专利名称：一种基于薄板坯工艺的中高碳高强度钢的生产方法
技术领域：
本发明属于薄板坯连铸连轧工艺技术领域。具体涉及一种基于薄板坯工艺的中高碳高强 度钢的生产方法。
背景技术：
传统板坯连铸、薄板坯连铸工艺是生产薄钢板和薄带钢板的主要方式，铸锭粗轧开坯生 产工艺除极少数高合金钢生产外，己被淘汰。薄板坯连铸连轧与传统板坯连铸和薄板坯连铸 在建设投资和生产周期上具有无可比拟的优越性，自问世来，已受到各国钢铁界的密切关注。薄板坯连铸连轧技术之所以在十多年的时间里会有如此迅速的发展，就在于它与传统热 轧带钢生产相比具有流程短、工序紧凑、装备简单、投资省、能耗低、环境污染小、生产率 高和成本低等优点。传统热轧带钢生产一般是炼钢车间冶炼钢水，铸成一定规格长度的厚板 坯，冷却后送往轧钢车间，经处理、编组后由加热炉进行再加热至轧制温度才能轧制成材。 炼钢车间与轧钢车间是两个相对独立的车间，生产线不连续，而薄板坯连铸连轧是将连铸机和连轧机连成一条生产线，钢水由薄板坯连铸机铸成一定规格长度的薄板坯，随即进入在线 的再加热炉进行少量加热，即送入连轧机轧制成材。中高碳钢由于易造成成分偏析甚至疏松和縮孔，加之高碳钢的脆性，通常采用模铸+初轧 开坯再热轧或者常规厚板坯连铸+热轧的工艺来生产。对于模铸+初轧开坯再热轧工艺，能耗 高，产品质量差，生产周期长，金属收得率低，污染环境严重，对于常规厚板坯连铸+热轧的 工艺，容易造成碳的成分偏析和性能不均匀，能耗较高，生产周期较长，金属收得率不高。发明内容本发明的目的是提供一种产品质量好、生产成本低、能耗低、生产周期短、工艺过程简 单的基于薄板坯工艺的中高碳高强度钢的生产方法。所生产的薄钢板强度高、内部和表面质 量高、品种规格多。为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是针对该钢种的化学成分和薄板连铸连轧 工艺特点，先进行炼钢和精炼工艺，再进行薄板坯连铸，铸坯凝固后直接进入辊底式加热炉 和均热炉，然后进行热连轧、冷却和巻取。其中薄板坯厚度为50 90mm，薄板坯连铸的拉 速为2.5 6.0m/min，铸坯进入加热炉的温度为900 110(TC，铸坯进入均热炉的温度为1000 1250°C，热连轧的开轧温度为1000 1200"C，终轧温度为650 950'C ，终轧完成后或进行层流冷却、或进行空冷，巻取温度为450 85(TC，控制钢板厚度为l 12mm。所述钢种的化学成分是碳含量为O. 25 1. 25wt%、 Al为O. 001 0. lwt%、 Ca为O. 0010 0. 0050wt%，其余为Fe、合金元素和不可避免的杂质；合金元素是Si为O. 05 1. 5wt% 、 Mn 为O. l 2.0wt%、 Ni为O. 1 1. 5wt%、 Cr为O. 1 1. 5wt%、 Mo为O. 01 1. 5wt%、 V为O. 01 1.5wt%、 W为O. 01 1. 5wt%、 Cu为O. 01 1.5wt%、 Ti为O. 01 0. 15wt%中的一种或一种以 上的元素及其含量。由于采用上述技术方案，本发明-1) 縮短了生产线长度，减少了总图面积。薄板坯连铸连轧縮短了从结晶器至热带巻取机 间的距离，同时省去了传统热轧带钢生产中的板坯存放、处理车间。2) 縮短了生产周期。连铸连轧是一个连续的过程，省去了大量的中间滞留时间，由钢水 至成巻一般在15 30分钟，而传统生产至少需要5小时。3) 减少了设备，节约了能耗。薄板坯厚度较薄，致使可省去传统带钢生产中的初轧机组。 铸坯由精轧机组直接轧制成材。另外，铸坯在高温状态下，只需少量加热即可轧制，节省了 能源。据统计，薄板坯连铸连轧可节省设备约30%，动力及能耗节约50%。4) 产品成本降低，经济效益巨大。就投资而言， 一座大型钢厂从厚板坯连铸到轧制成品 的投资为875美元/t，年产量可达400万吨，而一座CSP的投资为200美元/t，每年产量为250万 吨。从工效来看，大型钢厂的工效为1.5 2.5h/t，而CSP为0.3 0.6h/t。从钢包炉到最终轧制 的能耗来看，大型钢厂为465kWh/t，而CSP为105 kWM。