抗拉強(qiáng)度≥1100MPa的薄帶連鑄經(jīng)濟(jì)性高強(qiáng)捆帶及其制造方法
【專利摘要】抗拉強(qiáng)度≥1100MPa的薄帶連鑄經(jīng)濟(jì)性高強(qiáng)捆帶及其制造方法，其包括如下步驟：1）采用雙輥連鑄工藝鑄造厚度為1.0-4.5mm的鑄帶，其化學(xué)成分重量百分比為：C0.25-0.40%，Si0.15-0.40%，Mn1.3-2.0%，P≤0.015%，S≤0.01%，N≤0.012%，此外，還包含微合金元素Nb、V、Ti、Mo中至少一種，Nb0.01-0.06%，V0.01-0.06%，Ti0.01-0.06%，Mo0.10-0.25%，其余為Fe和不可避免雜質(zhì)；2）鑄帶冷卻；3）鑄帶在線熱軋；4）熱軋帶冷卻；5）卷?。?）冷軋；7）發(fā)藍(lán)退火。本發(fā)明通過薄帶連鑄＋冷軋后進(jìn)行回復(fù)退火的經(jīng)濟(jì)性工藝生產(chǎn)的高強(qiáng)捆帶，抗拉強(qiáng)度≥1100MPa，延伸率≥12%。
【專利說明】抗拉強(qiáng)度> 11OOMPa的薄帶連鑄經(jīng)濟(jì)性高強(qiáng)捆帶及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高強(qiáng)度鋼捆帶及其制造方法，尤其涉及一種抗拉強(qiáng)度> IlOOMPa的薄帶連鑄經(jīng)濟(jì)性高強(qiáng)度鋼捆帶及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋼捆帶是鋼的一種薄帶狀深加工產(chǎn)品，主要用來捆扎鋼材、有色金屬、輕紡制品、建材、紙卷(板)和羊毛等貨物。為了保證貨物安全裝卸和運(yùn)輸，要求捆帶具有較高的抗拉強(qiáng)度和一定的延伸率。此外，由于捆帶長期于室外環(huán)境中使用，還要求具有一定的抗腐蝕性倉泛。
[0003]鋼捆帶按照強(qiáng)度劃分，可分為低強(qiáng)、中強(qiáng)、高強(qiáng)和超高強(qiáng)四類。其中的高強(qiáng)捆帶，主要用于在鋼鐵企業(yè)中捆扎熱軋鋼卷、圓鋼、型鋼、鋼管、線材以及管線鋼等產(chǎn)品，其需求量很大。
[0004]隨著冶金行業(yè)的飛速發(fā)展，高質(zhì)量、高強(qiáng)度等級的鋼鐵產(chǎn)品生產(chǎn)量越來越大，鋼卷的卷徑也在增大，單卷達(dá)到30噸，甚至40噸，對于捆帶強(qiáng)度的要求不斷提高，用量也在不斷增大。因此，采用低成本工藝生產(chǎn)的高強(qiáng)度鋼捆帶具有非常廣闊的市場前景。
[0005]但是，由于高 強(qiáng)度鋼捆帶要求同時具有較高的強(qiáng)度和延伸率，因此生產(chǎn)難度較大。目前，高強(qiáng)度鋼捆帶的生產(chǎn)工藝主要有三種:
[0006]一、冷軋后進(jìn)行回復(fù)退火處理的工藝
[0007]該工藝通常包括如下步驟:1)利用傳統(tǒng)連鑄+板坯再加熱+熱連軋工藝生產(chǎn)熱軋 帶；2)通過冷軋將熱軋帶減薄到高強(qiáng)捆帶所需要的厚度；3)對冷軋帶進(jìn)行發(fā)藍(lán)退火處理。
[0008]熱軋鋼帶經(jīng)冷軋后強(qiáng)度得到大幅提高，但延伸率降得很低。通過回復(fù)退火處理后，鋼帶強(qiáng)度有所降低，但延伸率得到提高，從而使鋼帶達(dá)到一定的強(qiáng)塑性匹配，同時在鋼帶表面形成一層藍(lán)色氧化膜，起到抗氧化的作用。鋼帶的最終顯微組織通常為冷加工回復(fù)退火鐵素體基體和遍布基體的彌散碳化物。此工藝操作簡單、成本低廉、能源消耗少、環(huán)境污染小。
[0009]由于捆帶的抗拉強(qiáng)度和延伸率首先是受熱軋原料性能的影響，再通過冷軋壓力率和退火處理工藝來調(diào)節(jié)。目前市場上沒有為高強(qiáng)捆帶生產(chǎn)專門設(shè)計的熱軋原料，高強(qiáng)捆帶生產(chǎn)通常選擇主要成分為C、S1、Mn的合金結(jié)構(gòu)鋼。市場供貨的這類熱軋產(chǎn)品的組織類型和各種組成相含量波動較大，決定其拉伸性能變化較大，這樣其對高強(qiáng)捆帶性能的影響程度就會波動較大；另外市場供貨的這類熱軋產(chǎn)品的厚度規(guī)格比較局限，如果不同厚度的高強(qiáng)捆帶采用相近厚度的熱軋板進(jìn)行生產(chǎn)，那么冷軋壓下率的變化范圍就較大，例如采用2.8mm的熱軋板生產(chǎn)厚度分別為1.0mm和0.5mm的高強(qiáng)捆帶，冷軋壓下率分別為64%和82%，其對高強(qiáng)捆帶的性能影響程度就會波動較大。以上兩個波動決定對于不同的熱軋原料，就需要采用不同的退火工藝進(jìn)行捆帶性能的最后調(diào)整，否則捆帶性能會有很大不同。在退火工藝調(diào)整過程中，捆帶性能對退火工藝參數(shù)非常敏感，當(dāng)捆帶抗拉強(qiáng)度較高時，延伸率通常較低；而當(dāng)捆帶的延伸率較高時，抗拉強(qiáng)度通常較低，要使捆帶同時具有較高的強(qiáng)度和延伸率，比較困難。上述原因?qū)е拢美滠埡筮M(jìn)行回復(fù)退火處理工藝生產(chǎn)的鋼捆帶，其抗拉強(qiáng)度和延伸率很難突破980MPa和12%。該工藝看似簡單，可要以之生產(chǎn)抗拉強(qiáng)度和延伸率有更好匹配的高強(qiáng)捆帶，難度較大。
