一種含有針狀鐵素體低碳薄帶鋼的製造方法與流程
2023-05-06 21:09:38 1
本發明屬於冶金技術領域，具體涉及一種含有針狀鐵素體低碳薄帶鋼的製造方法。
背景技術：
氧化物冶金技術最初是在大線能量焊接過程中提出，已經在大線能量焊接得到成熟應用。通過氧化物冶金技術，利用焊縫中細小、均勻分布的氧化物夾雜作為晶內針狀鐵素體的形核質點，可以使焊縫得到針狀鐵素體組織，從而提高焊縫的韌性，並且可以有效地阻礙裂紋的擴展。除了在大線能量焊接利中用針狀鐵素體提高韌性外，在管線鋼中針狀鐵素體也得到了一定利用。管線鋼中利用針狀鐵素體組織，可以有效提高其韌性、降低韌脆轉變溫度、提高使用壽命。與大線能量焊接獲取針狀鐵素體不同的是，在管線鋼中得到針狀鐵素體組織主要是利用熱軋過程中產生的大量位錯作為針狀鐵素體的形核驅動力。
影響鋼中晶內針狀鐵素體的形成因素很多，主要有：氧化物的種類、數量及尺寸，原奧氏體晶粒尺寸，冷卻速率；目前已經研究證實，TiOx、(Ti-Mn-Si)-Ox、(Ti-Al-Si-Mn)-Ox等夾雜物可以有效的促進針狀鐵素體形核，但是這些氧化物的密度與鋼水密度差距較大，在鋼包及中間包中大多氧化物通過聚集上浮的形式形成鋼渣，在連續生產的鋼坯、連鑄坯中很難控制其均勻分布，因此目前氧化物冶金技術在生產低碳鋼中沒有得到成熟應用。
雙輥薄帶連鑄技術以液態金屬為原料，利用兩個旋轉方向相反的鑄輥作為結晶器，液態金屬通過輥縫凝固並成型，從而製備1~5mm薄帶材的技術。與常規帶鋼生產流程相比，利用雙輥薄帶連鑄技術可以省去連鑄機、加熱爐、粗軋機以及精軋機等生產設備，縮短了薄帶鋼的生產流程，節約了薄帶鋼生產成本，並降低能耗；但是，目前發現利用雙輥薄帶連鑄技術所製備的低碳薄帶鋼鑄帶的初始鑄態組織比較粗大，後續熱軋的壓下率小（10~30%），無法明顯細化，影響了最終低碳薄帶鋼的強韌性；目前認為在低碳薄帶鋼中獲取針狀鐵素體組織可以有效細化其組織，從而提高低碳薄帶鋼的力學性能。
經檢索，公開號為CN 102405300 A的「高強度薄鑄鋼帶產品及其製備方法」，利用了雙輥薄帶連鑄技術製備高強度薄鑄鋼帶產品，其組織中具有一定量的針狀鐵素體組織，但是對於針狀鐵素體的形核所利用夾雜物種類並沒有明確提出；公開號為CN 104962829 A的「一種含針狀鐵素體的雙輥連鑄低碳微合金鋼及其製造方法」及公開號為CN 104959561 A的「一種提高雙輥連鑄低碳微合金鋼針狀鐵素體含量的方法」，均利用Ti、Al、Si、Mn複合氧化物作為有效的針狀鐵素體形核位置。
技術實現要素：
針對雙輥薄帶連鑄技術製備低碳薄帶鋼現有技術存在的上述問題，本發明提供一種含有針狀鐵素體低碳薄帶鋼的製造方法，獲取大量的針狀鐵素體形核位置，從而獲得含有針狀鐵素體的低碳薄帶鋼，細化低碳薄帶鋼組織，同時解決傳統低碳薄帶鋼生產流程複雜，成本高，能耗大等問題。
本發明的含有針狀鐵素體低碳薄帶鋼的製造方法按以下步驟進行：
（1）冶煉鋼液，化學成分按質量百分比含C 0.02~0.18%，Si 0.2~0.6%，Mn 0.5~1%，Al 0.002~0.0035%，Zr 0.05~0.3%，P 0.003~0.15%，S 0.001~0.02%，O 0.003~0.015%，N≤0.004%，餘量為Fe；
（2）預熱中間包至1100~1200℃，將鋼包中的鋼液經中間包澆入雙輥薄帶連鑄設備中，控制澆注溫度為1520~1540℃，鋼液經鑄輥的輥縫凝固並導出，導出速度為30~50m/min，得到厚度為2.0~2.5mm的鑄帶；
（3）鑄帶導出後以15~25℃/s冷卻至900~1000℃，開始進行一道次熱軋，得到1.4~2.0mm厚熱軋板；
（4）將熱軋板水冷至550~620℃進行捲曲，水冷速率為30~50℃/s，得到含有針狀鐵素體低碳薄帶鋼。
上述的含有針狀鐵素體低碳薄帶鋼中針狀鐵素體的體積分數為40~90%。
本發明利用MnS和ZrO2複合而成的夾雜物作為針狀鐵素體的有效形核位置，在鋼水凝固過程中，MnS開始在已凝固組織中的ZrO2表面析出，得到MnS和ZrO2複合而成的夾雜物。與TiOx、SiO2等氧化物相比，ZrO2在凝固組織中分布更均勻，且ZrO2的密度比Ti2O3的密度大，在鋼包和中間包中不易發生上浮聚集現象，這樣可以保證有足夠的氧化物夾雜分布在鋼水中，可以有效地解決因氧化物在鋼包及中間包的鋼水中發生上浮以致氧化物的數量及分布難以控制的問題。
