CN112517863A - 一种高强薄规格花纹钢板/带及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种高强薄规格花纹钢板/带及其制造方法，充分利用废钢中残余的Sn、Cu等元素作为合金元素进行钢水的冶炼，并在钢中有选择地添加B等微合金元素；冶炼过程中通过控制渣的碱度、钢中夹杂物类型及熔点、钢水中的游离氧含量、酸溶铝Als含量；然后采用双辊薄带连铸浇铸出铸带，铸带钢出结晶辊直接进入一有非氧化性气氛的下密闭室中，并在密闭情况下进入在线轧机进行热轧，轧后带钢采用气雾化冷却，最后生产的钢卷可直接作为热轧花纹板/带使用，也可经过切边‑平整后作为精整花纹板/带使用，可广泛应用于建筑、机械制造、汽车、桥梁、交通、造船等领域。

Description

一种高强薄规格花纹钢板/带及其制造方法
技术领域
本发明属于冶金行业连铸工艺和产品，具体涉及一种高强薄规格花纹钢板/带及其制造方法。
背景技术
在传统钢铁生产流程中，锡(Sn)、铜(Cu)是钢中典型的残余元素或有害元素，炼钢过程中要充分地去除Sn、Cu非常困难而且也是非常昂贵，一旦钢中含有Sn、Cu，基本是无法彻底消除的，只能通过稀释钢水来降低Sn、Cu的含量，这些都造成钢铁产品冶炼成本的升高。
近年来，由于废钢的连续循环利用，废钢资源越来越多，电价也持续降低，国内基于废钢的短流程电炉炼钢日益兴起，导致钢中的Sn、Cu等残余元素的含量逐渐升高，钢中的Sn、Cu是易偏析元素，容易富集在晶界导致裂纹等缺陷发生，因此在传统的工艺中Sn、Cu元素的含量是被严格控制的，在普通结构用钢中，对Sn、Cu的含量均有明确的要求：Sn(wt％)≤0.005％；Cu(wt％)≤0.2％。
因此，如果能对钢(特别是废钢)中Sn、Cu等残余元素做到合理利用，“化害为利”，将对整个冶金界产生积极的影响；可以实现对现有废钢或低品质劣质矿资源(高锡矿、高铜矿)的有效利用，促进钢的循环利用，降低生产成本，实现钢铁业可持续发展。
传统的薄带钢大都是由厚达70-200mm的铸坯经过多道次连续轧制生产出来的，传统热轧工艺流程是：连铸+铸坯再加热保温+粗轧+精轧+冷却+卷取，即首先通过连铸得到厚度为200mm左右的铸坯，对铸坯进行再加热并保温后，再进行粗轧和精轧，得到厚度一般大于2mm的钢带，最后对钢带进行层流冷却和卷取，完成整个热轧生产过程。如果要生产厚度小于1.5mm(含)的钢带，则难度相对较大，通常要对热轧钢带进行后续冷轧以及退火来完成。且工艺流程长、能耗高、机组设备多、基建成本高，导致生产成本较高。
薄板坯连铸连轧工艺流程是：连铸+铸坯保温均热+热连轧+冷却+卷取。该工艺与传统工艺的主要区别是：薄板坯工艺的铸坯厚度大大减薄，为50-90mm，由于铸坯薄，铸坯只要经过1～2道次粗轧(铸坯厚度为70-90mm时)或者不需要经过粗轧(铸坯厚度为50mm时)，而传统工艺的连铸坯要经过反复多道次轧制，才能减薄到精轧前所需规格；而且薄板坯工艺的铸坯不经冷却，直接进入均热炉进行均热保温，或者少量补温，因此薄板坯工艺大大缩短了工艺流程，降低了能耗，减少了投资，从而降低了生产成本。但薄板坯连铸连轧由于较快的冷速会导致钢材强度提高，屈强比提高，从而增加轧制载荷，使得可经济地生产热轧产品的厚度规格也不可能太薄，一般为≥1.5mm，见中国专利CN200610123458.1，CN200610035800.2以及CN200710031548.2，且这些专利均未涉及元素Sn和Cu。
近年来兴起的一种全无头薄板坯连铸连轧工艺(简称：ESP)，是在上述半无头薄板坯连铸连轧工艺的基础上发展起来的一种改进工艺，ESP实现了板坯连铸的无头轧制，取消了板坯火焰切割和起保温均热、板坯过渡作用的加热炉，整条产线长度大大缩短到190米左右，连铸机连铸出来的板坯厚度在90-110mm，宽度在1100-1600mm，连铸出来的板坯通过一段感应加热辊道对板坯起到保温均热的作用，然后再依次进入粗轧、精轧、层冷、卷取工序得到热轧板，这种工艺由于实现了无头轧制，可以得到最薄0.8mm厚度的热轧板，拓展了热轧板的规格范围，再加上其单条产线产量可达220万t/年规模。目前该工艺得到了快速发展和推广，目前世界上已有多条ESP产线在运营生产。
