CN114405996A - 一种csp流程低碳钢钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种CSP流程低碳钢钢板及其制造方法，本发明强调轧制、冷却过程中铁素体晶粒粗化，减少珠光体在晶界偏聚以及控制残余元素含量对材料强度提升，实现铁素体晶粒粗化、降低珠光体在晶界偏聚对于晶界强化的效果以及材料强度软化、屈强比降低，晶粒尺寸粗化2.5～3级，晶内珠光体体积占比40‑45％、晶界珠光体体积占比55‑60％，屈服强度降低21.5～33.9％，抗拉强度降低7.0～16.5％，屈强比降低15.6～21.0％，延伸率相当；解决了CSP流程低碳钢强度、屈强比偏高问题，有利于提高材料成形性能、热轧成材率，降低生产成本；显著降低后续冷轧轧制压力，实现极薄规格冷轧带钢生产，提高产品附加值。

Description

一种CSP流程低碳钢钢板及其制造方法
技术领域
本发明属于薄板坯连铸连轧钢的生产工艺技术领域，特别涉及到一种CSP流程低碳钢钢板及其制造方法。
背景技术
薄板坯连铸连轧技术是20世纪80年代末开发的热轧板卷生产技术，具有生产效率高、流程短工序少、工艺装备布置紧凑占地少、投资少、能耗低等优势，薄板坯连铸连轧生产技术在20世纪末21世纪初得到迅速发展。
CSP作为薄板坯连铸连轧的重要类型产线，目前国内外CSP线已实现批量生产低碳钢冷轧基料，CSP在尺寸精度、薄规格轧制、板形控制等方面优势明显。但由于CSP流程的本身特点，与传统热连轧流程相比，其热轧低碳钢板的组织细小、强度、屈强比较高，强度、屈强比偏高问题成为制约CSP线高品质冷轧基料的关键难题之一。为了解决CSP流程低碳钢强度、屈强比偏高的难题，国内外主要采用方法的为①硼微合金化，如专利公开号为CN101775557 B等；②增加RH工序降低C含量；③铁素体轧制工艺，如CN106191681B、CN106244921B等。以上技术存在以下问题：硼微合金化虽然可以一定程度上降低冷轧基料强度，但会增加铸坯角部裂纹出现概率尤其对于CSP产线而言，铸坯产生角部裂纹后无法进行下线清理，不利于现场工艺稳定顺行，影响产品边部质量。通过增加RH工序降低C含量可达到降低冷轧基料强度的目的，但会增加产品生产成本至少40元/吨。
铁素体轧制作为一种可降低材料强度的新工艺，目前国内外关于铁素体轧制工艺技术的研究结果表明，铁素体轧制工艺仅适合于超低碳钢(C≤0.040％)、IF钢(C<0.005％)，对于C>0.040％的低碳钢轧制过程稳定性难以保证。而目前CSP流程低碳钢基本均采用LF炉精炼工艺，C含量实际控制范围为0.035％～0.070％，C含量不能稳定控制在≤0.040％，因此，铁素体轧制工艺并不适用于现有CSP低碳钢轧制。
综上所述，目前降低CSP低碳钢强度主要通过硼微合金化、增加RH工序降低C含量和铁素体轧制三种措施，这些措施或会增加生产成本、或不利于现场工艺顺行、或不适合。
目前仍没有现有技术能在有效降低CSP流程低碳钢强度、屈强比的同时，降低生产成本和提高成材率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种CSP流程低碳钢钢板及其制造方法，通过合理的冶炼、连铸、加热、轧制、冷却及卷取工艺，可以一方面，解决CSP流程低碳钢强度、屈强比偏高问题，有利于提高成形性能；另一方面，可以提高热轧成材率，降低生产成本；再者，可以显著降低后续冷轧轧制压力，有利于极薄规格冷轧带钢生产，提高产品附加值。
本发明具体技术方案如下
一种CSP流程低碳钢钢板，包括以下质量百分比成分：
C：0.035～0.070％；Si：≤0.050％；Mn：≤0.30％；P：≤0.015％；S：≤0.010％；Als：0.020～0.060％，且需满足Cr+Mo+Ni+Cu≤0.040％，其余为Fe及不可避免的夹杂。
