连续浇铸薄钢板的方法及连续生产薄钢板的装置

摘要

钢水的含碳量调节到不低于0.001%的一个值,以这种钢水使用双辊式连续浇铸装置,借助直接浇铸,制成一种薄钢板,对所获得的薄板赋以不低于10%的压缩比,将凝固了的薄板冷却到一个不高于由含碳量、冷却速度和在线减薄率的函数确定的温度,此后,再加热钢带,同时再冷却到一个不高于由含碳量的函数确定的温度,然后卷绕冷却了的钢带,在上述过程中可生产出一种表面光洁、金属结构细化的金属薄板。

说明书

本发明涉及一种使用双辊式连续浇铸装置、生产细化结构、表面光滑的金属薄板的方法，本发明还涉及一种连续生产金属薄板的装置。

有关生产冷轧薄钢板的一种方法提供了一种用双辊式连续浇铸装置，制造厚度为2至10毫米并将其用作热轧薄板，还提供了一种方法，将上述薄板经酸洗从薄板表面去除铁屑片后，薄板冷轧到预定的厚度并退火。

上述技术的最重要一点是，由双辊式连续浇铸装置制造的薄板的物理性质，根据上述常规的生产过程，在冷轧之前(如浇铸)薄板的金属结构是粗的，因此所获得的产品只能应用于低档次的用途，为了改进产品的质量，就必需增加冷轧的压缩比。

为了得到细化的金属结构，公开了以下方法，日本未审查的专利公开No.61-99630描述了一种生产冷轧薄钢板的方法，在此方法中：钢水中的含碳量调节到不低于0.015％的量；用于冷轧的薄钢带直接用上述钢水浇铸出来；凝固以后，钢带冷却到不高于800℃的温度；钢带再加热到不低于900℃的温度；钢带再冷却到不高于800℃的温度；卷绕冷却了的钢带；钢带经酸洗、冷轧并退火。日本未审查的专利公开No.60-30545描述了一种生产冷轧薄钢板的方法，在此方法中：使用了一种彼此平行水平放置的水冷双辊的连续浇铸装置，对应金属薄板的厚度形成两辊之间的间隙，两辊以彼此相反方向旋转；由上述装置浇铸的金属薄板自然冷却到不高于相变点A₁的温度；金属薄板加热到并在生产线上保持在不低于相变点A₃的温度；同时金属薄板由气或气与水的混合物进行冷却。

然而使用上述方法的装置的长度是较长的，因为在上述装置中，为热处理需要一个较长的时间，例如在日本专利申请No.59-226515描述的一个例子中，操作实施如下，由装置浇铸的薄板凝固在3.2毫米的厚度；凝固的薄板由水冷却到700℃-950℃；薄板由直接加热炉再加热100秒；薄板在950℃保持5秒；同时当薄板冷却到最低温度550℃时卷绕起来；在本例中，操作条件设置如下，用双辊方法的浇铸速度大约为30米/分；薄板冷却到温度700℃的水冷速度为50℃/秒；在950℃下再加热的时间是100秒；薄板冷却到550℃的水冷速度是50℃/秒。于是冷却-加热-冷却的装置长度可由下式表示，

公式(4)的意义表述如下：

(1)公式(4)左边第一项表示冷却所需装置的长度，即计算冷却所需装置的长度，这时将薄板从1100℃冷却到700℃时所需的时间(分)乘浇铸速度(30米/分)。

(2)公式(4)左边第二项表示再加热所需装置的长度，即计算再加热所需装置的长度，当将薄板从700℃再加热到950℃时所需的时间乘浇铸速度(30米/分)。

(3)公式(4)左边第三项表示冷却所需装置的长度，即计算冷却所需装置的长度，当将薄板从950℃冷却到500℃时所需的时间乘浇铸速度(30米/分)。

在日本专利申请No.60-30545中所描述的实例中，当薄板的厚度是3t，浇铸速度是28米/分，以及将薄板从范围650℃至700℃加热到范围900℃至950℃的加热时间为1至2分，当薄板在卷绕温度700℃卷绕时，冷却速度为5℃/秒，则冷却-加热-冷却装置的长度可由下式表示，

