一种基于铸轧短流程的匀细双相不锈钢薄带及其制备方法

摘要

本发明提供一种基于铸轧短流程的匀细双相不锈钢薄带及其制备方法，涉及钢铁材料制造领域。该制备方法包括：双辊铸轧步骤，即预热中间包的温度至1320～1380℃后，将温度为1480～1530℃的钢水浇铸入中间包，随后钢水流入熔池后随着结晶辊的转动导出，形成厚度为3～4mm的单相铁素体铸带以及重度冷轧、短时固溶处理、轻度热轧和卷曲步骤。通过该方法，能够有效消除双相不锈钢的各向异性，并减小两相的晶粒尺寸，得到具有较高的屈服强度、抗拉强度和延伸率的双相不锈钢。

说明书

技术领域

本发明涉及钢铁材料制造领域，尤其涉及一种基于铸轧短流程的匀细双相不锈钢薄带及其制备方法。

背景技术

双相不锈钢具有铁素体-奥氏体双相组织，因其兼具铁素体钢高强度和奥氏体钢高塑性，同时不失良好耐蚀性等优点而被广泛应用于各个领域。然而，双相不锈钢的力学性能在很大程度上取决于两相的分布特点，且经传统的轧制工艺后，其在显微组织上多呈现出沿轧向被严重拉长的两相，导致力学上明显的各向异性，极大地限制了双相不锈钢的成型性能。在另一方面，双相不锈钢的力学性能还受晶粒尺寸的影响，根据Hall-Petch关系可知，材料的强度随晶粒尺寸的降低而增大，同时细晶材料的塑性、韧性也会不同程度的提高。

现如今，传统双相不锈钢薄带多采用连续铸轧(连铸)法制备，即：钢水冶炼→连铸→高温热处理→粗轧→精轧→控冷→卷曲。相对于早期的钢锭模浇筑开坯法，连铸法在一定程度上提高了铸坯质量、节约了能源，但其仍具有较大能耗，投资成本也较大，且成品具有明显的各向异性。此外，现有制备技术中的轧制变形均处于双相区，由于两相变形协调性差，钢板在轧制过程中极易出现开裂现象，影响成材率，且会极大地限制轧制的总压下量，较难得到较细的两相晶粒尺寸。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于铸轧短流程的匀细双相不锈钢薄带及其制备方法，通过该方法，能够有效消除双相不锈钢的各向异性，并减小两相的晶粒尺寸，得到具有较高的屈服强度、抗拉强度和延伸率的双相不锈钢薄带。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种基于铸轧短流程的匀细双相不锈钢薄带的制备方法，其包括：

预热中间包的温度至1320～1380℃后，将温度为1480～1530℃的钢水浇铸入所述中间包，随后所述钢水流入熔池后随着结晶辊的转动导出，形成厚度为3～4mm的单相铁素体铸带，其中，所述结晶辊的转速为150～250m/min，所述结晶辊的冷却速度为100～200℃/s，出辊铸带的温度为1280～1330℃；

对所述单相铁素体铸带进行恒张力重度冷轧，每道次压下量0.01～0.3mm，总压下量为60～70％，制备出厚度为0.9～1.6mm的冷轧带；

将所述冷轧带加热至双相区温度进行短时固溶处理后，立即进行一道次的轻度热轧，再将所得到的热轧薄带冷却后，进行卷曲。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述轻度热轧的开轧温度为1050～1100℃，终轧温度为1000～1050℃，热轧压下量为25％～35％。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，将所述热轧薄带进行冷却的过程包括：将所述热轧薄带先空冷至700～800℃，再水冷至350～500℃后进行卷曲。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述短时固溶处理包括：将所述冷轧带通过恒张力引导进入加热线圈进行感应加热至1050～1200℃，保温3～6min。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，将所述钢水浇铸入所述中间包时，控制过热度在50～80℃之间。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述恒张力重度冷轧步骤和所述短时固溶处理步骤中的张力恒定为20～30MPa。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述钢水中N的质量分数小于0.2％。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述钢水的成分按质量百分比计算包括：C：0.03～0.06％、Si：0.2～2.0％、Mn：1.0～5.0％、Ni：1.0～9.0％、Cr：19.0～21.0％、N：0.05～0.2％、Mo：0～0.5％、W：0～0.5％、Cu：0～0.5％、Fe余量。

一种匀细双相不锈钢薄带，其通过所述的基于铸轧短流程的匀细双相不锈钢带的制备方法制得，所述匀细双相不锈钢薄带的厚度为0.6～1.2mm，其中奥氏体的体积分数为40～60％。

本发明的效果如下：

1.本发明提供的匀细双相不锈钢薄带的制备方法，采用双辊薄带连铸技术，并通过控制结晶辊的冷却速度和转速，以确保出辊铸带的温度在1280～1330℃之间，即铸带在铁素体单相区结晶，得到单相铁素体铸带。由于铸带为单相铁素体，其冷轧的变形量可以达到60～70％，轧制更为彻底，有利于在轧制过程中将粗大的晶粒同步变小。

