专利名称：高铜低合金薄钢板的制作方法
技术领域：
以前高铜低合金薄钢板是众所周知的，并且还知道能提供耐腐蚀性；然而，含有约0.50％或更多铜的这种低合金钢，经常在热加工过程中显示“热脆性”，以至于裂纹或极粗糙的表面，有时称作“起裂纹”，这在热变形过程中会发展。参见，钢的制造、成形和处理(第9版)，第1154页(The Making，Shaping and Treating of Steel(9thedition，page 1154))。热脆性的出现是由于在表面氧化过程中，铜由氧化层分离到达接近所生产的钢板表面的层，导致工业上不能接受的钢。这些不希望有的表面状态的出现，可通过仔细控制加热过程中的氧化和留心不使热加工过程中的过热，也可以减少至最小程度。另外，已知将镍以至少等于铜含量的一半的量加入对于含铜钢的表面质量非常有利。然而，这些程序和合金添加剂是昂贵的，因而使所生成的耐腐蚀钢昂贵。值得注意地，镍是昂贵的合金添加剂，因此引起所生产的耐腐蚀钢也昂贵。
铜，在其使用的浓度内，已知在改进碳钢的耐大气腐蚀性中，在所有普通合金元素中是最有潜力的。已知铜在正规碳钢中的含量高达约0.35％时特别有效。如上所述，具有约0.50％或更多铜的钢具有热脆性问题。然而，这些铜含量在约100mm或以上的板坯中是可以接受的，热脆性的有害作用通过带材后来的热还原可降至最低程度。
铜的允许含量随着板坯厚度的减少而减少。对于在薄板坯连铸机中生产的50mm厚度来说，已发现铜的含量在约0.20％重量或以下时，可以避免薄板中热脆性的有害影响。实际上，发现铜的含量通常需要保持在低于0.10％，以避免热脆性对由这种薄板坯制成薄板的抑制影响。
图1和2显示由薄板坯连铸机制成的厚度为50mm板坯表面中热脆性的有害影响。这是一种具有中碳和铜与镍两种添加剂的钢组分，即，0.18％的碳、0.53％的锰、0.009％的磷、0.008％的硫、0.025％的硅、0.23％的铜、0.21％的镍、0.01％的锡和0.06％的铬。值得注意的是，如图1和2所示，甚至镍的添加大致与铜的添加一样烃受热脆性。
热脆性问题也提高了使用电弧炉冶炼低合金钢以制成熔融碳钢的成本。用电弧炉炼钢成本的大约75％是用作电弧炉装料的原料的钢屑成本。按传统方法钢屑按铜含量可分为低于0.15％重量铜，大于或等于0.15％直到0.5％重量铜以及高于0.5％重量。具有铜含量高于0.5％铜的钢屑可与低铜含量的钢屑混合以制成可接受的钢屑，这也加到从工业获得钢屑的成本。不管怎样，低于0.15％重量的低铜钢屑是价格最贵的钢屑，其它两种品位的钢屑的成本低些。在用传统工业方法制造薄钢板时，例如用连续的厚板坯或薄板坯铸造，通常仅具有低于0.15％铜的钢屑用于电弧炉中。这显著增加了生产薄钢板的费用。具有高达0.5％铜含量的钢屑品位在使用小型轧机(bar mill)的电弧炉是有用的，或者在通过与低铜含量钢屑混合的显著费用下，降低钢屑的总铜含量至低于0.15％。