[0010]中國專利02109635.X公開的“一種高強(qiáng)度包裝鋼帶及熱處理工藝”，采用成分為C0.22-0.29%, Si0.015%, Mnl.30-1.50%，P ≤ 0.015%, S ≤ 0.010%, Als0.015%, Nb0.012%，余量為Fe的熱軋板原料，冷軋后進(jìn)行電加熱發(fā)藍(lán)退火處理，退火爐溫度為550-650°C，鋼帶運(yùn)行速度為2.5-3.5m/min (其速度與爐溫和爐體長度成正比)。利用該專利生產(chǎn)的鋼捆帶抗拉強(qiáng)度達(dá)到920MPa，延伸率達(dá)到11%。
[0011]中國專利200410031162.8公開的“高強(qiáng)度包裝鋼帶及其制造工藝”，采用成分為 C0.25-0.28%, Si0.02-0.06%, Mnl.30-1.50%, P0.01-0.02%, S0.001-0.012%,Als0.03-0.06%，余量為Fe的熱軋板原料，熱軋板厚度為1.8-3.75mm,經(jīng)68-83%冷軋后，得到厚度為0.3-1.2mm鋼帶，利用連續(xù)式加熱爐進(jìn)行退火處理，鋼帶加熱溫度為450_550°C。利用該專利生產(chǎn)的鋼捆帶抗拉強(qiáng)度> 930MPa，延伸率> 8%。
[0012]中國專利201210232927.9公開的“高強(qiáng)度發(fā)藍(lán)鋼帶的生產(chǎn)方法”，采用C0.19-0.21%, Mnl.62-1.71%, Si0.02-0.028%, P0.014-0.018%, S0.0042-0.006%,Als0.033-0.05%，余量為Fe的成分設(shè)計，經(jīng)過冶煉、連鑄、熱軋、冷軋、發(fā)藍(lán)退火等工藝步驟進(jìn)行鋼捆帶生產(chǎn)。冷軋壓下率為70%，發(fā)藍(lán)退火溫度為580-700°C，發(fā)藍(lán)時間為100-160s。利用該專利生產(chǎn)的鋼捆帶抗拉強(qiáng)度為950-960MPa，延伸率為11.5_12%。
[0013]二、冷軋后進(jìn)行鉛浴等溫淬火處理的工藝
[0014]該工藝通常包括如下步驟:1)利用傳統(tǒng)連鑄+板坯再加熱+熱連軋工藝生產(chǎn)熱軋帶；2)通過冷軋將熱軋帶減薄到高強(qiáng)捆帶所需要的厚度；3)對冷軋后的鋼帶進(jìn)行加熱奧氏體化；4)鉛浴等溫淬火。
[0015]通過鉛浴等溫淬火，獲得貝氏體組織，從而獲得鋼帶所要要的強(qiáng)度和塑性。利用該工藝生產(chǎn)的最大問題是生產(chǎn)設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格昂貴，設(shè)備成本高；鉛浴冷卻能力有限，需要足夠的時間完成奧氏體向貝氏體轉(zhuǎn)變，生產(chǎn)效率低；會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染；生產(chǎn)成本高。一些國家已開始限制使用。而且，雖然利用該工藝生產(chǎn)的鋼捆帶強(qiáng)度較高，但延伸率較低，在使用過程中容易發(fā)生脆斷。
[0016]美國專利US6814817 公開的 “Steel Strap Composition”，將成分為C0.30-0.36%，Mn0.90-1.25%，Si0.75-1.10% 的冷軋鋼帶，首先預(yù)熱到 370_510°C，然后加熱到815-900°C進(jìn)行奧氏化，再進(jìn)行370-510°C鉛浴等溫淬火處理。利用該工藝生產(chǎn)的鋼捆帶抗拉強(qiáng)度≥1170MPa，延伸率≥6.5%。
[0017]中國專利200810200449.7公開的“一種包裝用鋼帶的熱處理方法”，采用成分為C0.29-0.35%, Si0.15-0.35%, Mnl.20-1.55%, P0.030%, S0.030%，余量為 Fe 的熱軋板，冷軋后首先在鉛浴中預(yù)熱到355-365°C，預(yù)熱時間6.75_9s，然后加熱到860±20°C，保溫30-40s進(jìn)行奧氏體化，再進(jìn)行355-365?鉛浴等溫淬火處理，等溫淬火時間為21-28S。利用該工藝生產(chǎn)的鋼捆帶抗拉強(qiáng)度≥1350MPa，延伸≥6%。
[0018]三、冷軋后進(jìn)行兩相區(qū)淬火處理的工藝
[0019]該工藝通常包括如下步驟:1)利用傳統(tǒng)連鑄+板坯再加熱+熱連軋工藝生產(chǎn)熱軋帶；2)通過冷軋將熱軋帶減薄到高強(qiáng)捆帶所需要的厚度；3)將冷軋后的鋼帶加熱到鐵素體和奧氏體兩相區(qū)；4)快速淬火。
[0020]通過兩相區(qū)淬火，獲得的顯微組織為馬氏體+冷加工回復(fù)退火鐵素體基體和遍布基體的彌散碳化物，從而獲得鋼帶所要要的強(qiáng)度和塑性。利用該工藝生產(chǎn)的鋼捆帶，強(qiáng)度和延伸率均較高。但是該工藝需要結(jié)構(gòu)復(fù)雜的電磁感應(yīng)快速加熱設(shè)備和強(qiáng)力水冷設(shè)備，設(shè)備成本高；生產(chǎn)過程較復(fù)雜，生產(chǎn)成本較高；而且薄板在兩相區(qū)淬火后板形往往不夠理想。
[0021]美國專利US6635127 公開的 “Steel strapping and method of making”,其米用成分為 C ≤ 0.2%, Mn ( 2.0%, Si0.2-0.4%, Ti0.025-0.045%, V0.05-0.07%, Cr ( 0.25%,Ni ( 0.30%, Mo ( 0.10%, Cu ( 0.20%, Al ( 0.08%, Nb ( 0.005%，N ≤ 0.005%, P ( 0.035%,
