專利名稱：用于生產(chǎn)低碳鋼帶材的連鑄方法及如此得到具有良好鑄造機(jī)械性質(zhì)的帶材的制作方法
說明本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)低碳鋼帶材的方法，所述帶材在鑄造時(shí)具有良好的強(qiáng)度和冷成形性。
已知有不同的方法，用于通過雙輥連鑄機(jī)生產(chǎn)碳鋼帶材。這些方法目的在于生產(chǎn)具有良好強(qiáng)度和延展性性質(zhì)的碳鋼帶材。
尤其是，在EP 0707908 A1中，示出一種雙輥連鑄設(shè)備，并且其中碳鋼帶材是鑄件，用于以后在熱軋生產(chǎn)線中加工，使其厚度減少50-70％，并且隨后冷卻。由于用熱軋所得到的晶粒尺寸減少，所以那樣得到的平薄產(chǎn)品具有良好的強(qiáng)度和延展性性質(zhì)。
從WO 95/13155中示出一種用于鑄造碳鋼帶材的在線熱處理，目的在于控制鑄造時(shí)帶材的顯微組織。尤其是，將鑄造帶材在低于奧氏體轉(zhuǎn)變成鐵素體的溫度下冷卻，并且在隨后將其加熱至材料二次奧氏體化(在線標(biāo)準(zhǔn)化)。這樣，為了在固相中完成雙重相變，奧氏體晶粒變得更細(xì)，并且通過控制最終冷卻條件和卷取帶材的條件，能產(chǎn)生十分薄的具有良好強(qiáng)度和延展性的組織.
然而，上述方法需要另一些裝置和較高的能耗(如軋制生產(chǎn)線、用于中間加熱的爐子等)，并且通常需要有一個(gè)較大的空間，因此從澆鑄機(jī)到卷帶機(jī)很少是整臺(tái)裝置。此外，這些方法的目的在于帶材最終組織的厚度，試圖使它盡可能與普通生產(chǎn)周期制造的熱軋帶材的厚度相同，并且他們沒有說明如何利用其象具有大的奧氏體晶粒(通常為150-400mm)的鑄鋼那樣相變特點(diǎn)的特色，來得到具有理想機(jī)械和工藝性質(zhì)的產(chǎn)品。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于生產(chǎn)低碳鋼帶材的方法，所述帶材在鑄造時(shí)，不用經(jīng)受軋制和/或熱周期階段，便具有良好的強(qiáng)度和延展性的組合和良好的可焊性。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種碳鋼帶材，所述帶材在鑄造時(shí)具有改善的機(jī)械性質(zhì)，尤其是具有比較低的屈服/斷裂比和一種連續(xù)的拉伸-應(yīng)變曲線圖形，以便使該材料特別適合于冷壓應(yīng)用如彎曲和拉拔。
因此，本發(fā)明的目的是一種用于生產(chǎn)低碳鋼帶材的方法，在鑄造時(shí)，所述帶材具有良好的強(qiáng)度和可成形性組合，并且在用通常方法酸之后具有良好的可焊性，該方法包括下述步驟-在一臺(tái)包括夾送輥的雙輥連鑄機(jī)中，鑄造一種帶材，所述帶材厚度在1和8mm之間，帶材具有下列組成(以總重量的重量百分?jǐn)?shù)計(jì))碳(C)0.02～0.10；錳(Mn)0.1～0.6；硅(Si)0.02～0.35；鋁(Al)0.01～0.05；硫(S)＜0.015；磷(P)＜0.02；鉻(Cr)0.05～0.35；鎳(Ni)0.05～0.3；氮(N)0.003～0.012；及可選擇地，鈦(Ti)＜0.03；釩(V)＜0.10；鈮(Nb)＜0.35，其余部分在本質(zhì)上是鐵(Fe)；-在鑄造輥和夾送輥之間所包括的區(qū)域內(nèi)將帶材冷卻；-在1000和1300℃之間的溫度下，使帶材鑄件熱變形穿過所述夾送輥，直至達(dá)到厚度減少小于15％，以便促使封閉收縮孔隙；-以5和80℃/S之間的速度冷卻帶材，使其溫度降到500和800℃之間；和-卷取到帶材卷取機(jī)上，那樣能得到帶材。
