薄帶連鑄連軋生產複合鋼板的方法

2023-04-24 16:01:51 2

專利名稱：薄帶連鑄連軋生產複合鋼板的方法
技術領域：
本發明涉及複合鋼板製造技術，特別涉及薄帶連鑄連軋生產複合鋼板 的方法。
背景技術：
隨著鋼鐵製造工藝的不斷進步，出現了大量的不同成分與不同組織的 鋼鐵材料。這些鋼鐵材料包括碳鋼、不鏽鋼、矽鋼以及各種合金鋼。其中 使用量最大的鋼鐵材料還是碳鋼和不鏽鋼。碳鋼以其優異的力學性能成為 結構材料領域最重要的材料之一，但是碳鋼材料一個明顯的缺點是耐蝕性 低。不適合使用於具有腐蝕的環境，每年因腐蝕而消耗的碳鋼已逐歩佔到
了年鋼鐵總產量的10%，而且還在上升。
不鏽鋼以其優異的耐蝕能力受到廣泛的青睞，是重要的功能性鋼鐵材 料，我國加大了不鏽鋼的生產和研發能力，產能提高。但是仍不能滿足是 益增長的需求。另外，不鏽鋼的強度低極大地限制了不鏽作為結構材料的 大量應用。近來也開發了一些高強度不鏽鋼，可是其工藝複雜，能耗及成 本較高，不具有較高的綜合競爭力。而且隨著合金資源的的日益枯竭，作 為不鏽鋼重要成分的合金元素的價格越來越高，從而引起不鏽鋼的價格也 越來越高。不鏽鋼的競爭優勢也極大地受到影響，越來越大地受到有色金 屬和有機複合材料的挑戰。所以人們正在努力尋求方法解決不鏽鋼的成本 問題。
綜合利用碳鋼的優異力學性能和不鏽鋼的優異的耐蝕性能一直是學 術界和工業界的目標。眾所周知，材料的破壞絕大多數是從表面開始的。 例如腐蝕、磨損、疲勞等。所以如果將碳鋼和不鏽鋼組合起來，形成不鏽 鋼表層和碳鋼心部的複合結構鋼鐵材料，就可以同時保證力學性能和功能 性能。最初的不鏽鋼與碳鋼的複合是採用軋制的方法，將兩片不鏽鋼與一 片碳鋼放置成碳鋼在中心的方式，然後採用爆炸成型或冷軋或溫軋的方法 進行結合軋制。但無法完全消除結合界面，碳鋼與不鏽鋼之間的結合力不
3高，成本高且生產率低。為了提高結合力從面進行超高溫的退火處理，生 產製備周期長，而且超高溫的退火處理過程中容易發生分層等。所以一直 沒有得到較好的發展。
近來，國際上努力開發複合澆鑄技術，在澆鑄的過程中直接在結晶器 中引入碳鋼與不鏽鋼和鋼液，碳鋼在中心不鏽鋼在兩側。採用電磁控制技 術防止兩種液態金屬的混合。日本已有部分產品供應市場。但這種技術的 不鏽鋼層較厚，技術控制難度高。由於採用電磁控制技術防止兩種液態金 屬的混合，難以靈活地控制不鏽鋼和碳鋼的成分，技術也不十分成熟，有 待於進一步研究。

發明內容
本發明的目的在於提供一種薄帶連鑄連軋生產複合鋼板的方法，在薄 帶連鑄過程中，直接形成碳鋼在心部、不鏽鋼在表面的、表面耐蝕性好和 心部強度高的、具有優異綜合性能的複合結構鋼板。
為達到以上的目的，本發明的技術方案是，
薄帶連鑄連軋生產複合鋼板的方法，液態碳鋼水經過雙輥薄帶連鑄形 成薄鋼帶，在薄鋼帶離開結晶輥接觸點以後採用高溫不鏽鋼顆粒射流在薄
鋼帶表面，不鏽鋼顆粒粘接形成不鏽鋼表面層，顆粒溫度550 650°C;再 經熱軋軋制形成碳鋼在心部不鏽鋼在表面的複合鋼板。
進一步，液態碳鋼水經雙輥薄帶連鑄形成高溫薄鋼帶，薄鋼帶的出帶 溫度在110(TC 140(TC之間，鋼帶的厚度在2 5mm之間。
如權利要求1所述的薄帶連鑄連軋生產複合鋼板的方法，其特徵在於， 不鏽鋼顆粒粒徑在100微米以下，粒子速度達到650m/s以上。
如權利要求1所述的薄帶連鑄連軋生產複合鋼板的方法，其特徵在於， 不鏽鋼顆粒射流採用惰性氣體或還原性氣體與惰性氣體的混合氣體攜帶 和保護，氣體溫度在550 80(TC之間。
所述的氣體從薄鋼帶的雙面進行噴射保護。