所述的CSP流程低碳钢钢板，其金相组织为铁素体和少量珠光体，铁素体体积比例96.5～97.5％，珠光体体积比例2.5～3.5％；铁素体晶粒度为6.5～8.0级，珠光体除分布在铁素体晶界外，在铁素体晶内也有分布，晶内珠光体体积占比40-45％、晶界珠光体体积占比55-60％。
所述的CSP流程低碳钢钢板的屈服强度为195～219MPa，抗拉强度为324～347MPa，屈强比为≤0.63，延伸率为38.0～40.0％。
本发明在显微组织设计上，目标显微组织为粗大铁素体和少量珠光体，粗大的铁素体组织，一方面，可以显著降低细晶强化对材料强度的贡献；另一方面，晶粒粗大可以显著降低材料屈强比，有利于提高材料的成形性能。同时，改变珠光体的析出位置，降低其在铁素体晶界位置的析出数量，让一部分珠光体在铁素体晶内析出，降低其对于晶界强化效果的贡献，进而有利于降低材料的强度，晶内珠光体体积占比40-45％、晶界处珠光体体积占比55-60％。
本发明在化学成分设计上，除限定C、Si、Mn、P、S、Als，同时对残余合金元素Cr、Mo、Ni、Cu的含量进行限制，Cr+Mo+Ni+Cu≤0.040％，主要目的是控制残余元素的固溶强化、沉淀析出强化作用，降低其对材料强度的提升效果。
本发明提供的一种CSP流程低碳钢钢板的制造方法，包括转炉冶炼、LF炉精炼、薄板坯连铸、加热、轧制、冷却以及卷取工艺；具体控制如下：
本发明按照以上成分进行转炉冶炼、LF炉精炼，使用自循环废钢，不使用Cr、Ni、Cu、Mo含量高的废钢，加强出钢挡渣。
所述薄板坯连铸具体为：连铸坯厚度为60～65mm，铸坯入炉温度控制在950～1000℃；
所述加热具体为：铸坯进入辊底式加热炉中加热，保温时间为20～30min，控制铸坯出炉温度在1000～1050℃，空气过剩系数为0.95～1.10；
本发明在加热工艺设计上，铸坯出炉温度在1000～1050℃，空气过剩系数为0.95～1.10，其目的一方面是减少铸坯表面氧化烧损，防止加热温度过高，铸坯表面氧化铁皮难以去除；另一方面，在轧制负荷分配、机架间冷却水、终轧温度等一定情况下，降低出炉温度，可以降低铸坯精轧入口温度，进而可以提高轧制速度，提高生产效率。
所述轧制具体为：经过高压水除鳞后进入7机架精轧机组轧制，开轧温度为950～1000℃，终轧温度控制在780～830℃；
进一步的，轧制过程中，F1～F3机架的累积压下率不小于85％，F4机架的压下率不大于10％，F5～F7机架的累积压下率不小于50％；F3～F5精轧机架投用润滑轧制工艺，油水混合液质量浓度为0.3-0.4％，喷射压力为0.4-0.6MPa；
本发明在轧制工艺设计上，F1～F3机架采用大压下率轧制，充分发挥轧件“高温大压下”特点，F4机架轧件温度处于奥氏体相向铁素体相转变的两相区，轧制压下率过大或过小均不利于轧制稳定性和板形质量控制，综合现场工艺顺行、产品板形考虑，F4机架轧制压下率需不大于10％，F5～F7机架处于铁素体相变高温区，铁素体晶粒难以发生动态再结晶，为了保证铁素体晶粒粗化效果、充分粗化铁素体晶粒，需保证在铁素体相变区域的累积压下率不小于50％。F3～F5精轧机架投用润滑轧制工艺，其主要目的是降低轧制压力，提高两相区过渡轧制过程稳定性以及产品表面质量。终轧温度控制在780～830℃，其目的是，一方面，可以控制铁素体发生动态再结晶的比例，粗化铁素体晶粒尺寸；另一方面，该温度区域处于铁素体相变区域，轧件的变形抗力较小，且变形抗力受温度影响相对小，有利于提高轧制过程稳定性和板形。
所述冷却具体为：终轧后钢板采用分段冷却模式，第一段先以5～10℃/s进行缓慢冷却，冷却6～8s后再以20～30℃/s冷却速度进行第二段冷却，冷却至680～730℃进行卷取，卷取后空冷至室温。
本发明在冷却工艺设计上，采用分段冷却模式，先以5～10℃/s进行缓慢冷却，轧后缓慢冷却可以降低过冷度、降低铁素体形核率，同时匹配高的卷取温度680～730℃，可以使铁素体发生回复或完全静态再结晶，铁素体晶粒可以快速充分长大。
