一種基于薄板坯工藝的中高碳高強度鋼的生產方法

專利名稱：一種基于薄板坯工藝的中高碳高強度鋼的生產方法
技術領域：
本發明屬于薄板坯連鑄連軋工藝技術領域。具體涉及一種基于薄板坯工藝的中高碳高強 度鋼的生產方法。
背景技術：
傳統板坯連鑄、薄板坯連鑄工藝是生產薄鋼板和薄帶鋼板的主要方式，鑄錠粗軋開坯生 產工藝除極少數高合金鋼生產外，己被淘汰。薄板坯連鑄連軋與傳統板坯連鑄和薄板坯連鑄 在建設投資和生產周期上具有無可比擬的優越性，自問世來，已受到各國鋼鐵界的密切關注。薄板坯連鑄連軋技術之所以在十多年的時間里會有如此迅速的發展，就在于它與傳統熱 軋帶鋼生產相比具有流程短、工序緊湊、裝備簡單、投資省、能耗低、環境污染小、生產率 高和成本低等優點。傳統熱軋帶鋼生產一般是煉鋼車間冶煉鋼水，鑄成一定規格長度的厚板 坯，冷卻后送往軋鋼車間，經處理、編組后由加熱爐進行再加熱至軋制溫度才能軋制成材。 煉鋼車間與軋鋼車間是兩個相對獨立的車間，生產線不連續，而薄板坯連鑄連軋是將連鑄機和連軋機連成一條生產線，鋼水由薄板坯連鑄機鑄成一定規格長度的薄板坯，隨即進入在線 的再加熱爐進行少量加熱，即送入連軋機軋制成材。中高碳鋼由于易造成成分偏析甚至疏松和縮孔，加之高碳鋼的脆性，通常采用模鑄+初軋 開坯再熱軋或者常規厚板坯連鑄+熱軋的工藝來生產。對于模鑄+初軋開坯再熱軋工藝，能耗 高，產品質量差，生產周期長，金屬收得率低，污染環境嚴重，對于常規厚板坯連鑄+熱軋的 工藝，容易造成碳的成分偏析和性能不均勻，能耗較高，生產周期較長，金屬收得率不高。發明內容本發明的目的是提供一種產品質量好、生產成本低、能耗低、生產周期短、工藝過程簡 單的基于薄板坯工藝的中高碳高強度鋼的生產方法。所生產的薄鋼板強度高、內部和表面質 量高、品種規格多。為實現上述目的，本發明所采用的技術方案是針對該鋼種的化學成分和薄板連鑄連軋 工藝特點，先進行煉鋼和精煉工藝，再進行薄板坯連鑄，鑄坯凝固后直接進入輥底式加熱爐 和均熱爐，然后進行熱連軋、冷卻和巻取。其中薄板坯厚度為50 90mm，薄板坯連鑄的拉 速為2.5 6.0m/min，鑄坯進入加熱爐的溫度為900 110(TC，鑄坯進入均熱爐的溫度為1000 1250°C，熱連軋的開軋溫度為1000 1200"C，終軋溫度為650 950'C ，終軋完成后或進行層流冷卻、或進行空冷，巻取溫度為450 85(TC，控制鋼板厚度為l 12mm。所述鋼種的化學成分是碳含量為O. 25 1. 25wt%、 Al為O. 001 0. lwt%、 Ca為O. 0010 0. 0050wt%，其余為Fe、合金元素和不可避免的雜質；合金元素是Si為O. 05 1. 5wt% 、 Mn 為O. l 2.0wt%、 Ni為O. 1 1. 5wt%、 Cr為O. 1 1. 5wt%、 Mo為O. 01 1. 5wt%、 V為O. 01 1.5wt%、 W為O. 01 1. 5wt%、 Cu為O. 01 1.5wt%、 Ti為O. 01 0. 15wt%中的一種或一種以 上的元素及其含量。由于采用上述技術方案，本發明-1) 縮短了生產線長度，減少了總圖面積。薄板坯連鑄連軋縮短了從結晶器至熱帶巻取機 間的距離，同時省去了傳統熱軋帶鋼生產中的板坯存放、處理車間。2) 縮短了生產周期。