比薄板坯连铸连轧更短的工艺流程是薄带连铸连轧工艺，薄带连铸技术是冶金及材料研究领域内的一项前沿技术，它的出现为钢铁工业带来一场革命，它改变了传统治金工业中钢带的生产过程，将连续铸造、轧制、甚至热处理等整合为一体，使生产的薄带坯经过一道次在线热轧就一次性形成薄钢带，大大简化了生产工序，缩短了生产周期，其工艺线长度仅50m左右；设备投资也相应减少，产品成本显著降低，是一种低碳环保的热轧薄带生产工艺。双辊薄带连铸工艺是薄带连铸工艺的一种主要形式，也是世界上唯一实现产业化的一种薄带连铸工艺。
双辊薄带连铸典型的工艺流程如图1所示，大包1中的熔融钢水通过大包长水口2、中间包3、浸入式水口4以及布流器5直接浇注在一个由两个相对转动并能够快速冷却的结晶辊8a、8b和侧封装置6a、6b围成的熔池7中，钢水在结晶辊8a、8b旋转的周向表面凝固形成凝固壳并逐渐生长，进而在两结晶辊辊缝隙最小处(nip点)形成1-5mm厚的铸带11，铸带11经由导板9导向夹送辊12送入轧机13中轧制成0.7-2.5mm的薄带，随后经过冷却装置14冷却，经飞剪装置16切头后，最后送入卷取机19卷取成卷。
面对钢铁企业严峻的市场形势，扩展产品结构，提高经济效益和竞争力是企业生存发展的唯一出路，各大钢厂需要生产出更具竞争力的产品。花纹板是一种表面带有花纹的热轧钢板，它作为一种特殊的热轧板带产品，被广泛应用于建筑、机械制造、汽车、桥梁、交通、造船等领域，其市场需求量较大，尤其是薄规格花纹板的市场需求量更大。由于极薄规格(≤1.5mm)花纹板对于轧机的轧制稳定性和卷取机卷形上要求很高，因此国内生产厂家较少，直接导致了薄规格热轧花纹板市场价格比厚度2.0mm以上的价格高出120-200元/吨。其产品类型主要有圆豆形花纹板、菱形花纹板和扁豆形花纹板等，扁豆形花纹板以其耐磨、美观、防滑、不存油水、易于清洁及节约钢材等特点，而成为花纹板的主要豆形，应用场合和市场需求量大、价格较高，如今已经成为热连轧企业的高附加值效益品种和典型性产品，各大钢厂均在竞相开发与生产。
热轧带钢作为薄规格热轧板产品使用时，对带钢表面质量要求很高。一般要求带钢表面氧化皮的厚度越薄越好，这就需要在铸带后续的各个阶段控制氧化铁皮的生成，如在双辊薄带连铸的典型工艺中，在结晶辊直至轧机入口均采用密闭室装置防止铸带氧化，在密闭室装置内如美国专利US6920912添加氢气以及在美国专利US20060182989中控制氧气含量小于5％，均可以控制铸带表面的氧化皮厚度。但是在轧机至卷取这段输送过程如何控制氧化皮的厚度很少有关专利涉及，尤其是在采用层流冷却或喷淋冷却对带钢进行冷却的过程中，高温的带钢与冷却水接触，铸带表面的氧化皮厚度增长很快。同时，高温的带钢与冷却水接触还会带来很多问题：其一，会在带钢表面形成水斑(锈斑)，影响表面质量；其二，层流冷却或喷淋冷却用的冷却水容易造成带钢表面局部冷却不均匀，造成带钢内部微观组织的不均匀，从而造成带钢性能的不均匀，影响产品质量；其三，带钢表面局部冷却不均匀，会造成板形的恶化，影响板形质量。
但是，薄带连铸由于其本身的快速凝固工艺特性，生产的钢种普遍存在组织不均匀、延伸率偏低、屈强比偏高、成型性不好的问题；同时铸带奥氏体晶粒具有明显不均匀性，会导致奥氏体相变后所获得的最终产品组织也不均匀，从而导致产品的性能不稳定。因此采用薄带连铸生产线来生产高强薄规格花纹板，具有一定难度，具有一定的挑战，照搬传统的成分工艺是无法生产的，需要在成分和工艺上有突破。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强薄规格花纹钢板/带及其制造方法，采用双辊薄带连铸工艺来生产，充分利用废钢中残余的Sn、Cu等有害元素，实现废钢资源的综合利用；可以省去板坯加热、多道次反复热轧等复杂中间过程，通过双辊薄带连铸+一道次在线热轧工序，生产流程更短、效率更高，产线投资成本和生产成本大幅降低；采用本发明工艺生产的热轧高强薄规格花纹钢板/带，不需要经过进一步轧制，可直接供给市场使用，显著提高板带材的性价比，可广泛应用于建筑、机械制造、汽车、桥梁、交通、造船等领域。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：
本发明利用废钢中残余的Sn、Cu等元素作为合金元素进行钢水的冶炼，并在钢中有选择地添加B等微合金元素；冶炼过程中通过控制渣的碱度、钢中夹杂物类型及熔点、钢水中的游离氧含量、酸溶铝Als含量；然后进行双辊薄带连铸浇铸出1.5-3mm厚的带钢，在带钢出结晶辊后，直接进入到一个有非氧化性气氛的下密闭室中，并在密闭情况下进入到在线轧机进行热轧；轧制后的带钢采用气雾化冷却方式对带钢进行冷却，气雾化冷却方式可以有效减小带钢表面氧化皮厚度，改善带钢温度均匀性，提高带钢表面质量。最后生产的钢卷可以直接作为热轧花纹板/带使用，也可以经过切边-平整后作为精整花纹板/带使用。