不鏽鋼表面層的厚度為單層厚度為複合組織鋼板總厚度的10 15%， 兩個表面層總厚度為複合組織鋼板總厚度的20 30%。
高溫鋼帶在出帶後一直在惰性氣體或還原性氣體保護下冷卻到100(TC以下。
在1000 卯(TC之間對複合組織鋼帶進行軋制處理，軋下量控制在 10 50%之間。
軋制用單道次軋制，或多道次軋制。
軋制後鋼帶進行水冷冷卻到45(TC以下，優選為20(TC以下。
本發明將液態碳鋼水導入到 一 組相對旋轉的結晶輥中，結晶輥內部採 用水冷冷卻，將液態碳鋼鋼水經雙輥鑄軋形成高溫碳鋼薄帶。要求薄鋼帶 的出帶溫度在110(TC-140(TC之間，鋼帶的厚度在2-5mm之間。帶鋼從結 晶輥拉出後即刻在帶鋼的表面進行不鏽鋼顆粒射流複合化處理。整個過程 採用惰性氣體保護防止表面氧化。
當帶鋼離開結晶輥接觸點後，採用惰性氣體攜帶不鏽鋼顆粒形成與帶 鋼寬度相同的層流射流從兩個表面對高溫鋼帶進行噴射複合。由於高溫下 帶鋼較軟，不鏽鋼顆粒速度較高，當不鏽鋼顆粒撞擊高溫薄鋼帶表面時， 在碳鋼帶的表面粘接而形成一層不鏽鋼層。不鏽鋼顆粒噴射過程中採用雙 向等強度相對噴射，防止鋼帶發生過大的抖動。如果製備單面的複合鋼板， 在相對面也要進行氣流噴射以平衡帶鋼的受力。
不鏽鋼顆粒的粒子速度達到650m/s以上，保證不鏽鋼顆粒粘接於帶 鋼的表面。薄鋼帶的出帶溫度在110(TC-140(TC之間，保證不鏽鋼顆粒粘 接後發生融合作用。不鏽鋼顆粒射流釆用惰性氣體保護以防止不鏽鋼顆粒 以及鋼帶表面氧化。
不鏽鋼顆粒的溫度在550-65(TC之間，以具備較好的變形能力。顆粒 粒徑在100微米以下，防止大顆粒對帶鋼表面產生損傷。惰性氣體的溫度 要求在550-80(TC之間，防止帶鋼產生激冷表面。
不鏽鋼層的厚度為單層厚度為複合組織鋼板總厚度的10-15%,兩 個表面層總厚度為複合組織鋼板總厚度的20-30%。
不鏽鋼層製備後，複合組織鋼帶在惰性氣體保護下冷卻到IOO(TC以 下。在1000-90(TC之間對複合組織鋼帶進行軋制處理，調整帶鋼的板型， 軋下量控制在10-50%之間。可以採用單道次，也可以採用多道次軋制。
軋制後鋼帶進行水冷冷卻到45(TC以下，防止帶鋼的氧化和合金元素 的過量擴散。
5本發明的技術特點在於
1. 薄帶連鑄連軋工藝在其結晶輥出口處將液態碳鋼形成了高溫的鋼
帶。此鋼帶的溫度範圍在在110(TC-140(TC之間，鋼帶的硬度較低，不鏽
鋼顆粒容易進行粘接。
2. 當帶鋼離開結晶輥接觸點後，採用不鏽鋼顆粒射流從兩個表面對高
溫鋼帶進行噴射，在高溫薄鋼帶表面形成不鏽鋼表面層。
3. 不鏽鋼顆粒的溫度在550-65(TC之間，具備較好的變形能力。顆粒 粒徑在IOO微米以下，不對高溫帶鋼表面產生損傷。
4. 採用惰性氣體保護，氣體的溫度在550-800。C之間，不對帶鋼產生 激冷。
5. 不鏽鋼顆粒的粒子速度達到650m/s以上，保證不鏽鋼顆粒有效粘接 於帶鋼的表面。可以在結晶輥接觸點後進行多次噴射，形成不同成分的多 層複合結構。
6. 當帶鋼離開結晶輥接觸點後，惰性氣體保護是從兩個表面對高溫鋼 帶進行噴射。雙面等強度相對噴射。不對帶鋼的運動產生影響。
7. 不鏽鋼層的厚度為單層厚度為複合組織鋼板總厚度的10-15%，兩 個表面層總厚度為複合組織鋼板總厚度的20-30%。
8. 鋼帶在離開結晶輥接觸點以後，在進行噴射粘接不鏽鋼過程中以及 冷卻到1050'C以下的整個過程採用惰性氣體保護，防止帶鋼的氧化。
