CN101487105A - 一种表面负偏析磷的高磷耐候钢铸轧薄带及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种表面负偏析磷的高磷耐候钢铸轧薄带及其制备方法，属于材料技术领域，其成分按重量百分比为：C≤0.12％、Si0.15～0.75％、Mn0.20～0.50％、P0.10～0.30％、S≤0.02％、Cu0.25～0.50％、Cr0.30～1.25％；Ni0.12～0.65％，余量为Fe。制备方法为：将炼钢原料经过熔炼、精炼后获得精炼钢水，采用双辊薄带铸轧设备制备铸轧带坯，开浇温度为1540～1600℃，铸轧速度为12～120m/min，预设辊缝为1～4mm；钢水冷却速率可达102～104℃/s；然后冷轧、退火。本发明的表面负偏析磷的高磷耐候钢铸轧薄带抗拉强度≥405MPa，延伸率≥28％，和常规工艺生产的高磷薄带相比，高磷耐候钢铸轧薄带的韧脆转变温度下降10℃左右。
Description
技术领域
本发明属于材料技术领域，特别涉及一种表面负偏析磷的高磷耐候钢铸轧薄带及其制备方法。
背景技术
随着生态经济和循环经济等概念的提出，更加迫切地需要对废钢进行有效的回收。磷是废钢中最主要的夹杂元素之一，在常规板坯生产过程中易于形成偏析，导致严重的脆性。因此废钢的有效回收在于如何既提高钢中磷含量又不产生破坏性作用。另一方面，磷元素也并不总是起有害的作用。只要能够消除磷偏析的不利影响，就能发挥其固溶强化和耐蚀的作用。但是在常规工艺中，消除磷偏析是十分困难的。
发明内容
针对以上技术问题，本发明提供一种表面负偏析磷的高磷耐候钢铸轧薄带及其制备方法。
本发明的表面负偏析磷的高磷耐候钢铸轧薄带的化学成分按重量百分比为：C≤0.12％、Si 0.15～0.75％、Mn 0.20～0.50％、P 0.10～0.30％、S≤0.02％、Cu 0.25～0.50％、Cr 0.30～1.25％；Ni 0.12～0.65％，余量为Fe和微量杂质。将表面负偏析磷的高磷耐候钢铸轧薄带的磷含量控制在0.14～0.26％之间，能够使高磷耐候钢铸轧薄带获得更好的力学性能和耐蚀性能组合；进一步控制表面负偏析磷的高磷耐候钢铸轧薄带中的C、Si和Cr的成分按重量百分比为C 0.04～0.10％、Si 0.25～0.45％、Cr 0.30～0.70％，能够获得高磷耐候钢铸轧薄带力学性能和耐蚀性能的最佳组合。
本发明的具有磷的表面负偏析的高磷耐候钢薄带的制备方法包括以下步骤：
1、熔炼：按设定的比例将炼钢原料预热至100～300℃，放入冶炼炉中，在惰性气体保护下进行熔炼。
2、精炼：当冶炼炉中的钢水温度为1530～1650℃时，添加除渣剂，在惰性气体保护下进行精炼，精炼时间为2～30min；精炼结束后的钢水静置2～20min，获得精炼钢水。
3、制备铸轧带坯：将精炼钢水采用双辊薄带铸轧设备进行铸轧，铸轧过程中，钢水的开浇温度为1540～1600℃，铸轧速度为12～120m/min，预设辊缝为1～4mm；在钢水的流动过程中用惰性气体保护；获得厚度为1～5mm的表面负偏析磷的铸轧带坯。该步骤通过采用惰性气体保护提高了钢液化学成分控制精度和纯净度，改善了铸轧带坯质量。
4、冷轧和退火：制备的铸轧带坯经过酸洗后冷轧，冷轧压下量为20～85％，冷轧后厚度为0.7～3mm，在650～850℃的温度下退火5～60min获得成品表面负偏析磷的高磷耐候钢铸轧薄带。
本发明具有以下突出特点和显著效果：
(1)薄带铸轧工艺属于短流程工艺，符合节能减排的要求。由于钢水凝固过程中冷却速度高达102～104℃/s，属于典型的亚快速凝固，富集在枝晶间的低熔点元素磷在轧制力的作用向铸轧带坯表面偏聚，形成了后续冷轧和退火工艺无法消除的表面负偏析，导致铸轧带坯中心磷含量降低，保证了薄带的强度和塑性。冷轧退火后，其抗拉强度≥405MPa，延伸率≥28％，达到了同类薄带的使用标准；而在表面偏聚的磷有助于形成致密的磷酸盐层，阻止了腐蚀液对基体的进一步腐蚀，大幅度地提高了耐蚀性能，实验室干湿交替加速腐蚀测试结果表明，120周期后，其锈层厚度仅为09CuPCrNi-A(对比样品)的60％左右。