具体的，本发明所述高强薄规格花纹钢板/带，其化学成分重量百分比为：C：≤0.06％，Si：≤0.5％，Mn：0.4-1.7％，P≤0.04％，S≤0.007％，N：0.004-0.010％，Als：<0.001％，B：0.001-0.006％，Mn/S>250，总氧[O]T：0.007-0.020％；含有Cu：0.1-0.6％，或含有Sn：0.005-0.04％，也可以同时含有Cu：0.1-0.6％和Sn：0.005-0.04％；余量为Fe和其他不可避免杂质。
本发明所述花纹钢板/带的花纹纹高h达到基板带厚a的20％以上，即h≥0.2a。
本发明所述花纹钢板/带的组织为针状铁素体+珠光体混合微观组织。所述花纹钢板/带的屈服强度达到345MPa以上，抗拉强度达到470MPa以上，延伸率达到22％以上。
本发明所述花纹钢板/带的化学成分设计中：
C：C是钢中最经济、最基本的强化元素，通过固溶强化和析出强化来提高钢的强度。C是奥氏体转变过程中析出渗碳体必不可少的元素，因此C含量的高低在很大程度上决定钢的强度级别，即较高的C含量对应较高的强度级别。但是，由于C的间隙固溶和析出对钢的塑性和韧性有较大危害，而且，过高的C含量对焊接性能不利，因此C含量不能过高，钢的强度通过适当添加合金元素来弥补。同时，对常规板坯连铸来说，在包晶反应区浇铸易产生铸坯表面裂纹，严重时会发生漏钢事故。对薄带连铸来说也同样如此，在包晶反应区浇铸铸带坯易发生表面裂纹，严重时会发生断带。因此，Fe-C合金的薄带连铸同样需要避开包晶反应区。故本发明采用的C含量范围是≤0.06％。
Si：Si在钢中起固溶强化作用，且钢中加Si能提高钢质纯净度和脱氧，但Si含量过高会导致可焊性和焊接热影响区韧性恶化。故本发明采用的Si含量范围是≤0.5％。
Mn：Mn是价格最便宜的合金元素之一，它能提高钢的淬透性，在钢中具有相当大的固溶度，通过固溶强化提高钢的强度，同时对钢的塑性和韧性基本无损害，是提高钢的强度最主要的强化元素，还可以在钢中起到脱氧的作用。但Mn含量过高会导致可焊性和焊接热影响区韧性恶化。故本发明采用的Mn含量范围是0.4-1.7％。
P：高含量的P容易在晶界偏析，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。在薄带连铸工艺中，铸带的凝固和冷却速率极快，可有效抑制P的偏析，从而可有效避免P的劣势，充分发挥P的优势。故在本发明中，采用较传统工艺生产时高的P含量，适当放宽P元素的含量，炼钢工序中取消脱磷工序，在实际操作中，不需要刻意进行脱磷工序，也不需要额外添加磷，P含量的范围≤0.04％。
S：在通常情况下S是钢中有害元素，使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在轧制时造成裂纹。S还会降低焊接性能和耐腐蚀性。故在本发明中，S也作为杂质元素来控制，其含量范围是≤0.007％。且，Mn/S>250。
Als：为控制钢中的夹杂物，本发明要求不能用Al脱氧，耐材的使用中，也应尽量避免Al的额外引入，要求酸溶铝Als的含量：<0.001％。
N：与C元素类似，N元素可通过间隙固溶提高钢的强度，本发明要利用钢中的N跟B作用生成BN的析出相，需要钢中有一定的N含量。但是，N的间隙固溶对钢的塑性和韧性有较大危害，自由N的存在会提高钢的屈强比，因此N含量也不能过高。本发明采用的N含量范围是0.004-0.010％。
Cu：在钢中主要起固溶和沉淀强化作用，由于Cu是易偏析元素，传统工艺流程中一般对Cu含量有较严格的控制。运用薄带连铸的快速凝固效应，本发明将Cu的上限提高到0.60％。Cu含量的提高，在一定意义上可以实现废钢或劣质矿资源(高铜矿)中铜的有效利用，促进钢的循环利用，降低生产成本，实现可持续发展的目的。
Sn：Sn元素也是废钢中的主要参与元素之一，它被公认为钢中的有害元素，因为Sn是易偏析元素，少量的Sn就会在晶界富集，导致是裂纹等缺陷发生，因此在传统的工艺中Sn元素的含量是被严格控制的。薄带连铸由于快速凝固的特点，元素在枝晶间的偏析大大减小，可以大大提高元素的固溶量，因此在薄带连铸工艺条件下，Sn元素的范围可以扩大，因此可以大大降低炼钢成本。图2是Sn元素与平均热流密度的关系。由图2可见，当Sn加入量小于0.04％时，对热流密度的影响不大，即对薄带凝固过程没有影响。图3是Sn含量与表面粗糙度的关系。因为铸带表面的裂纹通常都是在铸带表面凹凸不平的皱褶处产生，用表面粗糙度来表征表面裂纹发生情况。如果粗糙度大，则裂纹发生的概率高。由图3可知，Sn含量的增加，在快速凝固条件下并没有对铸带的表面质量产生不良的影响。由图2和图3的结果可知，Sn没有对铸带的凝固和表面质量产生不良影响。故在本发明中，对Sn含量的要求可进一步放宽，设计Sn的含量范围在0.005-0.04％。