发明的公开申请人发现可以生产厚度为10mm和低于该值的高铜低合金薄钢板，而不添加大量的镍合金，它通过在非氧化性气氛中凝固并冷却至低于1080℃，即，低于铜的凝固温度。用这种方式，热脆性可以通过抑制板材表面的氧化来降低。所谓低合金钢指的是具有0.02％和0.3％之间的碳、0.10％和1.5％之间的锰、0.01％和0.5％之间的硅、0.002％和0.0095％之间的硫、大于0.01％和低于或等于0.15％的磷、低于0.05％的铝、至少0.20％的铜、低于0.03％的锡和低于0.10％镍的钢。高铜低合金钢的铜含量在0.20％和2.0％之间。我们还发现高于0.002％的硫含量是特别重要的为促进钢水与连铸机表面的充分接触所必需(随着提高的硫含量减轻震动的缺陷)，但是为避免铸带钢表面显著的鳄鱼皮粗糙和开裂，硫含量要在0.0095％以下。硫含量可在0.003和0.009％之间。非氧化气氛一般是惰性气体如氮或氩或其混合物的气氛，其含有低于约5％重量的氧。
按ASTM G101-01高铜低合金钢还具有至少6.0的腐蚀指数(I)，其中I＝26.01(％Cu)+3.88(％Ni)+1.20(％Cr)+1.49(％Si)+17.28(％P)-7.29(％Cu)(％Ni)-9.10(％Ni)(％P)--33.39(％Cu)2。
高铜低合金薄钢板可通过下列步骤制造，其包括(a)制备一种生产铸态低合金钢的熔融体，该熔融体包含(i)按重量计，0.02％和0.3％之间的碳，0.10％和1.5％之间的锰，0.01％和0.5％之间的硅，0.002和0.0095％之间的硫，大于0.01％且低于或等于0.15％的磷，低于0.05％的铝，大于0.20％的铜，低于0.03％的锡以及低于0.10％的镍；(ii)剩余铁和由熔融产生的杂质；(b)在非氧化性气氛中固化熔融体至厚度低于10mm的板材。并在非氧化性气氛中冷却至低于1080℃。
高铜低合金薄钢板还可通过下列步骤制成，其包括(a)制备一种生产铸态低合金钢的熔融体，该熔融体包括(i)按重量％计，0.02％和0.3％之间的碳，0.10％和1.5％之间的锰，0.01％和0.5％之间的硅，0.002％和0.0095％之间的硫，大于0.01和低于或等于0.15％的磷，低于0.05％的铝，大于0.20％的铜，低于0.03％的锡，以及低于0.05％的镍；(ii)剩余铁和由熔融产生的杂质；(b)在支承在一对其间具有辊隙的冷却铸造辊的铸造表面将熔融体形成为铸造熔池；(c)使铸造辊反向旋转以形成从辊隙向下延伸的厚度低于10mm的薄铸钢板或带钢；和(d)在非氧化气氛中冷却铸带钢至低于1080℃。
所生产的高铜低合金薄钢板(或带钢)的厚度低于5mm或低于2mm。高铜低合金钢的铜含量为0.20％和2.0％之间。此外，非氧化气氛典型地是惰性气体诸如氮或氩或其混合物的气氛，它含有低于约5％重量的氧。
再有，高铜低合金钢按ASTM G101-01还具有至少6.0的腐蚀指数，其中I＝26.01(％Cu)+3.88(％Ni)+1.20(％Cr)+1.49(％Si)+17.28(％P)-7.29(％Cu)(％Ni)-9.10(％Ni)(％P)-33.39(％Cu)2。
也公开了是由特殊的方法制成厚度低于10mm的高铜低合金钢。可以通过下面更加详细地阐述的公开方法使用双辊连铸机以制造高铜低合金钢。再有，高铜低合金钢带的厚度可以低于5mm或低于2mm。
附图的简要说明为了更加充分地阐述本发明，至今进行的实验工作的例证性结果将参照附图予以说明，其中图1和2是示例性说明在已知技术中用薄板坯铸造制造的耐腐蚀低合金钢坯经受的热脆性显微照片；图3是示例性说明双辊带钢连铸机的图示侧视图；图4是图3示例性说明部分连铸机的放大截面图；图5是表明与具有铜添加的现有低合金钢对比，本发明高铜低合金钢的利益图；图6和7是表明由薄带钢铸造制成厚度为1.7mm的高铜低合金薄钢板的表面，还表明抑制热脆性的显微照片图。
