一种钛微合金钢连铸厚板坯的制造方法

专利名称：一种钛微合金钢连铸厚板坯的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种钛微合金钢连铸厚板坯的制造方法。
背景技术：
汽车工业始终是发达国家经济的支柱产业，也是一些发展中国家的重
要产业。2001年以来，随着我国汽车工业的迅猛发展，对汽车用钢的需求 量大幅度上升。目前汽车用钢仍以钢板为主，其中轿车用钢板重量约占轿 车总重量的50%。
随着对轿车使用要求的不断提高和轿车制造技术的发展，从冲压性能
方面看，轿车用钢板已由以低碳沸腾钢为代表的第一代冲压用钢、以低碳 铝镇静钢为代表的第二代冲压用钢发展到了以超低碳、氮IF钢为代表的第 三代冲压用钢，IF钢(Interstitial Free Steel)即无间隙原子钢，是在超 低C、 N钢中加入一定量的Nb或Ti或Nb、 Ti合金元素，使钢中C、 N原子被固 定成碳化物、氮化物，而钢中无间隙原子存在的钢种，IF钢具有极优良的 深冲性能。
从表面状态看，轿车用钢板正由冷轧板向热镀锌钢板、合金化热镀锌 钢板、热镀铝钢板、电镀锌钢板、电镀锌镍合金钢板、电镀锌铁合金钢板 以及有机复合涂镀层钢板等表面处理钢板发展，并且在轿车上的使用比例 逐渐加大。
钢板的表面质量不仅影响成品零件的外观，而且对钢板的冲压性能也 会产生明显影响。按照成品表面质量等级，德国工业标准DIN 1623将轿车 用钢板分为03、 04和05板，其中05板又称为表面无缺陷钢板，即要求产品 二面中较好的一面不得有任何缺陷，不能影响涂漆后或电镀后的外观质量。 05板用作轿车外板，始终是轿车用钢板中生产难度最大的品种之一。
钛微合金钢连铸厚板坯的制造方法涉及冶炼、连铸工序。连铸厚板坯表面纵裂纹是在连铸工序形成的主要缺陷之一，轻微的表 面纵裂纹需要进行火焰清理，严重的表面纵裂纹会导致漏钢和连铸废品， 影响连铸生产率和连铸坯质量，增加生产成本。连铸厚板坯表面纵裂纹在 后续的热连轧、酸洗、冷连轧、表面处理和冲压过程中演变为钢板表面缺 陷的可能性极大，不仅限制后步工序生产率的提高，而且会对成品冷轧钢
带的成型性能产生不良影响，严重时导致冷轧成品降级率达到了12%。
连铸厚板坯上的表面纵裂纹可能在板坯宽面中心区域或宽面中心线到 棱边的任一位置产生，裂纹宽度l 20mm，深度3 30mm，长度从100mm到几 米，严重时会贯穿板坯纵向。带液芯的连铸厚板坯在连铸机内运行时和在 凝固过程中产生表面纵裂纹是一个非常复杂的问题。在连铸厚板坯上产生 表面纵裂纹的内因是结晶器弯月面处凝固初生坯壳厚度不均匀。坯壳受到 因四周温度不均而产生的收缩力、由钢水静压力产生的鼓胀力、板坯宽面 收縮时受侧面约束产生的弯曲应力等作用力的综合作用，这些力综合作用 在坯壳上，当坯壳所受到的应力超过其高温允许强度极限时，就会在坯壳薄 弱处产生微裂纹，板坯出结晶器后微裂纹在二冷区继续扩展，形成表面纵 裂纹。
在本发明之前虽然己经公开了多个有关IF钢的发明专利，但尚未发现 关于Ti微合金化IF钢连铸厚板坯表面纵裂纹及其消除方法的报道。

发明内容
为了克服现有钛微合金化钢连铸厚板坯制造方法的上述不足，本发明 提供了一种无表面纵裂纹的钛微合金化钢连铸厚板坯的制造方法。
为了达到上述目的，并解决Ti微合金化IF钢连铸厚板坯表面纵裂纹缺 陷导致连铸漏钢事故和连铸废品、降低连铸生产率和连铸坯质量、增加生 产成本的问题，同时为了解决该类连铸厚板坯表面纵裂纹在后步工序演变 为钢板表面缺陷，并限制相应工序生产率提高、不良品增加等问题，本发 明主要通过化学成分和厚板坯连铸工艺制度的合理匹配，消除Ti微合金化 IF钢连铸厚板坯表面纵裂纹。
