CN1785544A - 一种消除薄板坯连铸连轧流程Nb微合金钢混晶组织的工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种消除薄板坯连铸连轧(EAF－CSP)流程Nb微合金钢混晶组织的工艺，其中采用的工艺流程、化学成分和连铸、均热、除鳞、热轧、卷取工艺制度，可使生产的Nb微合金化铁素体+珠光体类型钢、低碳贝氏体或针状铁素体类型钢的混晶组织完全消除，并可使Nb的微合金化作用充分发挥。通过使用该工艺可解决EAF－CSP流程生产Nb含量≤0.07％(Wt.％)微合金钢的组织不均匀性问题，提高钢板的韧性、成形性能和疲劳性能，可广泛应用于EAF－CSP流程Nb微合金化管线钢、汽车结构件用钢、船板钢、桥梁钢、工程机械用钢的生产。

Description

一种消除薄板坯连铸连轧流程Nb微合金钢混晶组织的工艺

技术领域

本发明涉及合金钢生产工艺领域，特别涉及采用电炉薄板坯连铸连轧(EAF-CSP)技术生产Nb微合金化高强度钢板和钢带领域。

背景技术

薄板坯连铸连轧技术是20世纪80年代末期发展起来的热轧宽带钢生产技术，EAF-CSP是该技术的典型代表之一。该技术将电炉炼钢、精炼、薄板坯连铸、均热、热轧、层流冷却和卷取有机地结合起来，从而使热轧宽带钢的生产节奏加快、能耗降低、劳动生产率提高，是一种现代化的热轧宽带钢高效化生产技术。

微合金高强度钢是热轧带钢中的高技术、高附加值产品。在传统厚板坯连轧生产中广泛使用Nb、V、Ti微合金化技术生产管线钢、汽车冲压用钢、船板钢、工程机械用钢、桥梁钢、耐候钢等产品。因此，EAF-CSP技术发明和应用后，国内外进行了大量的EAF-CSP流程高强度微合金钢生产的研究与开发工作，试图拓展EAF-CSP流程的产品范围，提高EAF-CSP流程的投资效益。

Nb微合金化是在传统厚板坯连轧生产中应用最为成熟和广泛的技术之一，但利用CSP流程生产的Nb微合金钢的组织均匀性难以控制，钢带的组织易于出现混晶，造成钢带的低温韧性、成形和疲劳等性能恶化。因此，国内外都对薄板坯连铸连轧流程Nb微合金钢的混晶原因进行了分析和研究，并在热连轧工艺制度上采取了一系列措施，主要技术发展情况如下：

(1)国外技术发展概况

美国NUCOR公司和墨西哥HYLSA公司目前正大量采用Nb微合金化技术生产管线钢、汽车结构件用钢等产品。他们所采用的主要技术手段是提高连轧F1、F2机架的变形量，减少F3、F4机架的变形量。利用F1、F2机架的高温大应变量变形促进均热后保持铸造枝晶状态的粗大奥氏体完全再结晶，通过控制奥氏体的均匀性改善钢带组织的均匀性。采用该技术生产的Nb微合金化钢组织均匀性明显改善，低温韧性、成形性能等也显著提高，但采用该技术生产的Nb微合金钢钢带仍存在少量的混晶组织[1]。

另外，NUCOR和HYLSA采用的EAF-CSP流程Nb微合金钢生产工艺发现在薄板坯铸坯中析出大量的，尺寸达几百纳米、甚至超过1微米的星状Nb碳氮化物，这部分粗大的Nb碳氮化物无法起到抑制奥氏体再结晶和钉扎晶粒长大作用，因此为无效Nb，其质量分数约为0.02-0.03％。因此，在生产同强度级别的Nb微合金钢时，采用EAF-CSP流程应加入比传统厚板坯流程多0.02-0.03％(Wt.％)Nb，可见，采用该技术，Nb的作用未得到充分发挥。

(2)国内技术发展概况

国内仅珠钢采用EAF-CSP生产技术，其他薄板坯连铸连轧生产线采用BOF-CSP或BOF-FTSC生产技术。

包钢采用BOF-CSP技术进行了Nb微合金钢生产技术开发[2 3]。目前，包钢已成功地掌握了BOF-CSP工艺Nb微合金钢的组织均匀性控制技术，采取的主要技术手段是对连轧道次变形分配、机架间冷却水进行合理控制，有效地解决连铸粗晶奥氏体的完全再结晶和未再结晶区域的有效变形，获得了均匀、细小的钢带组织，开发了X52-X60，QStE340TM-QStE380TM等Nb微合金钢。

