抗拉强度≥1250MPa的薄带连铸经济性超高强捆带及其制造方法

摘要

抗拉强度≥1250MPa的薄带连铸经济性超高强捆带及其制造方法，其包括如下步骤：1）采用双辊薄带连铸工艺铸造厚度为1.0-2.4mm的铸带，其化学成分重量百分比为：C0.28-0.38%，Si0.25-0.35%，Mn1.5-1.8%，P≤0.015%，S≤0.01%，N≤0.012%，其余为Fe和不可避免杂质；2）铸带冷却；3）铸带在线热轧；4）铅浴等温淬火；5）卷取。本发明通过薄带连铸经济性工艺生产的超高强捆带，抗拉强度≥1250MPa，延伸率≥6.5%。

说明书

技术领域

本发明涉及超高强度钢捆带及其制造方法，尤其涉及一种抗拉强度 ≥1250MPa的薄带连铸经济性超高强度钢捆带及其制造方法。

背景技术

钢捆带是钢的一种薄带状深加工产品，主要用来捆扎钢材、有色金属、 轻纺制品、建材、纸卷（板）和羊毛等货物。为了保证货物安全装卸和运 输，要求捆带具有较高的抗拉强度和一定的延伸率。此外，由于捆带长期 于室外环境中使用，还要求具有一定的抗腐蚀性能。

钢捆带按照强度划分，可分为低强、中强、高强和超高强四类。其中 的超高强捆带，主要用于造纸行业、烟草行业，及压缩棉花、羊毛等的捆 扎。尤其是压缩羊毛捆扎，需求量很大。

为了方便羊毛卷的运输和节省费用，一般先对羊毛进行压缩，再用捆 带进行捆绑，轧成一立方米左右的羊毛块，再装入集装箱。由于在运输过 程中，压缩羊毛的向外膨胀力很大，因而对捆带的强度和塑性要求非常高。 高强捆带虽然具有较好的延伸率，但往往强度不能满足要求。

目前，超高强度钢捆带的生产，主要是采用铅浴等温淬火工艺，通过 贝氏体强化，达到超高强捆带性能要求。该工艺通常包括如下步骤：1） 利用传统连铸＋板坯再加热＋热连轧工艺生产热轧带；2）通过冷轧将热 轧带减薄到超高强捆带所需要的厚度；3）对冷轧后的钢带进行加热奥氏 体化；4）铅浴等温淬火。

发明名称为“Steel Strap Composition”的美国专利US6814817，将成分 为C0.30-0.36%，Mn0.90-1.25%，Si0.75-1.10%的冷轧钢带，首先预热到 370-510℃，然后加热到815-900℃进行奥氏化，再进行370-510℃铅浴等 温淬火处理。利用该工艺生产的钢捆带抗拉强度≥1170MPa，可以达到 1240MPa，延伸率≥6.5%。

发明名称为“一种包装用钢带的热处理方法”的中国专利 200810200449.7，采用成分为C0.29-0.35%，Si0.15-0.35%，Mn1.20-1.55%， P0.030%，S0.030%，余量为Fe的热轧板，冷轧后首先在铅浴中预热到 355-365℃，预热时间6.75-9s，然后加热到860±20℃，保温30-40s进行奥 氏体化，再进行355-365℃铅浴等温淬火处理，等温淬火时间为21-28s。 利用该工艺生产的钢捆带抗拉强度≥1350MPa，延伸率≥6%。

利用现有技术生产超高强捆带，由于工艺路径长，工艺复杂，导致其 生产效率较低，生产成本较高。可以通过优化工艺路径来降低捆带生产成 本，例如，热轧带的生产可以采用一些新兴的短流程技术，如薄板坯连铸 连轧，薄带连铸等。其中，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 热轧钢带的生产过程，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。设备投资也相应减少，产品成本显著降低。

有关薄带连铸产品及其制造工艺的专利，主要集中在低碳钢及低碳微 合金钢产品及其制造工艺，产品表面质量改进等方面，例如题目为“热轧 薄铸造钢带产品及其制造方法”的中国专利201080008606.X，题目为“高 强度薄铸钢带产品及其制备方法”的中国专利201080017436.1，题目为“微 裂纹得到减少的薄铸钢带”的中国专利200880109715.3，等等。通过上述 薄带连铸专利制造的钢带，均不是为高强捆带生产而设计，目前尚未见到 利用薄带连铸工艺生产高强捆带的先例。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗拉强度≥1250MPa的薄带连铸经济性超 高强捆带及其制造方法，通过合理的成分设计和工艺设计，来解决现有技 术存在的工艺路径长、生产效率较低、生产成本较高的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

本发明采用C、Si、Mn为主的简单化学成分设计，不添加贵重的合 金元素和微合金元素。通过薄带连铸＋在线热轧工艺，直接生产出厚度规 格满足超高强捆带要求的热钢带，省去通过冷轧对热轧带进行减薄的工艺 步骤。通过薄带连铸＋在线热轧工艺得到的热轧带，不对其进行冷却，直 接进行铅浴等温淬火，省去冷轧带再加热奥氏体化处理步骤。