0.02%，余量為Fe的鋼坯經(jīng)熱軋、冷軋后，快速感應(yīng)加熱到750°C，保溫2s，然后快淬到室溫。利用該工藝生產(chǎn)的鋼捆帶抗拉強(qiáng)度為970-1070MPa，延伸率為10_14%。
[0022]中國專利200910046229.8公開的“抗拉強(qiáng)度高于IlOOMPa的高強(qiáng)度捆帶鋼及其制造方法”，采用 C0.25-0.35%, Mnl.24-2.0%, Si ( 0.45%, S^0.04%, P ≤ 0.04% 的成分設(shè)計，經(jīng)過冶煉、連鑄、熱軋、冷軋、鐵素體+奧氏體兩相區(qū)淬火、回火等工藝步驟進(jìn)行鋼捆帶生產(chǎn)。淬火溫度為730-790°C，淬火速度≥100°C/s，回火溫度為430-530°C。利用該工藝生產(chǎn)的鋼捆帶抗拉強(qiáng)度≥llOOMPa，延伸率≥10%。
[0023]在上述專利中，生產(chǎn)高強(qiáng)捆帶所采用的熱軋帶原料，均是利用傳統(tǒng)連鑄+熱軋工藝流程生產(chǎn)。由于熱軋帶原料本身規(guī)格、組織、性能方面的限制，以及后續(xù)冷軋、熱處理等工序本身的制約，使得利用上述工藝生產(chǎn)的高強(qiáng)捆帶生產(chǎn)成本或性能很難獲得突破。
[0024]目前，一些新興技術(shù)，例如薄板還連鑄連軋，薄帶連鑄等，也可以用來生產(chǎn)熱軋帶。其中，薄帶連鑄技術(shù)是冶金及材料研究領(lǐng)域內(nèi)的一項(xiàng)前沿技術(shù)，它的出現(xiàn)為鋼鐵工業(yè)帶來一場革命，它改變了傳統(tǒng)治金工業(yè)中熱軋鋼帶的生產(chǎn)過程，將連續(xù)鑄造、軋制、甚至熱處理等整合為一體，使生產(chǎn)的薄帶 坯經(jīng)過一道次在線熱軋就一次性形成薄鋼帶，大大簡化了生產(chǎn)工序，縮短了生產(chǎn)周期。設(shè)備投資也相應(yīng)減少，產(chǎn)品成本顯著降低。
[0025]有關(guān)薄帶連鑄產(chǎn)品及其制造工藝的專利，主要集中在低碳鋼及低碳微合金鋼產(chǎn)品及其制造工藝，產(chǎn)品表面質(zhì)量改進(jìn)等方面，如中國專利201080008606.X的“熱軋薄鑄造鋼帶產(chǎn)品及其制造方法”，中國專利201080017436.1的“高強(qiáng)度薄鑄鋼帶產(chǎn)品及其制備方法”，中國專利200880109715.3的“微裂紋得到減少的薄鑄鋼帶”等等。
[0026]通過上述薄帶連鑄專利制造的鋼帶，均不是為高強(qiáng)捆帶生產(chǎn)而設(shè)計，目前尚未見到將薄帶連鑄工藝生產(chǎn)的鋼帶用于高強(qiáng)捆帶生產(chǎn)的先例。實(shí)際上，高強(qiáng)捆帶的最終性能受熱軋帶原料的規(guī)格，以及熱軋帶組織和性能影響較大，尤其是采用較為經(jīng)濟(jì)的高強(qiáng)捆帶生產(chǎn)的第一種工藝時。因此，要想采用薄帶連鑄工藝生產(chǎn)的鋼帶作為原料，經(jīng)濟(jì)性地生產(chǎn)出性能優(yōu)異的高強(qiáng)捆帶，對薄帶連鑄鋼帶進(jìn)行專門設(shè)計和制造，至關(guān)重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0027]本發(fā)明的目的在于提供一種抗拉強(qiáng)度> IlOOMPa的薄帶連鑄經(jīng)濟(jì)性高強(qiáng)捆帶及其制造方法，通過合理的成分設(shè)計和工藝設(shè)計，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的環(huán)境污染嚴(yán)重、生產(chǎn)效率較低、生產(chǎn)成本高的問題，以及利用現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)性技術(shù)生產(chǎn)的高強(qiáng)捆帶強(qiáng)塑性匹配不理想的問題。[0028]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0029]本發(fā)明采用冷軋后進(jìn)行回復(fù)退火處理的工藝技術(shù)路線來生產(chǎn)高強(qiáng)捆帶。采取該工藝路線生產(chǎn)高強(qiáng)捆帶，其性能設(shè)計主要考慮三個方面:一是通過薄帶連鑄工藝所生產(chǎn)鑄帶的固有性能，主要由成分和組織形態(tài)決定；二是冷軋形變強(qiáng)化，主要由冷軋壓下率決定；三是回復(fù)退火基體軟化和微合金元素析出強(qiáng)化，前者主要由冷軋后的退火工藝決定，后者由合金元素含量和退火工藝共同決定。這三個方面之間的聯(lián)系非常緊密，各方面均需要穩(wěn)定控制，而且后一步的穩(wěn)定控制必須在前一步已經(jīng)得到穩(wěn)定控制的基礎(chǔ)上才能得以實(shí)現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)捆帶強(qiáng)塑性較為理想匹配，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明效果。