連鑄連軋是一個連續的過程，省去了大量的中間滯留時間，由鋼水 至成巻一般在15 30分鐘，而傳統生產至少需要5小時。3) 減少了設備，節約了能耗。薄板坯厚度較薄，致使可省去傳統帶鋼生產中的初軋機組。 鑄坯由精軋機組直接軋制成材。另外，鑄坯在高溫狀態下，只需少量加熱即可軋制，節省了 能源。據統計，薄板坯連鑄連軋可節省設備約30%，動力及能耗節約50%。4) 產品成本降低，經濟效益巨大。就投資而言， 一座大型鋼廠從厚板坯連鑄到軋制成品 的投資為875美元/t，年產量可達400萬噸，而一座CSP的投資為200美元/t，每年產量為250萬 噸。從工效來看，大型鋼廠的工效為1.5 2.5h/t，而CSP為0.3 0.6h/t。從鋼包爐到最終軋制 的能耗來看，大型鋼廠為465kWh/t，而CSP為105 kWM。據測算，采用CSP技術將降低成本 90 100美元/t。5) 提高了金屬收得率，普通連鑄為94.6%，薄板坯連鑄的金屬收得率為97.0%，金屬收得 率得到顯著提高。6) 薄板坯表面不需要清理。在實現直接熱軋工藝中，不允許對鑄坯表面進行清理，因此， 在薄板坯連鑄時，采用專門為生產薄板坯而研制的熔點低流動性好的保護渣，可使鑄坯同結 晶器之間得到良好的潤滑，釆用了結晶器中鋼液面的自動控制，避免了鋼液面波動太大而造 成巻渣以及鑄坯表面出現缺陷。7) 薄板坯內部質量好。由于薄板坯在結晶器內冷卻強度遠大于傳統的厚板坯，其二次枝 晶和三次枝晶更短，柱狀晶更細、更均勾，為最終組織的細化創造了條件。同時，因冷卻強 度大，板坯的微觀偏析得到了很大的改善，分布更均勻，產品的性能更加均勻和穩定。8) 減少了污染，保護了環境。9) 中高碳鋼中的碳偏析得到了很大的改善，分布更均勻，產品的性能更加均勻和穩定。10) 根據中高碳鋼強度等的性能要求，可以采取層流冷卻或者空冷。11) 根據中高碳鋼品種規格的要求，可以在同一爐或者同一澆次軋制多個不同厚度的品 種，生產靈活性大。12) 由于鑄坯薄，易于軋制薄規格的中高碳鋼板。本發明所生產的中高碳鋼薄鋼板鐵素體晶粒細小，珠光體片層間距小，其強度和韌性明 顯高于傳統工藝流程生產的中高碳鋼薄鋼板。該類鋼鐘經過調質熱處理后，其強度和韌性高 出傳統工藝生產的鋼種。總之，本發明采用的薄板坯連鑄連軋工藝，由于冷卻速度快，碳和合金元素的成分偏析 小，組織和性能均勻。所生產的薄鋼板強度高、內部和表面質量高、品種規格多，生產靈活 性大，金屬收得率明顯提高。具有產品質量好、生產成本低、能耗低、生產周期短、工藝過 程簡單的特點。本發明適用于各類中高碳高強鋼的生產，如鋸片用鋼、模具用鋼、汽車門鎖等工具用鋼 和結構鋼等；可提高產品質量，提高生產效率，減少生產成本，節約資源和能源等。


圖l為本發明所生產的65Mn鋼軋態的掃描電子顯微鏡照片； 圖2為傳統工藝生產的65Mn鋼軋態的掃描電子顯微鏡照片； 圖3為本發明所生產的65Mn鋼軋態的透射電子顯微鏡照片； 圖4為傳統工藝生產的65Mn鋼軋態的透射電子顯微鏡照片； 圖5為本發明所生產的30CrMo鋼的光學顯微組織照片； 圖6為傳統工藝生產30CrMo鋼的光學顯微組織照片。
具體實施方式
下面結合具體實施方式