上述技术构思，相当于将利用现有技术生产超高强捆带的前三个步 骤，简化为一步来完成。

具体地，本发明的抗拉强度≥1250MPa的薄带连铸经济性超高强捆带， 其化学成分重量百分比为：C0.28～0.38%，Si0.25～0.35%，Mn1.5～1.8%， P≤0.015%，S≤0.01%，N≤0.012%，其余为Fe和不可避免的杂质；钢带显 微组织主要由贝氏体构成，其渗碳体颗粒直径为纳米量级，并含有少量的 马氏体；其抗拉强度≥1250MPa，延伸率≥6.5%。

在本发明的化学成分设计中：

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会溶于铁素体中形成间隙固溶体，但在室温下它在铁 素体中的溶解度十分有限，因此其固溶强化作用受到限制。在本发明工艺 条件下，C主要以渗碳体形式析出，作为贝氏体的组成部分。渗碳体的含 量与C含量密切相关，当C含量增加时，渗碳体含量增加，钢的强度、硬 度随之提高，而塑性、韧性相应降低。因此C含量不能过高，本发明采用 的C含量范围是0.28-0.38%。

Si：Si在钢中起固溶强化作用。Si含量合适时，不仅使钢的强度得到 提高，而且对塑性影响不大。本发明采用的Si含量范围是0.25-0.35%。

Mn：Mn是价格最便宜的合金元素之一，它在钢中具有相当大的固溶 度，通过固溶强化提高钢的强度，而且其含量合适时，对钢的塑性基本无 损害，是在降低C含量情况下提高钢的强度最主要的强化元素。本发明采 用的Mn含量范围是1.5-1.8%。

P：P在α-Fe中溶解度很大。与其他元素相比，P在α-Fe中所引起的 固溶强化效果较大。但当含P量较高时，随着钢的强度提高，其塑性明显 降低。特别是钢中P出现偏析情况下，将引起较大的冷脆性。在本发明中， P是作为杂质元素来控制，其含量≤0.015%。

S：S在Fe中的溶解度极小，钢中的S大都化合为FeS，其危害是在 进行热加工时会引起钢的热脆性，降低钢的延展性和韧性，在轧制时造成 裂纹。在本发明中，S是作为杂质元素来控制，其含量≤0.01%。

N：与C元素类似，N元素可通过间隙固溶提高钢的强度，但是，N 的间隙固溶对钢的塑性和韧性有较大危害，因此N含量不能过高。本发明 采用的N含量≤0.012%。

本发明的抗拉强度≥1250MPa的薄带连铸经济性超高强捆带制造方 法，包括如下步骤：

1)采用双辊薄带连铸工艺铸造厚度为1.0-2.4mm的铸带，其化学成 分重量百分比为：C0.28-0.38%，Si0.25-0.35%，Mn1.5-1.8%，P ≤0.015%，S≤0.01%，N≤0.012%，其余为Fe和不可避免的杂质；

2)对铸带进行冷却，冷却速率为20-80℃/s；

3)对铸带进行在线热轧，终轧温度≥900℃，热轧压下率为20-50%， 热轧后钢带的厚度≤1.2mm，钢带热轧后发生奥氏体在线再结晶；

4)对热轧带进行铅浴等温淬火，铅浴温度为450-500℃，淬火时间为 15-25s；

5)对钢带进行水冷和卷取。钢带显微组织主要由贝氏体构成，其渗 碳体颗粒直径为纳米量级。

进一步，所述步骤2）中，铸带冷却速率为30-60℃/s。

所述步骤3）中，终轧温度≥950℃。

所述步骤3）中，热轧压下率为30-50%。

所述制造方法中，还可以根据需要增加步骤6）对钢带进行发蓝、涂 漆、涂蜡或镀锌等后续处理。

通过以上技术方案得到的超高强捆带，其抗拉强度≥1250MPa，延伸 率≥6.5%。

在本发明的制造工艺中：

1）薄带连铸

钢水被引入到一对相对旋转且内部水冷的结晶辊和侧封板形成的熔 池之内，经过快速凝固后直接浇铸出厚度为1.0-2.4mm的铸带。该厚度规 格值通过超高强捆带成品厚度，以及后续设计的在线热轧压下率反算得 出。

2）铸带冷却

铸带从结晶辊连铸出来后，经过密闭室，在密闭室内进行冷却。为了 保持铸带内部和表面质量，同时防止奥氏体晶粒在高温下长大过快，控制 铸带的冷却速率为20-80℃/s。优选的，铸带的冷却速率为30-60℃/s。铸 带冷却采用气冷方式，冷却气体的压力、流量和气喷嘴位置可以调节和控 制。冷却气体可以是氩气、氮气、氦气等惰性气体，或者是几种气体的混 和气体。通过控制冷却气体的类型、压力、流量，以及喷嘴到铸带之间的 距离等，实现对铸带冷却速率的控制。

