一种表面质量优良的翅片钢及其CSP生产工艺

摘要

一种表面质量优良的翅片钢，其组分及wt%为：C：不超过0.01%，Mn：0.18～0.30%，Si：0～0.02%，Als：不超过0.005%，P：0～0.03%，S：0～0.01%，N：0.002～0.007%。其工艺：转炉冶炼；LF炉精炼；铸坯进入均热炉均热；采用高压水除鳞；在各机架轧制之前，先启动辊缝冷却水，后采用七机架机组进行精轧；层流冷却；卷取。本发明解决了翅片钢氧化铁皮缺陷偏多，以及带钢头部和尾部在失张状态下撞击卷取夹送辊而产生辊印缺陷的不足，并充分发挥短流程工艺的优势，生产出的钢卷整卷厚度精度波动在30μm、整卷长度方向强度波动在20Mpa以内。

说明书

技术领域

本发明涉及一种超低碳钢及其CSP生产工艺，具体属于一种表面质量优良的翅片钢及其CSP生产工艺方法。

背景技术

翅片钢是翅片式换热器的原材料。翅片式换热器作为热交换装置的一种，由其换热单元形似翅片而得名，主要用于干燥系统中空气加热，是热风装置中的主要设备。热介质可以是蒸汽或热水，也可用导热油，因采用机械绕片，散热翅片与散热管接触面大而紧，传热性能良好、稳定，空气通过阻止小，换热效率高。出于节能环保的需求，近年来翅片钢产量在国内稳步增长。翅片钢属于超低碳钢，后续要进行酸洗、分条以及复合轧制，其特殊的用途和制造工艺，对表面质量、板形、厚度精度等要求苛刻。表面不允许有氧化铁皮、油污、辊印等缺陷，否则在后续复合轧制过程中极易产生气泡、起皮等问题，严重影响复合轧制效果。

在本发明之前，翅片钢主要采用传统热轧产线生产，即采用厚板坯进行生产。采用传统的厚板坯及常规热轧产线进行生产，其存在的不足是：（1）产品厚度精度低：翅片钢后续工艺流程为酸洗、分条、复合轧制，客户要求分条后横向及纵向厚度差均不超过30μm，所以对热轧原料卷厚度精度要求很高，要求凸度不超过50μm，楔形不超过20μm，且纵向厚度差必须控制在30μm以内，常规热轧产线难以完全满足；（2）产品性能均匀性差：复合轧制时要求全长轧制负荷波动小，要求热轧原料卷全长强度波动在30MPa以内，而常规热轧产线因升速轧制的原因，导致带钢头尾与中部温度存在一定偏差，因此全长性能波动较大；（3）存在边部翘皮缺陷：常规热轧产线生产时，在距离边部15-30mm以内存在边部翘皮缺陷，一方面成材率较低，另一方面也造成较多的质量异议投诉和赔付；（4）生产周期长：从合同接订到钢卷发货，一般需1个月的时间，对于客户要求交期较为急迫的合同，难以及时交货满足客户要求。

CSP生产线是新一代的薄板坯连铸连轧生产线，其具有流程短、拉速快、炼钢轧钢刚性连接、恒速轧制温度均匀性好等特点。在此工艺条件下生产，产品厚度精度高，性能波动小，板形优良，同时从铁水入炉到热轧卷下线仅几个小时的时间，特定情况下交货周期短，可更好地满足客户需求。为充分发挥薄板坯连铸连轧产线优势，更好地满足客户需求，将翅片钢移植到CSP产线生产。但采用CSP工艺生产翅片钢时，存在如下不足：（1）氧化铁皮缺陷：CSP产线均热炉的加热方式和轧制工艺不同于常规热轧产线，同时除磷设备能力又不及常规热轧产线，氧化铁皮缺陷控制一直是薄板坯连铸连轧工艺的薄弱环节。一方面影响翅片钢酸洗表面质量；另一方面，在CSP表面质量检测仪上，形成许多的缺陷框，影响夹杂、油污等其他缺陷的查看与识别，易导致缺陷漏判，产生相应质量异议。（2）卷取夹送辊辊印缺陷：由于翅片钢钢质偏软，带钢头部在高速卷取时，容易对卷取机夹送辊形成撞击，导致带钢头部剥落的小碎片等粘附在加送辊表面，在后续的卷取过程中，压入带钢表面，形成辊印缺陷。氧化铁皮和卷取夹送辊辊印缺陷问题严重制约了CSP产线此类高附加值产品的开发和推进。