[0030]本發(fā)明通過化學(xué)成分和薄帶連鑄工藝設(shè)計，對熱軋帶的顯微組織類型和組成相含量進(jìn)行定量控制，對所添加微合金元素的存在狀態(tài)進(jìn)行控制；進(jìn)而穩(wěn)定控制熱軋帶的力學(xué)性能，及其對高強(qiáng)捆帶力學(xué)性能的影響。通過薄帶連鑄工藝設(shè)計，對熱軋帶的厚度規(guī)格進(jìn)行準(zhǔn)確控制，進(jìn)而穩(wěn)定控制不同厚度高強(qiáng)捆帶生產(chǎn)所采用的冷軋壓下率，及其對高強(qiáng)捆帶力學(xué)性能的影響。并設(shè)計適合于薄帶連鑄熱軋帶顯微組織類型、冷軋壓下率，并且能夠?qū)崿F(xiàn)鋼帶中微合金元素析出的發(fā)藍(lán)退火工藝參數(shù)。通過薄帶連鑄+冷軋后進(jìn)行回復(fù)退火的經(jīng)濟(jì)性生產(chǎn)工藝，實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)捆帶抗拉強(qiáng)度和延伸率的更優(yōu)匹配。
[0031]具體的，本發(fā)明的抗拉強(qiáng)度> IlOOMPa的薄帶連鑄經(jīng)濟(jì)性高強(qiáng)捆帶，其化學(xué)成分重量百分比為:C0.25-0.40%, Si0.15-0.40%, Mnl.3-2.0%, P ≤ 0.015%, S ≤ 0.01%,N≤0.012%，此外，還包含微合金元素Nb、V、T1、Mo中至少一種，Nb0.01-0.06%,V0.01-0.06%, Ti0.01-0.06%, Mo0.10-0.25%，其余為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)；
[0032]在本發(fā)明的化學(xué)成分設(shè)計中:
[0033]C:C是鋼中最經(jīng)濟(jì)、最基本的強(qiáng)化元素，通過固溶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化來提高鋼的強(qiáng)度。C會溶于鐵素體中形成間隙固溶體，但在室溫下它在鐵素體中的溶解度十分有限，因此其固溶強(qiáng)化作用受到限制。在本發(fā)明工藝條件下，C主要以滲碳體形式析出，作為珠光體的組成部分。珠光體的含量與C含量密切相關(guān)，當(dāng)C含量增加時，珠光體含量增加，鋼的強(qiáng)度、硬度隨之提高，而塑性、韌性相應(yīng)降低。因此C含量不能過高，本發(fā)明采用的C含量范圍是
0.25-0.40%O
[0034]優(yōu)選的，C含量范圍是0.28-0.38%，鋼帶可獲得更合適的珠光體含量，可具有更優(yōu)的抗拉強(qiáng)度和延伸率匹配。
[0035]S1:Si在鋼中起固溶強(qiáng)化作用。Si含量合適時，不僅使鋼的強(qiáng)度得到提高，而且對塑性影響不大。本發(fā)明采用的Si含量范圍是0.15-0.4%。
[0036]優(yōu)選的，Si含量范圍是0.25-0.35%，鋼帶可具有更優(yōu)的抗拉強(qiáng)度和延伸率匹配。
[0037]Mn:Mn是價格最便宜的合金元素之一，它在鋼中具有相當(dāng)大的固溶度，通過固溶強(qiáng)化提高鋼的強(qiáng)度，而且其含量合適時，對鋼的塑性基本無損害，是在降低C含量情況下提高鋼的強(qiáng)度最主要的強(qiáng)化元素。本發(fā)明采用的Mn含量范圍是1.3-2.0%。
[0038]優(yōu)選的，Mn含量范圍是1.5-1.8%，鋼帶可具有更優(yōu)的抗拉強(qiáng)度和延伸率匹配。
[0039]P:P在α -Fe中溶解度很大。與其他元素相比，P在α -Fe中所引起的固溶強(qiáng)化效果較大。但當(dāng)含P量較高時，隨著鋼的強(qiáng)度提高，其塑性明顯降低。特別是鋼中P出現(xiàn)偏析情況下，將引起較大的冷脆性。在本發(fā)明中，P是作為雜質(zhì)元素來控制，其含量< 0.015%。
[0040]S:S在Fe中的溶解度極小，鋼中的S大都化合為FeS，其危害是在進(jìn)行熱加工時會引起鋼的熱脆性，降低鋼的延展性和韌性，在軋制時造成裂紋。在本發(fā)明中，S是作為雜質(zhì)元素來控制，其含量< 0.01%。
[0041]N:與C元素類似，N元素可通過間隙固溶提高鋼的強(qiáng)度，但是，N的間隙固溶對鋼的塑性和韌性有較大危害，因此N含量不能過高。本發(fā)明采用的N含量< 0.012%。
[0042]Nb、V、T1、Mo:在傳統(tǒng)控制軋制的高強(qiáng)鋼中，常添加微合金元素Nb、V、T1、Mo，主要發(fā)揮兩方面作用:一是抑制熱軋后奧氏體發(fā)生再結(jié)晶，實(shí)現(xiàn)形變細(xì)化奧氏體晶粒的目的。微合金元素可通過溶質(zhì)原子拖曳機(jī)制，以及所析出的第二相質(zhì)點(diǎn)釘扎機(jī)制而有效地阻止大角晶界及亞晶界的遷移，從而顯著地阻止再結(jié)晶過程，其中第二相質(zhì)點(diǎn)阻止再結(jié)晶的作用更為顯著；二是起到析出強(qiáng)化的作用。
[0043]在薄帶連鑄工藝中，由于其獨(dú)特的鋼帶快速凝固和快速冷卻特性，如果添加微合金元素的量適當(dāng)，微合金元素將主要以固溶態(tài)存在于鋼帶中，即使鋼帶冷卻到室溫，在TEM下也幾乎觀察不到微合金元素的析出。因此，微合金元素只能通過溶質(zhì)原子拖曳機(jī)制，來抑制奧氏體再結(jié)晶，其作用是有限的。在本發(fā)明中，不希望奧氏體熱軋后發(fā)生再結(jié)晶，主要是通過控制熱軋壓下率來實(shí)現(xiàn)的(見下文關(guān)于本發(fā)明制造工藝的闡述)。本發(fā)明添加微合金元素，主要是發(fā)揮其析出強(qiáng)化作用。前面已經(jīng)提到，在薄帶連鑄工藝條件下，所添加的微合金元素將主要固溶態(tài)存在于鋼帶中，固溶強(qiáng)化的效果是有限的。只有當(dāng)合金元素以細(xì)小、彌散狀態(tài)分布的析出物形式存在時，其強(qiáng)化效果是最佳的。