优选实施方案的详细说明图3和4说明在按本发明制造高铜低合金带钢时操作的双辊连续带钢连铸机。已描述实施方案的下列说明是在使用双辊连铸机连续铸造带钢的范围内。然而，本发明不限于使用双辊连铸机，可以推广至其它类型的连续带钢连铸机和制造薄钢板的其它方法。
图3显示示例性生产线的接连的各部分，借此按照用双棍连铸机生产薄钢板(或带钢)。图3和4说明一般表示为11的生产铸造带钢12的双辊连铸机，带钢12穿过运输通道10越过导向辊道13到包含张拉辊14A的张拉辊机架14。在退出张拉辊机架14后，带钢立刻任选地送入包含一对轧缩辊16A和支承辊16B的热轧机16，借此进行热轧以减少其厚度。无论那一情况，轧过的带材都通到输出辊道17，在其上通过对流和/或与经水喷嘴18(或其它合适的设备)所供应的水接触进行冷却并通过辐射。在任何情况下，轧制的带钢之后可通过包含一对张拉辊20A的张拉机架20，并因而到达卷取机19。带钢的最终冷却(如有必要)是通过卷材卷取后进行冷却。
如图4所示，双辊连铸机11包括主机架21，它承载一对水平放置的各具有铸造面22A的铸造辊22，它是以其间具有辊隙27的并排装配。在铸造操作过程中来自盛钢桶(未示出)的熔融金属供入中间罐23，通过耐火砖套24到达分配器25(还可称作可移动的中间罐)，并且从那里通过通常安装在铸造辊22之间的辊隙27上方的金属排料嘴26。这样送至辊隙27的熔融金属，在支撑在铸造辊面22A上的辊隙27上方形成铸造熔池30。铸造熔池通常通过一对侧面封闭挡料坝或档板28而限制在辊的端部，挡料坝或挡板通过一对包含与侧板夹具连接的液压缸单元(或其它合适的装置)的推杆(未示出)而位于靠近辊的端部。铸造熔池30的上方表面(一般称作“月牙面”)可升至排料嘴26的下端的上方，以便使排料嘴的下端能浸入铸造熔池中。
铸造辊22通过水或其它合适的冷却剂在内部冷却，以便在辊旋转过程中钢的溅皮在辊22的可移动铸造面22A上凝固。凝固的溅皮聚集在铸造辊间的辊隙27上，产生铸造带钢12，其从辊隙向下排出。
如上所述，机架21支承铸造辊底座，该底座在装配区和铸造区之间可水平移动。铸造辊22通过电动机驱动的传动轴(未示出)反向旋转并传送。辊22具有铜的周壁，它是由一系列纵向延展并沿周边有间隙的供应冷却剂的冷却通道所形成的。通常辊的直径约500mm并且一般长达约2000mm长，以产生约2000mm宽的带钢产品。
可移动的中间罐25是常规结构。它由耐火材料例如氧化镁(MgO)制成盘状。中间罐的一侧可接受来自盛钢桶的熔融金属并装配有溢流流嘴和如图4所示的紧急备用塞。
排料嘴26是由诸如氧化铝石墨的耐火材料制成的细长体。其低部是锥形的，以便能向内和向下汇集在铸造辊22间的辊隙上方。排料嘴26具有一系列水平间隔的通常为垂直延伸流的通道，以产生遍及铸造辊22宽度的适当低速排放熔融金属，并且输送熔融金属到辊22的辊面22A上的在这里发生初始凝固。用另一种方法，排料嘴26具有单一的连续缝隙出口以直接在辊间的辊缝上方输送熔融金属的低速薄层。再有，排料嘴可浸入熔融金属的熔池30。
铸造熔池30通过一对侧面封闭板28限制在辊的端部，当辊底座在铸造区时，所述封闭板邻接并保持对着辊22的阶梯式端部。侧封闭板28说明性地是由强耐火材料，例如氮化硼制成的，并且具有成扇形的侧边，以与辊22的阶梯式端部的弯曲部分相匹配。侧板28安装在板的支座，它可以在铸造区通过一对液压缸单元(或其它合适装置)的驱动而移动，以使侧板与铸造辊22的阶梯式端部啮合，在铸造操作过程中使支承在铸造辊表面22A上的金属的铸造熔池30形成末端封闭。