(2)表面负偏析磷的高磷耐候钢铸轧薄带中，当磷含量高于0.14％时，和常规工艺生产的高磷薄带相比，在磷含量相同的情况下，表面负偏析磷的高磷耐候钢铸轧薄带的韧脆转变温度相对低10℃左右，钢材韧性提高。
附图说明
图1为本发明实施例中的表面负偏析磷的高磷耐候钢铸轧薄带与常规带材的磷含量-韧脆转变温度曲线图。
图2为本发明中实施例1中的表面负偏析磷的高磷耐候钢铸轧薄带、实施例2中的表面负偏析磷的高磷耐候钢铸轧薄带和对比样品经实验室加速0.005mol/1NaHSO3溶液(PH＝4.5)腐蚀120周期(每周期12小时)后的形貌图；其中左边图为对比样品(09CuPCrNi-A)腐蚀后形貌，中间图为实施例1产品腐蚀后形貌，右边图为实施例2产品腐蚀后形貌。
图3为本发明中实施例1中的表面负偏析磷的高磷耐候钢铸轧薄带、实施例2中的表面负偏析磷的高磷耐候钢铸轧薄带和对比样品的实验室加速腐蚀试验的腐蚀增厚曲线图；图中A为实施例1产品腐蚀增厚曲线，B为实施例1产品腐蚀增厚曲线，09CuPCrNi-A为对比样品腐蚀增厚曲线。
图4为本发明中实施例1中的表面负偏析磷的高磷耐候钢铸轧薄带、实施例2中的表面负偏析磷的高磷耐候钢铸轧薄带和对比样品经实验室加速腐蚀60周期后，基体/锈层界面的EDX结果图；其中第一个图为对比样品(09CuPCrNi-A)EDX结果图，第二个图(A)为实施例1EDX结果图，第三个图(B)为实施例2EDX结果图。
图5为本发明实施例2中铸轧带坯的电子探针显微分析结果图。
具体实施方式
本发明实施例中采用的惰性气体为氩气，气压为3～20个大气压。
本发明实施例中采用的除渣剂为珍珠岩保温除渣剂，用量为钢水重量的0.4～0.6％。
本发明实施例中采用的双辊薄带铸轧机参数为：辊套材质为合金钢；铸轧辊直径500mm；辊身宽度250mm；冷却方式为内部水冷，冷却水压力可调，最大0.3MPa；可轧带厚1～5mm。
本发明实施例中酸洗采用的酸为体积百分比为12～18％的盐酸溶液。
本发明实施例中采用的冶炼炉为中频感应炉。
以下为本发明优选实施例。
实施例1
将炼钢原料预热至300℃后，放入中频感应炉中，在氩气保护下进行熔炼。氩气气源的气压为20个大气压。
当钢水温度在1540℃时，添加除渣剂，进行精炼，精炼时间为10min，精炼时采用氩气进行保护，氩气气压为5个大气压；精炼结束后静置3min，准备开浇。
铸轧过程中，开浇温度为1560℃，铸造速度为20m/min，预设辊缝为1.4mm，在钢液的流动过程中也采用氩气进行保护，氩气气压为5个大气压；获得的铸轧带坯厚度为1.7mm。在钢水凝固过程中，冷却速率为7.5×102℃/s。
铸轧带坯经酸洗后冷轧，轧后在750℃的温度下退火30min，获得成品高磷耐候钢铸轧薄带厚度为0.8mm；成分按重量百分比为C 0.076％、Si 0.341％、Mn 0.326％、P 0.150％、S 0.0083％、Cu 0.325％、Cr 0.510％、Ni 0.410％，其余为Fe和微量杂质。
该成品高磷耐候钢铸轧薄带的力学性能为：抗拉强度为435MPa，屈服强度为315MPa，延伸率为32.5％，达到了常规工艺生产的同类薄带的使用标准，韧脆转变温度为-45℃，比常规工艺生产的相同P含量的薄带(常规带材)降低10℃，磷含量-韧脆转变温度效果参见图1。
经实验室加速0.005mol/1NaHSO3溶液(PH＝4.5)腐蚀120周期(每周期12小时)后形貌参见图2，增重曲线参见图3，EDX结果参见图4。
由图1可以看出，经过120周期(60天)加速腐蚀试验后，该成品高磷耐候钢铸轧薄带的锈层平均厚度仅为对比样品09CuPCrNi-A的54％，表明该成品高磷耐候钢铸轧薄带抗腐蚀性能明显优于对比样品09CuPCrNi-A。
锈层厚度(h，m)随时间(t，hrs)的变化可以由方程h＝Ktn(其中K和n为常数)来描述。根据上述方程，采用非线性拟合法对图2所列的结果进行拟合，可以得到对比样品和高磷耐候钢铸轧薄带的n值分别为0.48095和0.27411。对比样品n值接近于0.5，说明其腐蚀由扩散控制，而高磷耐候钢铸轧薄带n值小于0.5，说明由于锈层中的致密层的阻挡导致了扩散系数的减小，提高了其耐蚀性能。