在本發(fā)明的方法中，在用低碳鋼鑄造時(shí)，通過控制冷卻和卷取帶材，利用粗晶粒奧氏體的相變特點(diǎn)，來產(chǎn)生材料中各顯微組織組分的預(yù)定體積部分，該相變特點(diǎn)在連鑄法期間形成，而沒有進(jìn)行熱軋和/或在線標(biāo)準(zhǔn)化。這些由等軸鐵素體、針狀鐵素體和/或貝氏體構(gòu)成的最終顯微組織，提供材料中一種具有連續(xù)圖形的典型應(yīng)力-應(yīng)變圖，該材料具有一種改善的可變形性，以便使該帶材特別適合于在冷模壓中應(yīng)用。
本發(fā)明的另一個(gè)目的也是能用上述方法得到的低碳鋼帶材。這些帶材具有低的偏析、預(yù)定的含有針狀鐵素體和/或貝氏體的混合顯微組織，所述帶材能提供材料的一種低的屈服/斷裂應(yīng)力比和連續(xù)拉伸-應(yīng)變曲線圖形，及在酸洗后提供一種良好的可焊性。
下面將按照本發(fā)明的實(shí)施例來說明本發(fā)明，該實(shí)施例作為一個(gè)非限定的例子舉出。說明參照附圖中的示圖進(jìn)行，其中


圖1是按照本發(fā)明所述的薄帶材雙輥連鑄機(jī)和帶材控制冷卻區(qū)的簡化示意圖；圖2是施加到鑄造帶材上的在線冷卻周期示意圖；圖3是按照本發(fā)明所述冷卻的第一類鑄造鋼帶材顯微組織光學(xué)顯微鏡下的金相顯微組織圖；圖4是按照本發(fā)明所述冷卻的第二類鑄造鋼帶材顯微組織光學(xué)顯微鏡下的金相顯微組織圖；圖5是按照本發(fā)明所述冷卻的第三類鑄造鋼帶材顯微組織光學(xué)顯微鏡下的金相顯微組織圖；圖6(a)是特別在按照本發(fā)明所述帶材中得到的針狀類型鐵素體光學(xué)顯微鏡下的金相顯微組織圖；圖6(b)是在按照本發(fā)明所述帶材中得到的一種特殊針狀類型鐵素體電子顯微鏡下的金相顯微組織圖；圖7是按照本發(fā)明所述冷卻的第二類鑄造鋼帶材顯微組織光學(xué)顯微鏡下的金相顯微組織圖；圖8是按照本發(fā)明所述冷卻的第三類鑄造鋼帶材顯微組織光學(xué)顯微鏡下的金相顯微組織圖；圖9是用傳統(tǒng)周期生產(chǎn)的第四類鋼帶材顯微組織光學(xué)顯微鏡下的金相顯微組織圖；圖10一類鋼帶材的拉伸應(yīng)力圖；圖11是按照本發(fā)明所述方法生產(chǎn)的鑄造鋼帶材顯微組織光學(xué)顯微鏡下的金相顯微組織圖；圖12按照本發(fā)明所述方法得到的鑄造鋼帶材以連續(xù)圖形示出的拉伸應(yīng)力圖；圖13(a)和13(b)是表示按照本發(fā)明所述方法得到的兩類酸洗過的鋼帶材可焊性凸起部的示圖；圖14是表示用常規(guī)周期得到的酸洗過的低碳鋼帶材可焊性凸起部的示圖；參看圖1，本發(fā)明的方法采用一臺(tái)雙輥連鑄設(shè)備1。直接在輥1的下方，設(shè)置兩個(gè)冷卻裝置2a和2b，用于控制冷卻連續(xù)通過該冷卻裝置2a和2b之間的帶材。接著上述兩個(gè)冷卻裝置之后，設(shè)置一對已知組織的夾送輥3。
在夾送輥3的出口處，設(shè)置一個(gè)最終的組合式冷卻裝置4，帶材穿過該冷卻裝置4，到達(dá)一卷取帶材裝置5。
帶材在固化和從鑄造裝置1中提取出來期間，通過對相反旋轉(zhuǎn)的雙輥?zhàn)饔枚?jīng)受一適當(dāng)控制的壓力，以便限制形成收縮孔隙。然后，鑄造帶材在兩邊經(jīng)過水冷卻或混合的水-氣冷卻，以便減緩?qiáng)W氏體晶粒和表面氧化物層生長的增加速度。通過采用夾送輥，在1000和1300℃之間改變的溫度下，使厚度減少小于15％，以便在可接受的尺寸下接近由于收縮而產(chǎn)生的孔隙。
鑄造鋼帶材的冷卻周期通過調(diào)節(jié)澆鑄速度、水流量，及有效冷卻面積總量來設(shè)定。在夾送輥3之后的最終冷卻周期根據(jù)鋼的相變特點(diǎn)、及碳(C)、錳(Mn)和鉻(Cr)的含量來確定，以便得到理想的組織，該相變特點(diǎn)主要取決于奧氏體晶粒的起始尺寸。