2.与传统工艺双辊铸轧+双相区轧制(冷轧或热轧)相比，此发明在大变形量轧制时，坯料处于铁素体单相区，避免了由于两相不协调变形导致的轧制开裂，有利于加大轧制变形量，获得细化的组织。尤其地，对于具有TRIP效应的双相不锈钢，对其进行冷轧时，会产生大量马氏体，更加不利于大变形量的轧制，而本发明采用单相区冷轧，避免了这一弊端，更有利于获得细化的晶粒组织。

3.本发明提供制备方法是基于铸轧短流程，其中，铸轧体现在采用双辊薄带连铸技术，短流程体现在获得匀细双相组织的过程省略了传统工艺中繁琐的步骤。对于传统工艺，其一般采用先获得较粗大的、不均匀的两相组织，再通过一系列流程使组织匀细化。本发明短流程的优势是缩短工时，节能环保。

4.在本发明的短时固溶处理过程中，将冷轧带加热至双相区，进行短时保温，使奥氏体相在冷轧带中均匀析出，且保证析出量在40～60％之间，有利于获得均匀的两相组织，改善其各向异性。随后进行轻度热轧，使两相发生再结晶，生成更为均匀细化的微观组织，同时控制冷却速度，避免析出杂质相。其中短时固溶处理采用感应加热方式，节能省时；轻度热轧的优势是避免了双相区大变形量热轧导致的热轧开裂，同时还能使两相发生动态再结晶，进一步匀细化组织。

5.本发明控制铸轧冷却强度在铁素体单相区，虽须控制原料氮含量在中低比例层次，但除此外对成分无其他要求，只要保证成分配比符合传统的双相不锈钢即可。即本发明适用于所有的中低氮双相不锈钢薄带的制备。

总之，本发明所述制备方法在节约能源的基础上，可获得均匀细化的中低氮双相不锈钢薄带，其抗拉强度和延伸率得到大幅提高，为高强钢的制备提供了新的思路，对新一代汽车等交通运输工业、造纸等先进制造业以及海水淡化等海洋工业的健康发展均具有重要价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的生产工艺流程示意图；

图2为本发明的实施例1中步骤2结束时的单相金相图；

图3为本发明的实例1中双相不锈钢的晶粒尺寸分布图；

图4为本发明的实例2中双相不锈钢的细匀晶粒金相组织；

图5为本发明的实例3中双相不锈钢的细匀晶粒金相组织；

图6为按照传统的双辊薄带连铸工艺生产的2205双相不锈钢的晶粒尺寸分布图；以及

图7为实施例和对比例中成品薄带的力学曲线对比。

标号：1-中间包，2-结晶辊，3-水冷装置，4-冷轧辊，5-感应线圈，6-热轧辊，7-水冷装置，8-卷曲。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

一种基于铸轧短流程的匀细双相不锈钢薄带的制备方法，其工艺流程如图1所示，具体步骤如下：

步骤1，钢水冶炼：

成分按照2205双相不锈钢的成分配比，即(wt％)：C：0.06％、Si：0.42％、Mn：1.65％、Ni：5.0％、Cr：22.2％、N：0.12％、Fe余量。在充氩气、高压的熔炼炉中冶炼钢水。其中，充氩气是为了防止其他气体的进入；高压则有利于提高锰和氮的收得率。

步骤2，双辊铸轧：

将中间包1预热，随后将钢水浇铸入中间包1，控制过热度在50～80℃之间，有利于避免钢水在中间包中发生部分固化(结晶)，甚至冻结堵塞水口；同时，又能避免过热度太大使钢水/铸带出现成分偏析的情况发生。钢水经水口流入熔池，并随严格控制冷却速度和转速，使钢水经结晶辊2导出后形成单相铁素体铸带，铸带厚度为3.5mm。其中从钢水固化超出N饱和度的气体会随结晶辊2排出，防止铸带上形成气孔。出辊的铸带经水冷装置3快速冷却到室温，以保留铸带中的铁素体单相组织，其单相金相图见图2，由图2可知，铸带的金相组织为粗大的单相铁素体，无明显的奥氏体相；

其中，中间包的预热温度为1340℃；钢水浇铸温度为1495℃；结晶辊的冷却速度控制在100～200℃/s之间，转速为230m/min，最终出辊铸带的温度为1285℃。

步骤3，重度冷轧：

具有单相铁素体的铸带经夹送辊送入冷轧辊4进行恒张力重度冷轧，张力恒定为20Mpa，每道次压下量～0.3mm，总压下量为68％，制备出厚度为1.1mm的冷轧带。

步骤4，短时固溶处理：

冷轧带通过恒张力引导进入加热线圈5进行双相区感应加热至1050℃，并保温4min，使奥氏体相均匀析出，得到奥氏体+铁素体双相组织。其中，张力恒定为20Mpa，温度的控制可通过调节感应加热的电压得以实现，保证奥氏体析出量在40～60％之间即可。