本发明主要从连铸厚板坯成分设定与连铸工艺制度的合理匹配，消除 钛微合金化钢连铸厚板坯表面纵裂纹。本钛微合金化钢连铸厚板坯化学成分的质量百分配比为
0<C《0. 005 0<N《0. 004 0<Si《0, 03 Mm 0. 10-0. 20 0<P《0.018 0<S《0.015 Al: 0.02-0.060<Ti《0.070 0<O《0.0020<Cr《0.050<Ni《0.07 0<Cu《0.07 0<Mo《0.020，其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明所述Ti微合金化IF钢连铸厚板坯化学成分的限定理由如下 C含量为0.09 0.17X的钢凝固时，发生5 —y+L包晶反应，凝固坯壳 线性收缩大，弯月面处初生坯壳厚度不均，铸坯表面易产生纵裂纹，应将 钢中的C含量向下限或上限控制，以避开包晶区。C在钢中形成间隙固溶体， 具有显著的固溶强化效应，随着C含量的提高，钢的屈服强度、抗拉强度和 硬度增加，但塑性和成型性能却明显下降。随着钢中固溶C含量的提高， 〈111〉织构密度降低，成品时效倾向增强。因此，限定C含量不得高于O. 005 %。
N和C一样，固溶于Fe中形成间隙固溶体，并同样具有显著的固溶强 化效应，使钢的屈服强度、抗拉强度和硬度增加，却使钢的塑性和成型性 能下降。随着温度的降低，N在铁素体中的溶解度急剧降低，且多以A1N形 式在晶界析出，抑制铁素体晶粒生长，提高钢的屈服强度、抗拉强度和硬 度，降低其塑性和成型性能。在厚板坯连铸过程中，A1N沿晶界析出会成 为应力集中源并形成微孔，微孔聚合形成细小裂纹，在二冷区热应力、摩 擦力和矫直拉力作用下裂纹进一步扩展。N也使钢产生应变时效现象。因此， 限定N含量不得高于0. 004% 。
Si固溶于Fe中形成置换固溶体，其固溶强化能力仅次于P，可有效提高 钢的强度，但同时也在一定程度上降低钢的塑性和韧性。Si的夹杂物易成 为连铸厚板坯中的裂纹源。Si含量高时，容易在热轧钢带表面形成难以去 除的红铁鳞。Si比铁更容易被氧化，在再结晶退火过程中会在钢板表面发 生选择性氧化反应，其氧化产物易富集于钢板表面，这不仅会影响热镀锌 效果，而且会使热镀锌时的合金化反应迟滞，导致因高温合金化而使热镀 锌板的锌层抗粉化能力下降。因此，限定Si含量不得高于0.03X。
Mn在钢中与Fe互溶形成固溶体，其固溶强化能力低于P和Si， Mn和固溶C共存会降低钢的深冲性。Mn是良好的脱硫剂，提高Mn/S，能够减弱或 消除因S引起的钢的热脆性，改善钢的热加工性能，减小连铸厚板坯产生表 面纵裂纹的倾向。Mn含量过低不仅会使成本增高，还易增加钢的热脆倾向， 促进连铸厚板坯产生表面纵裂纹。因此，将Mn含量限定在O. 10%-0.20%范 围。
与其它元素相比，P是固溶强化铁素体能力最强的元素，随着P含量的 提高，钢的屈服强度、抗拉强度和硬度显著增加，但塑性、成型性能和韧 性，尤其是低温韧性却明显下降。P在钢水凝固过程中促进低熔点化合物的 生成，易导致高温裂纹。P在钢中易偏析，损害钢板组织的均匀性，导致裂 纹源。P在晶界偏析，也会使热镀锌过程中的合金化反应迟滞，从而同样产 生因高温合金化而使热镀锌板锌层抗粉化能力下降的问题。因此，限定P含 量不得高于0.018%。
S对钢的强度和塑性影响不大。S在铁素体中的溶解度很低，在钢中多 以硫化物夹杂的形式存在，这些夹杂物会降低钢的塑性和韧性，使其产生 明显的各向异性，并导致成品表面和内在缺陷。S易使钢产生热脆性，严重 恶化钢的热加工性能，对连铸厚板坯表面纵裂纹的产生具有明显的促进作 用。S易偏析，明显损害钢板组织和质量的均匀性，是使钢板产生裂纹的重 要原因之一。因此，限定S含量不得高于0.015X。