用各種不同的鋼進(jìn)行了各種實(shí)驗(yàn)室和滿負(fù)荷注入試驗(yàn)，鋼的組成限定如下碳(C)0.02～0.10；錳(Mn)0.1～0.6；硅(Si)0.02～0.35；鋁(Al)0.01～0.05；硫(S)＜0.015；磷(P)＜0.02；鉻(Cr)0.05～0.35；鎳(Ni)0.05～0.3；氮(N)0.003～0.012；鈦(Ti)＜0.03；釩(V)＜0.10；鈮(Nb)＜0.035；其余部分在本質(zhì)上是鐵(Fe)。
從這些試驗(yàn)顯然可看出，通過控制鋼的化學(xué)成分和在線冷卻方式，能夠研制出合適的最終顯微組織，該顯微組織用等軸鐵素體與針狀鐵素體和/或貝氏體的確定體積百分?jǐn)?shù)來表征。那樣得到的顯微組織成分的不同部分，使鑄造帶材產(chǎn)生不同的強(qiáng)度、延展性和冷成形性的組合，因此可以通過應(yīng)力和埃里克森(Erichsen)杯突試驗(yàn)來評價(jià)。
尤其是，發(fā)明人評價(jià)了與針狀鐵素體或貝氏體組織有關(guān)的性質(zhì)，表征了比傳統(tǒng)的多角薄晶粒鐵素體組織高的位錯(cuò)密度。
按照本發(fā)明的方法，低碳鋼帶材在鑄造時(shí)，可以得到不同類型的組織和性質(zhì)，并且每種不同類型的這些性質(zhì)可以綜合如下(下面大寫字母代表不同類型的碳鋼)
A)共軸鐵素體的主要性質(zhì)針狀鐵素體和/或貝氏體＜20％體積粗的等軸晶?；F素體≥70％體積珠光體2～10％體積屈服應(yīng)力Rs＝180～250兆帕(MPa)斷裂應(yīng)力Rm≥280MPaRs/Rm比≤0.75總延伸量≥30％埃里克森指數(shù)≥12mmB)等軸鐵素體和針狀鐵素體的混合組織針狀鐵素體和/或貝氏體20～50％體積粗的等軸晶?；F素體＜80％體積珠光體＜2％體積屈服應(yīng)力Rs＝200～300兆帕(MPa)斷裂應(yīng)力Rm≥300MPaRs/Rm比≤0.75總延伸量≥28％埃里克森指數(shù)≥11mmC)針狀鐵素體-貝氏體的主要性質(zhì)針狀鐵素體和/或貝氏體＞50％體積粗的等軸晶粒化鐵素體＜50％體積珠光體＜2％體積屈服應(yīng)力Rs＝210～320MPa斷裂應(yīng)力Rm≥330MPaRs/Rm比≤0.75總延伸量≥22％埃里克森指數(shù)≥10mm現(xiàn)已查明，C、Mn和Cr的重量濃度(限定在本發(fā)明的范圍內(nèi))、奧氏體晶粒(其尺寸大于150μm)，及冷卻速度(在750～480℃溫度范圍內(nèi)＞10℃/S)影響非等軸鐵素體的形成。
按照本發(fā)明所述方法進(jìn)行的另一些試驗(yàn)表明，能夠利用高速固化(低的偏析體)的鑄造帶材中各合金成分的更大的分布和濃度均勻性，以便使顯微組織的分布均勻并避免形成不希望有的馬氏體類型組織，同時(shí)降低材料的延展性和可成形性。
此外，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，鑄造帶材的高能冷卻對得到一層表面氧化皮是有效的，該氧化皮的厚度和性質(zhì)是這樣的，以便用傳統(tǒng)的酸洗法就能除去。盡管對用本發(fā)明方法所得到的酸洗過帶材工件進(jìn)行了一些點(diǎn)焊試驗(yàn)，但肯定還要檢驗(yàn)材料的可焊性，正如眾所周知的，材料的可焊性強(qiáng)烈地受薄鋼板表面狀態(tài)影響。
而且，發(fā)明人觀察了如何加入諸如釩和鈮等元素，增加了奧氏體的可硬性并延遲等軸鐵素體的形成，同時(shí)減輕奧氏體和貝氏體的產(chǎn)生。另外，鈮和鈦在高溫加熱法中形成碳-氮化物，它們抑制奧氏體晶粒的尺寸增長，同時(shí)確保例如在焊接的熱改變區(qū)中有更好的延展性。
下面將說明作為一種非限定的例子所列舉的用本發(fā)明的方法和普通工藝所得到的帶材顯微組織和性質(zhì)的例證及比較實(shí)例。為清楚起見，在下面各例中所述的表全都在最后例子(例4)之后一起列出。