包钢采用转炉进行钢水冶炼，钢水的残余元素含量和N含量较低，因此，包钢的Nb微合金钢铸坯中未发现大颗粒星状碳化物，Nb的作用得到了充分发挥。

综上所述，薄板坯连铸连轧流程也是微合金高强度钢生产的有效手段。但因流程的变化使该技术生产Nb微合金钢易于出现混晶。虽然国内外都进行了研究并采取了一系列措施，使混晶现象得以改善。但对EAF-CSP技术来说，钢带组织的均匀性还有待进一步提高，Nb的作用也有待进一步发挥。

发明内容

本发明的目的是提供一种消除薄板坯连铸连轧(EAF-CSP)流程Nb微合金钢混晶组织的工艺。通过该工艺可解决采用EAF-CSP流程生产的Nb含量≤0.07％(Wt.％)微合金钢的组织不均匀性问题，提高钢板的韧性、成形性能和疲劳性能。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

采用的薄板坯连铸连轧工艺流程为：电炉或转炉冶炼、精炼、薄板坯连铸、铸坯凝固后直接进入辊底式加热或均热炉、高压水除鳞、热轧、层流冷却、卷取；

针对的Nb微合金钢的化学成分为：C≤0.30Wt.％；Si≤1.0Wt.％；Mn：0.2～2.0Wt.％；P≤0.15Wt.％；S≤0.03Wt.％；Nb≤0.07Wt.％；

薄板坯连铸连轧的工艺参数为：铸坯入炉温度950～1050℃；出均热炉温度1100～1200℃；开轧温度1030～1130℃；终轧温度820～900℃；卷取温度400～680℃。

采用本发明的工艺流程、化学成分和连铸、均热、除鳞、热轧、卷取工艺制度，可使生产的Nb微合金化铁素体+珠光体类型钢、低碳贝氏体或针状铁素体类型钢的混晶组织完全消除，并可使Nb的微合金化作用充分发挥。

本发明具有以下技术特点：

1.提高铸坯入炉温度抑制铸坯中Nb的沉淀析出

对EAF-CSP流程来说，因采用电炉炼钢，因此钢水的N含量一般偏高。较高的N含量提高Nb(C，N)的溶度积，降低Nb(C，N)在奥氏体中的溶解度，提高沉淀析出温度。研究表明，铸坯中析出的Nb(C，N)沉淀的粒度较大，无法起到抑制奥氏体再结晶和晶粒长大作用，属无效析出物。因此，为防止粗大的沉淀粒子在铸坯中析出，提高连铸拉速和提高铸坯入炉温度是十分必要的。

2.提高均热温度、延长均热时间保证Nb尽可能固溶

在连铸过程中应通过提高拉速和铸坯入炉温度抑制粗颗粒Nb(C，N)析出。之后，在均热过程中应提高均热温度和延长均热时间以保证连铸时铸坯中的微量沉淀粒子重新固溶，通过使Nb充分固溶以最大限度地发挥Nb的微合金化作用。另外，较高的均热温度可保证较高的出炉和开轧温度，有利于连轧过程中奥氏体的再结晶。

3.除鳞工艺调节开轧温度

“既然Nb抑制变形奥氏体再结晶；开轧前原始奥氏体晶粒粗大延迟再结晶动力学”这两个因素是导致EAF-CSP流程Nb微合金钢组织混晶的最主要原因，那么，促进保持铸造枝晶组织形态的粗晶奥氏体的再结晶动力学是改善钢带组织均匀性的关键。在EAF-CSP流程中，提高开轧温度是促进粗晶奥氏体再结晶动力学最有效的手段之一。

在较高的均热温度、出炉温度条件下，可通过调节除鳞温降来进一步调整开轧温度。应在保证除鳞质量的条件下，尽可能降低除鳞温降，提高开轧温度，促进粗晶奥氏体再结晶动力学。

4.提高开轧机架的变形量

在通过高温均热、高温出炉、高温开轧的工艺控制之后，为保证粗晶奥氏体完全再结晶，通过提高连轧前序机架的变形量进一步促进变形奥氏体再结晶动力学也是十分必要的。

本发明的优点是：

1.充分发挥Nb的作用

本发明通过抑制铸坯中粗颗粒沉淀析出、均热过程中Nb的充分固溶，使Nb的微合金化作用充分发挥。利用EAF-CSP流程，采用本发明工艺生产Nb微合金化钢钢带所使用的Nb含量与利用传统厚板坯连轧工艺生产相同级别的热轧钢带所使用的Nb含量基本相同，无需加入过量的Nb。