由图3的EDX结果中可以看出，对比样品09CuPCrNi-A的锈层/基体界面没有磷富集，而高磷耐候钢铸轧薄带锈层/基体上有明显的磷富集，说明了磷促进了致密磷酸盐的形成，阻挡了腐蚀液进一步接触基体。
实施例2
将炼钢原料预热至300℃后，放入中频感应炉中，在氩气保护下进行熔炼。氩气气源的气压为3个大气压。
当钢水温度在1535℃时，添加除渣剂，进行精炼，精炼时间为10min，精炼时采用氩气进行保护，氩气气压为3个大气压；精炼结束后静置5min，准备开浇。
铸轧过程中，开浇温度为1560℃，铸造速度为20m/min，预设辊缝为1.4mm，在钢液的流动过程中也采用氩气进行保护，氩气气压为3个大气压；获得的铸轧带坯厚度为1.7mm。在钢水凝固过程中，冷却速率为3.0×103℃/s。
铸轧带坯经酸洗后冷轧，轧后在750℃的温度下退火30min，获得成品高磷耐候钢铸轧薄带厚度为0.8mm；成分按重量百分比为C 0.075％、Si 0.352％、Mn 0.320％、P 0.260％、S0.0057％、Cu 0.317％、Cr 0.505％、Ni 0.407％，其余为Fe和微量杂质。
该成品高磷耐候钢铸轧薄带力学性能为：抗拉强度为520MPa，屈服强度为375MPa，延伸率为30.0％，达到了常规工艺生产的同类薄带的使用标准；韧脆转变温度为-25℃，比常规工艺生产的相同P含量的薄带(常规带材)降低10℃以上，磷含量-韧脆转变温度效果参见图1。
经实验室加速0.005mol/1NaHSO3溶液(PH＝4.5)腐蚀120周期(每周期12小时)后形貌参见图2，增重曲线参见图3，EDX结果参见图4。
由图1可以看出，经过120周期(60天)加速腐蚀试验后，该成品高磷耐候钢铸轧薄带的锈层平均厚度仅为对比样品09CuPCrNi-A的51％，表明该成品高磷耐候钢铸轧薄带抗腐蚀性能明显优于对比样品09CuPCrNi-A。
该成品高磷耐候钢铸轧薄带的n值分别为0.27197，小于0.5，说明由于锈层中的致密层的阻挡导致了扩散系数的减小，提高了其耐蚀性能。
由图5可以观察到铸轧带坯中明显的磷的表面负偏析，随后的冷轧和退火工艺是不能消除这种宏观偏析的。由图3的EDX结果中可以看出，该成品高磷耐候钢铸轧薄带锈层/基体上有明显的磷富集，说明了偏析于表面的磷促进了致密磷酸盐的形成，阻挡了腐蚀液进一步接触基体。
实施例3
将炼钢原料预热至200℃后，放入中频感应炉中，在氩气保护下进行熔炼。氩气气源的气压为10个大气压。
当钢水温度在1580℃时，添加除渣剂，进行精炼，精炼时间为2min，精炼时采用氩气进行保护，氩气气压为10个大气压；精炼结束后静置10min，准备开浇。
铸轧过程中，开浇温度为1540℃，铸造速度为120m/min，预设辊缝为1.0mm，在钢液的流动过程中也采用氩气进行保护，氩气气压为10个大气压；获得的铸轧带坯厚度为1.3mm。在钢水凝固过程中，冷却速率为9.5×102℃/s。。
铸轧带坯经酸洗后冷轧，轧后在710℃的温度下退火60min，获得成品高磷耐候钢铸轧薄带厚度为0.7mm；成分按重量百分比为C 0.082％、Si 0.391％、Mn 0.423％、P 0.172％、S 0.0079％、Cu 0.298％、Cr 0.474％、Ni 0.603％，其余为Fe和微量杂质。
该成品高磷耐候钢铸轧薄带的力学性能为：抗拉强度为450MPa，屈服强度为325MPa，延伸率为32.0％，达到了常规工艺生产的同类薄带的使用标准，韧脆转变温度比常规工艺生产的相同P含量的薄带降低10℃。经过120周期(60天)加速腐蚀试验后，该成品高磷耐候钢铸轧薄带的锈层平均厚度仅为对比样品09CuPCrNi-A的52％。
实施例4
将炼钢原料预热至150℃后，放入中频感应炉中，在氩气保护下进行熔炼。氩气气源的气压为8个大气压。