B：B在钢中的显著作用是：极微量的B就可以使钢的淬透性成倍增加，B可以在高温奥氏体中优先析出粗大的BN颗粒从而抑制细小AlN的析出，减弱细小AlN对晶界的钉扎作用，提高晶粒的生长能力，从而粗化和均匀化奥氏体晶粒，有利于轧制后的再结晶，奥氏体晶粒粗化均匀化以后，也有利于产品屈强比的改善，可提高产品的成形性能；另外B与N的结合可以有效防止晶界低熔点相B2O3的出现。
B是活泼易偏析元素，容易在晶界偏聚，传统工艺生产含B钢时，B含量一般控制的非常严格，一般在0.001-0.003％左右；而在薄带连铸工艺中，凝固和冷却速率较快，可有效抑制B的偏析，固溶更多的B含量，因此B的含量可以适当放宽；还可以通过合理的工艺控制生成粗大的BN颗粒，抑制细小的AlN析出，起到固氮的作用。故在本发明中，采用较传统工艺更高的B含量，范围是0.001-0.006％。
本发明所述的高强薄规格花纹钢板/带的制造方法，其包括如下步骤：
1)冶炼，
按上述成分冶炼，炼钢过程造渣的碱度a＝CaO/SiO2控制在a<1.5，优选a＝<1.2，或a＝0.7-1.0；钢水中获得低熔点MnO-SiO2-Al2O3三元夹杂物中的MnO/SiO2控制在0.5～2，优选1～1.8；钢水中的自由氧[O]Free含量为：0.0005-0.005％；钢水中Mn/S>250；
2)连铸
采用双辊薄带连铸，钢水在两结晶辊辊缝隙最小处形成1.5-3mm厚的铸带，结晶辊直径在500-1500mm，优选Φ800mm；结晶辊内部通水冷却，铸机的浇铸速度为60-150m/min；连铸布流采用两级钢水分配布流***，即中间包+布流器；
3)下密闭室保护
铸带出结晶辊后，铸带温度在1420-1480℃，直接进入到下密闭室内，下密闭室内通非氧化性气体，下密闭室内的氧浓度控制在<5％；下密闭室出口铸带的温度在1150-1300℃；
4)在线热轧
铸带在下密闭室内经夹送辊送至轧机中，轧制成0.8-2.5mm厚度的花纹钢板/带，轧制温度为1100-1250℃，控制热轧压下率为10-50％，优选地，热轧压下率是15-35％；热轧后花纹钢板/带的厚度范围是0.8-2.5mm，优选厚度为1.0-1.6mm；
5)轧后冷却
对在线热轧后的花纹钢板/带进行轧后冷却，冷却采用气雾化冷却方式，冷却速率为20-100℃/s；
6)卷取
冷却后的热轧花纹钢板/带经切除质量较差的头部后，直接进行卷取成卷，控制卷取温度为500-600℃。
优选的，步骤1)中，钢水冶炼采用电炉炼钢，冶炼原料可选用100％全废钢，无需预筛选；或者，冶炼采用转炉炼钢，废钢按占冶炼原料20％以上的比例加入转炉，且无需预筛选；然后再进入LF炉、VD/VOD炉或RH炉精炼。
优选的，步骤3)中，所述非氧化性气体包括惰性气体、N2，或干冰升华得到的CO2气体、N2和H2的混合气体。
优选的，步骤4)，花纹钢板/板轧制用的轧辊包括上辊、下辊，上辊为花纹辊，下辊为平辊；上辊花纹辊辊径比下辊平辊辊径大0.3-3mm。
优选的，步骤4)，所述下辊平辊，以该辊辊身的中心线为基准，中心处辊径比两端辊径小0.15-0.22mm，并形成平滑过渡的抛物线辊形。
优选的，步骤5)气雾化冷却的气水比为15：1～10：1，气压0.5～0.8MPa，水压1.0～1.5MPa。
优选的，步骤5)中，在花纹钢板/带雾化冷却出口，设置1-2对用以吹扫花纹钢板/带表面的积水的高压侧喷气的喷嘴，喷嘴压力0.5～0.8MPa，流量20-200m3/h。
优选的，步骤6)卷取采用双卷取机形式，或采用卡罗塞尔卷取形式。
在本发明所述制造方法中：
本发明电炉炼钢可选用100％全废钢无需预筛选作为原料。
现代钢铁生产企业为节省投资成本与生产成本，积极对现有生产工艺流程进行技术革新。针对现有热带钢生产工艺流程长、设备多且复杂的问题，许多生产厂家将连铸连轧技术与传统工艺紧密结合，以满足连铸连轧工艺的需求。