3）铸带在线热轧

通过在线热轧，将热轧带减薄至超高强捆带所需的厚度规格，并使奥 氏体热轧后发生在线再结晶，细化奥氏体晶粒，改善组织的均匀性。

再结晶形核率和长大速率均随形变温度的升高而呈指数型关系的增 长（雍岐龙著，微合金钢－物理和力学冶金），温度越高，越容易发生再 结晶。

形变是发生再结晶的基础，是再结晶的驱动力——形变储存能的来 源，由于必须超过一定的驱动力之后才会发生再结晶，故只有超过一定的 形变量之后才会发生再结晶。形变量越大，形变储存能越大，而形变储存 能越大，再结晶形核和长大速率均越大，即使在较低温度下也能足够迅速 地开始和完成再结晶。而且，形变量增大，还会减小奥氏体再结晶后的晶 粒尺寸，这是因为再结晶形核率随形变储存能的升高而呈指数型关系的增 长（雍岐龙著，微合金钢－物理和力学冶金），因此有利于获得更加细小 γ→α的相变产物，对提高钢带的强塑性都是有利的。

本发明控制终轧温度≥900℃，热轧压下率为20-50%。通过热轧，将 钢带厚度减薄到1.2mm及其以下，奥氏体在热轧后发生在线再结晶，以使 得钢带在经过后续铅浴等温淬火后获得细小均匀的贝氏体组织。

优选的，终轧温度≥950℃，热轧压下率为30-50%。

4）铅浴等温淬火、水冷和卷取

对热轧带进行铅浴等温淬火。等温淬火温度和时间会对贝氏体板条和 渗碳体颗粒的大小，以及贝氏体转变量造成影响，进而影响超高强捆带的 性能。在贝氏体转变温度范围内，等温淬火温度越低，所获得的贝氏体板 条越细，渗碳体颗粒尺寸越小；等温淬火时间越长，贝氏体转变量越大。 本发明控制贝氏体等温淬火的铅浴温度为450-500℃，淬火时间为15-25s。

通过水冷完成小部分残余奥氏体的后续转变，这对于提高钢带强度是 很必要的。

钢带显微组织主要由贝氏体构成，其渗碳体颗粒直径为纳米量级，并 含有少量的马氏体。钢带抗拉强度≥1250MPa，延伸率≥6.5%。

6）涂漆、涂蜡或镀锌等后续处理

可以根据超高强捆带的使用目的和使用环境等，对钢带进行发蓝、涂 漆、涂蜡或镀锌等后续处理。

本发明与现有技术的不同之处和有益效果：

1）现有技术生产超高强捆带的工艺是：传统连铸＋板坯再加热＋热 连轧＋冷轧＋冷轧带加热奥氏体化＋铅浴等温淬火；本发明采用薄带连铸 ＋在线热轧＋铅浴等温淬火工艺生产超高强捆带，省去了“板坯再加热”、 “热连轧”、“通过冷轧对热轧带进行减薄”和“对冷轧带再加热奥氏体 化处理”四个工艺步骤，大大简化工艺流程。

2）通过本发明的薄带连铸＋在线热轧经济性工艺生产的超高强捆带， 其性能与利用现有技术生产的超高强捆带相当。

3）本发明生产超高强捆带的技术，流程短、能源消耗少、排放少。 解决了现有技术存在的生产效率较低、生产成本较高的问题。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

本发明实施例的钢水均采用电炉冶炼得到，具体化学成分如表1所示。 薄带连铸后得到的铸带厚度，铸带冷却速率，热轧终轧温度，热轧压下率， 热轧带厚度，铅浴等温淬火温度和时间，以及热轧带和高强捆带的拉伸性 能见表2。从表2可以看出，本发明超高强捆带的抗拉强度≥1250MPa，延 伸率≥6.5%。

表1实施例的钢水化学成分（wt.%）

实施例 C Si Mn P S N 1 0.29 0.28 1.51 0.015 0.009 0.0057 2 0.34 0.34 1.64 0.013 0.002 0.0062 3 0.38 0.25 1.78 0.011 0.005 0.0120 4 0.37 0.32 1.80 0.012 0.003 0.0096

5 0.28 0.35 1.69 0.009 0.004 0.0048

表2实施例1-5的工艺参数及超高强捆带拉伸性能

综上所述，本发明采用薄带连铸＋在线热轧＋铅浴等温淬火工艺生产 超高强捆带，省去了“板坯再加热”、“热连轧”、“通过冷轧对热轧带 进行减薄”和“对冷轧带再加热奥氏体化处理”四个工艺步骤，大大简化 工艺流程，能源消耗少、排放少。解决了现有技术存在的生产效率较低、 生产成本较高的问题。