双辊连铸机可以是在下列文献中详细说明和描述的种类，例如，在美国专利5184668；5227243；5488988和/或5934359；U.S.专利申请10/436336；和国际专利申请PCT/AU93/00593，这些专利所公开的内容作为参考引入本文。对于适合结构性细节可参考这些专利，但这些细节不构成本发明的部分。
为了说明，高铜低合金薄钢板通过双辊连铸机可以制成厚度为1.7mm的薄铸带钢。这种带钢具有下列化学组成0.048％的碳、0.636％的锰、0.117％的磷、0.005％的硫、0.252％的硅、0.261％的铜、0.034％的镍、0.027％的铬、0.015％的钼、0.006％的锡、0.001％的铝、0.001％的钛、0.001％的锌、0.0072％的氮和其它通常在钢屑中存在的杂质。所述钢还进行了检验，并没有发现具有任何可检测量的钒、铅、钙或硼。这种钢称为熔炼#232613(试验#1)，并制成进行检测的4种卷材(即，1、2、3和4号)。
第二种高铜低合金薄钢板是由双轴连铸机制成厚度为1.7mm的薄铸带钢。该带钢具有下列化学组成0.049％的碳、0.554％的锰、0.043％的磷、0.009％的硫、0.227％的硅、0.417％的铜、0.030％的镍、0.067％的铬、0.011％的钼、0.005％的锡、0.001％的铝、0.001％的铅、0.001％的钛、0.001％的锌、0.0065％的氮和其它通常在钢屑中存在的杂质。组合物还对钒、铌、钙和硼进行了检测，但没有测出任何一种。这种钢指定为熔炼#137162(试验#2)。并制成进行测试的4种卷材(即，1、2、3和5号)。没有检测卷材#4，因为它是条形砖(pup)。
测试试验1和2制成的卷材，结果列于下面的表1中。
表1
这些数据对初始试验可与ASTM 606很好比较，ASTM606规定最小屈服力为50000psi，最小抗拉强度为70000psi，最小延伸率为22％。在这些检测中带钢的延伸性质证明热脆性下降，若不消除，则由于热脆性通常导致已知带钢的总延伸率低于10％。
这些数据还说明具有0.002％范围内的不同硫含量的本发明操作，对于促进钢水和铸造辊表面之间的充分接触是必要的，为了避免带钢表面严重的鳄鱼皮粗糙和开裂，在或低于0.0095％的硫是必要的。具体地说，第一带钢中的硫含量为0.005％，而在第二带钢中的硫含量为0.009％。如前所述，硫含量应在0.003％和0.009％之间。
图5表明本发明高铜低合金薄钢板在抑制热脆性方面有惊人的改进。作为来自可获数据的铜％的函数，实线说明已知技术的钢板对热脆性的允许值。点线是实线的延伸，表明在低于10mm厚的钢板中没有热脆性时可允许的预计铜含量。如从图5所见，这些铜含量是低于0.15％并接近和低于0.1％。相反，在厚度为10mm的本发明高铜低合金薄钢板中在没有基本热脆性下允许的铜含量，是大于0.2％，在1.7mm厚的铸带钢时，为0.4％以及更高。实际上，铸造高达1.5％铜的高铜低合金钢在1.9mm厚度时没有热脆性。
图6和7是显示没有热脆性的高铜低合金钢或带钢的表面的显微照片。通过图6和7与上面的图1和2的对比在抑制热脆性方面的优点是最明显的。高铜低合金钢还可具有至少6.0的腐蚀指数(I)，其中I＝26.01(％Cu)+3.88(％Ni)+1.20(％Cr)+1.49(％Si)+17.28(％P)-7.29(％Cu)(％Ni)-9.10(％Ni)(％P)-33.39(％Cu)2。