M和O有很强的亲和力，冶炼时一般将A1作为主要脱氧剂加入钢中。Al 和N也有较强的亲和力，能够起到固定钢中固溶N、消除由其产生的应变时 效的作用。但钢中A1含量太高时，会促进A1N沿晶界的析出，在厚板坯连铸 过程中，这些A1N会成为裂纹源，在外力的作用下有可能导致表面纵裂纹的 产生。钢中A1含量太高时，还会降低热镀锌时的合金化反应速率并提高合 金化温度。因此，将A1含量限定在0.02X-0.06%范围。
Ti是极为活泼的金属元素之一，它和O、 C、 N、 S均有极强的亲和力， 是一种良好的脱氧剂，也是固定钢中固溶C、 N的有效元素。在IF钢中加入 Ti的目的就在于清除钢中C、 N原子，得到纯净的铁素体基体，Ti微合金化 IF钢的特点是性能稳定，即其力学性能对成分和工艺参数的变化不敏感。 但是如果Ti的加入量过高，则导致成本增加和再结晶温度提高。因此，限定Ti含量不得高于O. 07%。
O是冶炼过程中不可缺少的主要元素之一，尤其是在转炉炼钢中。固溶 在钢中的O很少，钢中大部分O以各种氧化物夹杂的形式存在，这些夹杂物 在晶内或晶界析出，降低钢的塑性、成型性能和表面质量，严重时可能导 致钢的热脆性，并引发厚板坯表面纵裂纹， 一般将O作为钢中的有害元素来 看待。因此，限定0含量不得高于0.002%。
Cr、 Ni、 Cu、 Mo在钢中均能起到一定程度的固溶强化作用，提高钢的 屈服强度，降低其塑性和成型性能。Cu在铁素体内的溶解度约为0.13Q^， 高于该含量的Cu在连铸坯凝固过程中会在晶界析出，形成低熔点化合物， 导致钢的热脆和连铸坯表面纵裂纹。Mo还能提高钢的再结晶温度。因此， 限定Cr含量不得高于O. 05%, Ni含量不得高于O. 07%， Cu含量不得高于O. 07 %， Mo含量不得高于0.02X。
本钛微合金钢连铸厚板坯的制造方法包括下述依次的步骤
首先通过铁水预处理脱硫、顶底复合吹炼转炉冶炼、RH精炼，获得下
述质量百分配比的精炼钢水
0<C《0. 005 0<N《0. 004 0<Si《0. 03 Mn: 0. 10-0. 20 0<P《0.018 0<S《0.015 Al: 0.02-0.060<Ti《0.070 0<O《0.0020<Cr《0.05 0<Ni《0.07 0<Cu《0.07
0<Mo《0.020，其余为Fe和不可避免的杂质。
其次将上述钢水在厚板坯连铸机上连续浇注成厚板坯，在浇注过程中 全程吹氩保护。使用无碳中包覆盖剂。钢水过热度控制在10-35"C之间。结 晶器锥度O. 8-0. 9%/m。使用无碳结晶器保护渣，保护渣液渣层厚度^15咖。 结晶器宽面铜板平均热流l. 45-1. 55MW/m2,侧面铜板平均热流 1.15-1. 25MW/m2。结晶器两宽面铜板和两侧面铜板热流差值控制在土 0.04MW/m2。侧面铜板热流与宽边铜板热流之比为0.75 0.85。结晶器振动 时的负滑脱时间t^0. 2 0. 3S。结晶器液面波动《士3mm。拉速《1. lm/min。 浸入式水口对中，出口流股对称，不得造成偏流现象。零段二冷水水流密 度50 60L/(m2 min)。铸坯矫直温度高于90(TC 。
本发明的有益效果在于，通过化学成分和厚板坯连铸工艺制度的合理匹配，消除了 Ti微合金化IF钢连铸厚板坯表面纵裂纹缺陷，解决了该类 缺陷所导致的连铸漏钢事故和连铸废品，用本发明制造的钛微合金钢连铸 厚板坯表面没有纵裂纹，避免了其在后步工序演变为钢板表面缺陷，提高 了相应工序生产率，以该连铸板坯为原料生产冷轧钢带，酸洗效率可提高 12%，成材率可提高O. 16%，成品冷轧钢带具有良好的表面质量和冲压性能， 应用于汽车、家电制造等行业。
