抗拉強度≥1250MPa的薄帶連鑄經(jīng)濟性超高強捆帶及其制造方法
【專利摘要】抗拉強度≥1250MPa的薄帶連鑄經(jīng)濟性超高強捆帶及其制造方法，其包括如下步驟：1）采用雙輥薄帶連鑄工藝鑄造厚度為1.0-2.4mm的鑄帶，其化學(xué)成分重量百分比為：C0.28-0.38%，Si0.25-0.35%，Mn1.5-1.8%，P≤0.015%，S≤0.01%，N≤0.012%，其余為Fe和不可避免雜質(zhì)；2）鑄帶冷卻；3）鑄帶在線熱軋；4）鉛浴等溫淬火；5）卷取。本發(fā)明通過薄帶連鑄經(jīng)濟性工藝生產(chǎn)的超高強捆帶，抗拉強度≥1250MPa，延伸率≥6.5%。
【專利說明】抗拉強度& 1 250MPa的薄帶連鑄經(jīng)濟性超高強捆帶及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超高強度鋼捆帶及其制造方法，尤其涉及一種抗拉強度> 1250MPa的薄帶連鑄經(jīng)濟性超高強度鋼捆帶及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋼捆帶是鋼的一種薄帶狀深加工產(chǎn)品，主要用來捆扎鋼材、有色金屬、輕紡制品、建材、紙卷(板)和羊毛等貨物。為了保證貨物安全裝卸和運輸，要求捆帶具有較高的抗拉強度和一定的延伸率。此外，由于捆帶長期于室外環(huán)境中使用，還要求具有一定的抗腐蝕性倉泛。
[0003]鋼捆帶按照強度劃分，可分為低強、中強、高強和超高強四類。其中的超高強捆帶，主要用于造紙行業(yè)、煙草行業(yè)，及壓縮棉花、羊毛等的捆扎。尤其是壓縮羊毛捆扎，需求量很大。
[0004]為了方便羊毛卷的運輸和節(jié)省費用，一般先對羊毛進行壓縮，再用捆帶進行捆綁，軋成一立方米左右的羊毛塊，再裝入集裝箱。由于在運輸過程中，壓縮羊毛的向外膨脹力很大，因而對捆帶的強度和塑性要求非常高。高強捆帶雖然具有較好的延伸率，但往往強度不能滿足要求。
[0005]目前，超高強度鋼捆帶的生產(chǎn)，主要是采用鉛浴等溫淬火工藝，通過貝氏體強化，達到超高強捆帶性能要求。該工藝通常包括如下步驟:1)利用傳統(tǒng)連鑄+板坯再加熱+熱連軋工藝生產(chǎn)熱軋帶；2)通過冷軋將熱軋帶減薄到超高強捆帶所需要的厚度；3)對冷軋后的鋼帶進行加熱奧氏體化；4)鉛浴等溫淬火。
[0006]發(fā)明名稱為“Steel Strap Composition”的美國專利US6814817，將成分為C0.30-0.36%，Mn0.90-1.25%，Si0.75-1.10% 的冷軋鋼帶，首先預(yù)熱到 370_510°C，然后加熱到815-900°C進行奧氏化，再進行370-510°C鉛浴等溫淬火處理。利用該工藝生產(chǎn)的鋼捆帶抗拉強度≥1170MPa，可以達到1240MPa，延伸率≥6.5%。
[0007]發(fā)明名稱為“一種包裝用鋼帶的熱處理方法”的中國專利200810200449.7，采用成分為 C0.29-0.35%, Si0.15-0.35%, Mnl.20-1.55%, P0.030%, S0.030%，余量為 Fe 的熱軋板，冷軋后首先在鉛浴中預(yù)熱到355-365°C，預(yù)熱時間6.75_9s，然后加熱到860±20°C，保溫30-40S進行奧氏體化，再進行355-365°C鉛浴等溫淬火處理，等溫淬火時間為21_28s。利用該工藝生產(chǎn)的鋼捆帶抗拉強度≥1350MPa，延伸率≥6%。