按上述方法生产的低碳钢钢板，其金相组织为铁素体和少量珠光体，铁素体体积比例96.5～97.5％，珠光体体积比例2.5～3.5％；铁素体晶粒度为6.5～8.0级，珠光体除分布在铁素体晶界外，铁素体晶内也有分布，珠光体分布在铁素体晶内的体积占比，即晶内珠光体体积占比40-45％、珠光体分布在铁素体晶界体积的占比，即晶界珠光体体积占比55-60％。产品屈服强度为195～219MPa，抗拉强度为324～347MPa，屈强比≤0.63，延伸率为38.0～40.0％。同时，采用4机架冷连轧机组轧制时，冷轧轧制压力降低幅度高达27.17％，有利于极薄规格冷轧带钢轧制、提高产品附加值。
现有技术CSP常规工艺生产的低碳钢钢板金相组织为铁素体和少量珠光体，铁素体体积比例96.5～97.5％，珠光体体积比例2.5～3.5％，铁素体晶粒度为9.5～10.5级，珠光体100％分布在铁素体晶界，产品屈服强度为279～295MPa，抗拉强度为373～388MPa，屈强比为0.75～0.77，延伸率为37.0～39.0％。采用本发明生产的CSP低碳钢钢板，金相组织为铁素体和少量珠光体，铁素体晶粒度为6.5～8.0级，铁素体体积比例96.5～97.5％，珠光体体积比例2.5～3.5％,珠光体除分布在铁素体晶界外，铁素体晶内也有分布,晶内珠光体体积占比40-45％、晶界珠光体体积占比55-60％。产品屈服强度为195～219MPa，抗拉强度为324～347MPa，屈强比为≤0.63，延伸率为38.0～40.0％。
因此，相对于CSP常规工艺，采用本发明生产的CSP低碳钢钢板，实现了铁素体晶粒粗化、降低珠光体在晶界偏聚对于晶界强化的效果，并实现材料强度软化、屈强比降低，晶粒尺寸粗化2.5～3级，晶内珠光体体积占比40-45％、晶界珠光体体积占比55-60％，屈服强度降低21.5～33.9％，抗拉强度降低7.0～16.5％，屈强比降低15.6～21.0％，延伸率相当。
此外，本发明采用低温加热、低温轧制工艺，一方面，可有效降低加热炉煤气用量0.22GJ/t材，折合加热炉能耗成本降低约8元/t材；另一方面，可有效降低铸坯氧化烧损，提高热轧成材率约0.21％；再者，在保证最终冷轧退火成品力学性能的前提下，可显著降低冷轧轧制压力，冷轧轧制压力降低幅度高达27.17％。
与现有技术相比，本发明实现了铁素体晶粒粗化、降低珠光体在晶界偏聚对于晶界强化的效果，并实现材料强度软化，晶粒尺寸粗化2.5～3级，晶内珠光体体积占比40-45％、晶界珠光体体积占比55-60％，屈服强度降低21.5～33.9％，抗拉强度降低7.0～16.5％，屈强比降低15.6～21.0％，延伸率相当；解决CSP流程低碳钢强度、屈强比偏高问题的同时，还能在保证最终冷轧退火成品力学性能的前提下，降低生产成本和后续冷轧轧制压力，特别适合于轧制极薄规格冷轧带钢，有利于提高产品附加值。
附图说明
图1为本发明实施例1对应的低碳钢金相组织；
图2为本发明实施例2对应的低碳钢金相组织；
图3为本发明实施例3对应的低碳钢金相组织；
图4为对比例1对应的低碳钢金相组织；
图5为对比例2对应的低碳钢金相组织；
图6为对比例3对应的低碳钢金相组织；
图7为本发明实施例1对应的低碳钢组织中珠光体分布；
图8为本发明实施例2对应的低碳钢组织中珠光体分布；
图9为本发明实施例3对应的低碳钢组织中珠光体分布；
图10为对比例1对应的低碳钢组织中珠光体分布；
图11为对比例2对应的低碳钢组织中珠光体分布；
图12为对比例3对应的低碳钢组织中珠光体分布；
图13为本发明1-3和对比例1-3对应的冷轧轧制压力对比。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的技术方案予以说明。
实施例1-实施例3
一种CSP流程低碳钢钢板，包括以下质量百分比成分：如表1所示，表1中没有显示的余量为Fe和不可避免的杂质。