具体实施例方式
下面结合实施例对本钛微合金钢连鲟厚板坯的制造方法的具体实施方 式进行详细的说明，但本钛微合金钢连铸厚板坯制造方法的具体实施方式
不局限于下述的实施例。
下述实施例的生产条件为铁水预处理设施，180吨顶底复合吹炼转炉， RH精炼装置，立弯式连铸机。 "
Ti微合金化IF钢化学分析方法为GB/T 223，取样方法GB/T 222。
Ti微合金化IF连铸厚板坯的表面质量由人工检查。
实施例1:
首先通过铁水预处理脱硫、顶底复合吹炼转炉冶炼、RH精炼，获得下
述质量百分配比的精炼钢水
C: 0.0015 N: 0.0018Si: 0.01 Mn: 0.15 P: 0.008
S: 0.005Al: 0.044Ti: 0.052 Cr: 0.01 Ni: 0.01 Cu: 0.01 Mo: 0.01，其余为Fe和不可避免的杂质。
其次将上述钢水在厚板坯连铸机上连续浇注，在浇注过程中全程吹氩 保护。使用无碳中包覆盖剂。钢水过热度控制在2rC。结晶器锥度0. 85%/m。 使用无碳结晶器保护渣，保护渣液渣层厚度16. 5mm。结晶器宽面铜板平均 热流1. 49MW/m2，侧面铜板平均热流1. 22MW/m2。结晶器两宽面铜板和两侧面 铜板热流差值在土O. 03MW/m2范围。侧面铜板热流与宽边铜板热流之比为 0.82。结晶器振动时的负滑脱时间tN=0.23S。结晶器液面波动《土3mm。拉 速1.05m/min。浸入式水口对中，出口流股对称，无偏流现象。零段二冷 水水流密度52L/ (m2*min)。铸坯矫直温度915。C。连铸坯厚度200mm。 经人工检查，连铸坯无表面纵裂纹缺陷。实施例2:
首先通过铁水预处理脱硫、顶底复合吹炼转炉冶炼、RH精炼，获得下
述质量百分配比的精炼钢水
C: 0.0017 N: 0.0016Si: 0.01 Mn: 0.16 P: 0.008
S: 0.005Al: 0.045Ti: 0.055 Cr: 0.01 Ni: 0.01
Cu: 0.01Mo: 0.01，其余为Fe和不可避免的杂质。
将上述钢水在厚板坯逹铸机上连续浇注，在浇注过程中全程吹氩保 护。使用无碳中包覆盖剂。钢水过热度控制在23t:。结晶器锥度0.85%/111。 使用无碳结晶器保护渣，保护渣液渣层厚16.6mm。结晶器宽面铜板平均热 流l. 50MW/m2，侧面铜板平均热流l. 23MW/m2。结晶器两宽面铜板和两侧面铜 板热流差值在士O. 03MW/m2范围。侧面铜板热流与宽边铜板热流之比为O. 82。 结晶器振动时的负滑脱时间t^0.23S。结晶器液面波动《土3mm。拉速 1.0m/min。浸入式水口对中，出口流股对称，无偏流现象。零段二冷水水 流密度53L/(m"min)。铸坯矫直温度923。C。连铸坯厚度220mm。经人工检 查，连铸坯无表面纵裂纹缺陷。
实施例3:
首先通过铁水预处理脱硫、顶底复合吹炼转炉冶炼、RH精炼，获得下
述质量百分配比的精炼钢水
C: 0.0013 N: 0.0015 Si: 0.01 Mn: 0.15 P: 0.006
S: 0.005 Al: 0.03 Ti: 0.051Cr: 0.01 Ni: 0.01
Cu: 0.01 Mo: 0.01，其余为Fe和不可避免的杂质。
