采用薄板坯连铸连轧生产低碳高铌高强韧性钢带的工艺方法

摘要

本发明属于短流程薄板坯连铸连轧制备领域，特别涉及采用薄板坯连铸连轧生产低碳高铌高强韧性钢带的工艺方法。具体步骤为：在薄板坯连铸连轧工序中，铸坯均热温度控制在1100～1180℃，开轧温度≤1050℃，变形量在40％～50％之间；终轧温度800～900℃，卷取温度500～650℃。在薄板坯连铸连轧工序中，采用5～7套机架热轧，相对压下率为F1～F2：40～50％，F3～F4：20～40％，F5～F7：5～30％。采用控制冷却，终轧后快速冷却到卷温度，冷却速度大于10℃/s。本发明与现有技术相比具有成本低、工艺简单，同时消除了混晶现象，使得最终的钢带组织均匀细化，从而机械性能良好的优点。

说明书

技术领域

本发明属于薄板坯连铸连轧制备领域，特别涉及采用薄板坯连铸连轧生产低碳高铌高强韧性钢带的工艺方法，主要应用于石油化工、交通运输设备及工程机械等行业的高强韧性钢带的制备。

背景技术

在现有技术中，铌是作为抑制奥氏体再结晶作用最为显著的微合金元素之一，是热连轧钢带生产中技术最为成熟的微合金化元素。其作用机理是通过使变形后的奥氏体扁平化，增加位错密度和变形带分布，提高γ-α相变的有效晶界面积，并通过固溶铌的拖曳作用及变形诱导析出的微合金碳氮化物钉扎作用，从而抑制相变铁素体/贝氏体晶粒长大而获得均匀而细小的组织。

薄板坯连铸连轧生产含铌钢带的技术路线是：在再结晶区变形使奥氏体充分发生再结晶、细化奥氏体晶粒；在未再结晶区多道次大变形轧制，形成“薄饼”状奥氏体，以增加位错及变形带，为后续铁素体相变提供更多的形核点；终轧后通过控冷使组织细化。然而，易出现混晶现象是薄板坯连铸连轧生产含铌钢带的主要问题之一，出现混晶的主要原因是原始粗大的铸造树枝晶奥氏体再结晶不完全或者再结晶组织不均匀，进而导致成品钢带的机械性能恶化。例如：2003年8月发表在《钢铁》第38卷，第8期，16-19页，“csp工艺中含Nb钢的混晶问题及改善方法”和2005年2月发表在《钢铁》第40卷，第2期，69-71页，“连铸坯组织影响混晶产生的研究”。

发明内容

本发明目的在于提供一种成本低、工艺简单，消除了混晶现象，使得最终的钢带组织均匀细化，从而机械性能良好的薄板坯连铸连轧生产低碳高铌高强韧性钢带的工艺方法。

根据上述目的，本发明整体的技术方案为：

本发明利用我国已经成熟使用的薄板坯连铸连轧技术及工艺流程，在不另外增加任何设备的条件下生产低碳高铌高强韧性钢带，通过设定控轧参数使奥氏体在高温开轧避免再结晶发生，保持奥氏体始终处于未再结晶区轧制状态，奥氏体在多道次变形中逐渐扁平化，随着应变累积的增加，扁平的奥氏体晶粒内部形成了大量的位错缠结和变形带，由于自始至终没有发生再结晶现象，位错及变形带没有消除而是逐渐增加，为终轧后的铁素体/贝氏体相变提供了充足的形核点，因此在相变过程中，奥氏体晶界及晶内形核长大情况趋于一致，最终获得了均匀细化的组织，消除了混晶现象，获得了性能良好的高强韧性钢带。

其技术核心是高Nb含量(通常不低于0.09％)和高温轧制。通过提高Nb含量以提高奥氏体未再结晶温度，从而使未再结晶区轧制能够在较高的温度下进行。另外，利用固溶Nb对奥氏体/铁素体相变的推迟作用，可以获得具有较高强韧性的针状铁素体/贝氏体组织。据报道，该工艺尤其适合于在轧制能力较低的轧机上生产高强韧性钢，如X70/X80管线钢等。

本发明的技术方案的工作原理：

对于薄板坯连铸连轧工艺，如果将Nb含量提高到较高水平(约0.1wt％，0.092at％)，则奥氏体再结晶中止温度将远高于1000℃，而薄板坯连铸连轧开轧温度约为1000℃。因此，在整个轧制过程中奥氏体的静态再结晶将有可能被完全抑制，即轧制将始终处于奥氏体未再结晶区。尽管薄板坯连铸连轧总压下量较小，但提高Nb含量则可以使奥氏体未再结晶区的压下量达到80-90％，甚至更大(与产品厚度规格有关)。在此过程中，原始粗大的奥氏体将逐渐扁平化，同时晶内将产生大量的形变带，这些扁平化的奥氏体晶界和晶内形变带将为相变提供大量的形核位置，从而可望获得均匀的组织。