[0008]利用現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)超高強捆帶，由于工藝路徑長，工藝復(fù)雜，導(dǎo)致其生產(chǎn)效率較低，生產(chǎn)成本較高。可以通過優(yōu)化工藝路徑來降低捆帶生產(chǎn)成本，例如，熱軋帶的生產(chǎn)可以采用一些新興的短流程技術(shù)，如薄板坯連鑄連軋，薄帶連鑄等。其中，薄帶連鑄技術(shù)是冶金及材料研究領(lǐng)域內(nèi)的一項前沿技術(shù)，它的出現(xiàn)為鋼鐵工業(yè)帶來一場革命，它改變了傳統(tǒng)治金工業(yè)中熱軋鋼帶的生產(chǎn)過程，將連續(xù)鑄造、軋制、甚至熱處理等整合為一體，使生產(chǎn)的薄帶坯經(jīng)過一道次在線熱軋就一次性形成薄鋼帶，大大簡化了生產(chǎn)工序，縮短了生產(chǎn)周期。設(shè)備投資也相應(yīng)減少，產(chǎn)品成本顯著降低。
[0009]有關(guān)薄帶連鑄產(chǎn)品及其制造工藝的專利，主要集中在低碳鋼及低碳微合金鋼產(chǎn)品及其制造工藝，產(chǎn)品表面質(zhì)量改進等方面，例如題目為“熱軋薄鑄造鋼帶產(chǎn)品及其制造方法”的中國專利201080008606.X，題目為“高強度薄鑄鋼帶產(chǎn)品及其制備方法”的中國專利201080017436.1，題目為“微裂紋得到減少的薄鑄鋼帶”的中國專利200880109715.3，等等。通過上述薄帶連鑄專利制造的鋼帶，均不是為高強捆帶生產(chǎn)而設(shè)計，目前尚未見到利用薄帶連鑄工藝生產(chǎn)高強捆帶的先例。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的在于提供一種抗拉強度≥1250MPa的薄帶連鑄經(jīng)濟性超高強捆帶及其制造方法，通 過合理的成分設(shè)計和工藝設(shè)計，來解決現(xiàn)有技術(shù)存在的工藝路徑長、生產(chǎn)效率較低、生產(chǎn)成本較高的問題。
[0011 ] 為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0012]本發(fā)明采用C、S1、Mn為主的簡單化學(xué)成分設(shè)計，不添加貴重的合金元素和微合金元素。通過薄帶連鑄+在線熱軋工藝，直接生產(chǎn)出厚度規(guī)格滿足超高強捆帶要求的熱鋼帶，省去通過冷軋對熱軋帶進行減薄的工藝步驟。通過薄帶連鑄+在線熱軋工藝得到的熱軋帶，不對其進行冷卻，直接進行鉛浴等溫淬火，省去冷軋帶再加熱奧氏體化處理步驟。
[0013]上述技術(shù)構(gòu)思，相當(dāng)于將利用現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)超高強捆帶的前三個步驟，簡化為一步來完成。
[0014]具體地，本發(fā)明的抗拉強度≥ 1250MPa的薄帶連鑄經(jīng)濟性超高強捆帶，其化學(xué)成分重量百分比為:C0.28 ~0.38%, Si0.25 ~0.35%, Mnl.5 ~1.8%, P≤ 0.015%，S ≤ 0.01%,N≤0.012%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)；鋼帶顯微組織主要由貝氏體構(gòu)成，其滲碳體顆粒直徑為納米量級，并含有少量的馬氏體；其抗拉強度≥ 1250MPa，延伸率≥ 6.5%。
[0015]在本發(fā)明的化學(xué)成分設(shè)計中:
[0016]C:C是鋼中最經(jīng)濟、最基本的強化元素，通過固溶強化和析出強化來提高鋼的強度。C會溶于鐵素體中形成間隙固溶體，但在室溫下它在鐵素體中的溶解度十分有限，因此其固溶強化作用受到限制。在本發(fā)明工藝條件下，C主要以滲碳體形式析出，作為貝氏體的組成部分。滲碳體的含量與C含量密切相關(guān)，當(dāng)C含量增加時，滲碳體含量增加，鋼的強度、硬度隨之提高，而塑性、韌性相應(yīng)降低。因此C含量不能過高，本發(fā)明采用的C含量范圍是
