Strang)支承輥。不依賴于引導(dǎo)部件的具體實施方案，連鑄坯(Strang)寬面的兩面如此排列，使得將連鑄坯(Strang)引導(dǎo)通過引導(dǎo)部件的上下系列。連鑄坯(Strang)基本上垂直向下離開結(jié)晶器并且轉(zhuǎn)向為水平方向。因此，連鑄坯 (Strang)引導(dǎo)裝置具有顯著超過90°的角度范圍的彎曲走向?！斑B續(xù)軋制”指的是，鑄機與軋制機如此相連，在鑄機中澆鑄的連鑄坯(Strang)或澆鑄的帶坯直接-不分離剛澆鑄的連鑄坯(Strang)或帶坯部分且沒有中間存儲_被引入軋制裝置并且在那里軋制成最終的厚度。在鑄機繼續(xù)澆鑄同樣的連鑄坯(Strang)或同樣的帶坯時，連鑄坯(Strang)或帶坯的起始段也可以已經(jīng)軋制成最終厚度的鋼帶，即完全不存在連鑄坯(Strang)或帶坯的末端。也稱為直接耦合運行或連續(xù)運行澆鑄和軋制裝置。在所謂的“半連續(xù)軋制”中，已澆鑄的連鑄坯(Strang)在澆鑄后被分為鑄錠 (Bramme)或帶坯在澆鑄后被分割，且分割的鑄錠或帶坯未經(jīng)中間存儲和冷卻到軋機的環(huán)境溫度。這種分離可以這樣完成，前面鋼錠的鋼錠頭已經(jīng)在下一軋制機組中軋制或者由于第一個軋制機座間距較大還不能包括進去。所述由鑄機出來的連鑄坯(Strang)通常去鱗(entzundern)，在粗軋機組初軋，由此生成的中間帶坯(Zwischenband)通常在爐中再加熱至約1200°C并且在精軋機組中精車U在精軋機組中通常熱軋，也就是說，軋件在軋制時保持在奧氏體區(qū)域中。終軋溫度在 780-8500C的范圍，優(yōu)選在800-830°C的范圍。通過連續(xù)軋制或半連續(xù)軋制，在澆鑄過程之后鋼的冷卻通過在粗軋機組中立即繼續(xù)加工得以避免。相較于此，在傳統(tǒng)的軋機中鋼錠在其制備后常常儲藏并且在粗軋機組之前必須已經(jīng)再加熱。但是這啟動不希望的富集機制。此外，在連續(xù)軋制或半連續(xù)軋制時澆鑄的最高130mm的連鑄坯(Strang)或鋼錠或帶坯的厚度對不希望的析出物也有正面影響，因為銅顆粒析出較快并且因此被限制于一定的，小的平均直徑，此平均直徑主要取決于凝固速度。對于連鑄機帶坯材料的實驗表明，銅析出物具有約20-40nm的直徑，當(dāng)澆鑄速度設(shè)置為至少大于4. 5米/分鐘并且隨后在4. 3分鐘內(nèi)兩步軋制(各有3或5個軋制機座)。 這里選擇的合金元素的含量如下
0. 3%銅(Cu) 0. 025%鈮(Nb)。所述20-40nm析出物的尺寸范圍也相當(dāng)于為具有影響微結(jié)構(gòu)和提高強度的作用通過微合金元素(鈦、鈮)力爭達到的析出物的尺寸范圍。軋制達到希望的最終厚度后，以15-90K/S的冷卻速度，優(yōu)選25_60K/s，冷卻到低于650°C的溫度，優(yōu)選低于600°C，特別在最長35秒內(nèi)，優(yōu)選在最長15秒內(nèi)，可以達到至多 925MPa的抗拉強度或至多700MPa的屈服點，其中更高的值優(yōu)選通過在最后一次變形步驟后立刻快速冷卻(50-90K/S)和通過冷卻至低于500°C達到。得到的室溫結(jié)構(gòu)分別根據(jù)冷卻策略和也因此根據(jù)強度等級主要由鐵氧體或珠光體和貝式體形成。常規(guī)生產(chǎn)的可比較的HSLA鋼包含約0. 07%的釩，0. 15%的鈦和0. 07%的鈮。因此根據(jù)本發(fā)明可以提供，在鋼中加入的釩(V)的份額低于0.03%，特別低于 0. 01%和/或在鋼中加入的鈮(Nb)的份額低于0. 055%，優(yōu)選低于0. 045%，特別優(yōu)選低于 0. 03%。在連鑄機情況下可以提供，澆鑄的鋼錠具有40_130mm的優(yōu)選的厚度，特別優(yōu)選 40-105mm，特別約 80mm。在帶式澆鑄機情況下可以提供，澆鑄并凝固的帶坯具有1-4. 5mm的優(yōu)選厚度，特別為約3mm。如果在帶式澆鑄后還軋制，當(dāng)然就不分成粗軋機組和精軋機組。中間帶坯的厚度，即粗軋機組和精軋機組之間的鋼，根據(jù)本發(fā)明的方法優(yōu)選為 5_25mm,優(yōu)選 10_18mmo粗軋機組應(yīng)該包括至少2架，最好3架軋制機座，精軋機組應(yīng)包括至少4架，最好 5架軋制機座。精軋產(chǎn)品的最終厚度在0. 6-12mm的范圍，優(yōu)選l_6mm。根據(jù)本發(fā)明的方法提供這樣的優(yōu)點，即在煉鋼時也可以使用廉價的和因此含銅的廢鋼并且此外可以減少合金元素的加入，特別是微合金元素(鈮、鈦、釩)。根據(jù)本發(fā)明的方法可以用于供汽車工業(yè)用的未經(jīng)涂覆的板材(Bleche)，在汽車領(lǐng)域中用于電解鍍鋅板和用于熱鍍鋅板。對于汽車領(lǐng)域的使用，鋼中硅的含量不應(yīng)超過0.9 重量％，優(yōu)選為0. 1% -0.9%的范圍。