虽然参照一些实施方案详细地说明了本发明，但应当理解本发明不限于所公开的实施方案。相反地，本发明覆盖本发明范围和精神内存在的变更、改进和等同结构，并期望得到保护。
权利要求
1.一种高铜低合金薄钢板，其通过包括下列步骤的方法制备(a)制备一种生产铸态低合金钢的熔融体，该熔融体包括(i)按重量计，0.02％和0.3％之间的碳，0.10％和1.5％之间的锰，0.01％和0.5％之间的硅，0.002和0.0095％之间的硫，大于0.01％和低于或等于0.15％的磷，低于0.05％的铝，大于0.20％的铜，低于0.03％的锡，和低于0.10％的镍；(ii)剩余铁和由熔融产生的杂质；(b)在非氧化性气氛中凝固熔融体成为低于10mm厚度的钢板并冷却至低于1080℃。
2.按权利要求1所述的高铜低合金薄钢板，其中腐蚀指数(I)至少为6.0，其中I＝26.01(％Cu)+3.88(％Ni)+1.20(％Cr)+1.49(％Si)+17.28(％P)-7.29(％Cu)(％Ni)-9.10(％Ni)(％P)-33.39(％Cu)2。
3.按权利要求1所述的高铜低合金薄钢板，其中铜的总％重量在0.2和2.0之间。
4.按权利要求1所述的高铜低合金薄钢板，其中所述钢板的厚度低于5mm。
5.按权利要求1所述的高铜低合金薄钢板，其中所述钢板的厚度低于2mm。
6.按权利要求1所述的高铜低合金薄钢板，其中硫的％重量在0.003和0.009之间。
7.一种高铜低合金薄钢板，其通过下列步骤制造包括(a)制备一种生产铸态低合金钢的熔融体，该熔融体包含(i)按重量计，0.02％和0.3％之间的碳，0.10％和1.5％之间的锰、0.01％和0.5％之间的硅，0.002％和0.0095％之间的硫，大于0.01％和低于或等于0.15％的磷，低于0.05％的铝，大于0.20％的铜，低于0.03％的锡，和低于0.10％的镍；(ii)剩余铁和由熔融产生的杂质；(b)把熔融体在支撑在一对其间有辊隙的冷却铸造辊的铸造面上形成为铸造熔池；(c)反向旋转铸造辊以形成从辊隙向下延伸的低于10mm厚度的薄铸钢板；和(d)在非氧化性气氛内冷却铸钢板至低于1080℃。
8.按权利要求7所述的高铜低合金薄钢板，其中腐蚀指数(I)至少为6.0，其中I＝26.01(％Cu)+3.88(％Ni)+1.20(％Cr)+1.49(％Si)+17.28(％P)-7.29(％Cu)(％Ni))-9.10(％Ni)(％P)-33.39(％Cu)2。
9.按权利要求7所述的高铜低合金薄钢板，其中铜的总％重量在0.2和2.0之间。
10.按权利要求7所述的高铜低合金薄钢板，其中薄铸钢板的厚度低于5mm。
11.按权利要求7所述的高铜低合金薄钢板，其中薄铸钢板的厚度低于2mm。
12.按权利要求7所述的高铜低合金薄钢板，其中硫的％重量在0.003和0.009之间。
13.制造高铜低合金薄钢板的方法，其包括以下步骤(a)制备一种生产铸态低合金钢板的熔融体，该熔融体包含(i)按重量计，0.02％和0.3％之间的碳，0.10％和1.5％之间的锰，0.01％和0.5％之间的硅，0.002％和0.0095％之间的硫，大于0.01％和低于或等于0.15％的磷，低于0.05％的铝，大于0.20％的铜，低于0.03％的锡和低于0.10％的镍；(ii)剩余铁和从熔融产生的杂质；(b)使熔融体在非氧化性气氛中低于1080℃下凝固成低于10mm厚度的钢板。