本發明中，鑄帶在900~1000℃開始進行一道次熱軋後，採取水冷方式將經由熱軋機所得到的熱軋板冷卻至550~620℃進行捲曲，可以有效地抑制晶界魏氏鐵素體的形成，提供針狀鐵素體形核所需的過冷度，從而促進針狀鐵素體的形成。
本發明所製造的含有針狀鐵素體低碳薄帶鋼中針狀鐵素體的含量為40~90%，有效細化低碳薄帶鋼組織，並解決了傳統低碳薄帶鋼生產流程複雜，成本高，能耗大等問題。
附圖說明
圖1是本發明的含有針狀鐵素體低碳薄帶鋼的製造方法流程示意圖；
其中、1、鋼包，2、中間包，3、熔池，4、鑄輥，5、鑄帶，6、冷卻系統，7、熱軋機，8、熱軋板，9、水冷系統，10、卷取機，11、含有針狀鐵素體低碳薄帶鋼；
圖2是本發明實施例1得到的含有針狀鐵素體低碳薄帶鋼的金相組織圖。
具體實施方式
本發明實施例中得到的含有針狀鐵素體低碳薄帶鋼中針狀鐵素體的體積分數是根據金相組織圖中針狀鐵素體的面積計算得出，採用的是ImageJ圖像處理軟體。
本發明的鋼液經中間包澆入雙輥薄帶連鑄設備中，是將鋼液經中間包澆入旋轉方向相反的兩個鑄輥和側封板組成的空腔內形成熔池。
本發明實施例中得到的含有針狀鐵素體低碳薄帶鋼的屈服強度為400~450MPa，抗拉強度為650~710MPa，斷後延伸率為16~30%。
本發明實施例中觀測金相組織採用的設備為LEICA DMIRM型光學顯微鏡。
實施例1
冶煉鋼液，化學成分按質量百分比含C 0.16%、Si 0.6%、Mn 0.5%、Al 0.0028%、Zr 0.3%、P 0.05%、S 0.02%、O 0.015%、N 0.002%，餘量為Fe；
預熱中間包至1100℃，將鋼包中的鋼液經中間包澆入雙輥薄帶連鑄設備中，控制澆注溫度為1540℃，鋼液經鑄輥的輥縫凝固並導出，導出速度為35m/min，得到厚度為2.5mm的鑄帶；
鑄帶導出後以15℃/s冷卻至1000℃，開始進行一道次熱軋，得到2.0mm厚熱軋板；
將熱軋板水冷至600℃進行捲曲，水冷速率為30℃/s，得到含有針狀鐵素體低碳薄帶鋼；含有針狀鐵素體低碳薄帶鋼的針狀鐵素體的體積分數為80%，金相組織如圖2所示，屈服強度為430MPa，抗拉強度為700MPa，斷後延伸率為18%。
實施例2
冶煉鋼液，化學成分按質量百分比含C 0.02%、Si 0.2%、Mn 0.7%、Al 0.0035%、Zr 0.3%、P 0.05%、S 0.02%、O 0.015%、N 0.002%，餘量為Fe；
預熱中間包至1150℃，將鋼包中的鋼液經中間包澆入雙輥薄帶連鑄設備中，控制澆注溫度為1540℃，鋼液經鑄輥的輥縫凝固並導出，導出速度為35m/min，得到厚度為2.3mm的鑄帶；
鑄帶導出後以20℃/s冷卻至1000℃，開始進行一道次熱軋，得到1.8mm厚熱軋板；
將熱軋板水冷至600℃進行捲曲，水冷速率為35℃/s，得到含有針狀鐵素體低碳薄帶鋼；含有針狀鐵素體低碳薄帶鋼的針狀鐵素體的體積分數為65%，屈服強度為410MPa，抗拉強度為680MPa，斷後延伸率為20%。
實施例3
冶煉鋼液，化學成分按質量百分比含C 0.18%、Si 0.4%、Mn 0.5%、Al 0.002%、Zr 0.2%、P 0.003%、S 0.001%、O 0.01%、N 0.004%，餘量為Fe；
預熱中間包至1170℃，將鋼包中的鋼液經中間包澆入雙輥薄帶連鑄設備中，控制澆注溫度為1520℃，鋼液經鑄輥的輥縫凝固並導出，導出速度為50m/min，得到厚度為2.1mm的鑄帶；
鑄帶導出後以25℃/s冷卻至900℃，開始進行一道次熱軋，得到1.5mm厚熱軋板；
將熱軋板水冷至620℃進行捲曲，水冷速率為50℃/s，得到含有針狀鐵素體低碳薄帶鋼；含有針狀鐵素體低碳薄帶鋼的針狀鐵素體的體積分數為40%，屈服強度為400MPa，抗拉強度為650MPa，斷後延伸率為30%。
實施例4
冶煉鋼液，化學成分按質量百分比含C 0.08%、Si 0.3%、Mn 1%、Al 0.003%、Zr 0.05%、P 0.15%、S 0.015%、O 0.003%、N 0.001%，餘量為Fe；
預熱中間包至1200℃，將鋼包中的鋼液經中間包澆入雙輥薄帶連鑄設備中，控制澆注溫度為1530℃，鋼液經鑄輥的輥縫凝固並導出，導出速度為30m/min，得到厚度為2.0mm的鑄帶；
鑄帶導出後以22℃/s冷卻至950℃，開始進行一道次熱軋，得到1.4mm厚熱軋板；
將熱軋板水冷至550℃進行捲曲，水冷速率為45℃/s，得到含有針狀鐵素體低碳薄帶鋼；含有針狀鐵素體低碳薄帶鋼的針狀鐵素體的體積分數為90%，屈服強度為450MPa，抗拉強度為710MPa，斷後延伸率為16%。