[0044]本發(fā)明的高強(qiáng)捆帶制造將通過薄帶連鑄+冷軋后進(jìn)行回復(fù)退火的經(jīng)濟(jì)性生產(chǎn)工藝來實(shí)現(xiàn)。在薄帶連鑄熱軋帶中以固溶態(tài)存在的微合金元素，將在冷軋之后的退火處理過程中發(fā)生析出，但必須滿足兩個前提條件。第一個前提條件是微合金元素的設(shè)計含量是合適的。如果微合金元 素含量過高，在薄帶連鑄熱軋帶中就可能發(fā)生析出，那么在后續(xù)退火處理過程中，析出物會進(jìn)一步長大，從而導(dǎo)致鋼帶強(qiáng)度降低。如果微合金元素含量過低，雖然在熱軋帶中不會發(fā)生析出，但退火時析出物數(shù)量有限，強(qiáng)化作用有限，不能滿足高強(qiáng)捆帶性能設(shè)計要求。第二個前提條件是，退火工藝的設(shè)計是合理的(見下文關(guān)于本發(fā)明制造工藝的闡述)。
[0045]總之，要控制微合金元素在熱軋帶中不發(fā)生析出，其含量不能太高；要使微合金元素能發(fā)揮足夠的強(qiáng)化作用，滿足高強(qiáng)捆帶性能設(shè)計要求，其含量不能太低。本發(fā)明采用的Nb、V、Ti含量范圍均是0.01-0.06%, Mo含量范圍是0.10-0.25%。
[0046]優(yōu)選的，Nb, V,Ti的含量范圍是0.01-0.05%，鋼帶可具有更優(yōu)的強(qiáng)度和塑性配比。
[0047]具體的，本發(fā)明的抗拉強(qiáng)度≥IlOOMPa的薄帶連鑄經(jīng)濟(jì)性高強(qiáng)捆帶制造方法，包括如下步驟:
[0048]I)采用雙輥薄帶連鑄工藝鑄造厚度為1.0-4.5mm的鑄帶，其化學(xué)成分重量百分比為:C0.25-0.40%, Si0.15-0.40%, Mnl.3-2.0%, P ≤ 0.015%, S ≤ 0.01%, N ≤ 0.012%，此外，還包含微合金元素 Nb、V、T1、Mo 中至少一種，Nb0.01-0.06%, V0.01-0.06%, Ti0.01-0.06%,Mo0.10-0.25%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)；
[0049]2)對鑄帶進(jìn)行冷卻，冷卻速率為20_80°C /s ；
[0050]3)對鑄帶進(jìn)行在線熱軋，終軋溫度≥900°C，熱軋壓下率≤10%，熱軋后鋼帶的厚度為 0.9-4.0mm ；
[0051]4)對熱軋帶進(jìn)行冷卻，冷卻速率為10_50°C /s ；[0052]5)對熱軋帶進(jìn)行卷取，卷取溫度為530_630°C ;熱軋帶顯微組織由65_80%珠光體，20-35%針狀鐵素體，以及少量多邊形鐵素體構(gòu)成，且珠光體中滲碳體片層厚度為納米量級，滲碳體片層間距為納米或亞微米量級；
[0053]6)對熱軋帶進(jìn)行冷軋，冷軋壓下率為60-70%，冷軋后鋼帶厚度為0.3-1.2mm ；
[0054]7)對冷軋帶進(jìn)行發(fā)藍(lán)退火，退火溫度為525_575°C，退火時間為120_180s。冷軋帶退火后的顯微組織，為回復(fù)退火的鐵素體基體彌散分布著直徑為納米量級的滲碳體顆?；蛘邼B碳體短棒，以及尺寸為納米量級的微合金元素析出物。
[0055]進(jìn)一步，所述步驟I)中，C的含量范圍是0.28-0.38%，以重量百分比計。
[0056]所述步驟I)中，Mn的含量范圍是1.5-1.8%,以重量百分比計。
[0057]所述步驟I)中，Si的含量范圍是0.25-0.35%，以重量百分比計。
[0058]所述步驟I)中，Nb、V、Ti的含量范圍均為0.01-0.05%,以重量百分比計。
[0059]所述步驟2)中，鑄帶冷卻速率為30_60°C /s。
[0060]所述步驟3)中，熱軋壓下率為5-10%。
[0061]所述步驟4)中， 熱軋帶冷卻速率為10_40°C /S。
[0062]所述步驟5)中，熱軋帶的抗拉強(qiáng)度為750_800MPa，延伸率≥15%。
[0063]所述制造方法中，還可以根據(jù)需要增加步驟8)對鋼帶進(jìn)行涂漆或鍍鋅等后續(xù)處理。
[0064]通過以上技術(shù)方案得到的高強(qiáng)捆帶，其抗拉強(qiáng)度≥llOOMPa，延伸率≥12%。
[0065]在本發(fā)明的制造工藝中:
[0066]I)薄帶連鑄
[0067]鋼水被引入到一對相對旋轉(zhuǎn)且內(nèi)部水冷的結(jié)晶輥和側(cè)封板形成的熔池之內(nèi)，經(jīng)過快速凝固后直接澆鑄出厚度為1.0-4.5mm的鑄帶。該厚度規(guī)格通過高強(qiáng)捆帶成品厚度，以及后續(xù)設(shè)計的在線熱軋壓下率和冷軋強(qiáng)化所需壓下率反算得到的。
[0068]2)鑄帶冷卻
[0069]鑄帶從結(jié)晶輥連鑄出來后，經(jīng)過密閉室，在密閉室內(nèi)進(jìn)行冷卻。為了控制鑄帶內(nèi)部和表面質(zhì)量，同時防止奧氏體晶粒在高溫下長大過快，控制鑄帶的冷卻速率為20-80°C /s。優(yōu)選的，鑄帶的冷卻速率為30-60°C /s。鑄帶冷卻采用氣冷方式，冷卻氣體的壓力、流量和氣噴嘴位置可以調(diào)節(jié)和控制。冷卻氣體可以是氬氣、氮?dú)?、氦氣等惰性氣體，或者是幾種氣體的混和氣體。通過控制冷卻氣體的類型、壓力、流量，以及噴嘴到鑄帶之間的距離等，實(shí)現(xiàn)對鑄帶冷卻速率的控制。
