本发明涉及钢铁技术领域，更为具体地，涉及一种基于全无头薄板坯连铸连轧流程生产低合金高强钢的方法。
背景技术：
低合金高强钢(hsla)是指在原有主加合金元素c-si-mn的基础上再添加微量的nb、v、ti等碳氮化物形成元素，或对力学性能有影响、或对耐蚀性、耐热性起有利作用、添加量随微合金化的钢类及品种的不同而异，相对于主加合金元素是微量范围的。最常用的微合金化元素是nb、v、ti，其作用是细化晶粒和析出强度，近年来，随着汽车轻量化技术的发展和管线钢等行业对强韧性要求的不断提高，具有良好成型性能要求的低碳微合金强化的低合金高强钢(hsla)得到了广泛的研究和应用。
专利授权公告号cn101914728b提供了一种铌钛复合轻型卡车汽车大梁钢及制备方法，其化学成分为c0.09-0.15％、si0.30-0.60％、mn1.25-1.50％、p≤0.030％、s≤0.030％、nb0.015-0.045％、ti0.010-0.030％，余量为fe及不可避免的杂质。采用热连轧产线，开轧温度控制在1080-1150℃，精轧温度控制在860-920℃、卷取温度控制在580-650℃，在加热过程中使钢中的nb、ti元素充分固溶在奥氏体中，再在轧制过程及轧制间歇，通过nbc、nbn的析出，抑制动态再结晶和静态再结晶，以控制相转变前的奥氏体晶粒尺寸和形状，细化铁素体晶粒。最终获得铌钛复合强化510mpa级汽车大梁钢。专利授权公告号cn103667907b提供了一种抗拉强度510mpa级热轧高强薄钢板及其生产方法，其化学成分为c0.05-0.09％、si0.10-0.20％、mn0.70-1.50％、p≤0.025％、s≤0.012％、ti0.025-0.031％、als0.01-0.03％，余量为fe及不可避免的杂质。采用短流程薄板坯连铸连轧工艺，其生产流程为，铸坯在加热炉1100-1180℃保温30-90min，高压水除鳞后进行七道次轧制，终轧温度控制在780-920℃，然后层冷快速冷却至450-525℃，得到铁素体+贝氏体的组织，最终获得抗拉强度510mpa级热轧高强度薄钢板。
以上两个专利都采用了相对较高的c、mn含量和微合金强化来提高强度，并且cn103667907b采用较低的卷取温度达到相变强化节约合金的作用，但较高的c、mn含量和相变强度对钢的延伸性能和焊接性能不利。
为解决上述问题，本发明提出了一种基于全无头薄板坯连铸连轧流程生产低合金高强钢的方法。
技术实现要素：
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种基于全无头薄板坯连铸连轧流程生产低合金高强钢的方法，以解决低合金高强钢的延伸性和焊接性不好等问题。
本发明提供一种基于全无头薄板坯连铸连轧流程生产低合金高强钢的方法，包括：选择原材料，其中，原材料按质量百分比包括：0.04～0.06％的c、0.10～0.30％的si、0.6～1.0％的mn、≤0.025％的p、≤0.010％的s、0.020～0.040％的alt、0.01～0.02％的ti、0.020～0.030％的nb；≤0.005％的n，其余为铁元素；
将原材料依次进行转炉冶炼、rh炉及lf炉冶炼；
将从lf炉冶炼形成的钢水经过esp产线生成不同厚度的热轧带钢，其中，在esp产线中，钢水依次经过连铸机、粗轧机、摆剪、推废、转毂剪、感应加热炉、精轧机、层流冷却、高速飞剪以及卷取机；其中，
粗轧机入口的温度不低于950℃，感应加热炉出口的温度为1100～1190℃，精轧机出口的温度为830～900℃，卷取机卷取的温度为560～620℃。
此外，优选的方案是，在esp产线中，连铸机的连铸拉速度为4.0m/min～6.0m/min，铸坯厚度为90mm～110mm。
此外，优选的方案是，在生产低合金高强钢的过程中，ti是低合金高强钢中强碳氮化物形成元素，
在连铸及冷却阶段，液态析出tin粒子以及固态析出ti4c2s2粒子；
在精轧阶段，在奥氏体中形变诱导析出tic粒子；