利用金属材料在未再结晶区变形与奥氏体晶粒细化的相关性，控制薄板坯连铸连轧过程中的轧制温度、变形量等参数保证，将低碳高铌高强韧性钢带变形过程处于奥氏体未再结晶区控轧，奥氏体变形过程自始至终都没有发生再结晶现象，随着应变累积，奥氏体扁平化，增加了晶内位错及变形带形核点；终轧完成后，通过加速控冷，在奥氏体向铁素体/贝氏体相变过程中，晶界及位错、变形带等处形核长大情况趋于一致，最终得到均匀、细化的金相组织，消除了混晶现象。

在热连轧过程中，高温开轧参数的控制最为重要，其主要目的是控制变形温度及单道次压下量，以保证奥氏体在高温开轧过程中没有发生动态再结晶及随后道次间隔没有发生静态再结晶。具体控制变形温度为：均热温度1100～1180℃，开轧温度≤1050℃，变形量在40％～50％之间。变形量太小会使后续压下量加大，随着温度降低，增加轧机负荷；而变形量太大，容易产生部分动态再结晶或者道次间隔发生静态再结晶，导致最后相变出现混晶现象。

针对5～7机架的薄板坯连铸连轧工艺流程，各道次相对压下率原则为：F1～F2：40～50％；F3～F4：20～40％；F5～F7：5～30％。

终轧完成后的控冷过程：为了获得晶粒度较为细小的晶粒尺寸，采用加速冷却的方式，控冷速度应该大于10℃/s。

根据上述目的和技术方案的工作原理，本发明具体的技术方案为：

采用薄板坯连铸连轧生产低碳高铌高强韧性钢带的工艺方法，所用钢带的化学组成成分(重量百分数)为：C 0.01％-0.10％；Nb 0.08％-0.20％；Si0.05％-0.5％；Mn 0.1％-2.0％；P 0.005-0.025％；N≤0.01％，余为Fe及不可避免的杂质。在薄板坯连铸连轧工序中，铸坯均热温度控制在1100～1180℃，开轧温度≤1050℃，变形量在40％～50％之间；终轧温度800～900℃，卷取温度500～650℃。

另外的技术方案为：在薄板坯连铸连轧工序中，采用5～7套机架热轧，相对压下率为F1～F2：40～50％，F3～F4：20～40％，F5～F7：5～30％。

采用控制冷却，终轧后快速冷却到卷取温度，冷却速度大于10℃/s。

本发明与现有技术相比具有成本低、工艺简单，消除了混晶现象，使得最终的钢带组织均匀细化，从而机械性能良好的优点。其具体的性能指标：Rp_0.2≥510Mpa，R_m≥600Mpa，夏比冲击吸收功(-20℃)≥86J，延伸率≥24％。

附图说明

图1为本发明实施例1所得到的为细小铁素体加贝氏体金相组织图。

图2为本发明实施例2所得到的为细小均匀贝氏体金相组织图。

图3为本发明实施例3所得到的为细小均匀铁素体金相组织图。

具体实施方式

利用现有薄板坯连铸连轧工艺流程包括：(电炉)转炉、钢包精炼炉、薄板坯连铸机、均热炉、热连轧机、层流冷却和地下卷取机，本发明实施例薄板坯连铸连轧生产线长约400米、铸坯厚度为70mm、成品卷宽1040mm。

本发明实施例制备了3批低碳高铌高强韧性钢带，其化学成分见表1，表2为本发明实施例与现有技术对比例工艺步骤和工艺参数对比表，本发明实施例的性能指标见表3。表4为现有技术对比例的化学成分和成品力学性能对比表。为了方便对比，同时将对比例列入表中，上述列表中，1-5#为本发明实施例。6#为现有技术对比例。

表1本发明实施例钢与现有技术对比例的化学成分对比表(wt％)

本发明实施例热连轧工艺：铸坯出均匀炉后，经过除鳞机去除表面氧化皮，进入5～7机架热连轧机组，铸坯均热温度1100～1180℃，开轧温度≤1050℃，变形量在40％～50％之间；终轧温度800～900℃，热轧钢带厚度为5mm。相对压下率为F1～F2：40～50％，F3～F4：20～40％，F5～F7：5～30％。终轧完成后，采用快冷到卷取温度，卷取温度500～650℃，冷却速度大于10℃/s。

表2本发明实施例与现有技术对比例工艺步骤和工艺参数对比表

表3本发明实施例的性能指标与现有技术对比例对比表

表4为现有技术对比例的化学成分和成品力学性能对比表