0.28-0.38%。
[0017]S1:Si在鋼中起固溶強化作用。Si含量合適時，不僅使鋼的強度得到提高，而且對塑性影響不大。本發(fā)明采用的Si含量范圍是0.25-0.35%。
[0018]Mn:Mn是價格最便宜的合金元素之一，它在鋼中具有相當(dāng)大的固溶度，通過固溶強化提高鋼的強度，而且其含量合適時，對鋼的塑性基本無損害，是在降低C含量情況下提高鋼的強度最主要的強化元素。本發(fā)明采用的Mn含量范圍是1.5-1.8%。
[0019]P:P在a -Fe中溶解度很大。與其他元素相比，P在a -Fe中所引起的固溶強化效果較大。但當(dāng)含P量較高時，隨著鋼的強度提高，其塑性明顯降低。特別是鋼中P出現(xiàn)偏析情況下，將引起較大的冷脆性。在本發(fā)明中，P是作為雜質(zhì)元素來控制，其含量≤ 0.015%。
[0020]S:S在Fe中的溶解度極小，鋼中的S大都化合為FeS，其危害是在進行熱加工時會引起鋼的熱脆性，降低鋼的延展性和韌性，在軋制時造成裂紋。在本發(fā)明中，S是作為雜質(zhì)元素來控制，其含量< 0.01%。
[0021]N:與C元素類似，N元素可通過間隙固溶提高鋼的強度，但是，N的間隙固溶對鋼的塑性和韌性有較大危害，因此N含量不能過高。本發(fā)明采用的N含量< 0.012%。
[0022]本發(fā)明的抗拉強度≥1250MPa的薄帶連鑄經(jīng)濟性超高強捆帶制造方法，包括如下步驟:
[0023]I)采用雙輥薄帶連鑄工藝鑄造厚度為1.0-2.4mm的鑄帶，其化學(xué)成分重量百分比為:C0.28-0.38%, Si0.25-0.35%, Mnl.5-1.8%, P ≤ 0.015%, S ≤ 0.01%, N ≤ 0.012%,其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)；
[0024]2)對鑄帶進行冷卻，冷卻速率為20_80°C /s ；
[0025]3)對鑄帶進行在線熱軋，終軋溫度≥900 0C，熱軋壓下率為20-50%，熱軋后鋼帶的厚度< 1.2mm，鋼帶熱軋后發(fā)生奧氏體在線再結(jié)晶；
[0026]4)對熱軋帶進行鉛浴等溫淬火，鉛浴溫度為450_500°C，淬火時間為15_25s ；
[0027]5)對鋼帶進行水冷和卷取。鋼帶顯微組織主要由貝氏體構(gòu)成，其滲碳體顆粒直徑為納米量級。
[0028]進一步，所述步驟2)中，鑄帶冷卻速率為30_60°C /s。
[0029]所述步驟3)中，終軋溫度> 9500C。
[0030]所述步驟3)中，熱軋壓下率為30-50%。
[0031]所述制造方法中，還可以根據(jù)需要增加步驟6)對鋼帶進行發(fā)藍、涂漆、涂蠟或鍍鋅等后續(xù)處理。
[0032]通過以上技術(shù)方案得到的超高強捆帶，其抗拉強度≥1250MPa，延伸率≥6.5%。
[0033]在本發(fā)明的制造工藝中:
[0034]I)薄帶連鑄
[0035]鋼水被引入到一對相對旋轉(zhuǎn)且內(nèi)部水冷的結(jié)晶輥和側(cè)封板形成的熔池之內(nèi)，經(jīng)過快速凝固后直接澆鑄出厚度為1.0-2.4mm的鑄帶。該厚度規(guī)格值通過超高強捆帶成品厚度，以及后續(xù)設(shè)計的在線熱軋壓下率反算得出。
[0036]2)鑄帶冷卻
[0037]鑄帶從結(jié)晶輥連鑄出來后，經(jīng)過密閉室，在密閉室內(nèi)進行冷卻。為了保持鑄帶內(nèi)部和表面質(zhì)量，同時防止奧氏體晶粒在高溫下長大過快，控制鑄帶的冷卻速率為20-80°C /s。優(yōu)選的，鑄帶的冷卻速率為30-60°C /s。鑄帶冷卻采用氣冷方式，冷卻氣體的壓力、流量和氣噴嘴位置可以調(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。通過控制冷卻氣體的類型、壓力、流量，以及噴嘴到鑄帶之間的距離等，實現(xiàn)對鑄帶冷卻速率的控制。