在冷却和卷取阶段，析出tic粒子。
此外，优选的方案是，在生产低合金高强钢的过程中，nb和c、n元素相互形成极为稳定的化合物，在精轧过程中变形诱导析出的微细nb(c，n)，抑制奥氏体再结晶。
此外，优选的方案是，所生产的低合金高强钢的屈服强度≥355mpa，抗拉强度≥510mpa，延伸率≥20％。
从上面的技术方案可知，本发明提供的基于全无头薄板坯连铸连轧流程生产低合金高强钢的方法，采用eps生产工艺，能够实现c、mn含量较低的情况下，通过铌钛微合金复合强化，获得抗拉强度大于510mpa高强钢，并具有较高的延伸性能和焊接性能，达到提高综合力学性能，降低合金成本的目的。
为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。
附图说明
通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：
图1为根据本发明实施例的基于全无头薄板坯连铸连轧流程生产低合金高强钢的方法流程示意图。
在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。
具体实施方式
在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。
针对前述提出的现有的技术解决现有的低合金高强钢的延伸性和焊接性不好等问题，本发明提出了一种基于全无头薄板坯连铸连轧流程生产低合金高强钢的方法，采用esp工艺生产低合金高强钢，以解决上述问题。
全无头薄板坯连铸连轧(endlessstripproduction)是指无头带钢工艺，在7分钟内实现从钢水到卷取机上热轧卷的全连续生产，实现了真正意义上连铸连轧。该技术具有钢水纯净度高，铸坯凝固速度快、铸态组织均匀、化学成分偏析小，轧制时间短，道次压下量大，成品组织均匀等特点，并且该工艺不需要穿带，热轧卷通长厚度均匀，尺寸精度高。
其中，全无头薄板坯连铸连轧产线是阿维迪新建的新一代薄板坯连铸连轧生产线，由于其一次浇铸可生产一整条钢带，中间没有任何切头切尾，因而具有全连续带钢生产的优点，单条连铸线具有出色的生产能力、大规模生产大带宽带钢和优质带钢、从钢水到热轧卷的转换成本低、生产线工艺布置最为紧凑等特点。
以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。
为了说明本发明提供的基于全无头薄板坯连铸连轧流程生产低合金高强钢的方法，图1示出了根据本发明实施例的基于全无头薄板坯连铸连轧流程生产低合金高强钢的方法流程。
如图1所示，本发明提供的基于全无头薄板坯连铸连轧流程生产低合金高强钢的方法包括：
s110：选择原材料，其中，原材料按质量百分比包括：0.04～0.06％的c、0.10～0.30％的si、0.6～1.0％的mn、≤0.025％的p、≤0.010％的s、0.020～0.040％的alt、0.01～0.02％的ti、0.020～0.030％的nb；≤0.005％的n，其余为铁元素；
s120：将原材料依次进行转炉冶炼、rh炉及lf炉冶炼；
s130：将从lf炉冶炼形成的钢水经过esp产线生成不同厚度的热轧带钢，其中，在esp产线中，钢水依次经过连铸机、粗轧机、摆剪、推废、转毂剪、感应加热炉、精轧机、层流冷却、高速飞剪以及卷取机；
其中，粗轧机入口的温度不低于950℃，感应加热炉出口的温度为1100～1190℃，精轧机出口的温度为830～900℃，卷取机卷取的温度为560～620℃。
上述步骤为采用esp工艺生成低合金高强钢的具体方法，在本发明的步骤s110中，在生成低合金高强钢的原材料选择中，c的质量百分比为0.04～0.06％，其中，c元素是保证材料强度、硬度以及耐磨性的最主要元素。碳元素能溶解在钢中形成固溶体，起到了固溶强化作用，是钢中的主要强化元素。它能与强碳化物形成元素一起结合形成碳化物析出时，起到了沉淀强化的作用，碳元素是对钢的强度贡献最大的元素。但随着碳含量的增加，塑性和焊接性能降低。在本发明中c含量控制在0.04～0.06％。