采用转炉炼钢提供钢水，则需要生产厂家具备有提供铁水的条件，一般情况下，需要有高炉炼铁或者非高炉炼铁设备，属于目前长流程钢铁生产模式。但是，在废钢资源日益丰富的今天，国家正在倡导提高转炉废钢比，从而可以达到节能降耗、降成本的目的，以前转炉废钢比的平均水平在8％左右，现在和今后转炉废钢比的目标是15-25％。本发明转炉废钢比已经可以达到20％以上。
采用电炉炼钢提供钢水，则以废钢为主要原料，传统工艺比如模铸或者厚板连铸，其凝固冷却速度仅有10-1-10℃/s，废钢中的这些残余元素，会在凝固过程中发生晶界偏析，恶化钢的性能和质量，严重时直接发生开裂、断裂现象，所以在传统工艺中，要对这些有害元素严加控制，在废钢原料的选择上，需要进行一些预筛选，以及在炼钢过程中需要进行一些特殊处理，比如添加一些精料进行稀释等等，这无疑增加了生产作业成本。由于需要控制钢的成分，对采用的废钢原料有一定的质量要求，一般情况下，需要对废钢进行预筛选分类。有些国内电炉钢厂为了提高生产效率，会在原料组成里选择添加精料如外购海绵铁、碳化铁等来稀释废钢中难以脱除的有害元素，提高钢水的质量。有些国内同时拥有高炉和电炉的钢厂利用自产铁水兑入到电炉中作为电炉原料来提高电炉的生产效率，从而大大缩短电炉的出钢时间，电炉中的铁水勾兑比可达到30～50％。
为提高薄带连铸钢水的可浇铸性，炼钢过程造渣的碱度a＝CaO/SiO2控制在a<1.5，优选a<1.2，或a＝0.7-1.0。
为提高薄带连铸钢水的可浇铸性，需要获得低熔点MnO-SiO2-Al2O3三元夹杂物，如图4的阴影区域，MnO-SiO2-Al2O3三元夹杂物中的MnO/SiO2控制在0.5～2，优选1～1.8。
为提高薄带连铸钢水的可浇铸性，钢中的O是形成氧化夹杂物的必要元素，本发明需要形成低熔点的MnO-SiO2-Al2O3的三元夹杂物，要求钢水中的自由氧[O]Free范围为：0.0005-0.005％。
为提高薄带连铸钢水的可浇铸性，上述成分中，Mn和S的控制须满足如下关系式：Mn/S>250。
在铸带出结晶辊后，铸带温度在1420-1480℃，直接进入到下密闭室内，下密闭室通非氧化性气体，实现对带钢的防氧化保护，下密闭室对铸带的防氧化保护到轧机入口，下密闭室出口铸带的温度在1150-1300℃。
铸带在下密闭过程中涉及到的BN析出相的理论基础：
钢中硼与氮、铝和氮在γ-Fe中的热力学方程如下：
BN＝B+N；Log[B][N]＝-13970/T+5.24 (1)
AlN＝Al+N；Log[Al][N]＝-6770/T+1.03 (2)
如图5所示，钢中BN的开始析出温度在1280℃左右，980℃时BN的析出趋于平衡，而此时AlN的析出才刚刚开始(AlN的析出温度在980℃左右)，从热力学上讲，BN的析出要优先于AlN。因此本发明通过合理的工艺控制手段，在下密闭室内完成B与N的结合，生成粗大的BN颗粒，从而均匀奥氏体晶粒组织，抑制了细小的AlN析出，减弱细小AlN对晶界的钉扎作用，提高晶粒的生长能力，从而粗化奥氏体晶粒，有利于后续马氏体的转变；另外B与N的结合可以有效防止晶界低熔点相B2O3的出现。。
花纹板所用的轧辊，花纹辊为上辊，其表面形貌为扁豆形，为保证轧后带钢不粘辊，确保出带的稳定性，上辊花纹辊辊径应比下辊平辊辊径大0.3-3mm。由于花纹辊无辊形，为保证轧后花纹板的板形，避免中间浪的产生，下辊平辊制作时，以该辊辊身的中心线为基准，中心处辊径比两端辊径小0.15-0.22mm，并形成平滑过渡的抛物线辊形。由于本发明较高的轧制温度，花纹板纹高h可以达到基板带厚a的20％及以上，即h≥0.2a。
对在线热轧后的带钢进行轧后冷却，冷却采用气雾化冷却方式，气雾化冷却方式可以有效减小带钢表面氧化皮厚度，改善带钢温度均匀性，提高带钢表面质量。气雾化冷却的气水比为15：1～10：1，气压0.5～0.8MPa，水压1.0～1.5MPa。气雾化后形成高压水雾喷射在钢带表面，一方面起到了降低钢带温度的作用，另一方面水雾会形成致密的气膜包覆在带钢表面，起到带钢防氧化的作用，从而有效控制了热轧带钢表面氧化皮的生长。该种冷却方式可以避免传统喷淋或者层流冷却带来的问题，使带钢表面温度均匀下降，提高带钢温度均匀性，从而达到均匀化内部微观组织的效果；同时冷却均匀，可以提高带钢的板形质量和性能稳定性；有效减少带钢表面的氧化皮厚度。气雾化冷却的冷却速率范围为20-100℃/s。
由于花纹钢板/带上表面有凸起的花纹，在冷却后花纹钢板/带上表面容易有积水存在，在花纹钢板/带雾化冷却出口，设置1-2对高压侧喷气的喷嘴，喷嘴压力0.5～0.8MPa，流量20-200m3/h，用以吹扫花纹钢板/带表面的积水。