14.按权利要求13所述制造高铜低合金薄钢板的方法，其中腐蚀指数至少为6.0，其中I＝26.01(％Cu)+3.88(％Ni)+1.20(％Cr)+1.49(％Si)+17.28(％P)-7.29(％Cu)(％Ni)-9.10(％Ni)(％P)-33.39(％Cu)2。
15.按权利要求13所述的制造高铜低合金薄钢板的方法，其中铜的总％重量在0.2和2.0之间。
16.按权利要求13所述的制造高铜低合金薄钢板的方法，其中薄铸带钢的厚度低于5mm。
17.按权利要求13所述的制造高铜低合金薄钢板的方法，其中薄铸带钢的厚度低于2mm。
18.按权利要求13所述的制造高铜低合金薄钢板的方法，其中硫的％重量在0.003和0.009之间。
19.制造高铜低合金薄钢板的方法，其包括以下步骤(a)制备一种生产铸态低合金钢的熔融体，该熔融体包括(i)按重量计，0.02％和0.3％之间的碳，0.10％和1.5％之间的锰，0.01％和0.5％之间的硅，0.002％和0.0095％之间的硫，大于0.01％和低于或等于0.15％的磷，低于0.05％的铝，大于0.20％的铜，低于0.03％的锡和低于0.10％的镍；(ii)剩余铁和由熔融产生的杂质；(b)把熔融体在支撑在其间具有辊隙的一对冷却铸造辊的铸造面上形成为铸造熔池；(c)反向旋转铸造辊以形成由辊隙向下延伸的低于10mm厚的薄铸钢板；(d)在非氧化性气氛内冷却铸钢板至低于1080℃。
20.按权利要求19所述的制造高铜低合金薄钢板的方法，其中腐蚀指数至少为6.0，其中I＝26.01(％Cu)+3.88(％Ni)+1.20(％Cr)+1.49(％Si)+17.28(％P)-7.29(％Cu)(％Ni)-9.10(％Ni)(％P)-33.39(％Cu)2。
21.按权利要求19所述的制造高铜低合金薄钢板的方法，其中铜的总％重量在0.2和2.0之间。
22.按权利要求19所述制造高铜低合金薄钢板的方法，其中铸带钢的厚度低于5mm。
23.按权利要求19所述制造高铜低合金薄钢板的方法，其中薄铸带钢厚度低于2mm。
24.按权利要求19所述制造高铜低合金薄钢板的方法，其中硫的％重量在0.003和0.009之间。
全文摘要
一种高铜低合金薄钢片是通过以下步骤制备，其包括制备一种生产铸态低合金钢的熔融体，所述熔融体按重量计包含，0.02和0.3％之间的碳，0.10.％和1.5％之间的锰，0.01％和0.5％之间的硅，0002和0.0095％之间的硫，大于0.01％和低于或等于0.15％的磷，低于0.05％的铝，大于0.20％的铜，低于0.03％的锡，和低于0.10％镍，以及剩余铁和由熔融产生的杂质，并在低于1080℃的非氧化性气氛中凝固熔融体成为厚度低于10mm的钢板。铜含量在0.2％重量和2.0％重量之间。高铜低合金钢还具有按照ASTM G101至少6.0的腐蚀指数(I)，其中I相当于26.01(％Cu)+3.88(％Ni)+1.20(％Cr)+1.49(％Si)+17.28(％P)－7.29(％Cu)(％Ni)－9.10(％Ni)(％P)－33.39(％Cu)
文档编号C22C38/06GK1946867SQ200580009354
公开日2007年4月11日 申请日期2005年3月21日 优先权日2004年3月22日
发明者玛丽·阿尔文 申请人:纽科尔公司