据测算，采用CSP技术将降低成本 90 100美元/t。5) 提高了金属收得率，普通连铸为94.6%，薄板坯连铸的金属收得率为97.0%，金属收得 率得到显著提高。6) 薄板坯表面不需要清理。在实现直接热轧工艺中，不允许对铸坯表面进行清理，因此， 在薄板坯连铸时，采用专门为生产薄板坯而研制的熔点低流动性好的保护渣，可使铸坯同结 晶器之间得到良好的润滑，釆用了结晶器中钢液面的自动控制，避免了钢液面波动太大而造 成巻渣以及铸坯表面出现缺陷。7) 薄板坯内部质量好。由于薄板坯在结晶器内冷却强度远大于传统的厚板坯，其二次枝 晶和三次枝晶更短，柱状晶更细、更均勾，为最终组织的细化创造了条件。同时，因冷却强 度大，板坯的微观偏析得到了很大的改善，分布更均匀，产品的性能更加均匀和稳定。8) 减少了污染，保护了环境。9) 中高碳钢中的碳偏析得到了很大的改善，分布更均匀，产品的性能更加均匀和稳定。10) 根据中高碳钢强度等的性能要求，可以采取层流冷却或者空冷。11) 根据中高碳钢品种规格的要求，可以在同一炉或者同一浇次轧制多个不同厚度的品 种，生产灵活性大。12) 由于铸坯薄，易于轧制薄规格的中高碳钢板。本发明所生产的中高碳钢薄钢板铁素体晶粒细小，珠光体片层间距小，其强度和韧性明 显高于传统工艺流程生产的中高碳钢薄钢板。该类钢钟经过调质热处理后，其强度和韧性高 出传统工艺生产的钢种。总之，本发明采用的薄板坯连铸连轧工艺，由于冷却速度快，碳和合金元素的成分偏析 小，组织和性能均匀。所生产的薄钢板强度高、内部和表面质量高、品种规格多，生产灵活 性大，金属收得率明显提高。具有产品质量好、生产成本低、能耗低、生产周期短、工艺过 程简单的特点。本发明适用于各类中高碳高强钢的生产，如锯片用钢、模具用钢、汽车门锁等工具用钢 和结构钢等；可提高产品质量，提高生产效率，减少生产成本，节约资源和能源等。
图l为本发明所生产的65Mn钢轧态的扫描电子显微镜照片； 图2为传统工艺生产的65Mn钢轧态的扫描电子显微镜照片； 图3为本发明所生产的65Mn钢轧态的透射电子显微镜照片； 图4为传统工艺生产的65Mn钢轧态的透射电子显微镜照片； 图5为本发明所生产的30CrMo钢的光学显微组织照片； 图6为传统工艺生产30CrMo钢的光学显微组织照片。
具体实施方式
下面结合具体实施方式
，对本发明作进一步描述，并非对本发明保护范围的限制。 实施例1一种基于薄板坯工艺的中高碳高强度钢的生产方法。针对该钢种的化学成分和薄板连铸 连轧工艺特点，采用转炉将铁水冶炼成钢水，经转炉炼钢后对钢水进行精炼，加入脱氧剂A1 和合金元素Si、 Mn，进行脱氧和合金化，Al控制在0.010。/。 0.040 wt% 。 [Ca]/[A1]比控制在 0.05 0.18之间。钢水经过精炼后进行薄板坯连铸，薄板坯厚度为70mm，连铸采用高碳钢保 护渣。铸坯凝固后直接进入辊底式加热炉和均热炉，然后进行热连轧、冷却和巻取。其中连铸铸坯厚度为70mm，连铸坯拉速2.5 3.5m/min，铸坯进入加热炉的温度为1000 110(TC, 铸坯进入均热炉的温度为1000 1100'C，热连轧的开轧温度为1000 105(TC，终轧温度650 680°C，最后轧制成厚度2.8mm的钢板，终轧完成后进行层流冷却，钢板的巻取温度为600 700 。C。所述钢种的化学成分及其含量是C为0.62 0.69wt^、 Si为0.17 0.37wt^、 Mn为0.7 1.0wt%、 Al为0.01 0.04wt^、 Ca为0.0010 0.0030wtX，其余为Fe及不可避免的杂质。本实施例l所生产的高碳钢65Mn轧态组织中，经扫描电子显微镜和透射电子显微镜的观 察如图1和图3所示，主要是珠光体和铁素体组织，珠光体的片层间距为0.1 0.5nm，铁素体 晶粒在l 2pm之间；传统工艺生产的65Mn钢轧态组织中，如图2和图4所示，虽然也主要是 珠光体和铁素体组织，但珠光体片层间距在0.5 2.5pm之间，铁素体晶粒在2 5pm之间。