冷却后的热轧带钢经切头剪切除质量较差的头部后，直接进行卷取成卷。为确保卷形和性能，控制卷取温度为500-600℃，使轧后的高温奥氏体组织转变为针状铁素体+珠光体混合微观组织。
卷取采用双卷取形式，也可以采用卡罗塞尔卷取形式，保证带钢的连续生产，作为优选，采用卡罗塞尔卷取形式。
经过上述制造过程，最终的高强薄规格花纹钢板/带的性能屈服强度达到345MPa以上，抗拉强度达到470MPa以上，延伸率达到22％以上。图6为本发明生产的花纹板实物图。
本发明与已有技术的区别和改进之处：
本发明区别于现有薄带连铸技术最明显的一个特征就是结晶辊的辊径及其相对应的布流方式。EUROSTRIP技术特征就是Φ1500mm大辊径结晶辊，结晶辊大、熔池钢水容量大，布流容易，结晶辊制造及运维成本高。CASTRIP技术特征就是Φ500mm小辊径结晶辊，结晶辊小、熔池钢水容量小，布流非常困难，但铸机设备制造与运维成本低。CASTRIP为解决小熔池的均匀布流问题，采用三级钢水分配布流***(中间包+过渡包+布流器)。由于采用了三级布流***，会直接导致耐材成本增加；更为主要的是，三级布流***使钢水流动的路径变长，钢水的温降也较大，为了满足熔池钢液的温度，出钢温度需要大大提高。出钢温度的提高，会导致炼钢成本增加、能耗增加以及耐材寿命缩短等问题。
本发明结晶辊直径在500-1500mm优选Φ800mm辊径的结晶辊，采用两级钢水分配布流***(中间包+布流器)。从布流器流出的钢水，沿辊面和两个端面形成不同的布流模式，且分两路流动，互不干扰。由于采用了两级布流***，相比三级布流***，耐材成本大幅度降低；钢水流动路径的缩短，使钢水温降减小，可以降低出钢温度，相比三级布流***，出钢温度可降低30-50℃。出钢温度的降低，可有效降低炼钢成本、节约能耗以及延长耐材寿命。本发明配合优选Φ800mm辊径的结晶辊，采用两级钢水分配布流***，既实现了钢水稳定布流的要求，又实现了结构简单、操作方便、加工成本低的目标。
中国专利CN107716552A公开了一种用CSP流程生产厚度为1.4mm花纹板的方法。该方法采用CSP短流程生产线生产薄规格花纹板，减重率不低于10％、板形质量优良。本发明采用更为先进的薄带连铸连轧工艺，可实现最薄厚度更加薄可达1.0mm的花纹板生产。
中国专利CN108486476A公开了一种700Mpa含钒热轧花纹钢板及其生产方法。该专利采用传统热轧工艺流程来生产更高强度的微合金化花纹板产品，其厚度范围为1.5-8.0mm，无法实现批量超薄规格的持续生产，连续化生产难度较大。本发明采用薄带连铸工艺生产，产品厚度、强度级别及工艺实现方式均明显不同。
文献《薄规格花纹板试轧与工艺改进》，主要解决2.3mm厚的花纹板的工艺问题，未涉及本发明的工艺及厚度规格。文献《极限薄规格花纹板轧制新技术研究与应用》，其采用ESP短流程工艺主要生产的薄规格花纹板厚度在1.8mm左右，取得了较为满意的结果，但与本发明涉及的工艺路线及厚度规格也均有差异。
本发明的主要优点：
1.本发明采用薄带连铸技术，充分利用废钢中的锡(Sn)、铜(Cu)作为合金元素，合理添加微量元素硼(B)来生产高强薄规格花纹钢板/带，迄今为止尚未见报导。
2.本发明省去了板坯加热、多道次反复热轧等复杂过程，通过双辊薄带连铸+一道次在线热轧工序，生产流程更短、效率更高，产线投资成本和生产成本大幅降低。
3.本发明省去了传统工艺生产中诸多复杂的中间步骤，与传统花纹钢板/带生产过程相比，生产的能耗和CO2排放大幅度降低，是一种绿色环保的产品。
4.本发明采用薄带连铸工艺生产热轧高强薄规格花纹钢板/带，铸带厚度本身较薄，通过在线热轧至期望产品厚度，薄规格产品的生产不需要经过进一步轧制，直接供给市场使用，达到薄规格热轧板供货的目的，可以显著提高板带材的性价比。
5.本发明采用添加微量的硼元素，在高温奥氏体中优先析出粗大的BN颗粒从而抑制细小AlN的析出，减弱细小AlN对晶界的钉扎作用，提高晶粒的生长能力，从而粗化、均匀化奥氏体晶粒，有利于改善产品的性能。
6.本发明利用含Cu、Sn的废钢，对钢中的Cu、Sn做到“化害为利”，实现对现有废钢或低品质劣质矿资源(高锡矿、高铜矿)的充分利用，促进废钢的循环利用，降低生产成本，实现钢铁业可持续发展。
7.本发明冶炼采用电炉炼钢，冶炼的原料可以从真正意义上实现100％全废钢冶炼，无需进行预筛选，大大降低原料成本；如果冶炼采用转炉炼钢，废钢按占冶炼原料20％以上的比例加入转炉，且无需预筛选，最大限度提高转炉废钢比，大大降低冶炼成本和能耗。