对比例1-对比例3
一种CSP流程低碳钢钢板，包括以下质量百分比成分：如表1所示，表1中没有显示的余量为Fe和不可避免的杂质。
表1实施例及对比例化学成分(质量百分数，wt％)
编号 C Si Mn P S Als Cr Mo Ni Cu Cr+Mo+Ni+Cu
实施例1 0.055 0.023 0.12 0.012 0.003 0.028 0.011 0.002 0.006 0.009 0.028
实施例2 0.039 0.019 0.11 0.011 0.002 0.024 0.013 0.003 0.005 0.008 0.029
实施例3 0.045 0.025 0.11 0.009 0.004 0.031 0.016 0.002 0.007 0.008 0.033
对比例1 0.053 0.028 0.10 0.012 0.003 0.025 0.025 0.004 0.021 0.026 0.076
对比例2 0.035 0.021 0.12 0.010 0.003 0.026 0.028 0.005 0.023 0.020 0.076
对比例3 0.048 0.029 0.12 0.013 0.002 0.021 0.021 0.002 0.024 0.023 0.070
上述各实施例和对比例按照以下方法生产，转炉冶炼、LF炉精炼、薄板坯连铸、加热、轧制、冷却以及卷取工艺，具体控制如下：
按照以上成分进行转炉冶炼、LF炉精炼，使用自循环废钢，不使用Cr、Ni、Cu、Mo含量高的废钢，加强出钢挡渣。
所述薄板坯连铸具体为：严格保护浇注，连铸坯厚度为60～65mm，铸坯入加热炉温度控制在950～1000℃；
所述加热具体为：铸坯进入辊底式加热炉中加热，保温时间为20～30min，控制铸坯出炉温度在1000～1050℃，空气过剩系数为0.95～1.10；
所述轧制具体为：经过高压水除鳞后进入7机架精轧机组轧制，开轧温度为950～1000℃，终轧温度控制在780～830℃；
进一步的，轧制过程中，F1～F3机架的累积压下率不小于85％，F4机架的压下率不大于10％，F5～F7机架的累积压下率不小于50％；F3～F5精轧机架投用润滑轧制工艺，油水混合液质量浓度为0.3-0.4％，喷射压力为0.4-0.6MPa；
所述冷却具体为：终轧后钢板采用分段冷却模式，先以5～10℃/s进行缓慢冷却，冷却6～8s后再以20～30℃/s冷却速度冷却至680～730℃进行卷取，卷取后空冷至室温。
各实施例和对比例热轧工艺具体参数如表2、3所示，钢的性能如表4所示，冷轧参数如表5、表6所述。
表2实施例及对比例热轧温度参数
Figure BDA0003491931970000081
表3实施例及对比例热轧F1-F7机架压下率、润滑轧制工艺参数
Figure BDA0003491931970000082
Figure BDA0003491931970000091
表4实施例及对比例组织、力学性能
Figure BDA0003491931970000092
表5实施例及对比例冷轧轧制压下率
Figure BDA0003491931970000093
表6实施例及对比例冷轧轧制压力
Figure BDA0003491931970000101
注，表中压力下降是实施例1和对比例1对比、实施例2和对比例2对比、实施例3和对比例3对比。