9. 不鏽鋼層製備後，複合組織鋼帶在惰性氣體保護下冷卻到1050。C以 下。在1050-90(TC之間對複合組織鋼帶進行軋制處理，調整帶鋼的板型， 軋下量控制在10-30%之間。可以採用單道次，也可以採用多道次軋制。 提高了不鏽鋼層與碳鋼的結合力，形成冶金結合。
10. 軋制後鋼帶進行水冷冷卻到45(TC以下，防止帶鋼的氧化和合金元 素的過量擴散。優選為冷卻到20(TC以下。
本發明與現有技術的主要區別在於
與複合軋制技術相比，本發明方法是採用顆粒直接粘接於帶鋼的表 面，不需要進行另外的軋制工藝；並且是在高溫下進行，不鏽鋼層與碳鋼 的結合力高，為冶金結合。
與複合澆鑄技術相比，本發明方法不需要進行複雜的電磁控制技術防止兩種液態金屬的混合。生產工藝過程可控性強，適合於不同成分的不鏽鋼與碳鋼的複合板。並且可進行不同區域的特色複合，形成不同的複合板。本發明方法可以在一個工藝下形成多層複合，生產效率高，可適合多種複合組織。


圖1為本發明薄帶連鑄連軋生產複合鋼板的方法的流程圖。
具體實施例方式
參見圖1，本發明薄帶連鑄連軋複合鋼板的製備方法，將液態碳鋼水
1從中間包2進入一組相對旋轉的結晶輥的雙輥結晶器3，經過雙輥薄帶連鑄形成薄鋼帶4，在薄鋼帶離開結晶輥接觸點以後將鋼板表面清潔5後，放入到惰性氣體保護爐內進行加熱；在惰性氣體或還原性惰性氣體保護下引入不鏽鋼顆粒射流，在高溫薄鋼板上形成不鏽鋼表面層6;隨爐冷卻到100(TC以下，從爐內迅速取出進行軋制7;經熱軋軋制形成碳鋼在心部不鏽鋼在表面的複合鋼板8。軋制後立刻水淬，然後放入指定溫度的爐內均溫30分鐘。然後取出空冷到室溫。
實施例1
將2mm厚的碳鋼板在惰性氣體保護爐內進行加熱到到1400°C，保溫5min。引入304不鏽鋼顆粒射流，顆粒射流速度650m/s，顆粒平均粒徑65微米，最大粒徑100微米，溫度55(TC。形成雙表面各為200微米不鏽鋼層。攜帶保護氣體溫度為650。C氮氣。隨爐冷卻到950°C，單道次軋下20%。 20(TC保溫。得到複合鋼板實際厚度為1.9mm，表面成分為304不鏽
實施例2
將5mm厚的IF鋼板在惰性氣體保護爐內進行加熱到到IIO(TC，保溫15min。引入410不鏽鋼顆粒射流，顆粒射流速度710m/s，顆粒平均粒徑55微米，最大粒徑75微米，溫度650°C。形成雙表面各為500微米左右不鏽鋼層。攜帶保護氣體溫度為80(TC氮氣。隨爐冷卻到100(TC，單道次軋下30%。 45(TC保溫。得到複合鋼板實際厚度為4.5mm，表面成分為410不鏽鋼，鎳含量有一定程度的降低。
實施例3
將3mm厚的碳鋼板在惰性氣體保護爐內進行加熱到到125(TC，保溫10min。引入2507雙相不鏽鋼顆粒射流，顆粒射流速度680m/s，顆粒平均粒徑45微米，最大粒徑80微米，溫度60(TC。形成雙表面各為400微米左右不鏽鋼層。攜帶保護氣體溫度為80(TC氮氣。隨爐冷卻到890°C，單道次軋下15%。直接水淬。得到複合鋼板實際厚度為3.5mm，表面成分為2507不鏽鋼，含有一定量的馬氏體組織。
實施例4
將2mm厚的矽鋼板在惰性氣體保護爐內進行加熱到到1300°C，保溫10min。引入410不鏽鋼顆粒射流，顆粒射流速度700m/s，顆粒平均粒徑30微米，最大粒徑50微米，溫度65(TC。形成雙表面各為300微米左右不鏽鋼層。攜帶保護氣體溫度為80(TC氮氣。隨爐冷卻到1000。C，單道次軋下10%, 45(TC均溫。得到複合鋼板實際厚度為2.1mm，表面成分為410不鏽鋼。做了次實驗，矽鋼板易裂，不裂的成功率30%左右。
實施例5