例1某些厚度在2.2和2.4mm之間的鑄造帶材，按照本發(fā)明的方法用A類鋼(如上面已經(jīng)說明的)得到，其分析結(jié)果在表1中報(bào)道。
將液態(tài)鋼在一垂直的雙輥連鑄機(jī)(圖1)中并采用40噸/米(t/m)的平均分離應(yīng)力澆濤。將帶材在鑄造機(jī)的出口處冷卻，至它們在夾送輥3附近處溫度達(dá)到1210～1170℃時(shí)為止。這些溫度將使帶材厚度減少約10％。接著，正如在圖2中所示意表示的，將冷卻調(diào)整到在950℃和帶材卷取溫度之間的范圍內(nèi)冷卻速度為10～40℃/S之間。主要的冷卻和卷取帶材條件與所生產(chǎn)的帶材某些顯微組織特點(diǎn)一起，列在表2中。在表3中報(bào)道了帶材的一些機(jī)械性質(zhì)，它們涉及屈服應(yīng)力Rs、斷裂應(yīng)力Rm、Rs/Rm比，總延伸量A％，及度量材料冷成形性的埃里克森指數(shù)(I.AND.)等，該屈服應(yīng)力定義為ReL或Rp0.2(取決于屈服是連續(xù)的還是不連續(xù)的)。
在圖3-5中，分別示出在760～730℃下(帶材9和4)及580℃下(帶材5)卷取的帶材典型顯微組織，正如在光學(xué)顯微鏡下能觀察到的。
當(dāng)卷取帶材的溫度降低和帶材的平均冷卻速度增加時(shí)，觀察到珠光體實(shí)際上消失，而針狀鐵素體和/或貝氏體組織產(chǎn)生，該針狀鐵素體和/或貝氏體組織的詳細(xì)情況在圖6中示出。所述顯微組織導(dǎo)致連續(xù)類型材料(表3)屈服。
例2另一些厚度為2.0～2.5mm的帶材，按照本發(fā)明的方法，用表1中的B類和C類鋼得到，這些鋼的碳含量較高(分別為0.052％和0.09％)。
主要的冷卻和卷取帶材條件，與那樣得到的帶材某些顯微組織特點(diǎn)一起在表4中示出。表5中報(bào)道了帶材的機(jī)械性質(zhì)和度量材料冷成形性的埃里克森指數(shù)。
在圖7和8中分別示出在光學(xué)顯微鏡下觀察時(shí)帶材7(B類鋼)和14(C類鋼)的典型顯微組織。另外在這種情況下，通過利用粗奧氏體晶粒鋼的相變特點(diǎn)，能夠得到含有等軸鐵素體及還有針狀鐵素體和貝氏體的混合組織。其強(qiáng)度值高于例1中(含碳量為0.035％的鋼)所述的強(qiáng)度值，而延展性和冷成形性保持優(yōu)良值。
例3在這個(gè)對照例中，報(bào)道了一種帶材的顯微組織和機(jī)械性質(zhì)，該帶材具有厚度為2mm，并用以傳統(tǒng)周期生產(chǎn)的D類鋼(表1)得到，將該帶材的顯微組織和機(jī)械性質(zhì)與按照本發(fā)明所述方法生產(chǎn)的澆鑄件帶材的顯微組織和機(jī)械性質(zhì)進(jìn)行比較，鑄造的帶材具有相同的化學(xué)成分。很顯然，傳統(tǒng)法生產(chǎn)的帶材的顯微組織由多角鐵素體的細(xì)晶粒和由珠光體(圖9)構(gòu)成，其拉伸應(yīng)力圖為一不連續(xù)的圖形(圖10)。表6中示出這種普通帶材的典型機(jī)械性質(zhì)。在本發(fā)明方法的情況下，采用比較低的帶材卷取溫度(表7)能用具有如圖11所示的那種類型針狀組織、具有一不連續(xù)圖形的屈服圖(圖12)，并因此具有較低屈服/斷裂應(yīng)力比(表8)的那些材料，這些材料用同樣的斷裂應(yīng)力值表征。
權(quán)利要求