公式(5)的意义表述如下，

(1)公式(5)左边第一项表示冷却所需装置的长度，即计算冷却所需装置的长度，这时将薄板从1100℃冷却到700℃时所需时间(分)乘浇铸速度(28米/分)。

(2)公式(5)左边第二项表示再加热所需装置的长度，即计算再加热所需装置的长度，这时将薄板再加热时所需的时间(2分)乘浇铸速度(28米/分)。

(3)公式(5)左边第三项表示冷却所需装置的长度，即计算冷却所需装置的长度，这时将薄板从950℃冷却到700℃时所需时间(分)乘浇铸速度(28米/分)。

用上述装置生产的薄板的表面不光整，即用上述装置生产的薄板的表面状态，不同于常规热滚压工厂生产出的热滚压薄板，因此，用上述装置生产的薄板的用途是受限的，本发明的一个目的就是缩短生产薄板的装置的长度，因而可节省生产过程的能量，本发明的另一目的就是改进薄板的表面粗糙度并使薄板晶粒的尺寸细化。

发明人发现了以下事实。当直接由钢水浇铸的薄钢带在其进行热处理之前，作轻微压缩，在浇铸之后进行冷却的过程中金属结构由γ-结构转变到α-结构的温度要上升到高于薄板不进行压缩情况下的温度。

本发明生产薄钢板方法的特征将描述如下，

1.本发明提供一种由以下步骤组成的连续浇铸薄钢板的方法：将钢水的含碳量调节到不低于0.001％；由这种钢水直接浇铸成用于冷轧的薄钢带；对薄钢带赋以不低于10％的轻微压缩比；冷却压缩了的薄钢带；再加热冷却了的薄钢带；冷却再加热的薄钢带；卷绕冷却了的薄钢带。

2.本发明提供一种由以下步骤组成的连续浇铸薄钢板的方法：将钢水的含碳量调节到不低于0.001％；由这种钢水直接浇铸成用于冷轧的薄钢带；对薄钢带赋以不低于10％的轻微压缩比；控制薄钢带再结晶之前的γ-晶粒尺寸不大于100微米，同时控制薄钢带的表面粗糙度(R_max)不大于15微米；冷却压缩了的薄钢带；对冷却了的薄钢带再加热；冷却再加热了的薄钢带；同时卷绕冷却了的薄钢带。

3.本发明提供一种由以下步骤组成的连续浇铸薄钢板的方法：将钢水的含碳量调节到不低于0.001％；由这种钢水直接浇铸成薄钢带；对薄钢带赋以不低于10％的压缩比；将凝固了的钢带冷却到不高于T1℃的温度；将冷却了的薄钢带再加热到不低于T2℃的温度；将再加热的薄钢带冷却到不高于T3℃的温度；同时卷绕冷却了的薄钢带，其中T1是含碳量的函数，压缩比(RR)和冷却速度(CR)以及T2和T3是含碳量的函数。

T1＝A(-295.45〔C〕-32.72)+B(363.63〔C〕-151.51)+(-1477.27〔C〕+1171.36)    (公式1)

式中A：冷却速度(℃/秒)的常用对数

   〔C〕：含碳量(％)

    B：在线压缩比的函数

       (＝750/(90×ILRR))

    ILRR：在线压缩比

T2＝-2000×〔C〕+980(℃)                 (公式2)

T3＝-9000×〔C〕+920(〔C〕＜0.02％)(℃)  (公式3-1)

T4＝740℃           (〔C〕≥0.02％)(℃)  (公式3-2)