將4mm厚的碳鋼板在惰性氣體保護爐內進行加熱到到1200°C，保溫15min。引入316不鏽鋼含有3%銅的複合顆粒射流，顆粒射流速度660m/s，顆粒平均粒徑35微米，最大粒徑50微米，溫度600'C。形成雙表面各為400微米左右不鏽鋼層。攜帶保護氣體溫度為70(TC氮氣。隨爐冷卻到98(TC，雙道次各軋下10。/。。20(TC均溫。得到複合鋼板實際厚度為3.56mm，表面成分為316不鏽鋼，銅氧化較多。
實施例6
將3mm厚的碳鋼板在惰性氣體保護爐內進行加熱到到1150°C，保溫15min。引入高錳twip鋼成分的顆粒平面射流，顆粒射流速度660m/s，顆粒平均粒徑30微米，最大粒徑50微米，溫度600°C。形成雙表面各為300微米左右複合結構鋼板。攜帶保護氣體溫度為65(TC氮氣。隨爐冷卻到1050。C，雙道次各軋下10。/。。20(TC均溫。得到複合鋼板實際厚度為2.41mm，表面成分錳含量與粉末相同。
權利要求
1.薄帶連鑄連軋生產複合鋼板的方法，液態碳鋼水經過雙輥薄帶連鑄形成薄鋼帶，在薄鋼帶離開結晶輥接觸點以後採用高溫不鏽鋼顆粒射流在薄鋼帶表面，不鏽鋼顆粒粘接形成不鏽鋼表面層，顆粒溫度550～650℃；再經熱軋軋制形成碳鋼在心部不鏽鋼在表面的複合鋼板。
2. 如權利要求1所述的薄帶連鑄連軋生產複合鋼板的方法，其特徵在於， 液態碳鋼水經雙輥薄帶連鑄形成高溫薄鋼帶，薄鋼帶的出帶溫度在 110(TC 140(TC之間，鋼帶的厚度在2 5mm之間。
3. 如權利要求1所述的薄帶連鑄連軋生產複合鋼板的方法，其特徵在於， 不鏽鋼顆粒粒徑在100微米以下，粒子速度達到650m/s以上。
4. 如權利要求1所述的薄帶連鑄連軋生產複合鋼板的方法，其特徵在於， 不鏽鋼顆粒射流採用惰性氣體或還原性氣體與惰性氣體的混合氣體攜 帶和保護，氣體溫度在550 80(TC之間。
5. 如權利要求4所述的薄帶連鑄連軋生產複合鋼板的方法，其特徵在於， 所述的氣體從薄鋼帶的雙面進行噴射保護。
6. 如權利要求1所述的薄帶連鑄連軋生產複合鋼板的方法，其特徵在於， 不鏽鋼表面層的厚度為單層厚度為複合組織鋼板總厚度的10 15%， 兩個表面層總厚度為複合組織鋼板總厚度的20 30%。
7. 如權利要求1所述的薄帶連鑄連軋生產複合鋼板的方法，其特徵在於， 高溫鋼帶在出帶後一直在惰性氣體或還原性還原性氣體保護下冷卻到 1000。C以下。
8. 如權利要求1所述的薄帶連鑄連軋生產複合鋼板的方法，其特徵在於， 在1000 900。C之間對複合組織鋼帶進行軋制處理，軋下量控制在 10 50%之間。
9. 如權利要求1或8所述的薄帶連鑄連軋生產複合鋼板的方法，其特徵 在於，軋制用單道次軋制，或多道次軋制。
10. 如權利要求1所述的薄帶連鑄連軋生產複合鋼板的方法，其特徵在於， 軋制後鋼帶進行水冷冷卻到45(TC以下，優選為20(TC以下。
全文摘要
薄帶連鑄連軋生產複合鋼板的方法，液態碳鋼水經過雙輥薄帶連鑄形成薄鋼帶，在薄鋼帶離開結晶輥接觸點以後採用高溫不鏽鋼顆粒射流在薄鋼帶表面，不鏽鋼顆粒粘接形成不鏽鋼表面層，顆粒溫度550～650℃；再經熱軋軋制形成碳鋼在心部、不鏽鋼在表面的複合鋼板。本發明複合鋼板表面耐蝕性好和心部強度高、具有優異綜合性能等特點。
文檔編號B21B37/00GK101683656SQ20081020070
公開日2010年3月31日 申請日期2008年9月27日 優先權日2008年9月27日
發明者張俊寶, 徐樂江, 園 方, 梁永立 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司