具體實施例方式在以連續(xù)軋制法生產(chǎn)時，在鑄機中澆鑄約70_100mm厚的連鑄坯(Strang)。緊接著鑄機有粗軋機組的三架機座，在這里中間帶坯的帶厚大為減少，減少至約15mm。隨后提供用于去鱗的設(shè)備，并且此后材料通過感應(yīng)加熱器和五機座的精軋機組，在此機組中厚度可減少到直至0. 6mm。隨后在冷卻區(qū)進行帶坯的冷卻(例如通過供水)用于調(diào)節(jié)材料性質(zhì)，冷卻區(qū)后有卷取機，在所述卷取機上將帶坯卷成帶卷(Bimd)，這樣生產(chǎn)過程結(jié)束。通過多個剪切裝置(粗軋機組后，精軋機組前和卷取機前)，軋機有可能以單架模式運行，其中中間帶坯在粗軋機組后剪切并單個地在精軋機組中軋制。在連續(xù)軋制時，軋制到最終厚度的帶坯直到卷取機前才剪切，軋制作業(yè)連續(xù)進行。這種設(shè)備很大的優(yōu)點是生產(chǎn)帶鋼坯的能量需求小。而傳統(tǒng)的熱軋機生產(chǎn)一噸熱軋帶坯需要約2GJ能量，而這個數(shù)值在用于連續(xù)軋制或半連續(xù)軋制的設(shè)備中降到直至0. 4GJ每噸熱軋帶坯。在冷卻區(qū)里對精軋的帶坯在軋制到希望的最終厚度后以15-90K/S，優(yōu)選25-60K/ s，在最長35秒內(nèi)，優(yōu)選最長15秒內(nèi)，冷卻至低于650°C，優(yōu)選低于600°C的溫度。
權(quán)利要求
1.在添加銅的情況下生產(chǎn)高強度低合金鋼的方法，其特征在于，使鋼材達到 0. 15% -0. 35%的銅含量并隨后在連鑄機或帶式澆鑄機中澆鑄并凝固為最厚130mm的連鑄坯或帶坯，其中澆鑄速度為至少4. 5米/分鐘，優(yōu)選至少5米/分鐘，然后所述連鑄坯或帶坯通過連續(xù)軋制或半連續(xù)軋制少于5. 8分鐘，特別少于4. 5分鐘以軋制成希望的最終厚度， 并且在軋制至希望的最終厚度后以15-90K/S，優(yōu)選25-60K/S冷卻至低于650°C，優(yōu)選低于 600°C的溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述連續(xù)軋制或半連續(xù)軋制在兩階段軋機中完成，所述軋機由粗軋機組和精軋機組組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在軋制成希望的最終厚度后，所述冷卻在最長 35秒內(nèi)，優(yōu)選在最長15秒內(nèi)完成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一的方法，其特征在于，鋼材中添加的釩(V)的份額低于 0. 03%，特別低于0.01%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一的方法，其特征在于，鋼材中添加的鈮(Nb)的份額低于 0. 055%，優(yōu)選低于0. 045%，特別優(yōu)選低于0. 03%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5之一的方法，其特征在于，澆鑄并凝固的連鑄坯具有40-130mm的優(yōu)選厚度，特別優(yōu)選40-105mm，特別約80mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-5之一的方法，其特征在于，澆鑄并凝固的帶坯具有1-4.5mm的優(yōu)選厚度，特別約3mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-6之一的方法，其特征在于，中間帶坯的厚度為5-25mm，優(yōu)選 10-18mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求2-6和8之一的方法，其特征在于，所述粗軋機組包含至少2架，優(yōu)選 3架軋制機座。
10.根據(jù)權(quán)利要求2-6，8和9之一的方法，其特征在于，所述精軋機組包含至少4架，優(yōu)選5架軋制機座。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10之一的方法，其特征在于，其最終厚度在0.6-12mm，優(yōu)選l_6mm 的范圍。
全文摘要
本發(fā)明涉及在添加銅情況下用于生產(chǎn)高強度低合金鋼的方法。為減少形成鋼材的第二塑性最小值，設(shè)想了使鋼材具有0.15％-0.35％的銅含量并隨后在連鑄機或帶式澆鑄機中澆鑄并凝固為最厚130mm的連鑄坯或帶坯，其中澆鑄速度為至少4.5米/分鐘，優(yōu)選至少5米/分鐘，然后連鑄坯或帶坯通過連續(xù)軋制或半連續(xù)軋制以少于5.8分鐘，特別少于4.5分鐘軋制成希望的最終厚度，并且軋制至希望的最終厚度后以15-90K/s，優(yōu)選25-60K/s冷卻至低于650℃，優(yōu)選低于600℃的溫度。
文檔編號C22C38/00GK102485362SQ20111039508
公開日2012年6月6日 申請日期2011年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月2日
發(fā)明者B.林策爾, C.伯恩哈德, G.?？怂雇懈? G.阿特, G.霍亨比希勒 申請人:西門子Vai金屬科技有限責(zé)任公司