在这种情况下，温度的精度为±10℃。

4.本发明提供了按照上述1，2或3项所述的一种连续浇铸薄钢板的方法，其中最终的冷轧薄钢带由含碳量为0.001到0.25％，抗拉强度为30到40公斤/毫米²的普通钢生产。

5.本发明提供了一种连续生产薄钢板的装置，包括：进行小压下量薄的辊轧装置；冷却装置；加热装置；冷却装置；以及卷绕装置，其中这些装置是连续按顺序地在用于连续浇铸薄钢板的双辊式连续浇铸装置的下游一侧安排的。

图1是表示在线压缩比与表面粗糙度R_max之间的关系曲线。

图2是表示在线压缩比与一经减薄后γ-晶粒尺寸之间的关系曲线。

图3是表示含碳量为0.05％的情况下，冷却速度和温度T1之间的关系曲线。

图4是表示含碳量为0.16％的情况下，冷却速度和温度T1之间的关系曲线。

图5是本发明的薄钢板连续生产装置总体安排示意图。

本发明将具体地通过最佳实施例说明如下。

(1)压缩比

为了改善表面粗糙度，需要进行压缩比不低于5％的轧制，如图1所示，当薄板经辊轧可能升高温度T1，温度T1升高的理由是，γ-晶粒的尺寸在再结晶之前由辊轧而减小，因此，结晶界面可能增加，同时向α-区域的转变可能容易进行，根据发明人所做实验的结果发现，为了在再结晶之前使γ-晶粒的尺寸不大于100微米，需要进行压缩比不低于10％的辊轧，更可取的是进行压缩比不低于10％和不高于30％的辊轧，如图2所示。

(2)冷却温度(T1)

由γ-晶粒转变到α-晶粒的温度T1，受辊轧前γ-晶粒的尺寸、冷却速度和含碳量的影响，辊轧前γ-晶粒的尺寸是在线的压缩比的函数，薄板浇铸后的γ-晶粒的尺寸为500至1000微米，当薄板以10％的压缩比辊轧时，γ-晶粒的尺寸减小到一个不大于100微米的值，在图3中，表示当含碳量为0.05％时冷却速度和温度T1之间的关系，当薄板以10％的压缩比辊轧时，温度T1升高，此温度随含碳量而变化，即当含碳量增时，此温度降低，如式(1)所示，当含碳量为0.16％时，冷却速度与温度T1之间的关系如图4所示。

T1＝A(-295.45〔C〕-32.72)+B(363.63〔C〕-151.51)+(-1477.27〔C〕+1171.36)    (公式1)

式中A：冷却速度(℃/秒)的常用对数

   〔C〕：含碳量(％)

    B：在线压缩比的函数

       (＝750/(90×ILRR+1))

(3)再加热温度(T2)

再加热温度由含碳量确定，此关系由式(2)所示，即再加热温度是γ-结晶在α-晶粒界面再产生的温度，当温度低于T2时，γ-结晶未充分产生。

T2＝-2000×〔C〕+980(℃)                  (公式2)

(4)卷绕温度(T3)

确定卷绕温度不要高于再结晶温度，此温度受含碳量的影响且由式3来表达。

T3＝-9000×〔C〕+920(〔C〕＜0.02％)(℃)  (公式3-1)

T4＝740℃           (〔C〕≥0.02％)(℃)  (公式3-2)

在此关系中，按照本发明的最终产品冷轧钢带，由含碳量为0.001至0.25％、抗拉强度为30至40公斤/毫米²的普通钢生产，此最终产品的冷轧钢带可在这样一种状态下生产，即按照本发明薄板制成后，经任意的酸洗过程、冷轧、退火等等。