[0038]3)鑄帶在線熱軋
[0039]通過在線熱軋，將熱軋帶減薄至超高強捆帶所需的厚度規(guī)格，并使奧氏體熱軋后發(fā)生在線再結(jié)晶，細化奧氏體晶粒，改善組織的均勻性。 [0040]再結(jié)晶形核率和長大速率均隨形變溫度的升高而呈指數(shù)型關(guān)系的增長(雍岐龍著，微合金鋼一物理和力學(xué)冶金)，溫度越高，越容易發(fā)生再結(jié)晶。
[0041]形變是發(fā)生再結(jié)晶的基礎(chǔ)，是再結(jié)晶的驅(qū)動力——形變儲存能的來源，由于必須超過一定的驅(qū)動力之后才會發(fā)生再結(jié)晶，故只有超過一定的形變量之后才會發(fā)生再結(jié)晶。形變量越大，形變儲存能越大，而形變儲存能越大，再結(jié)晶形核和長大速率均越大，即使在較低溫度下也能足夠迅速地開始和完成再結(jié)晶。而且，形變量增大，還會減小奧氏體再結(jié)晶后的晶粒尺寸，這是因為再結(jié)晶形核率隨形變儲存能的升高而呈指數(shù)型關(guān)系的增長(雍岐龍著，微合金鋼一物理和力學(xué)冶金)，因此有利于獲得更加細小Y — a的相變產(chǎn)物，對提高鋼帶的強塑性都是有利的。
[0042]本發(fā)明控制終軋溫度> 900°C，熱軋壓下率為20-50%。通過熱軋，將鋼帶厚度減薄到1.2mm及其以下，奧氏體在熱軋后發(fā)生在線再結(jié)晶，以使得鋼帶在經(jīng)過后續(xù)鉛浴等溫淬火后獲得細小均勻的貝氏體組織。
[0043]優(yōu)選的，終軋溫度≥9500C，熱軋壓下率為30-50%。
[0044]4)鉛浴等溫淬火、水冷和卷取
[0045]對熱軋帶進行鉛浴等溫淬火。等溫淬火溫度和時間會對貝氏體板條和滲碳體顆粒的大小，以及貝氏體轉(zhuǎn)變量造成影響，進而影響超高強捆帶的性能。在貝氏體轉(zhuǎn)變溫度范圍內(nèi)，等溫淬火溫度越低，所獲得的貝氏體板條越細，滲碳體顆粒尺寸越?。坏葴卮慊饡r間越長，貝氏體轉(zhuǎn)變量越大。本發(fā)明控制貝氏體等溫淬火的鉛浴溫度為450-500°C，淬火時間為15-25s。
[0046]通過水冷完成小部分殘余奧氏體的后續(xù)轉(zhuǎn)變，這對于提高鋼帶強度是很必要的。
[0047]鋼帶顯微組織主要由貝氏體構(gòu)成，其滲碳體顆粒直徑為納米量級，并含有少量的馬氏體。鋼帶抗拉強度≥1250MPa，延伸率≥6.5%。
[0048]6)涂漆、涂蠟或鍍鋅等后續(xù)處理
[0049]可以根據(jù)超高強捆帶的使用目的和使用環(huán)境等，對鋼帶進行發(fā)藍、涂漆、涂蠟或鍍鋅等后續(xù)處理。
[0050]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的不同之處和有益效果:
[0051]I)現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)超高強捆帶的工藝是:傳統(tǒng)連鑄+板坯再加熱+熱連軋+冷軋+冷軋帶加熱奧氏體化+鉛浴等溫淬火；本發(fā)明采用薄帶連鑄+在線熱軋+鉛浴等溫淬火工藝生產(chǎn)超高強捆帶，省去了“板坯再加熱”、“熱連軋”、“通過冷軋對熱軋帶進行減薄”和“對冷軋帶再加熱奧氏體化處理”四個工藝步驟，大大簡化工藝流程。
[0052]2)通過本發(fā)明的薄帶連鑄+在線熱軋經(jīng)濟性工藝生產(chǎn)的超高強捆帶，其性能與利用現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)的超高強捆帶相當(dāng)。