[0070]3)鑄帶在線熱軋、冷卻和卷取
[0071]熱軋帶的拉伸性能對高強(qiáng)捆帶的性能有很大影響。生產(chǎn)同一強(qiáng)度級別的高強(qiáng)捆帶，所用熱軋帶的性能不宜變化太大，否則就不能實(shí)現(xiàn)對高強(qiáng)捆帶性能的穩(wěn)定控制。熱軋帶的性能由成分和組織類型決定。要控制熱軋帶性能穩(wěn)定，其組織類型和組成相含量應(yīng)盡量穩(wěn)定。因?yàn)榻M織類型對鋼帶冷軋后抵抗再結(jié)晶的能力也有較大影響，因此組織穩(wěn)定也有利于冷軋退火工藝設(shè)計。
[0072]組織類型和組織相含量的控制主要是通過熱軋卷取過程來實(shí)現(xiàn)的。
[0073]本發(fā)明控制終制溫度≥900°C，使熱軋在奧氏體區(qū)進(jìn)行。
[0074]本發(fā)明控制熱軋壓下率≤ 10%，優(yōu)選的，熱軋壓下率為5_10%。熱軋后鋼帶的厚度范圍是0.9-4.0_。實(shí)際生產(chǎn)中，熱軋帶的厚度通過所要生產(chǎn)的高強(qiáng)捆帶厚度規(guī)格，以及冷軋加工所需壓下率進(jìn)行反算。例如，生產(chǎn)厚度為0.5mm的高強(qiáng)捆帶，所需冷軋壓下率為65%，那么熱軋帶的厚度應(yīng)為1.43_。通過調(diào)整薄帶連鑄工藝參數(shù)可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品厚度規(guī)格靈活變化，這是薄帶連鑄技術(shù)的一大優(yōu)勢。
[0075]將熱軋壓下率控制在這樣的范圍，原因有三個:第一，通過少量熱軋進(jìn)一步改善鑄帶內(nèi)部和表面質(zhì)量；第二，為了使奧氏體在熱軋后不發(fā)生再結(jié)晶，熱軋壓下量不能太大。形變是發(fā)生再結(jié)晶的基礎(chǔ)，是再結(jié)晶的驅(qū)動力——形變儲存能的來源，由于必須超過一定的驅(qū)動力之后才會發(fā)生再結(jié)晶，故只有超過一定的形變量之后才會發(fā)生再結(jié)晶。形變量越大，形變儲存能越大，而形變儲存能越大，再結(jié)晶形核和長大速率均越大，即使在較低溫度下也能足夠迅速地開始和完成再結(jié)晶。一旦奧氏體在熱軋后發(fā)生再結(jié)晶，奧氏體組織穩(wěn)定性就很難控制，進(jìn)而造成通過控制后續(xù)冷卻和卷取工藝參數(shù)所獲得的珠光體和針狀鐵素體含量發(fā)生較大波動，從而影響鋼帶拉伸性能的穩(wěn)定控制。第三，使熱軋帶厚度不致減的太薄。因?yàn)樯a(chǎn)高強(qiáng)捆帶還需要在后續(xù)冷軋步驟中保證一定的壓下率，壓下率的控制思路詳見下文。
[0076]采用氣霧冷卻、層流冷卻或者噴淋冷卻等方式對熱軋帶進(jìn)行冷卻。冷卻水的流量、流速，以及出水口位置等可以調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)對熱軋帶冷卻速率的控制。本發(fā)明控制熱軋帶的冷卻速率為10-50°C /s，優(yōu)選的，熱軋帶的冷卻速率為10-40°C /s。冷卻速率的快慢決定最后的卷取溫度。工藝過程中，需根據(jù)薄帶連鑄鋼帶拉速、以及帶厚的不同采取不同的冷卻速率，將卷取溫度控制到希望的范圍內(nèi)。
[0077]本發(fā)明控制熱軋帶的卷取溫度為530_630°C，在此卷取溫度范圍內(nèi)，可以控制熱軋帶的顯微組織由65-80%珠光體，20-35%針狀鐵素體，以及少量多邊形鐵素體構(gòu)成。且珠光體中滲碳體片層厚度為 納米量級，滲碳體片層間距為納米或亞微米量級。具有該顯微組織的熱軋帶，其抗拉強(qiáng)度為750-800MPa，延伸率≥15%。
[0078]4)對熱軋帶進(jìn)行冷軋
[0079]熱軋帶的冷軋壓下率對高強(qiáng)捆帶的性能影響很大，是提高捆帶性能的重要參數(shù)，捆帶的性能會隨著冷軋壓下率的增加而增大。生產(chǎn)同一強(qiáng)度級別的高強(qiáng)捆帶，冷軋壓下率不宜變化太大，否則就不能實(shí)現(xiàn)對高強(qiáng)捆帶性能的穩(wěn)定控制。而且冷軋壓下率變化太大對鋼帶冷軋后抵抗再結(jié)晶的能力也有較大影響，由此影響到退火工藝參數(shù)的選擇，這也會影響對高強(qiáng)捆帶性能的穩(wěn)定控制。另外，冷軋壓下率總量設(shè)計，既要滿足高強(qiáng)捆帶性能設(shè)計要求，又要確保在冷軋過程中材料不發(fā)生開裂，也不能在材料內(nèi)部形成微裂紋。本發(fā)明獲得的熱軋帶，顯微組織中65-80%為珠光體，滲碳體片層厚度為納米量級，在冷軋過程中可以發(fā)生拉長、彎曲等形態(tài)的變形，不易發(fā)生破碎，這樣就不會在材料內(nèi)部造成缺陷。基于上述考慮，本發(fā)明控制冷軋壓下率為60-70%，在10%范圍內(nèi)變化。
[0080]5)冷軋帶發(fā)藍(lán)退火
[0081]退火工藝參數(shù)的選擇至關(guān)重要。既要考慮其對基體材料退火回復(fù)行為的影響，又要考慮其對微合金元素析出行為的影響。前者將導(dǎo)致鋼帶強(qiáng)度降低延伸率提高；后者會導(dǎo)致鋼帶強(qiáng)度提高，薄帶連鑄熱軋帶冷軋退火后，析出物尺寸非常細(xì)小時，通常為幾十納米以下，對鋼帶的延伸率影響不大。
