通过薄带铸轧和时效工艺制备高强韧马氏体钢方法

摘要

本发明属需要解决的技术问题是通过薄带铸轧和时效工艺制备高强韧马氏体钢方法，属于冶金工程技术领域。具体步骤如下：(1)冶炼成分合格的钢水并吊运至钢包回转台；(2)钢水注入特别设计的中间包；(3)钢水流入双辊间隙开始凝固并进行铸轧；(4)铸造后的带坯进行在线热轧、冷却然后切除头尾；(5)带钢卷取；(6)开卷后时效处理。本发明可以大幅度缩短工艺流程和生产时间，极大降低能耗并提高生产率。与现有汽车用马氏体钢薄带相比，本发明将微合金成分优化设计和薄带铸轧工艺的快速凝固特点相结合，通过后续的时效处理使得马氏体钢的综合力学性能得到进一步改善。

说明书

技术领域

本发明属于冶金工程技术领域，特别是指通过薄带铸轧和时效工艺制备高强韧马氏体钢方法。更具体地，本发明涉及具有1200MPa至2000MPa抗拉强度，900MPa以上屈服强度，延伸率9-20％的经济型马氏体时效钢薄带的制造方法。

背景技术

汽车用马氏体钢是先进高强度钢(AHSS)的重要代表，其核心强化机理在于马氏体板条组织，相应抗拉强度范围一般在1000-1500MPa的区间内，主要用作车身侧面碰撞保护及保险杠等安全部件。目前马氏体钢薄带的生产工艺一般是冷轧板卷在连续退火线上加热至奥氏体相区后，然后淬火形成马氏体。这种工艺路线获得的马氏体钢薄带，强度很高，但塑性有限，妨碍了该钢在汽车结构中的进一步应用。

而相对于目前钢铁工业生产中广泛应用的连铸工艺，双辊薄带铸轧工艺是新兴的绿色环保生产工艺技术，具有显著降低生产能耗、建设投资少、占地面积小和生产效率高等诸多优点，在诸多工业发达国家受到重视。美国纽克钢铁公司于2002年建立了世界首条薄带铸轧碳钢商业化产线Castrip，目前以碳钢薄带为主要产品。该工艺技术除了节能降耗的优点外，还有一些连铸工艺所不具备的产品技术特点。由于该工艺在很短时间内就完成钢液到固态薄带的过程，实现了钢液在结晶凝固过程中从液体金属到固态薄板的制备，凝固冷却速率超过1000℃/s，显著抑制了凝固偏析且固溶的合金元素多数因为没有充足的时间而无法从基体析出。因此，双辊铸轧工艺不仅具有工艺优势，同时由于快速凝固和冷却的特点，为开发新的钢铁材料组织和性能带来新的可能性。

本发明就是充分利用薄带铸轧工艺快速凝固这一技术特点，并对马氏体钢成分重新设计优化，充分利用V、Nb微合金化，使得在铸轧卷取后V、Nb等微合金元素依然固溶在马氏体中，然后在后续的时效处理中析出细小弥散的纳米(V,Nb)(C,N)粒子，这样可以导致马氏体钢在时效过程中强度不下降甚至还能有所提高，而同时塑性却得到明显改善。在同一规格厚度下，通过薄带铸轧工艺生产的马氏体时效钢薄带，与传统的冷轧马氏体钢薄带相比，不仅仅由于工序缩短和能耗降低而带来生产的成本大幅下降；同时，还由于其综合力学性能也得到进一步改善，扩展了该钢种在汽车中的进一步应用。

发明内容

本发明属需要解决的技术问题是通过薄带铸轧和时效工艺制备高强韧马氏体钢方法，以期可以缩短工艺时间，极大地提升生产效率、降低能耗，并通过成分优化，进一步改善马氏体时效钢的力学性能。

该方法包括如下步骤：

(1)将成分冶炼合格的钢水，并将其吊运至大包回转台，镇静15-25min。

(2)钢水注入大中间包：中间包吹氩10-20min赶出包中空气后通过长水口将钢水从钢包注入到中间包内，控制过热度30-60℃，在钢水表面加入覆盖剂用于保温及吸附夹杂。

(3)双辊铸轧：将步骤(2)中间包的钢水注入下方小中间包，给双辊薄带连铸机供应钢水，采用浸入式水口把小中间包内的钢水浇入双辊之间，拉速控制在80-120m/min，双辊间距在1.5-5mm之间可调，所生产马氏体时效钢薄带厚度为2-4mm。为了防止薄带表面形成氧化铁皮，从下方小中间包至铸轧区域为气氛密闭区域，通过氩气或者氮气气氛保护。