[0053]3)本發(fā)明生產(chǎn)超高強捆帶的技術(shù)，流程短、能源消耗少、排放少。解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的生產(chǎn)效率較低、生產(chǎn)成本較高的問題。
【具體實施方式】
[0054]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步說明。
[0055]本發(fā)明實施例的鋼水均采用電爐冶煉得到，具體化學(xué)成分如表1所示。薄帶連鑄后得到的鑄帶厚度，鑄帶冷卻速率，熱軋終軋溫度，熱軋壓下率，熱軋帶厚度，鉛浴等溫淬火溫度和時間，以及熱軋帶和高強捆帶的拉伸性能見表2。從表2可以看出，本發(fā)明超高強捆帶的抗拉強度≥1250MPa，延伸率≥6.5%。
[0056]表1實施例的鋼水化學(xué)成分(wt.%)[0057]
【權(quán)利要求】
1.抗拉強度>1250MPa的薄帶連鑄經(jīng)濟性超高強捆帶，其化學(xué)成分重量百分比為:C0.28 ~0.38%, Si0.25 ~0.35%, Mnl.5 ~1.8%, P ≤ 0.015%, S ≤ 0.01%, N ≤ 0.012%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)；鋼帶顯微組織主要由貝氏體構(gòu)成，其滲碳體顆粒直徑為納米量級；其抗拉強度≤1250MPa，延伸率≤6.5%。
2.抗拉強度>1250MPa的薄帶連鑄經(jīng)濟性超高強捆帶制造方法，包括如下步驟: 1)采用雙輥薄帶連鑄工藝鑄造厚度為1.0~2.4_的鑄帶，其化學(xué)成分重量百分比為:C0.28 ~0.38%, Si0.25 ~0.35%, Mnl.5 ~1.8%, P ≤ 0.015%, S ≤ 0.01%, N ≤ 0.012%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)； 2)對鑄帶進行冷卻，冷卻速率為20-80°C/s ； 3)對鑄帶進行在線熱軋，終軋溫度>900°C，熱軋壓下率為20~50%，熱軋后鋼帶的厚度< 1.2mm，鋼帶熱軋后發(fā)生奧氏體在線再結(jié)晶； 4)對熱軋鋼帶進行鉛浴等溫淬火，鉛浴溫度為450~500°C，淬火時間為15~25s； 5)對鋼帶進行水冷和卷取，鋼帶顯微組織主要由貝氏體構(gòu)成，其滲碳體顆粒直徑為納米量級；其抗拉強度≤1250MPa，延伸率≤6.5%。
3.如權(quán)利要求2所述的抗拉強度>1250MPa的薄帶連鑄經(jīng)濟性超高強捆帶制造方法，其特征在于:所述步驟2)中，鑄帶冷卻速率為30-60°C /s。
4.如權(quán)利要求2所述的抗拉強度>1250MPa的薄帶連鑄經(jīng)濟性超高強捆帶制造方法，其特征在于:所述步驟3)中，終軋溫度≤950°C。
5.如權(quán)利要求2所述的抗拉強度>1250MPa的薄帶連鑄經(jīng)濟性超高強捆帶制造方法，其特征在于:所述步驟3)中，熱軋壓下率為30~50%。
6.如權(quán)利要求2所述的抗拉強度>1250MPa的薄帶連鑄經(jīng)濟性超高強捆帶制造方法，其特征在于:還包括步驟6)對鋼帶進行發(fā)藍、涂漆、涂蠟或鍍鋅等后續(xù)處理。
【文檔編號】C21D8/02GK103757530SQ201410035057
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月24日
【發(fā)明者】王秀芳, 王成全, 于艷 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司