[0082]因此退火溫度不能過高或時間不能過長，否則會由于基體回復(fù)造成鋼帶強(qiáng)度下降太多，由于析出物尺寸過大造成對強(qiáng)度貢獻(xiàn)降低；退火溫度也不能過低或時間過短，否則會造成由于基體回復(fù)導(dǎo)致的延伸率回升不夠，由于析出不充分對強(qiáng)度貢獻(xiàn)不足。合適的退火溫度和時間宜對應(yīng)，在延伸率回升達(dá)到要求的情況下，基體回復(fù)所造成的強(qiáng)度降低剛好通過析出強(qiáng)化來彌補(bǔ)。
[0083]在選擇合適退火工藝參數(shù)的時候，還要同時考慮到，退火溫度的高低與熱軋帶顯微組織類型和冷軋壓下率關(guān)系很大。本發(fā)明獲得的熱軋帶，顯微組織中65-80%為珠光體，滲碳體片層厚度為納米量級，滲碳體片層間距為納米或亞微米量級，使材料在退火過程對回復(fù)和再結(jié)晶抵抗能力相對較強(qiáng)。另外，退火過程中形成的納米級析出物也會提高材料抵抗再結(jié)晶的能力，因此可以適當(dāng)提高退火溫度和或退火時間。
[0084]鑒于上述，本發(fā)明控制退火溫度為525_575°C，退火時間為120_180s。在此退火工藝條件下，鋼帶的顯微組織為回復(fù)退火的鐵素體基體上彌散分布著直徑為納米量級的滲碳體顆?；蛘邼B碳體條、棒，以及尺寸為納米量級的析出物。捆帶最終獲得較為理想的抗拉強(qiáng)度和延伸率的匹配。
[0085]6)涂漆或鍍鋅等后續(xù)處理
[0086]可以根據(jù)高強(qiáng)捆帶的使用目的和使用環(huán)境等，對發(fā)藍(lán)退火后的鋼帶進(jìn)行涂漆或鍍鋅等后續(xù)處理。
[0087]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的不同之處和有益效果:
[0088]I)現(xiàn)有生產(chǎn)高強(qiáng)捆帶的冷軋后進(jìn)行回復(fù)退火處理的工藝，不對熱軋原料顯微組織中的組成相含量 以及熱軋原料厚度規(guī)格進(jìn)行控制，導(dǎo)致鋼帶抗拉強(qiáng)度和延伸率匹配不理想，很難突破980MPa和12%。通過本發(fā)明的薄帶連鑄工藝設(shè)計，控制薄帶連鑄熱軋帶的顯微組織類型，并定量控制顯微組織中主要組成相的含量；控制所添加的微合金元素處于固溶狀態(tài)不發(fā)生析出；根據(jù)所要生產(chǎn)的高強(qiáng)捆帶厚度規(guī)格反算薄帶連鑄熱軋帶的厚度并進(jìn)行準(zhǔn)確控制。進(jìn)而穩(wěn)定控制熱軋帶的力學(xué)性能和冷軋壓下率對高強(qiáng)捆帶力學(xué)性能的影響。設(shè)計適合于薄帶連鑄熱軋帶顯微組織類型和冷軋壓下率的發(fā)藍(lán)退火工藝參數(shù)，在延伸率回升達(dá)到要求的情況下，基體回復(fù)所造成的強(qiáng)度降低通過微合金元素析出強(qiáng)化來彌補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)捆帶抗拉強(qiáng)度和延伸率的更優(yōu)匹配，抗拉強(qiáng)度≥11OOMPa，延伸率≥12%。
[0089]2)現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)高強(qiáng)捆帶的工藝是:傳統(tǒng)連鑄+板坯再加熱+熱連軋+冷軋+回復(fù)退火或鉛浴等溫淬火或兩相區(qū)淬火。本發(fā)明生產(chǎn)高強(qiáng)捆帶的工藝是:薄帶連鑄+在線熱軋+冷軋后進(jìn)行回復(fù)退火，縮短了工藝流程，簡化了工藝步驟，所生產(chǎn)的高強(qiáng)捆帶性能優(yōu)于利用現(xiàn)有傳統(tǒng)連鑄+冷軋后進(jìn)行回復(fù)退火工藝生產(chǎn)的高強(qiáng)捆帶，優(yōu)于或接近于利用現(xiàn)有鉛浴等溫淬火工藝和兩相區(qū)等溫淬火工藝生產(chǎn)的高強(qiáng)捆帶。
[0090]3)本發(fā)明生產(chǎn)高強(qiáng)捆帶的技術(shù)，流程短、工藝操作簡單、成本低廉、能源消耗少、排放少、環(huán)境污染小。解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的環(huán)境污染嚴(yán)重、生產(chǎn)效率較低、生產(chǎn)成本高的問題，以及利用現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)性技術(shù)生產(chǎn)的高強(qiáng)捆帶強(qiáng)塑性匹配不理想的問題。
【具體實(shí)施方式】
[0091]下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0092]本發(fā)明實(shí)施例1-8的鋼水均采用電爐冶煉得到，具體化學(xué)成分如表1所示，其余為Fe。[0093]薄帶連鑄后得到的鑄帶厚度，鑄帶冷卻速率，熱軋終軋溫度，熱軋壓下率，熱軋帶厚度，熱軋帶冷卻速率，卷取溫度，冷軋壓下率，退火溫度，退火時間等工藝參數(shù)見表2，以及熱軋帶和高強(qiáng)捆帶的拉伸性能見表3。
[0094]從表3可以看出，本發(fā)明高強(qiáng)捆帶的抗拉強(qiáng)度≥llOOMPa，延伸率≥12%。
[0095]表1單位:wt.%
【權(quán)利要求】
1.抗拉強(qiáng)度>IlOOMPa的薄帶連鑄經(jīng)濟(jì)性高強(qiáng)捆帶，其化學(xué)成分重量百分比為:C0.25-0.40%, Si0.15-0.40%, Mnl.3-2.0%, P ≤ 0.015%, S ≤ 0.01%, N ≤ 0.012%，此外，還包含微合金元素 Nb、V、T1、Mo 中至少一種，Nb0.01-0.06%, V0.01-0.06%, Ti0.01-0.06%,Mo0.10-0.25%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)；
