提高双辊铸轧低碳薄带钢中针状铁素体体积分数的方法与流程

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种提高双辊铸轧低碳薄带钢中针状铁素体体积分数的方法。

背景技术：

双辊铸轧技术是以液态金属为原料，利用两个旋转方向相反的铸辊作为结晶器，使液态金属通过铸辊辊缝凝固并成型，直接生产出厚度为1~5mm的带材的前沿技术。与传统的带钢生产工艺相比，双辊铸轧技术可以省去连铸机、加热炉、粗轧机组及精轧机组等生产设备，使传统生产工艺的长为几百米的带钢生产线缩短至50~60m，是一种节能、环保、低成本的短流程技术。

利用双辊铸轧技术生产低碳薄带钢是一个重要发展方向。然而目前研究发现，基于双辊铸轧技术开发低碳薄带钢，其组织相对于传统工艺所生产的热轧板组织粗大。这是因为基于双辊铸轧工艺特点，所制备铸带厚度仅有1~5mm，不能够进行较大变形量的加工变形，铸带组织很难得到细化，从而影响低碳薄带钢的力学性能。目前认为在双辊铸轧低碳薄带钢中获取针状铁素体组织可以有效细化其组织，从而改善其力学性能，因此如何提高双辊铸轧低碳薄带钢中针状铁素体的含量是一个亟待解决的问题。

氧化物冶金技术可以利用原奥氏体晶粒内的尺寸合适的夹杂物作为针状铁素体形核质点有效的得到针状铁素体组织，针状铁素体是一种交叉互锁状和高位错密度的针状组织。针状铁素体板条间的方位差较大，可以有效地抑制裂纹的扩展。

目前，氧化物冶金技术控制针状铁素体形成的方法多用TiO_x、(Ti-Mn-Si)-O_x、 (Ti-Al-Si-Mn)-O_x等氧化物诱导针状铁素体的形成，但是所利用的氧化物密度与钢水差距较大，在钢包及中间包中，夹杂物容易聚集上浮形成钢渣，在连续生产的钢坯、连铸坯中很难控制其均匀分布，因此目前氧化物冶金技术在生产低碳钢中没有得到成熟应用。而在大线能量焊接过程中，不会出现氧化物夹杂上浮现象，并且氧化物可以均匀分布，所以在大线能量焊接中可以得到成熟应用。

技术实现要素：

针对目前双辊铸轧所制备的低碳薄带钢组织相对常规工艺热轧板组织粗大，导致双辊铸轧低碳薄带钢性能较差问题，本发明提供一种提高双辊铸轧低碳薄带钢中针状铁素体体积分数的方法，通过成分设计以及采用双辊薄带连铸工艺，获取大量针状铁素体组织，同时缩短流程，降低成本。

本发明的提高双辊铸轧低碳薄带钢中针状铁素体体积分数的方法按以下步骤进行：

（1）冶炼钢液，化学成分按质量百分比含C 0.03~0.25%，Si 0.2~0.5%，Mn 1~1.5%，Al≤0.01%，V 0.02~0.1%，P 0.003~0.01%，S 0.001~0.02%，O 0.003~0.008%，N 0.008~0.015%，余量为Fe；

（2）将中间包预热至1100~1200℃，将钢包中的钢液经中间包浇入双辊薄带连铸设备中，控制浇注温度为1520~1540℃，钢液经铸辊的辊缝凝固并导出，导出速度为30~50m/min，得到厚度为2.0~2.5mm的铸带；

（3）铸带导出铸辊后以10~15℃/s冷却至900~1050℃，开始进行一道次热轧，得到1.4~2.0mm厚的热轧板；

（4）热轧板出热轧机后水冷至550~650℃进行卷曲，水冷速率为20~45℃/s，得到低碳薄带钢。

上述的低碳薄带钢中针状铁素体的体积分数为50~95%。

本发明利用MnS和VN复合而成的夹杂物作为针状铁素体有效的形核位置，该复合夹杂物的特点是在铸带凝固过程及完全凝固后的固态组织中形成。在铸带凝固过程中，当有固相开始形成，MnS开始在固相中析出；随着温度下降，MnS发生长大，并且有VN在MnS表面形成，得到MnS和VN复合而成的夹杂物；利用组织中形成的MnS和VN复合而成的夹杂物作为针状铁素体的形核位置，可以有效地避免因氧化物（如（Ti-Al-Si-Mn）-O_x复合氧化物）在中间包的钢水中发生上浮以致夹杂物的尺寸、数量及分布难以控制的问题，从而使双辊铸轧低碳薄带钢中获取大量针状铁素体组织；

为了控制MnS的尺寸，当高温低碳薄带钢铸带导出铸辊后，以10~15℃/s冷却至900~1050℃，使MnS具有足够高的温度和足够的时间长大至0.5~2μm；采取水冷方式可以抑制晶界魏氏铁素体的形成，创造针状铁素体在夹杂物表面形核所需的过冷度条件，从而促进针状铁素体的形成。