，對本發明作進一步描述，并非對本發明保護范圍的限制。 實施例1一種基于薄板坯工藝的中高碳高強度鋼的生產方法。針對該鋼種的化學成分和薄板連鑄 連軋工藝特點，采用轉爐將鐵水冶煉成鋼水，經轉爐煉鋼后對鋼水進行精煉，加入脫氧劑A1 和合金元素Si、 Mn，進行脫氧和合金化，Al控制在0.010。/。 0.040 wt% 。 [Ca]/[A1]比控制在 0.05 0.18之間。鋼水經過精煉后進行薄板坯連鑄，薄板坯厚度為70mm，連鑄采用高碳鋼保 護渣。鑄坯凝固后直接進入輥底式加熱爐和均熱爐，然后進行熱連軋、冷卻和巻取。其中連鑄鑄坯厚度為70mm，連鑄坯拉速2.5 3.5m/min，鑄坯進入加熱爐的溫度為1000 110(TC, 鑄坯進入均熱爐的溫度為1000 1100'C，熱連軋的開軋溫度為1000 105(TC，終軋溫度650 680°C，最后軋制成厚度2.8mm的鋼板，終軋完成后進行層流冷卻，鋼板的巻取溫度為600 700 。C。所述鋼種的化學成分及其含量是C為0.62 0.69wt^、 Si為0.17 0.37wt^、 Mn為0.7 1.0wt%、 Al為0.01 0.04wt^、 Ca為0.0010 0.0030wtX，其余為Fe及不可避免的雜質。本實施例l所生產的高碳鋼65Mn軋態組織中，經掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡的觀 察如圖1和圖3所示，主要是珠光體和鐵素體組織，珠光體的片層間距為0.1 0.5nm，鐵素體 晶粒在l 2pm之間；傳統工藝生產的65Mn鋼軋態組織中，如圖2和圖4所示，雖然也主要是 珠光體和鐵素體組織，但珠光體片層間距在0.5 2.5pm之間，鐵素體晶粒在2 5pm之間。經檢測，本實施例l所生產的高碳鋼65Mn鋼板的抗拉強度為880MPa、屈服強度為 490MPa，屈強比為0.56，延伸率可達18%;而傳統工藝生產的高碳鋼65Mn鋼板的抗拉強度為 650MPa，延伸率為8%左右。本實施例l所生產的高碳鋼65Mn鋼板經過調質熱處理后，其強度 和韌性高于傳統工藝生產的相同鋼種的10 30%。 實施例2一種基于薄板坯工藝的中高碳高強度鋼的生產方法。針對該鋼種的化學成分和薄板連鑄 連軋工藝特點，經轉爐煉鋼后對鋼水進行精煉，加入脫氧劑Al和合金元素Si、 Mn、 Cr、 Mo， 進行脫氧和合金化，八1控制在0.010% 0.040%。 [Ca]/[A1]比控制在0.05 0.18之間。鋼水經過 精煉后進行薄板坯連鑄，薄板坯厚度為90mm,連鑄采用中碳鋼保護渣。鑄坯凝固后直接進入 輥底式加熱爐和均熱爐，然后進行熱連軋、冷卻和巻取。其中連鑄鑄坯板厚為90mm，薄板 坯連鑄的拉速為3.5 4.5m/min，鑄坯進入加熱爐的溫度為1020 110(TC，鑄坯進入均熱爐的溫 度為1100 125(TC，熱連軋的開軋溫度為1050 1200'C，終軋溫度為700 95(TC，終軋完成 后進行空氣冷卻，巻取溫度為680 850'C，控制鋼板厚度為3.5mm。所述鋼種的化學成分是C為0.26 0.33wt^、 Si為0.17 0.375wtX、 Mn為0.4 0.7wtX 、 Cr為0.8 UwtX、 Mo為0.15 0.25wtW、 Al為0.01 0.04。/。wt、 Ca為0.0010 0.0030。/。wt，其 余為Fe及不可避免的雜質。