将上述钢水在厚板坯连铸机上连续浇注，在浇注过程中全程吹氩保护。 使用无碳中包覆盖剂。钢水过热度控制在25°C。结晶器锥度0.86%/m。使 用无碳结晶器保护渣，保护渣液渣层厚16.2mm。结晶器宽面铜板平均热流 1.48MW/m2，侧面铜板平均热流1.22MW/m2。结晶器两宽面铜板和两侧面铜板 热流差值在士O. 03MW/r^范围。侧面铜板热流与宽边铜板热流之比为0. 82。 结晶器振动时的负滑脱时间tN=0.22S。结晶器液面波动《土3咖。拉速 lm/min。浸入式水口对中，出口流股对称，无偏流现象。零段二冷水水流 密度55L/(m、min)。铸坯矫直温度915。C。连铸坯厚度230,。经人工检查，连铸坯无表面纵裂纹缺陷。
上述三个实施例的连铸厚板坯轧制成钢带后，冷轧板表面达到GB、
ASTM、 EN、 JIS等标准要求。
权利要求
1、一种钛微合金钢连铸厚板坯的制造方法，它包括下述依次的步骤首先通过铁水预处理脱硫、顶底复合吹炼转炉冶炼、RH精炼，获得下述质量百分配比的精炼钢水0＜C≤0.0050＜N≤0.0040＜Si≤0.03Mn0.10-0.200＜P≤0.0180＜S≤0.015Al0.02-0.06 0＜Ti≤0.0700＜O≤0.0020＜Cr≤0.050＜Ni≤0.070＜Cu≤0.070＜Mo≤0.020，其余为Fe和不可避免的杂质；其次，将上述钢水在厚板坯连铸机上连续浇注成厚板坯，在浇注过程中全程吹氩保护，使用无碳中包覆盖剂，钢水过热度控制在10～35℃之间。
2、 根据权利要求l所述的钛微合金钢连铸厚板坯的制造方法，其特征 是在厚板坯连铸机上连续浇注时，结晶器锥度0.8-0.9%/m，使用无碳结 晶器保护渣，保护渣液渣层厚度》15mm。
3、 根据权利要求1或2所述的钛微合金钢连铸厚板坯的制造方法，其特 征是在厚板坯连铸机上连续浇注时，结晶器宽面铜板平均热流1.45 1. 55丽/m2，侧面铜板平均热流l. 15 1. 25MW/m2;结晶器两宽面铜板和两侧 面铜板热流差值控制在土O. 04MW/m2;侧面铜板热流与宽边铜板热流之比为 0. 75 0. 85。
4、 根据权利要求1或2所述的钛微合金钢连铸厚板坯的制造方法，其特 征是在厚板坯连铸机上连续浇注时，结晶器振动时的负滑脱时间tf0.2 0.3S，结晶器液面波动《土3咖，拉速《1. lm/min，浸入式水口对中，出口 流股对称，不得造成偏流现象，零段二冷水水流密度50 60L/(m、min)， 铸坯矫直温度不低于90(TC。
5、 根据权利要求3所述的钛微合金钢连铸厚板坯的制造方法，其特征 是在厚板坯连铸机上连续浇注时，结晶器振动时的负滑脱时间tF0.2 0.3S,结晶器液面波动《土3mm，拉速《1. lm/min，浸入式水口对中，出口 流股对称，不得造成偏流现象，零段二冷水水流密度50 60L/(m、min)， 铸坯矫直温度不低于90(TC。
全文摘要
一种钛微合金钢连铸厚板坯的制造方法，它首先是获得下述质量百分配比的精炼钢水0＜C≤0.005；0＜N≤0.004；0＜Si≤0.03；Mn0.10-0.200＜P≤0.018；0＜S≤0.015；Al0.02-0.06；0＜Ti≤0.070；0＜O≤0.0020＜Cr≤0.05；0＜Ni≤0.07；0＜Cu≤0.07；0＜Mo≤0.020，其余为Fe和不可避免的杂质；其次，将钢水连续浇注成厚板坯，浇注时全程吹氩保护，钢水过热度控制在10～35℃之间；结晶器锥度0.8-0.9％/m，使用无碳结晶器保护渣，保护渣液渣层厚度≥15mm；结晶器宽面铜板平均热流1.45～1.55MW/m²，侧面铜板平均热流1.15～1.25MW/m²。本钛微合金化钢连铸厚板坯的制造方法制的厚板坯无表面纵裂纹。
文档编号C22C38/50GK101613837SQ200910074899
公开日2009年12月30日 申请日期2009年7月13日 优先权日2009年7月13日
发明者徐芳泓, 辛建卿 申请人:山西太钢不锈钢股份有限公司