经检索，目前常规热轧产线很少存在上述表面质量问题，尤其是卷取夹送辊辊印缺陷。而同类CSP产线没有类似翅片钢的生产经验，没有可以参考和借鉴的解决方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，解决翅片钢氧化铁皮缺陷偏多，以及带钢头部和尾部在失张状态下撞击卷取夹送辊而产生辊印缺陷的不足，并充分发挥短流程工艺的优势，提供板形优良、厚度精度波动在30μm、性能均匀性好，整卷长度方向强度波动在20Mpa以内的满足下游客户质量要求的表面质量优良的翅片钢及其CSP生产工艺方法。

实现上述目的的措施：

一种表面质量优良的翅片钢，其组分及重量百分比含量为：C：不超过0.01%，Mn：0.18～0.30%，Si：0～0.02%，Als：不超过0.005%，P：0～0.03%，S：0～0.01%，N：0.002～0.007%，其余为Fe及不可避免的杂质。

优选地：C的重量百分比含量为： 0.003~0.01%.

优选地：Mn的重量百分比含量为：0.20~0.30%.

优选地：N的重量百分比含量为：0.003～0.007%。

一种表面质量优良的翅片钢的CSP生产工艺，其步骤：

1）进行转炉冶炼，并控制终点钢水中P≤0.0015%；

2）在LF炉进行精炼，并进行RH真空处理，之后在CSP连铸机浇铸成坯，控制铸坯厚度为70mm；

3）铸坯进入均热炉进行均热，控制铸坯出炉温度在1110～1140℃；在炉时间不超过35min；

均热炉采取“两段式”加热法，即：1~5段为加热段，其升温速度在15~25℃/min，并控制此阶段中各段空燃比在1.2~1.3；6~10段为均热段，控制此阶段中各段空燃比在1.3~1.4；

4）采用高压水除鳞至铸坯表面无氧化铁皮，并控制除鳞水入口压力不低于200bar，出口压力不低于240bar；

5）在各机架轧制之前，先启动辊缝冷却水；并采用七机架机组进行精轧，控制其终轧温度在880~920℃；控制带钢头部通板速度在8.0m/s以内；

调整F1-F4机架辊缝冷却水时序，将F1设定值为12，F2设定值为17，F3设定值为21.5，F4设定值为26；

6）进行层流冷却，其间，前段采用间隔冷却方式，即开一阀关一阀的方式；并在钢带的长度方向采取两头低，其余部分高的卷取温度模式，即，带头及带尾部各10m长度内，冷却至的卷取温度在570~590℃，其余部分冷却的卷取温度在610~630℃。

7）进行卷取。

本发明中各元素及主要工艺的机理及作用：

C：在本发明中，选用超低碳设计的目的是为了得到尽可能多的铁素体组织，以减少钢组织中的Fe₃C相，塑韧性优良的铁素体组织有利于后续的复合轧制。同时，将C含量控制在0.01%以下，尽可能减少铁素体中的固溶C含量，使铁素体组织得到深层次的净化，有利于后续与延展性好的金属复合轧制。

Mn：增加钢中珠光体的相对量，并使组织变细，提高强度。在本钢种中，适当降低Mn的含量，保证合适的强度。同时，适量的Mn可消除S的有害影响，从这个角度考虑，Mn是有益元素，但含量低时，效果不显著。一般要求Mn/S≥20~25，控制S在结晶时在晶界的析出，从而降低钢坯在热轧时的热脆敏感性。据此，控制Mn含量在0.18~0.30%。

Si：增加钢的强度，减少钢的延展性，不利于带钢的后续冷变形性能，所以越低越好。本发明中控制Si含量在0～0.02%。

P：磷在钢中为残余元素，最大的害处是偏析严重，增加回火脆性，显著降低钢的塑性和韧性，致使钢在冷加工时容易脆裂，也即所谓“冷脆”现象。磷对焊接性也有不良影响，应严加控制，本发明中控制P含量在0～0.03%。

S：硫在钢中偏析严重，恶化钢的质量。在高温下，降低钢的塑性，是一种有害元素，易导致钢的热脆现象。因此对硫应严加控制，本发明中控制S含量在0～0.01%。

Als：在本发明中，Als含量与O存在平衡，按照夹杂物实际控制情况，本发明中控制Als含量在不超过0.005%。

本发明之所以控制均热炉1~5段为弱氧化性气氛，各段空燃比在1.2~1.3，均热炉6~10段为强氧化性气氛，控制各段空燃比在1.3~1.4。其在于，由于该钢合金含量很少，在炉内Mn、Si等对氧化铁皮的结构和厚度影响较小。所以均热炉前段采用弱氧化气氛，在加热段产生不完全燃烧产物，CO及H₂的浓度增大，抑制H₂O及CO₂对板坯的氧化，同时避免炉气中存在自由氧离子，在钢坯表面形成以FeO为主的氧化铁皮，并适当减少氧化铁皮厚度。在后段采用强氧化性气氛，使炉气中的O₂，CO₂和H₂O对FeO进行强氧化，将FeO转换成以Fe₂O₃为主的结构较为疏松的氧化铁皮，便于后续除鳞过程易于去除。