2.钢带综合性能显著改善

利用本发明工艺可显著改善Nb微合金钢的组织均匀性，钢带的综合性能显著提高，特别是钢带的低温韧性、成形性能和疲劳性能显著改善。本发明可应用于EAF-CSP流程Nb微合金化管线钢、汽车结构件用钢、船板钢、桥梁钢、工程机械用钢、高强度耐候钢等生产领域。

附图说明

图1为本发明实施例1之钢带的组织示意图；

图2为本发明实施例2之钢带的组织示意图；

图3为本发明实施例3之钢带的组织示意图。

具体实施方式

以下的实施例用于阐述本发明，但本发明的保护范围并不仅限于以下实施例。除非有特别说明，以下实施例中钢水化学成分的百分数均为重量百分数。

实施例1

工艺流程：电炉或转炉冶炼、精炼、薄板坯连铸、铸坯凝固后直接进入辊底式加热或均热炉、高压水除鳞、热轧、层流冷却、卷取。

钢水化学成分：0.05～0.07％C-0.2～0.3％Si-1.0～1.2％Mn-0.01～0.02％P-0.003～0.005％S-0.06％Nb。

工艺参数：铸坯入炉温度：980～1050℃；出均热炉温度：1160～1200℃；开轧温度：1080～1120℃；终轧温度：840～860℃；卷取温度：600℃。

钢带的组织见图1，钢带的力学性能见表1

                表1 实施例1 钢带的晶粒度和力学性能

钢带厚度mm	晶粒度ASTM级	RelMPa	RmMPa	A％	宽冷弯b＝35mm，d＝a180°
						6.0	13	510	640	30	完好

实施例2

工艺流程：电炉或转炉冶炼、精炼、薄板坯连铸、铸坯凝固后直接进入辊底式加热或均热炉、高压水除鳞、热轧、层流冷却、卷取。

钢水化学成分：0.03～0.05％C-0.2～0.3％Si-1.5～1.8％Mn-0.01％P-0.003％S-0.05％Nb-0.2％Mo。

工艺参数：铸坯入炉温度：950～1000℃；出均热炉温度：1160～1200℃；开轧温度：1080～1120℃；终轧温度：830～850℃；卷取温度：500-550℃。

钢带的组织见图2，钢带的力学性能见表2

                表1 实施例1 钢带的晶粒度和力学性能

钢带厚度mm	晶粒度ASTM级	RelMPa	RmMPa	A％	宽冷弯b＝35mm，d＝a180°
						10.0	12.5	550	685	28	完好

实施例3

工艺流程：电炉或转炉冶炼、精炼、薄板坯连铸、铸坯凝固后直接进入辊底式加热或均热炉、高压水除鳞、热轧、层流冷却、卷取

钢水化学成分：0.05～0.07％C-0.3～0.5％Si-0.3～0.6％Mn-0.09～0.12％P-0.003～0.005％S-0.05％Nb-0.20-0.30％Cu-0.2-0.3％Ni。

工艺参数：铸坯入炉温度：950～1000℃；出均热炉温度：1140～1170℃；开轧温度：1040～1070℃；终轧温度：840～860℃；卷取温度：600℃。

钢带的组织见图3，钢带的力学性能见表3。

           表3 实施例3 钢带的晶粒度和力学性能

钢带厚度mm	晶粒度ASTM级	RelMPa	RmMPa	A％	宽冷弯b＝35mm，d＝a180°
						6.0	11.5	480	595	30	完好

Claims (1)

1、一种消除薄板坯连铸连轧流程Nb微合金钢混晶组织的工艺，其特征在于：

采用的薄板坯连铸连轧工艺流程为：电炉或转炉冶炼、精炼、薄板坯连铸、铸坯凝固后直接进入辊底式加热或均热炉、高压水除鳞、热轧、层流冷却、卷取；

针对的Nb微合金钢的化学成分为：C≤0.30Wt.％；Si≤1.0Wt.％；Mn：0.2～2.0Wt.％；P≤0.15Wt.％；S≤0.03Wt.％；Nb≤0.07Wt.％；

薄板坯连铸连轧的工艺参数为：铸坯入炉温度950～1050℃；出均热炉温度1100～1200℃；开轧温度1030～1130℃；终轧温度820～900℃；卷取温度400～680℃。

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