本實施例2所生產的高碳鋼30CrMo軋態組織中，經光學顯微鏡如圖5所示的觀察，主要是 珠光體和鐵素體組織，珠光體片層間距在0.1 0.54111，鐵素體晶粒在2 5pm之間；傳統工藝 生產的30CrMo鋼軋態組織中，經光學顯微鏡如圖6所示的觀察，圖中珠光體片層間距較大，一般為0.5 2.5pm，鐵素體晶粒在20 30pm之間。本實施例2所生產的30CrMo鋼板的抗拉強度為680MPa，屈服強度為460MPa,屈強比為 0.68;而傳統工藝所生產的30CrMo鋼板的抗拉強度只有530MPa，屈服強度為320MPa，屈強 比為0.62。與傳統工藝所相比，本實施例2所生產的30CrMo鋼板的屈服強度升高40。/。以上。本 實施例2所生產的30CrMo鋼板經過調質熱處理后，其強度和韌性明顯高于傳統工藝生產的 30CrMo鋼板。 實施例3一種基于薄板坯工藝的中高碳高強度鋼的生產方法。針對該鋼種的化學成分和薄板連鑄 連軋工藝特點，經轉爐煉鋼后對鋼水進行精煉，加入脫氧劑Al和合金元素Si、 Mn、 Cu、 W， 進行脫氧和合金化，Al控制在0.010Q/。 0.040wtX。 [Ca]/[A1]比控制在0.05 0.18之間。鋼水經 過精煉后進行薄板坯連鑄，薄板坯厚度為50mm，連鑄采用中碳鋼保護渣，鑄坯凝固后直接進 入輥底式加熱爐和均熱爐，然后進行熱連軋、冷卻和巻取。其中薄板坯厚度為50mm，薄板 坯連鑄的拉速為4.5 6.0m/min，鑄坯進入加熱爐的溫度為900 102(TC，鑄坯進入均熱爐的溫 度為1050 1150'C，熱連軋的開軋溫度為1000 110(TC，終軋溫度為650 750。C ，終軋完成 后或進行層流冷卻，巻取溫度為450 850'C，控制鋼板厚度為Umm。所述鋼種的化學成分是C為0.40 0.50wtX、 Si為0.15 0.35wtM、 Mn為0.1 0.4wt^ 、 Cu為0.1 0.3wtX、 W為0.01 0.2wtX、 Al為0.01 0.04wt^ 、 Ca為O.001O 0.OO30wt5^ ，其 余為Fe及不可避免的雜質。本實施例3所生產的鋼板的抗拉強度為640MPa，屈服強度為410MPa。該鋼經過調質熱處 理后，其強度和韌性明顯高于傳統工藝生產的相同鋼種。 實施例4一種基于薄板坯工藝的中高碳高強度鋼的生產方法。針對該鋼種的化學成分和薄板連鑄 連軋工藝特點，經轉爐煉鋼后對鋼水進行精煉，加入脫氧劑Al和合金元素Si、 Mn、 Ti，進行 脫氧和合金化，Al控制在0.04。/。 0.08wt^。 [Ca]/[A1]比控制在0.03 0.1之間。鋼水經過精煉 后進行薄板坯連鑄，薄板坯厚度為50mm，連鑄采用高碳鋼保護渣，鑄坯凝固后直接進入輥底 式加熱爐和均熱爐，然后進行熱連軋、冷卻和巻取。其中薄板坯厚度為50mm，薄板坯連鑄 的拉速為2.5 4.0m/min，鑄坯進入加熱爐的溫度為900 102(TC,鑄坯進入均熱爐的溫度為 1050 115(TC，熱連軋的開軋溫度為1000 1080。C，終軋溫度為620 72(TC ，終軋完成后或 進行層流冷卻，巻取溫度為450 80(TC，控制鋼板厚度為7mm。所述鋼種的化學成分是C為1.02 1.22wt^、 Si為0.15 0.35wtX、 Mn為0.1 0.4wt^、 Ti為0.06 0.12wt^、 Al為0.04 0.08wt^、 Ca為0.0010 0.0030wtX ，其余為Fe及不 可避免的雜質。