(4)带坯热轧：对步骤(3)中制得的薄带进行热轧，铸轧带在线热轧装设备压下量在30-50％之间，控制终轧温度高于900℃。带坯热轧后带钢厚度为1-3mm，对热轧后的薄带经雾水冷却装置冷却至200℃以下，随后经由拉辊传送至剪切机进行头尾切除。

(5)带钢卷曲：将步骤(4)获得的薄带进行在线卷取，获得成品薄带钢卷。

(6)时效处理：将步骤(5)获得的马氏体钢薄带卷开卷后，在加热炉内加热至250-600℃之间的某一温度进行时效1-10min处理，获得最终的马氏体时效钢薄带产品。

2.根据权利要求1所述的通过薄带铸轧和时效工艺制备高强韧马氏体钢方法，其特征在于：所述步骤(1)所得钢水的化学成分为0.1-0.3wt％C，0.5-2.5％Mn，0.05-0.8wt％Si，0.05-0.8wt％Mo，0.01-0.3wt％V，0.01-0.09wt％Nb，0.1-0.8wt％Cr，P≤0.020wt％，S≤0.02wt％，余量为Fe及不可避免杂质。

3.根据权利要求1所述的通过薄带铸轧和时效工艺制备高强韧马氏体钢方法，其特征在于：所述步骤(2)和(3)采用双中间包，且下方小中间包内钢液表面无保护渣，因此在辊间凝固时不会带入渣。

4.根据权利要求1所述的通过薄带铸轧和时效工艺制备高强韧马氏体钢方法，其特征在于：所述步骤(3)氩气或氮气的压力为0.2-0.3MPa。

5.根据权利要求1所述的通过薄带铸轧和时效工艺制备高强韧马氏体钢方法，其特征在于：所述步骤(6)其主要组织为回火马氏体和碳化物，也可包括少量铁素体、贝氏体和形变组织。

6.根据权利要求1所述的通过薄带铸轧和时效工艺制备高强韧马氏体钢方法，其特征在于：所述步骤(6)所制备的马氏体冷轧钢板，屈服强度≥900MPa，抗拉强度在1200MPa到2000MPa的范围，总延伸率9-20％。

7.根据权利要求1所述的通过薄带铸轧和时效工艺制备高强韧马氏体钢方法，其特征在于：在所述步骤(1)所制得的铸坯或铸锭中另加以下一种或多种元素，可以获得类似性能或性能进一步提高：Ni:0.1-3.0wt％、Cu:0.5-2.0wt％、[N]:0.002-0.25wt％、B:0.001-0.004wt％、RE(稀土):0.002-0.005wt％、Ca:0.005-0.03wt％。其中添加Ni可进一步提高钢的淬透性或低温冲击韧性；添加Cu等通过析出强化提高钢的强度；添加[N]调节奥氏体的稳定性。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

双辊薄带铸轧工艺有别于传统的连铸和热轧技术，该工艺生产流程更短、效率更高，规避了传统带钢生产中一系列的中间工艺步骤，产品规格薄，可显著降低生产能耗和温室气体排放，因而更加绿色环保。在同一规格厚度下，通过薄带铸轧工艺生产的马氏体时效钢薄带，与传统的冷轧马氏体钢薄带相比，不仅仅由于工序缩短和能耗降低而带来生产的成本大幅下降；同时，还由于将马氏体钢的V、Nb微合金化与薄带连铸工艺的快速凝固和冷却特点相结合，可在时效过程中析出(V,Nb)(C,N)纳米相，在维持强度不下降的同时改善了塑性，使得马氏体钢薄带的综合力学性能进一步改善，扩展了该钢种在汽车中的进一步应用。

附图说明

图1为本发明的整体工艺流程示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明提供通过薄带铸轧和时效工艺制备高强韧马氏体钢方法，包括如下步骤：

(1)将成分合格的钢水吊运至大包回转台：将LF钢包精炼后的马氏体时效钢钢水吊运至大包回转台，镇静15-25min。

(2)钢水注入大中间包：中间包吹氩20min赶出包中空气后通过长水口将钢水从钢包注入到中间包内，控制过热度30-60℃，在钢水表面加入覆盖剂用于保温及吸附夹杂。

(3)双辊铸轧：将步骤(2)中间包的钢水注入下方小中间包，给双辊薄带连铸机供应钢水，采用浸入式水口把小中间包内的钢水浇入双辊之间，拉速控制在90m/min，所生产马氏体时效钢薄带厚度为2.5mm。为了防止薄带表面形成氧化铁皮，对所生产的薄带进行氩气气氛保护。