经检测，本实施例l所生产的高碳钢65Mn钢板的抗拉强度为880MPa、屈服强度为 490MPa，屈强比为0.56，延伸率可达18%;而传统工艺生产的高碳钢65Mn钢板的抗拉强度为 650MPa，延伸率为8%左右。本实施例l所生产的高碳钢65Mn钢板经过调质热处理后，其强度 和韧性高于传统工艺生产的相同钢种的10 30%。 实施例2一种基于薄板坯工艺的中高碳高强度钢的生产方法。针对该钢种的化学成分和薄板连铸 连轧工艺特点，经转炉炼钢后对钢水进行精炼，加入脱氧剂Al和合金元素Si、 Mn、 Cr、 Mo， 进行脱氧和合金化，八1控制在0.010% 0.040%。 [Ca]/[A1]比控制在0.05 0.18之间。钢水经过 精炼后进行薄板坯连铸，薄板坯厚度为90mm,连铸采用中碳钢保护渣。铸坯凝固后直接进入 辊底式加热炉和均热炉，然后进行热连轧、冷却和巻取。其中连铸铸坯板厚为90mm，薄板 坯连铸的拉速为3.5 4.5m/min，铸坯进入加热炉的温度为1020 110(TC，铸坯进入均热炉的温 度为1100 125(TC，热连轧的开轧温度为1050 1200'C，终轧温度为700 95(TC，终轧完成 后进行空气冷却，巻取温度为680 850'C，控制钢板厚度为3.5mm。所述钢种的化学成分是C为0.26 0.33wt^、 Si为0.17 0.375wtX、 Mn为0.4 0.7wtX 、 Cr为0.8 UwtX、 Mo为0.15 0.25wtW、 Al为0.01 0.04。/。wt、 Ca为0.0010 0.0030。/。wt，其 余为Fe及不可避免的杂质。本实施例2所生产的高碳钢30CrMo轧态组织中，经光学显微镜如图5所示的观察，主要是 珠光体和铁素体组织，珠光体片层间距在0.1 0.54111，铁素体晶粒在2 5pm之间；传统工艺 生产的30CrMo钢轧态组织中，经光学显微镜如图6所示的观察，图中珠光体片层间距较大，一般为0.5 2.5pm，铁素体晶粒在20 30pm之间。本实施例2所生产的30CrMo钢板的抗拉强度为680MPa，屈服强度为460MPa,屈强比为 0.68;而传统工艺所生产的30CrMo钢板的抗拉强度只有530MPa，屈服强度为320MPa，屈强 比为0.62。与传统工艺所相比，本实施例2所生产的30CrMo钢板的屈服强度升高40。/。以上。本 实施例2所生产的30CrMo钢板经过调质热处理后，其强度和韧性明显高于传统工艺生产的 30CrMo钢板。 实施例3一种基于薄板坯工艺的中高碳高强度钢的生产方法。针对该钢种的化学成分和薄板连铸 连轧工艺特点，经转炉炼钢后对钢水进行精炼，加入脱氧剂Al和合金元素Si、 Mn、 Cu、 W， 进行脱氧和合金化，Al控制在0.010Q/。 0.040wtX。 [Ca]/[A1]比控制在0.05 0.18之间。钢水经 过精炼后进行薄板坯连铸，薄板坯厚度为50mm，连铸采用中碳钢保护渣，铸坯凝固后直接进 入辊底式加热炉和均热炉，然后进行热连轧、冷却和巻取。其中薄板坯厚度为50mm，薄板 坯连铸的拉速为4.5 6.0m/min，铸坯进入加热炉的温度为900 102(TC，铸坯进入均热炉的温 度为1050 1150'C，热连轧的开轧温度为1000 110(TC，终轧温度为650 750。C ，终轧完成 后或进行层流冷却，巻取温度为450 850'C，控制钢板厚度为Umm。所述钢种的化学成分是C为0.40 0.50wtX、 Si为0.15 0.35wtM、 Mn为0.1 0.4wt^ 、 Cu为0.1 0.3wtX、 W为0.01 0.2wtX、 Al为0.01 0.04wt^ 、 Ca为O.001O 0.OO30wt5^ ，其 余为Fe及不可避免的杂质。本实施例3所生产的钢板的抗拉强度为640MPa，屈服强度为410MPa。该钢经过调质热处 理后，其强度和韧性明显高于传统工艺生产的相同钢种。 实施例4一种基于薄板坯工艺的中高碳高强度钢的生产方法。针对该钢种的化学成分和薄板连铸 连轧工艺特点，经转炉炼钢后对钢水进行精炼，加入脱氧剂Al和合金元素Si、 Mn、 Ti，进行 脱氧和合金化，Al控制在0.04。/。 0.08wt^。 [Ca]/[A1]比控制在0.03 0.1之间。钢水经过精炼 后进行薄板坯连铸，薄板坯厚度为50mm，连铸采用高碳钢保护渣，铸坯凝固后直接进入辊底 式加热炉和均热炉，然后进行热连轧、冷却和巻取。其中薄板坯厚度为50mm，薄板坯连铸 的拉速为2.5 4.0m/min，铸坯进入加热炉的温度为900 102(TC,铸坯进入均热炉的温度为 1050 115(TC，热连轧的开轧温度为1000 1080。C，终轧温度为620 72(TC ，终轧完成后或 进行层流冷却，巻取温度为450 80(TC，控制钢板厚度为7mm。所述钢种的化学成分是C为1.02 1.22wt^、 Si为0.15 0.35wtX、 Mn为0.1 0.4wt^、 Ti为0.06 0.12wt^、 Al为0.04 0.08wt^、 Ca为0.0010 0.0030wtX ，其余为Fe及不 可避免的杂质。本实施例4所生产的钢板的屈服强度为1410MPa。该钢经过调质热处理后，其强度和韧性 明显高于传统工艺生产的高碳钢种。本实施例1 4所生产的中高碳钢薄钢板铁素体晶粒细小，珠光体片层间距小，其强度和 韧性明显高于传统工艺流程生产的中碳钢薄钢板。该类钢钟经过调质热处理后，其强度和韧 性高高出传统工艺生产的钢种。因而，所生产的薄钢板强度高、内部和表面质量高、品种规 格多，生产灵活性大，金属收得率明显提高。本具体实施方式
采用薄板坯连铸连轧工艺，由于冷却速度快，碳和合金元素的成分偏析小，组织和性能均匀。因此，具有产品质量好、生产成本低、能耗低、生产周期短、工艺过 程简单的特点。本具体实施方式
用于各类中高碳高强钢的生产，如锯片用钢、模具用钢、汽车门锁等工 具用钢和结构钢等；可提高产品质量，提高生产效率，减少生产成本，节约资源和能源等。
权利要求
1、一种基于薄板坯工艺的中高碳高强度钢的生产方法，其特征在于针对该钢种的化学成分和薄板连铸连轧工艺特点，先进行炼钢和精炼工艺，再进行薄板坯连铸，铸坯凝固后直接进入辊底式加热炉和均热炉，然后进行热连轧、冷却和卷取；其中薄板坯厚度为50～90mm，薄板坯连铸的拉速为2.5～6.0m/min，铸坯进入加热炉的温度为900～1100℃，铸坯进入均热炉的温度为1000～1250℃，热连轧的开轧温度为1000～1200℃，终轧温度为650～950℃，终轧完成后或进行层流冷却、或进行空冷，卷取温度为450～850℃，控制钢板厚度为1～12mm；所述钢种的化学成分是碳含量为0.25～1.25wt％、Al为0.001～0.1wt％、Ca为0.0010～0.0050wt％，其余为Fe、合金元素和不可避免的杂质；合金元素是Si为0.05～1.5wt％、Mn为0.1～2.0wt％、Ni为0.1～1.5wt％、Cr为0.1～1.5wt％、Mo为0.01～1.5wt％、V为0.01～1.5wt％、W为0.01～1.5wt％、Cu为0.01～1.5wt％、Ti为0.01～0.15wt％中的一种或一种以上的元素及其含量。
全文摘要
本发明涉及一种基于薄板坯工艺的中高碳高强度钢的生产方法。其技术方案是经炼钢、精炼工艺、板坯连铸、加热、均热、热连轧、冷却和卷取。其中薄板坯厚度为50～90mm，连铸坯拉速为2.5～6.0m/min，加热炉温度为900～1100℃，均热炉温度为1000～1250℃，开轧温度为1000～1200℃，终轧温度为650～950℃，卷取温度为450～850℃，钢板厚度为1～12mm。中高碳高强度钢的化学成分是碳含量为0.25～1.25wt％、Al为0.001～0.1wt％、Ca为0.0010～0.0050wt％，其余为Fe、不可避免的杂质和诸合金元素中的一种或一种以上。本发明具有产品质量好、生产成本低、能耗低、工艺过程简单的特点。
文档编号C21D8/02GK101333629SQ20081004835
公开日2008年12月31日 申请日期2008年7月10日 优先权日2008年7月10日
发明者吴开明, 周明伟, 周春泉, 朱正宜, 梁新亮, 温德智, 焦国华, 陈建新, 刚 黄 申请人:湖南华菱涟源钢铁有限公司;武汉科技大学