步骤5，轻度热轧：

短时固溶处理后，立即将冷轧带引导入热轧辊6进行一道次热轧，使两相发生再结晶，生成均匀细化的微观组织。其中开轧温度为1060℃，终轧温度为1010℃，热轧压下量为27％。

步骤6，卷曲：

热轧薄带先空冷到700～800℃，然后立即经水冷装置7冷却到350～500℃，其分步冷却目的是较大限度的节约用水，但500～800℃处于析出相敏感区间，当薄带温度低于800℃时须快速冷却，以免薄带在此温度区间过长停留导致较多析出相产生。之后进行卷曲8，获得厚度为0.8mm的成品薄带。

其他详细参数见表1，成品薄带的EBSD及晶粒尺寸分布图见图3；准静态拉伸实验下的应力-应变曲线如图7所示。

表1实施例和对比例的具体工艺参数及成品薄带的部分参数

实施例2：

熔炼钢水，其成分配比为(wt％)：C：0.03％、Si：1.0％、Mn：5.0％、Ni：1.5％、Cr：21.0％、N：0.2％、Mo：0.5％、Cu：0.5％、Fe余量；后续按照实施例1的工艺流程制备双相不锈钢薄带，其中涉及的具体工艺参数见表1；成品薄带的细匀晶粒金相组织见图4；准静态拉伸实验下的应力-应变曲线如图7所示。

实施例3：

熔炼钢水，制备一种具有TRIP效应的双相不锈钢薄带，其成分配比为(wt％)：C：0.04％、Si：1.6％、Mn：2.9％、Ni：2.0％、Cr：20％、N：0.19％、Mo：0.5％、Fe余量；后续按照实施例1的工艺流程制备双相不锈钢薄带。其中涉及的具体工艺参数见表1；成品薄带的细匀晶粒金相组织见图5；准静态拉伸实验下的应力-应变曲线如图7所示。

为了便于比较，提供如下对比例：

对比例1

按照与实施例1相同的成分配比(2205双相不锈钢)熔炼钢水。后续基本按照实施例1的工艺流程制备双相不锈钢薄带，不同之处在于：

步骤2双辊铸轧：

将中间包1预热，随后将钢水浇铸入中间包1，控制过热度在50～80℃之间。钢水经水口流入熔池，并随严格控制冷却速度和转速，使钢水经结晶辊2导出后形成双相铸带，铸带厚度为3.2mm。即，加快步骤2中结晶辊的冷却速度，使得最终出辊铸带的温度在双相区，以获得双相铸带，后续制备流程与本发明实施例相同。

其中，中间包的预热温度为1320℃；钢水浇铸温度为1510℃；结晶辊的冷却速度控制在100～200℃/s之间，转速为160m/min，最终出辊铸带的温度为1100℃。

步骤3，重度冷轧：

将双相铸带经夹送辊送入冷轧辊4进行恒张力重度冷轧，张力恒定为20Mpa，每道次压下量～0.3mm，总压下量为50％，制备出厚度为1.6mm的冷轧带。

其中的具体工艺参数见表1；EBSD及晶粒尺寸分布图见图6；准静态拉伸实验下的应力-应变曲线如图7所示。

对比例2

采用对与对比例1相同的成分配比，且钢水冶炼步骤和双辊铸轧步骤与对比例1相同。不同之处在于：加大步骤3重度冷轧中的冷轧变形量。发现当冷轧总压下量达到62％时，冷轧板侧边出现开裂迹象，而当冷轧总压下量为70％时，裂纹清晰可见，长度达到1～2cm左右，极大地浪费了原材料。

由图3～5可知，本发明可获得均匀细化的两相组织，没有明较显的形态各向异性，且适用于绝大部分中低氮双相不锈钢薄带的制备，包括具有TRIP效应的双相不锈钢。其中奥氏体的平均晶粒尺寸均约为3μm，铁素体的平均晶粒尺寸在4～7μm之间；

由图6可知，按照对比例1中传统的双辊薄带连铸工艺生产的2205双相不锈钢，虽具有相对较小的晶粒尺寸(奥氏体的平均晶粒尺寸约为11μm，铁素体的平均晶粒尺寸约为20μm)，但其组织呈现出明显的各向异性，两相沿轧向被明显拉长，这种组织不利于钢材的成型；

由图7可知，按照本发明流程制备的双相不锈钢薄带具有较高的屈服强度、抗拉强度(均比一般工艺制备的双相不锈钢薄带的屈服强度和抗拉强度高100～200MPa)和延伸率，尤其是实施例3，由于TRIP效应的存在，其抗拉强度和延伸率得到大幅提高，分别为905MPa和84％，比一般的TRIP型双相不锈钢高出10～20％。

由对比例2可知，传统工艺“双辊铸轧+双相区冷轧”中冷轧的总压下量受两相不协调变形的影响较大，极大地限制了较大的冷轧变形。因此，这种传统工艺不适用于重度冷轧，不利于细化组织。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。