(4)带坯热轧：对步骤(3)中制得的薄带进行热轧，铸轧带在线热轧装设备压下量50％之间，控制终轧温度高于900℃。带坯热轧后带钢厚度为1.3mm，对热轧后的薄带经雾水冷却装置冷却至200℃以下，随后经由拉辊传送至剪切机进行头尾切除。

(5)带钢卷曲：将步骤(4)获得的薄带进行在线卷曲，有两台卷取机进行卷取获得成品薄带钢卷。

(6)时效处理：将步骤(5)获得的马氏体钢薄带卷开卷后，在加热炉内控制250-600℃之间的某一温度进行时效3-10min处理，获得最终的马氏体时效钢薄带产品。

实施例

表1马氏体时效钢板的化学成分(wt％)

实施例CSiMnMoCrVNbFe10.130.221.650.150.180.140.03Rest20.230.492.250.520.430.230.07Rest

实施例1

本实施例试验采用表1中实施例1所示的化学成分，实施步骤如下：

(1)将成分合格的钢水吊运至大包回转台：将LF钢包精炼后的马氏体时效钢钢水吊运至大包回转台，镇静20min。

(2)钢水注入大中间包：中间包吹氩15min赶出包中空气后通过长水口将钢水从钢包注入到中间包内，控制过热度40℃，在钢水表面加入覆盖剂用于保温及吸附夹杂。

(3)双辊铸轧：将步骤(2)中间包的钢水注入下方小中间包，给双辊薄带连铸机供应钢水，采用浸入式水口把小中间包内的钢水浇入双辊之间，拉速控制在100m/min，双辊间距2.5mm左右，所生产马氏体时效钢薄带厚度为2mm。为了防止薄带表面形成氧化铁皮，对所生产的薄带进行氩气或者氮气气氛保护。

(4)带坯热轧：对步骤(3)中制得的薄带进行热轧，铸轧带在线热轧压下量30％，控制终轧温度950℃。带坯热轧后带钢厚度为1.4mm，对热轧后的薄带经雾水冷却装置冷却至200℃以下，随后经由拉辊传送至剪切机进行头尾切除。

(5)带钢卷曲：将步骤(4)获得的薄带进行在线卷曲，有两台卷取机进行卷取获得成品薄带钢卷。

(6)时效处理：将步骤(5)获得的马氏体钢薄带卷开卷后，在加热炉内控制250-600℃之间时效1-10min处理，获得最终的马氏体时效钢薄带产品力学性能见表2。

实施例2

本实施例试验采用表1中实施例2所示的化学成分，实施步骤如下：

(1)将成分合格的钢水吊运至大包回转台：将LF钢包精炼后的马氏体时效钢钢水吊运至大包回转台，镇静20min。

(2)钢水注入大中间包：中间包吹氩20min赶出包中空气后通过长水口将钢水从钢包注入到中间包内，控制过热度60℃，在钢水表面加入覆盖剂用于保温及吸附夹杂。

(3)双辊铸轧：将步骤(2)中间包的钢水注入下方小中间包，给双辊薄带连铸机供应钢水，采用浸入式水口把小中间包内的钢水浇入双辊之间，拉速控制在90m/min，所生产马氏体时效钢薄带厚度为1.8mm。为了防止薄带表面形成氧化铁皮，对所生产的薄带进行氩气气氛保护。

(4)带坯热轧：对步骤(3)中制得的薄带进行热轧，铸轧带在线热轧压下量30％，控制终轧温度高于900℃。带坯热轧后带钢厚度为1.3mm，对热轧后的薄带经雾水冷却装置冷却至200℃以下，随后经由拉辊传送至剪切机进行头尾切除。

(5)带钢卷曲：将步骤(4)获得的薄带进行在线卷曲，有两台卷取机进行卷取获得成品薄带钢卷。

(6)时效处理：将步骤(5)获得的马氏体钢薄带卷开卷后，在加热炉内控制250-600℃之间的某一温度进行时效3-10min处理，获得最终的马氏体时效钢薄带产品其力学性能见表2。

实施例1和2制得的薄带铸轧马氏体时效钢的力学性能如表2所示，可见当前工艺和成分设计实现了优异的性能，即在相对经济的合金成分设计下，可获得薄带的抗拉强度在1200MPa-2000MPa范围内，屈服强度在900MPa以上，同时延伸率在9-20％范围内，在同样强度级别下，现发明的塑性显著优于现有的马氏体钢薄带。

表2实施例1和2中薄带铸轧马氏体时效钢的力学性能

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，且相关的改进和润饰均应视为本发明的保护范围。