8.本发明采用轧后带钢气雾化冷却方式，可以避免传统喷淋或者层流冷却带来的问题，使带钢表面温度均匀下降，提高带钢温度均匀性，从而达到均匀化内部微观组织的效果；同时冷却均匀，可以提高带钢的板形质量和性能稳定性；有效减少带钢表面的氧化皮厚度。
9.传统工艺板坯冷却过程中发生合金元素析出，板坯再加热时往往会由于合金元素回溶不充分而降低合金元素利用率。本发明薄带连铸工艺中，高温铸带直接热轧，所添加的合金元素主要以固溶态存在，可提高合金利用率。
10.本发明生产出的低成本、高强、薄规格的花纹板产品，可以满足目前市场上对该类产品高强化(减薄)、轻量化(减重)的需求，同时可以为下游用户有效节约用料成本；假如产品被使用于汽车、轮船等移动的场合，则轻量化还可以为这些用户带来节约燃油或电耗(新能源汽车)、减少尾气排放等优势。
11.本发明选用热轧钢带卡罗塞尔卷取机，有效缩短产线长度；同时同位卷取可以大大提高卷取温度的控制精度，提高产品性能的稳定性。
附图说明
图1为双辊薄带连铸工艺的工艺布置示意图；
图2为Sn含量与平均热流密度的关系示意图；
图3为Sn含量与铸带表面粗糙度的关系示意图；
图4为MnO-SiO2-Al2O3三元相图(阴影区域：低熔点区)；
图5为BN，AlN析出的热力学曲线示意图；
图6为本发明生产的花纹板实物图。
具体实施方式
下面用实施例对本发明作进一步阐述，但这些实施例绝非对本发明有任何限制。本领域技术人员在本说明书的启示下对本发明实施中所作的任何变动都将落在本发明权利要求保护范围内。
参见图1，将符合本发明化学成分设计的钢水经大包1，通过大包长水口2、中间包3、浸入式水口4以及布流器5直接浇注在一个由两个相对转动并能够快速冷却的结晶辊8a、8b和侧封板装置6a、6b围成的熔池7中，钢水在结晶辊8a、8b旋转的周向表面凝固，进而形成凝固壳并逐渐生长随后在两结晶辊辊缝隙最小处(nip点)形成1.5-3mm厚的铸带11；本发明所述的结晶辊直径在500-1500mm之间，内部通水冷却。根据铸带厚度不同，铸机的浇铸速度范围介于60-150m/min。
在铸带11出结晶辊8a、8b后，铸带温度在1420-1480℃，直接进入到下密闭室10内，下密闭室10通惰性气体保护带钢，实现对带钢的防氧化保护，防氧化保护的气氛可以是N2，也可以是Ar，也可以是其他非氧化性气体，比如干冰升华得到的CO2气体等，下密闭室10内的氧浓度控制在<5％。下密闭室10对铸带11的防氧化保护到轧机13入口。下密闭室10出口铸带的温度在1150-1300℃。然后通过摆动导板9、夹送辊12将铸带送至热轧机13，热轧后形成0.8-2.5mm的热轧带，轧后冷却采用气雾化冷却方式改善带钢温度均匀性。经飞剪装置16切头之后，切头沿着飞剪导板17掉入飞剪坑18中，切头后的热轧带进入卷取机19进行卷取。将钢卷从卷取机上取下后，自然冷却至室温。最后生产的钢卷可以直接作为热轧花纹板/带使用，也可以经过切边-平整后作为精整花纹板/带使用。
本发明实施例化学成分如表1所示，其成分余量为Fe和其他不可避免杂质。经本发明的制造方法，工艺参数见表2，最终获得热轧带的性能见表3。
综上所述，利用薄带连铸工艺技术按本发明提供的钢种成分设计范围生产得到的最终高强薄规格花纹钢板/带的性能屈服强度达到345MPa以上，抗拉强度达到470MPa以上，延伸率达到22％以上，冷加工折弯性能合格；采用本发明生产花纹钢板/带的纹高h可以达到基板带厚a的20％及以上，即h≥0.2a。产品可广泛应用于建筑、机械制造、汽车、桥梁、交通、造船等领域。
表1实施例钢的化学成分(wt.％)
Figure BDA0002208092270000151
Figure BDA0002208092270000161
表2实施例的工艺参数
Figure BDA0002208092270000162
表3实施例钢的产品性能
Figure BDA0002208092270000163
Figure BDA0002208092270000171
本发明采用薄带连铸工艺来生产薄规格花纹板，由于厚度较薄，对于厚度小于1.5mm(含)的薄规格热轧高强产品，薄带连铸工艺具有较强的制造和成本优势。薄规格花纹板以热轧状态直接供货的产品规格特征厚度为1.0-1.6mm，由于产品厚度较薄，采用传统产线工艺来生产，会出现产品板形问题而无法生产；采用薄板坯连铸连轧工艺来生产，轧辊的辊耗也明显增大，这样的生产流程无疑增加了薄规格花纹板的生产成本。因此，采用薄带连铸工艺来生产薄规格高强度的花纹板产品，不仅满足市场对高强、薄规格、轻量化的需求，还可以降低花纹板的生产成本，提高产品盈利水平和竞争力。