当钢水温度在1610℃时，添加除渣剂，进行精炼，精炼时间为20min，精炼时采用氩气进行保护，氩气气压为8个大气压；精炼结束后静置15min，准备开浇。
铸轧过程中，开浇温度为1570℃，铸造速度为40m/min，预设辊缝为2.0mm，在钢液的流动过程中也采用氩气进行保护，氩气气压为8个大气压；获得的铸轧带坯厚度为2.5mm。在钢水凝固过程中，冷却速率为1.2×103℃/s。。
铸轧带坯经酸洗后冷轧，轧后在850℃的温度下退火5min，获得成品高磷耐候钢铸轧薄带厚度为1.3mm；成分按重量百分比为C 0.055％、Si 0.264％、Mn 0.225％、P 0.194％、S 0.0091％、Cu 0.383％、Cr 0.656％、Ni 0.143％，其余为Fe和微量杂质。
该成品高磷耐候钢铸轧薄带的力学性能为：抗拉强度为470MPa，屈服强度为335MPa，延伸率为31.5％，达到了常规工艺生产的同类薄带的使用标准，韧脆转变温度比常规工艺生产的相同P含量的薄带降低10℃以上。经过120周期(60天)加速腐蚀试验后，该成品高磷耐候钢铸轧薄带的锈层平均厚度仅为对比样品09CuPCrNi-A的60％。
实施例5
将炼钢原料预热至100℃后，放入中频感应炉中，在氩气保护下进行熔炼。氩气气源的气压为15个大气压。
当钢水温度在1650℃时，添加除渣剂，进行精炼，精炼时间为30min，精炼时采用氩气进行保护，氩气气压为15个大气压；精炼结束后静置20min，准备开浇。
铸轧过程中，开浇温度为1600℃，铸造速度为12m/min，预设辊缝为2.5mm，在钢液的流动过程中也采用氩气进行保护，氩气气压为15个大气压；获得的铸轧带坯厚度为3.2mm。在钢水凝固过程中，冷却速率为1.4×103℃/s。。
铸轧带坯经酸洗后冷轧，轧后在800℃的温度下退火10min，获得成品高磷耐候钢铸轧薄带厚度为2.1mm；成分按重量百分比为C 0.092％、Si 0.416％、Mn 0.398％、P 0.211％、S 0.0067％、Cu 0.346％、Cr 0.387％、Ni 0.399％，其余为Fe和微量杂质。
该成品高磷耐候钢铸轧薄带的力学性能为：抗拉强度为460MPa，屈服强度为332MPa，延伸率为30.25％，达到了常规工艺生产的同类薄带的使用标准，韧脆转变温度比常规工艺生产的相同P含量的薄带降低10℃以上。经过120周期(60天)加速腐蚀试验后，该成品高磷耐候钢铸轧薄带的锈层平均厚度仅为对比样品09CuPCrNi-A的53.5％。
Claims (4)
1、一种表面负偏析磷的高磷耐候钢铸轧薄带，其特征在于：表面负偏析磷的高磷耐候钢铸轧薄带的成分按重量百分比为：C≤0.12％、Si 0.15～0.75％、Mn 0.20～0.50％、P 0.10～0.30％、S≤0.02％、Cu 0.25～0.50％、Cr 0.30～1.25％；Ni 0.12～0.65％，余量为Fe。
2、权利要求1所述的一种表面负偏析磷的高磷耐候钢铸轧薄带的制备方法，其特征在于：将炼钢原料经过熔炼、精炼后获得精炼钢水，然后将精炼钢水采用双辊薄带铸轧设备制备表面负偏析磷的铸轧带坯，铸轧过程中，钢水的开浇温度为1540～1600℃，铸轧速度为12～120m/min，预设辊缝为1～4mm；在钢水的流动过程中用惰性气体保护；制备的铸轧带坯经过酸洗后冷轧，冷轧压下量为20～85％，冷轧后厚度为0.7～3mm，在650～850℃的温度下退火5～60min；获得表面负偏析磷的高磷耐候钢铸轧薄带。
3、根据权利要求2所述的一种表面负偏析磷的高磷耐候钢铸轧薄带的制备方法，其特征在于所述的熔炼：将炼钢原料预热至100～300℃，放入冶炼炉中，在惰性气体保护下进行熔炼。
4、根据权利要求2所述的一种表面负偏析磷的高磷耐候钢铸轧薄带的制备方法，其特征在于所述的精炼：当冶炼炉中的钢水温度为1530～1650℃时，添加除渣剂，在惰性气体保护下进行精炼，精炼时间为2～30min；精炼结束后的钢水静置2～20min，获得精炼钢水。
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