2.如權(quán)利要求1所述的抗拉強(qiáng)度SllOOMPa的薄帶連鑄經(jīng)濟(jì)性高強(qiáng)捆帶，其特征在于:C的含量范圍是0.28-0.38%，以重量百分比計。
3.如權(quán)利要求1所述的抗拉強(qiáng)度>IlOOMPa的薄帶連鑄經(jīng)濟(jì)性高強(qiáng)捆帶,其特征是:Mn的含量范圍是1.5-1.8%，以重量百分比計。
4.如權(quán)利要求1所述的抗拉強(qiáng)度>IlOOMPa的薄帶連鑄經(jīng)濟(jì)性高強(qiáng)捆帶,其特征是:Si的含量范圍是0.25-0.35%，以重量百分比計。
5.如權(quán)利要求1所述的抗拉強(qiáng)度>IlOOMPa的薄帶連鑄經(jīng)濟(jì)性高強(qiáng)捆帶,其特征是:Nb、V、Ti的含量范圍均為0.01-0.05%,以重量百分比計。
6.抗拉強(qiáng)度>IlOOMPa的薄帶連鑄經(jīng)濟(jì)性高強(qiáng)捆帶制造方法，包括如下步驟: 1)采用雙輥薄帶連鑄工藝鑄造厚度為1.0-4.5mm的鑄帶，其化學(xué)成分重量百分比為:C0.25-0.40%, Si0.15-0.40%, Mnl.3-2.0%, P ≤ 0.015%, S ≤ 0.01%, N ≤ 0.012%，此外，還包含微合金元素 Nb、V、T1、Mo 中至少一種，Nb0.01-0.06%, V0.01-0.06%, Ti0.01-0.06%,Mo0.10-0.25%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)； 2)對鑄帶進(jìn)行冷卻，冷卻速率為20-80°C/s ； 3)對鑄帶進(jìn)行在線熱軋，終軋溫度>900°C，熱軋壓下率< 10%，熱軋后鋼帶的厚度為0.9-4.0mm ； 4)對熱軋帶進(jìn)行冷卻，冷卻速率為10-50°C/s ； 5)對熱軋帶進(jìn)行卷取，卷取溫度為530-630°C;熱軋帶顯微組織由65-80%珠光體，20-35%針狀鐵素體，以及少量多邊形鐵素體構(gòu)成，且珠光體中滲碳體片層厚度為納米量級，滲碳體片層間距為納米或亞微米量級； 6)對熱軋帶進(jìn)行冷軋，冷軋壓下率為60-70%，冷軋后鋼帶厚度為0.3-1.2mm ； 7)對冷軋帶進(jìn)行發(fā)藍(lán)退火，退火溫度為525-575°C，退火時間為120_180s;冷軋帶退火后的顯微組織，為回復(fù)退火的鐵素體基體上彌散分布著直徑為納米量級的滲碳體顆?；蛘邼B碳體條、棒，以及尺寸為納米量級的析出物；鋼帶的抗拉強(qiáng)度> llOOMPa，延伸率> 12%。
7.如權(quán)利要求6所述的抗拉強(qiáng)度>IlOOMPa的薄帶連鑄經(jīng)濟(jì)性高強(qiáng)捆帶制造方法，其特征是:所述步驟I)中，C的含量范圍是0.28-0.38%，以重量百分比計。
8.如權(quán)利要求6所述的抗拉強(qiáng)度>IlOOMPa的薄帶連鑄經(jīng)濟(jì)性高強(qiáng)捆帶制造方法，其特征是:所述步驟I)中，Mn的含量范圍是1.5-1.8%，以重量百分比計。
9.如權(quán)利要求6所述的抗拉強(qiáng)度>IlOOMPa的薄帶連鑄經(jīng)濟(jì)性高強(qiáng)捆帶制造方法，其特征是:所述步驟I)中，Si的含量范圍是0.25-0.35%，以重量百分比計。
10.如權(quán)利要求6所述的抗拉強(qiáng)度>I IOOMPa的薄帶連鑄經(jīng)濟(jì)性高強(qiáng)捆帶制造方法，其特征是:所述步驟I)中，Nb、V、Ti的含量范圍均為0.01-0.05%,以重量百分比計。
11.如權(quán)利要求6所述的抗拉強(qiáng)度>I IOOMPa的薄帶連鑄經(jīng)濟(jì)性高強(qiáng)捆帶制造方法，其特征是:所述步驟2)中，鑄帶冷卻速率為30-60°C /s。
12.如權(quán)利要求6所述的抗拉強(qiáng)度>I IOOMPa的薄帶連鑄經(jīng)濟(jì)性高強(qiáng)捆帶制造方法，其特征是:所述步驟3)中，熱軋壓下率為5-10%。
13.如權(quán)利要求6所述的抗拉強(qiáng)度>I IOOMPa的薄帶連鑄經(jīng)濟(jì)性高強(qiáng)捆帶制造方法，其特征是:所述步驟4)中，熱軋帶冷卻速率為10-40°C /s。
14.如權(quán)利要求6所述的抗拉強(qiáng)度IlOOMPa的薄帶連鑄經(jīng)濟(jì)性高強(qiáng)捆帶制造方法,其特征是:所述步驟5)中，熱軋帶的抗拉強(qiáng)度為750-800MPa，延伸率> 15%。
15.如權(quán)利要求6所述的抗拉強(qiáng)度>I IOOMPa的薄帶連鑄經(jīng)濟(jì)性高強(qiáng)捆帶制造方法，其特征是:可以根 據(jù)需要增加步驟8)對鋼帶進(jìn)行涂漆或鍍鋅等后續(xù)處理。
【文檔編號】C21D8/02GK103757536SQ201410035374
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月24日
【發(fā)明者】王秀芳, 于艷, 王成全 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司