Claims (12)

1.一种高强薄规格花纹钢板/带，其化学成分重量百分比为：C：≤0.06％，Si：≤0.5％，Mn：0.4-1.7％，P≤0.04％，S≤0.007％，N：0.004-0.010％，Als：<0.001％，B：0.001-0.006％，Mn/S>250，总氧[O]T含量：0.007-0.020％；含有Cu：0.1-0.6％，或含有Sn：0.005-0.04％，也可以同时含有Cu：0.1-0.6％和Sn：0.005-0.04％；余量为Fe和其他不可避免杂质。
2.如权利要求1或2所述的高强薄规格花纹钢板/带，其特征在于，所述花纹钢板/带的花纹纹高h达到基板带厚a的20％以上，即h≥0.2a。
3.如权利要求1或2或3所述的高强薄规格花纹钢板/带，其特征在于，所述花纹钢板/带的组织为针状铁素体+珠光体混合微观组织。
4.如权利要求1或2或3或4所述的高强薄规格花纹钢板/带，其特征在于，所述花纹钢板/带的屈服强度达到345MPa以上，抗拉强度达到470MPa以上，延伸率达到22％以上。
5.如权利要求1所述的高强薄规格花纹钢板/带的制造方法，其特征是，包括如下步骤：
1)冶炼，
按权利要求1所述成分冶炼，炼钢过程造渣的碱度a＝CaO/SiO2控制在a<1.5，优选a<1.2，或a＝0.7-1.0；钢水中获得的低熔点MnO-SiO2-Al2O3三元夹杂物中的MnO/SiO2控制在0.5～2，优选1～1.8；钢水中的自由氧[O]Free含量为：0.0005-0.005％；钢水中Mn/S>250；
2)连铸
采用双辊薄带连铸，钢水在两结晶辊辊缝隙最小处形成1.5-3mm厚的铸带，结晶辊直径在500-1500mm，优选Φ800mm；结晶辊内部通水冷却，铸机的浇铸速度为60-150m/min；连铸布流采用两级钢水分配布流***，即中间包+布流器；
3)下密闭室保护
铸带出结晶辊后，铸带温度在1420-1480℃，直接进入到下密闭室内，下密闭室内通非氧化性气体，下密闭室内的氧浓度控制在<5％；下密闭室出口铸带的温度在1150-1300℃；
4)在线热轧
铸带在下密闭室内经夹送辊送至轧机中，轧制成0.8-2.5mm厚度的花纹板，轧制温度为1100-1250℃，控制热轧压下率为10-50％，优选地，热轧压下率是15-35％；热轧后花纹钢板/带的厚度范围是0.8-2.5mm，优选厚度为1.0-1.6mm；
5)轧后冷却
对在线热轧后的花纹钢板/带进行轧后冷却，冷却采用气雾化冷却方式，冷却速率为20-100℃/s；
6)卷取
冷却后的热轧花纹钢板/带经切除质量较差的头部后，直接进行卷取成卷，控制卷取温度为500-600℃。
6.如权利要求5所述的高强薄规格花纹钢板/带的制造方法，其特征是，步骤1)中，钢水冶炼采用电炉炼钢，冶炼原料可选用100％全废钢，无需预筛选；或者，冶炼采用转炉炼钢，废钢按占冶炼原料20％以上的比例加入转炉，且无需预筛选；然后再进入LF炉、VD/VOD炉或RH炉精炼。
7.如权利要求5所述的高强薄规格花纹钢板/带的制造方法，其特征是，步骤3)中，所述非氧化性气体包括惰性气体、N2，或干冰升华得到的CO2气体、N2和H2的混合气体。
8.如权利要求5所述的高强薄规格花纹钢板/带的制造方法，其特征是，步骤4)，花纹钢板/板轧制用的轧辊包括上辊、下辊，上辊为花纹辊，下辊为平辊；花纹辊表面形貌为扁豆形；上辊花纹辊辊径比下辊平辊辊径大0.3-3mm。
9.如权利要求8所述的高强薄规格花纹钢板/带的制造方法，其特征是，步骤4)，所述下辊平辊，以该辊辊身的中心线为基准，中心处辊径比两端辊径小0.15-0.22mm，并形成平滑过渡的抛物线辊形。
10.如权利要求5所述的高强薄规格花纹钢板/带的制造方法，其特征是，步骤5)气雾化冷却的气水比为15：1～10：1，气压0.5～0.8MPa，水压1.0～1.5MPa。
11.如权利要求5所述的高强薄规格花纹钢板/带的制造方法，其特征是，步骤5)中，在花纹钢板/带雾化冷却出口，设置1-2对用以吹扫花纹钢板/带表面的积水的高压侧喷气的喷嘴，喷嘴压力0.5～0.8MPa，流量20-200m3/h。
12.如权利要求5所述的高强薄规格花纹钢板/带的制造方法，其特征是，步骤6)卷取采用双卷取机形式，或采用卡罗塞尔卷取形式。
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