为了认识本发明的方法，最好使用图5所示的薄板连续生产装置，包括：安排在双辊式连续浇铸装置下游一侧进行小压缩比的辊轧装置，冷却装置，加热装置，冷却装置和卷绕装置。

在这方面，上述每个冷却装置的冷却系统可以是水冷系统或水雾冷却系统，上述每个加热装置的加热系统可以是煤气加热系统或可快速加热薄板的一种感应加热系统。

实例

实例1

以下是一个实例，用浇铸法制造厚度3毫米，含碳量为0.05％的薄板，浇铸条件表述如下，浇铸速度为30米/分，压缩比为10％，水冷却速度为50℃/秒，加热速度为2.5℃/秒，加热后的冷却速度为5℃/秒，温度T1为767℃，再加热温度T2为880℃，卷绕温度为740℃。

则加热-冷却-加热装置的长度由下式表示，

公式(6)的意义表述如下，

(1)公式(6)左边第一项表示在以10％的压缩比进行辊轧后，冷却所需装置的长度，即计算冷却所需装置的长度，这时将从1100℃冷却到767℃时所需时间(分)乘浇铸速度(30米/分)。

(2)公式(6)左边第二项表示，再加热所需装置的长度，即计算再加热所需装置的长度，这时以2.5℃/秒从767℃再加热到880℃时所需时间(分)乘浇铸速度(30米/分)。

(3)公式(6)左边第三项表示，冷却所需装置的长度，即计算冷却所需装置的长度，这时将从880℃冷却740℃时，并在此温度卷绕已冷却的钢带，所需时间(分)乘浇铸速度(30米/分)。

在不对薄板进行压缩的情况中，上述结果可直接与日本专利申请No.60-30545所描述的公式(5)进行比较，因为在式(5)中从650℃加热至950℃的加热时间，当加热速度为2.5℃/秒时，具有相同的意义，因此当对薄板进行压缩时，热处理装置的长度83米可缩短到40米，因此获得的薄板的表面粗糙度为10微米，相当于热滚压薄钢板的表面粗糙度，所获得薄板晶粒的尺寸是20微米，相当于现在使用的热轧薄钢板的晶粒尺寸，这样获得的产品在机械性质、表面粗糙度和脆性方面提供极好的结果。

例2

表1表示当加热炉区域的长度各种变化时所生产薄钢板的实验结果。

表1

    No 〔C〕  (％)  压缩比   (％)  冷却速度  (℃/秒)    T1   (℃)    T2   (℃)    T3   (℃)    V_c  (米/分)   长度   (米)本发明的实例    1  0.05    10    10    800    880    740    30    26    2  0.02    10    10    833    940    740    30    29    3  0.16    10    10    680    660    740    30    16    4  0.05    10    5    814    880    740    30    49    5  0.05    10    10    720    968    814    30    39    6  0.05    10    10    720    792    592    30    33比较实例子(无压缩) 1-参考  0.05    0    10    667    880    740    30    39 2-参考  0.02    0    10    688    940    740    30    43 3-参考  0.16    0    10    587    660    740    30    25 4-参考  0.05    0    5    681    880    740    30    76

在表1中，实例1至6是本发明的实例，在实例1至3中，含碳量在0.05至0.16的范围内变化，比较实例如实例1-参考至3-参考所示，在所有的例子中，热处理装置的长度缩短大约10米。

在实例4至6中，时间区间T1、T2和T3有10％的变化。

根据上述例子，很显然加热炉区域的长度可以通过对薄板进行辊轧而缩短，这样获得的薄板的晶粒尺寸大约为20微米，薄板的质量在表面粗糙度和脆性两方面是高的。

如上所述，根据本发明对浇铸金属板进行压缩之后，将其从γ-相变点冷却到不高于α-相变点的温度，以后将薄板从α-相变点加热到不低于γ-相变点的温度，然后将薄板冷却，由于前述的热处理过程和一种将薄板冷却并加热使之晶粒细化的简单热处理过程相比较，就可能通过一种长度被缩短了的生产装置，获得一种金属结构细化的薄板，从而在节能的同时生产装置小型化，并可能获得一种在质量上和好的热轧薄钢板等同的薄板。