本发明和常规工艺对应的金相组织分别如图1-6所示，本发明1-3和常规工艺对应的珠光体分布分别如图7-12所示，本发明和常规工艺对应的冷轧轧制压力如图13所示。采用本发明生产的低碳钢金相组织为铁素体和少量珠光体，铁素体晶粒度为6.5～8.0级，珠光体除分布在铁素体晶界外，铁素体晶内也有分布，晶内珠光体体积占比40-45％、晶界珠光体体积占比55-60％。CSP常规工艺生产的低碳钢金相组织为铁素体和少量珠光体，铁素体晶粒度为9.5～10.5级，珠光体100％分布在铁素体晶界位置。相对于CSP常规工艺，本发明强调轧制、冷却过程中铁素体晶粒粗化、减少珠光体在晶界偏聚的控制策略，并实现了铁素体晶粒粗化、降低珠光体在晶界偏聚对于晶界强化的效果，并实现材料强度软化、屈强比降低和强度软化，晶粒尺寸粗化2.5～3级，晶内珠光体体积占比40-45％、晶界体积珠光体占比55-60％，屈服强度降低21.5～33.9％，抗拉强度降低7.0～16.5％，屈强比降低15.6～21.0％，延伸率相当。此外，本发明采用低温加热、低温轧制工艺，一方面，可有效降低加热炉煤气用量0.22GJ/t材，折合加热炉能耗成本降低约8元/t材；另一方面，可有效降低铸坯氧化烧损，提高热轧成材率约0.21％；再者，可显著降低冷轧轧制压力，冷轧轧制压力降低幅度高达27.17％,特别适合于轧制极薄规格冷轧带钢，有利于提高产品附加值。

Claims (10)

1.一种CSP流程低碳钢钢板，其特征在于，所述的CSP流程低碳钢钢板，其金相组织为铁素体和珠光体，铁素体体积比例96.5～97.5％，珠光体体积比例2.5～3.5％；铁素体晶粒度为6.5～8.0级。
2.根据权利要求1所述的CSP流程低碳钢钢板，其特征在于，所述的CSP流程低碳钢钢板，其金相组织中，珠光体除分布在铁素体晶界外，在铁素体晶内也有分布，晶内珠光体体积占比40-45％、晶界珠光体体积占比55-60％。
3.根据权利要求1或2所述的CSP流程低碳钢钢板，其特征在于，所述的CSP流程低碳钢钢板的屈服强度为195～219MPa，抗拉强度为324～347MPa，屈强比为≤0.63，延伸率为38.0～40.0％。
4.根据权利要求1-3任一项所述的CSP流程低碳钢钢板，其特征在于，所述CSP流程低碳钢钢板，包括以下质量百分比成分：
C：0.035～0.070％；Si：≤0.050％；Mn：≤0.30％；P：≤0.015％；S：≤0.010％；Als：0.020～0.060％，且需满足Cr+Mo+Ni+Cu≤0.040％，其余为Fe及不可避免的夹杂。
5.一种权利要求1-4任一项所述的CSP流程低碳钢钢板的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括转炉冶炼、LF炉精炼、薄板坯连铸、加热、轧制、冷却以及卷取。
6.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述薄板坯连铸具体为：连铸坯厚度为60～65mm，铸坯入加热炉温度控制在950～1000℃。
7.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述加热具体为：保温时间为20～30min，控制铸坯出炉温度在1000～1050℃，空气过剩系数为0.95～1.10。
8.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述轧制具体为：经过高压水除鳞后进入7机架精轧机组轧制，开轧温度为950～1000℃，终轧温度控制在780～830℃。
9.根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于，轧制过程中，F1～F3机架的累积压下率不小于85％，F4机架的压下率不大于10％，F5～F7机架的累积压下率不小于50％；F3～F5精轧机架投用润滑轧制工艺，油水混合液质量浓度为0.3-0.4％，喷射压力为0.4-0.6MPa。
10.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述冷却具体为：终轧后钢板采用分段冷却模式，先以5～10℃/s进行缓慢冷却，冷却6～8s后再以20～30℃/s冷却速度冷却至680～730℃进行卷取，卷取后空冷至室温。
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