1.用于生產(chǎn)低碳鋼帶材的方法，該帶材在鑄造時(shí)具有良好的強(qiáng)度和可成形性，并且在用普通方法酸洗后具有良好的可焊性，該方法包括以下步驟-澆注，在一臺(tái)雙輥連鑄機(jī)(1)中進(jìn)行，連鑄機(jī)(1)包括夾送輥(3)，帶材厚度在1和8mm之間，該帶材具有下列組成(總重量的重量百分比)C 0.02～0.10；Mn 0.1～0.6；Si 0.02～0.35；Al 0.01～0.05；S＜0.015；P＜0.02；Cr 0.05～0.35；Ni 0.05～0.3；N 0.003～0.012；及可選擇地，Ti＜0.03；V＜0.10；Nb＜0.035，其余部分在本質(zhì)上是鐵(Fe)；-將帶材在鑄造輥和夾送輥(3)之間所包括的區(qū)域中冷卻；-在1000和1300℃之間所包括的溫度下，使帶材鑄件熱變形穿過夾送輥(3)，直至厚度減少小于15％，以便促使封閉收縮孔隙；以5～80℃/s之間所包括的速度冷卻帶材，使其溫度降到500和800℃(Tavv)；及-在一臺(tái)卷取機(jī)(5)中卷取那樣得到的帶材。
2.低碳鑄造的鋼帶材，其特征在于它可用按照權(quán)利要求1所述的方法得到；并且它具有低的偏析和預(yù)定的包括針狀鐵素體和/或貝氏體的混合顯微組織，這些顯微組織提供一種低的屈服/斷裂應(yīng)力比和材料應(yīng)力-應(yīng)變圖的連續(xù)圖形、以及在酸洗后提供良好的可焊性。
3.按照權(quán)利要求2所述的低碳鋼帶材，具有下列最終顯微組織和機(jī)械性質(zhì)針狀鐵素體和/或貝氏體＜20％體積粗的等軸晶粒化鐵素體≥70％體積珠光體2～10％體積屈服應(yīng)力Rs＝180～250MPa斷裂應(yīng)力Rm≥280MPaRs/Rm比≤0.75總延伸量≥30％埃里克森指數(shù)≥12mm
4.按照權(quán)利要求2所述的低碳鋼帶材，具有下列最終顯微組織和機(jī)械性質(zhì)針狀鐵素體和/或貝氏體20～50％體積粗的等軸晶粒化鐵素體＜80％體積珠光體＜2％體積屈服應(yīng)力Rs＝200～300MPa斷裂應(yīng)力Rm≥300MPaRs/Rm比≤0.75總延伸量≥28％埃里克森指數(shù)≥11mm
5.按照權(quán)利要求2所述的低碳鋼帶材，具有下列最終顯微組織和機(jī)械性質(zhì)針狀鐵素體和/或貝氏體＞50％體積粗的等軸晶粒化鐵素體＜50％體積珠光體＜2％體積屈服應(yīng)力Rs＝210～350MPa斷裂應(yīng)力Rm≥330MPaRs/Rm比≤0.8總延伸量≥22％埃里克森指數(shù)≥10mm
全文摘要
用于生產(chǎn)低碳鋼帶材的方法,該帶材在鑄造時(shí)具有良好的強(qiáng)度和可成形性組合,并在用普通方法酸洗后具有良好的可焊性,所述生產(chǎn)低碳鋼的方法包括下列步驟:在一臺(tái)包括夾輥(3)的雙輥連鑄機(jī)(1)中鑄造一種帶材,該帶材厚度在1和8mm之間,所述帶材具有下列組成(按總重量的重量百分?jǐn)?shù)計(jì)):碳(C)0.02～0.10;錳(Mn)0.1－0.6;硅(Si)0.02～0.35;鋁(Al)0.01～0.05;硫(S)< 0.015;磷(P)< 0.02;鉻(Cr)0.05～0.35;鎳(Ni)0.05～0.3;氮(N)0.003－0.012;并且可任意地,鈦(Ti)< 0.03;釩(V)< 0.10;鈮(Nb)< 0.035,余量主要是鐵(Fe);將帶材在鑄造輥和夾送輥(3)之間所包括的區(qū)域內(nèi)冷卻;在1000和1300℃之間的溫度下使帶材熱變形穿過夾送輥(3)直至其厚度達(dá)到減少小于15%,以便促進(jìn)封閉收縮孔隙;以5和80℃/s之間的速度冷卻帶材,使其溫度降到500和850℃之間(Tavv);并卷取到一臺(tái)卷取機(jī)(5)中,卷取那樣能得到的帶材。
文檔編號(hào)B22D11/128GK1260740SQ98806330
公開日2000年7月19日 申請日期1998年6月19日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月19日
發(fā)明者安東尼奧·馬斯坎佐尼, 埃托雷·阿內(nèi)利 申請人:阿奇亞斯佩絲阿里特爾尼公司, 奧地利鋼鐵聯(lián)合企業(yè)阿爾帕工業(yè)設(shè)備制造公司