本发明以铸带中高温析出的MnS做为基体，VN在MnS表面析出，即利用组织中形成的MnS和VN复合而成的夹杂物作为针状铁素体的形核位置；因为本技术中MnS和VN都是在钢水凝固后固态组织中析出，这样可以有效地解决因氧化物在中间包的钢水中发生上浮以致夹杂物的尺寸、数量及分布难以控制的问题，从而使双辊铸轧低碳薄带钢中获取大量针状铁素体组织；经检索，公开号为CN 104962829 A的“一种含针状铁素体的双辊连铸低碳微合金钢及其制造方法”及公开号为CN 104959561 A的“一种提高双辊连铸低碳微合金钢针状铁素体含量的方法”中，针状铁素体形核所利用的夹杂物为Ti、Al、Si、Mn复合氧化物，本发明针状铁素体形核所利用的质点为MnS和VN复合而成的夹杂物，与其形核机制不同。

本发明所生产的低碳薄带钢热轧板卷中针状铁素体的体积分数为50~95%，有效的细化了低碳薄带钢组织，改善了低碳薄带钢的综合性能，并且相对于传统带钢生产流程，本技术流程短、节能环保，成本低。

附图说明

图1是本发明的具体工艺过程示意图；

其中：1：钢包；2：中间包；3：熔池；4：铸辊；5：铸带；6：缓冷系统；7：热轧机；8：热轧板；9：水冷系统；10：卷取机；11：低碳薄带钢热轧板卷。

图2是本发明实施例1得到的低碳薄带钢的金相组织图。

具体实施方式

本发明的钢液经中间包浇入双辊薄带连铸设备中，是将钢液经中间包浇入的旋转方向相反的两个铸辊和侧封板组成的空腔内形成熔池。

本发明实施例中得到的双辊铸轧低碳薄带钢中针状铁素体的体积分数是根据金相组织图中针状铁素体的面积计算得出，采用的是ImageJ图像处理软件。

本发明实施例中观测金相组织采用的设备为LEICA DMIRM型光学显微镜。

本发明获得的低碳薄带钢的屈服强度为430~490MPa，抗拉强度为680~740MPa，断后延伸率为15~28%。

实施例1

冶炼钢液，化学成分按质量百分比含C 0.03%，Si 0.2%，Mn 1.5%，Al 0.004%，V 0.02%，P 0.005%，S 0.001%，O 0.003%，N 0.01%，余量为Fe；

将中间包预热至1200℃，将钢包中的钢液经中间包浇入双辊薄带连铸设备中，控制浇注温度为1520℃，钢液经铸辊的辊缝凝固并导出，导出速度为30m/min，得到厚度为2.5mm的铸带；

铸带导出铸辊后以10℃/s冷却至900℃，开始进行一道次热轧，得到2.0mm厚的热轧板；

热轧板出热轧机后水冷至550℃进行卷曲，水冷速率为45℃/s，得到低碳薄带钢；低碳薄带钢中针状铁素体的体积分数为90%，金相组织如图2所示，屈服强度为480MPa，抗拉强度为730MPa，断后延伸率为17%。

实施例2

冶炼钢液，化学成分按质量百分比含C 0.1%，0.3%Si，1%Mn，0.01%Al，0.1%V，0.003%P，0.02%S，0.005%O，0.008%N，余量为Fe；

将中间包预热至1150℃，将钢包中的钢液经中间包浇入双辊薄带连铸设备中，控制浇注温度为1540℃，钢液经铸辊的辊缝凝固并导出，导出速度为50m/min，得到厚度为2.0mm的铸带；

铸带导出铸辊后以12℃/s冷却至1000℃，开始进行一道次热轧，得到1.4mm厚的热轧板；

热轧板出热轧机后水冷至570℃进行卷曲，水冷速率为35℃/s，得到低碳薄带钢；低碳薄带钢中针状铁素体的体积分数为63%，其屈服强度为450MPa，抗拉强度为700MPa，断后延伸率为21%。

实施例3

冶炼钢液，化学成分按质量百分比含C 0.17%，Si 0.5%，Mn 1.3%，Al 0.002%，V 0.05%，P 0.01%，S 0.02%，O 0.008%，N 0.015%，余量为Fe；

将中间包预热至1130℃，将钢包中的钢液经中间包浇入双辊薄带连铸设备中，控制浇注温度为1520℃，钢液经铸辊的辊缝凝固并导出，导出速度为40m/min，得到厚度为2.5mm的铸带；

铸带导出铸辊后以15℃/s冷却至1050℃，开始进行一道次热轧，得到2.0mm厚的热轧板；

热轧板出热轧机后水冷至650℃进行卷曲，水冷速率为25℃/s，得到低碳薄带钢；低碳薄带钢中针状铁素体的体积分数为95%，屈服强度为490MPa，抗拉强度为740MPa，断后延伸率为15%。

实施例4

冶炼钢液，化学成分按质量百分比含C 0.25%，Si 0.25%，Mn 1.1%，Al 0.002%，V 0.04%，P 0.004%，S 0.015%，0. O 004%，N 0.01%，余量为Fe；

将中间包预热至1100℃，将钢包中的钢液经中间包浇入双辊薄带连铸设备中，控制浇注温度为1530℃，钢液经铸辊的辊缝凝固并导出，导出速度为50m/min，得到厚度为2.2mm的铸带；

铸带导出铸辊后以15℃/s冷却至1050℃，开始进行一道次热轧，得到1.8mm厚的热轧板；

热轧板出热轧机后水冷至580℃进行卷曲，水冷速率为20℃/s，得到低碳薄带钢；低碳薄带钢中针状铁素体的体积分数为50%，屈服强度为430MPa，抗拉强度为680MPa，断后延伸率为28%。