本實施例4所生產的鋼板的屈服強度為1410MPa。該鋼經過調質熱處理后，其強度和韌性 明顯高于傳統工藝生產的高碳鋼種。本實施例1 4所生產的中高碳鋼薄鋼板鐵素體晶粒細小，珠光體片層間距小，其強度和 韌性明顯高于傳統工藝流程生產的中碳鋼薄鋼板。該類鋼鐘經過調質熱處理后，其強度和韌 性高高出傳統工藝生產的鋼種。因而，所生產的薄鋼板強度高、內部和表面質量高、品種規 格多，生產靈活性大，金屬收得率明顯提高。本具體實施方式
采用薄板坯連鑄連軋工藝，由于冷卻速度快，碳和合金元素的成分偏析小，組織和性能均勻。因此，具有產品質量好、生產成本低、能耗低、生產周期短、工藝過 程簡單的特點。本具體實施方式
用于各類中高碳高強鋼的生產，如鋸片用鋼、模具用鋼、汽車門鎖等工 具用鋼和結構鋼等；可提高產品質量，提高生產效率，減少生產成本，節約資源和能源等。
權利要求
1、一種基于薄板坯工藝的中高碳高強度鋼的生產方法，其特征在于針對該鋼種的化學成分和薄板連鑄連軋工藝特點，先進行煉鋼和精煉工藝，再進行薄板坯連鑄，鑄坯凝固后直接進入輥底式加熱爐和均熱爐，然后進行熱連軋、冷卻和卷取；其中薄板坯厚度為50～90mm，薄板坯連鑄的拉速為2.5～6.0m/min，鑄坯進入加熱爐的溫度為900～1100℃，鑄坯進入均熱爐的溫度為1000～1250℃，熱連軋的開軋溫度為1000～1200℃，終軋溫度為650～950℃，終軋完成后或進行層流冷卻、或進行空冷，卷取溫度為450～850℃，控制鋼板厚度為1～12mm；所述鋼種的化學成分是碳含量為0.25～1.25wt％、Al為0.001～0.1wt％、Ca為0.0010～0.0050wt％，其余為Fe、合金元素和不可避免的雜質；合金元素是Si為0.05～1.5wt％、Mn為0.1～2.0wt％、Ni為0.1～1.5wt％、Cr為0.1～1.5wt％、Mo為0.01～1.5wt％、V為0.01～1.5wt％、W為0.01～1.5wt％、Cu為0.01～1.5wt％、Ti為0.01～0.15wt％中的一種或一種以上的元素及其含量。
全文摘要
本發明涉及一種基于薄板坯工藝的中高碳高強度鋼的生產方法。其技術方案是經煉鋼、精煉工藝、板坯連鑄、加熱、均熱、熱連軋、冷卻和卷取。其中薄板坯厚度為50～90mm，連鑄坯拉速為2.5～6.0m/min，加熱爐溫度為900～1100℃，均熱爐溫度為1000～1250℃，開軋溫度為1000～1200℃，終軋溫度為650～950℃，卷取溫度為450～850℃，鋼板厚度為1～12mm。中高碳高強度鋼的化學成分是碳含量為0.25～1.25wt％、Al為0.001～0.1wt％、Ca為0.0010～0.0050wt％，其余為Fe、不可避免的雜質和諸合金元素中的一種或一種以上。本發明具有產品質量好、生產成本低、能耗低、工藝過程簡單的特點。
文檔編號C21D8/02GK101333629SQ20081004835
公開日2008年12月31日 申請日期2008年7月10日 優先權日2008年7月10日
發明者吳開明, 周明偉, 周春泉, 朱正宜, 梁新亮, 溫德智, 焦國華, 陳建新, 剛 黃 申請人:湖南華菱漣源鋼鐵有限公司;武漢科技大學