本发明之所以采用前段间隔冷却方法（一个阀开，一个阀关），一方面是为了抑制铁皮在层冷辊道上的厚度增加；另一方面是为了避免连续强冷导致热应力不均，以达到改善板形的目的。后段冷却时，会在层流冷却前段高温形成较多较厚的三次氧化铁皮，而前段冷却有利于减少氧化铁皮的厚度。

本发明之所以提前开启F1-F4机架辊缝冷却水，是为了降低带钢头部温度，进而增加带钢头部强度，以减少头部撞击卷取夹送辊时粘肉的发生概率。

本发明之所以在层流使用阶梯冷却模式（也即钢带的两头温度低，其余部分温度高的模式），控制钢卷头部和尾部10m长度内，冷却温度均在570~590℃，其余部分温度在610-630℃，是为了提高带钢头部和尾部强度，以减少超低碳软钢头部和尾部失张状态下撞击卷取夹送辊造成粘肉，降低辊印缺陷改判。

本发明与现有技术相比：

其一，本发明通过缩短在炉时间、低温加热、炉内气氛优化，以及冷却方式的合理匹配，得到表面铁皮易于酸洗的板带。

其二，本发明通过限制带钢头部通板速度和头尾温度控制，解决了超低碳软钢头部和尾部失张状态下撞击夹送辊，及易于产生粘肉，导致辊印缺陷的问题。

其三，本发明发挥薄板坯连铸连轧短流程工艺的优势，充分利用恒速轧制温度均匀性好的特点，使厚度精度高，性能均匀性好，即波动不超过30μm，整卷长度方向强度波动在20Mpa以内，表面质量优良，并其具有良好的导热、成形性能，可广泛应用于翅片式换热器领域。

其四，本发明工艺，生产过程控制稳定，克服了薄板坯连铸连轧产线表面质量控制难度大的劣势，解决了制约CSP产线生产超低碳软钢的一大技术瓶颈。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，便于更清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。

表1 为本发明各实施例及对比例化学成分取值列表；

表2 为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表；

表3 为本发明各实施例及对比例厚度精度、力学性能检测情况。

本发明各实施例均按照以下工艺生产：

1）进行转炉冶炼，并控制终点钢水中P≤0.0015%；

2）在LF炉进行精炼，并进行RH真空处理，之后在CSP连铸机浇铸成坯，控制铸坯厚度为70mm；

3）铸坯进入均热炉进行均热，控制铸坯出炉温度在1110～1140℃；在炉时间不超过35min；

均热炉采取“两段式”加热法，即：1~5段为加热段，其升温速度在15~25℃/min，并控制此阶段中各段空燃比在1.2~1.3；6~10段为均热段，控制此阶段中各段空燃比在1.3~1.4；

4）采用高压水除鳞至铸坯表面无氧化铁皮，并控制除鳞水入口压力不低于200bar，出口压力不低于240bar；

5）在各机架轧制之前，先启动辊缝冷却水；并采用七机架机组进行精轧，控制其终轧温度在880~920℃；控制带钢头部通板速度在8.0m/s以内；

调整F1-F4机架辊缝冷却水时序，将F1设定值为12，F2设定值为17，F3设定值为21.5，F4设定值为26；

6）进行层流冷却，其间，前段采用间隔冷却方式，即开一阀关一阀的方式；并在钢带的长度方向采取两头低，其余部分高的卷取温度模式，即，带头及带尾部各10m长度内，冷却至的卷取温度在570~590℃，其余部分冷却的卷取温度在610-630℃。

7）进行卷取。

表1为本发明本发明实施例1～10及对比例中超低碳翅片钢的化学成分及其重量百分数，余量为Fe及不可避免的杂质。

表1 本发明各实施例及对比例化学成分取值列表（wt%）

表2 本发明各实施例及对比例主要工艺参数列表

表3 本发明各实施例及对比例厚度精度、力学性能检测情况

从表3看出，各实施例的钢卷全长厚度波动在30μm以内，钢卷全长强度波动在20Mpa以内，且均无氧化铁皮、卷取夹送辊辊印缺陷改判板形及表面质量优良。而对比例1因氧化铁皮缺陷改判，对比例2因卷取夹送辊辊印缺陷改判。

上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。