si在原材料中的比例为0.10～0.30％，si在炼钢过程中作为还原剂和脱氧剂加入，并且si能显著提高钢的弹性极限，同时提高材料的屈服强度和抗拉强度。在本发明中si含量控制在0.10～0.30％。
mn在原材料中所占的比例为0.60～1.00％，mn的最大作用是提高钢的淬透性，同时也是重要的固溶强化元素。锰是碳化物形成元素，也能以固溶状态存在，还具有细化珠光体组织的作用，因而能提高铁素体奥氏体的强度和硬度。但同时随着mn含量的提高热轧奥氏体区变形抗力提高，另外mn含量较高时有粗化晶粒和增加回火脆性的倾向，给加工带来困难，因此在本发明中mn含量控制在0.60％～1.00％。
al在原材料中所占的比例为0.020～0.040％，铝是钢中常用的脱氧剂，当als含量不足0.01％时，不能发挥其效果，另一方面，由于添加多量的铝容易形成氧化铝团块，铝还可细化晶粒，提高冲击塑性。在本发明中al含量控制在0.020～0.040％。
nb在原材料中所占的比例为：0.020～0.030％，铌和碳、氮元素有极强的结合力，并与之形成相应的极为稳定的化合物，其与轧制过程参数相结合，能够轧制变形诱导析出的微细nb(c，n)，可以实现抑制奥氏体再结晶外，即未再结晶控轧，又可以避免低碳钢容易出现的混晶现象，能够(相对c-si-mn钢)大幅度提高晶粒细化水平，提高强度的同时，塑性有所降低，韧性有所提高。另外加铌后的控制轧制关键一方面是避免轧制前析出粗大的nb(c,n)，减少无效铌而造成浪费，降低生产成本，本发明中nb含量控制在0.020～0.030％。
ti在原材料中所占的比例为0.01～0.02％，钛是钢中强碳氮化物形成元素，在连铸及冷却阶段，发生tin和ti4c2s2粒子的液态析出和固态析出；在精轧阶段，发生tic在奥氏体中的形变诱导析出；在冷却和卷取阶段同样发生tic的析出，只有细小的tic粒子析出对强度贡献明显，本发明中ti含量控制在0.010～0.020％。
n在原材料中所占的比例为≤0.005％，氮能够提高钢的强度，降低钢的塑性，增加时效敏感性，氮与钛结合力强，tin在连铸过程中就能够产生，但对强度没有贡献，应尽量降低氮元素的含量，本发明中n控制在≤0.005％。
其中，需要说明的是，本发明的特点是采用全无头薄板坯连铸连轧流程的生产低合金高强钢，成分设计充分考虑节约成本、提高综合力学性能的需要、采用较低c、mn含量，通过全无头薄板坯连铸的轧制工艺控制，充分发挥铌钛微合金复合强化的作用，获得抗拉强度510mpa以上的低合金高强钢，具有低成本、高强度的同时具有较高的延伸性能、冷成形性能和焊接性能、热轧卷通长厚度均匀，性能稳定等特点。另外采用低c低mn设计的一个重要原因，减少变形抗力、减少轧机负荷，有利于生产极限薄规格，满足汽车轻量化对材料强度更高、厚度更薄的需求。
在步骤s120中，按照上述(步骤s110)的成分进行转炉、lf炉冶炼。也就是说，铁水经转炉冶炼后再经过lf炉精炼得到所需成分的钢水。其中，转炉炼钢(convertersteelmaking)是以铁水、废钢、铁合金为主要原料，不借助外加能源，靠铁液本身的物理热和铁液组分间化学反应产生热量而在转炉中完成炼钢过程。转炉主要用于生产碳钢、合金钢及铜和镍冶炼。
lf炉(ladlefurnace)即钢包精炼炉，是钢铁生产中主要的炉外精炼设备。lf炉一般指钢铁行业中的精炼炉，实际就是电弧炉的一种特殊形式。
在步骤s130中，在esp产线中，铸坯进入粗轧入口的温度不能低于950℃，中间坯在进入精轧机组前首先进入感应加热炉中，ih(感应加热)出口温度感应加热出口的温度1100～1190℃，从感应加热炉出来进入精轧机组，并且精轧出口的温度830～900℃。一般来说，生成的低合金高强钢的厚度与其屈服强度、抗拉强度之间成反比，如果生成的低合金高强钢的厚度大，那么其屈服强度和抗拉强度会减小，如果生成的低合金高强钢的厚度小，那么其屈服强度和抗拉强度会增大。
其中，需要说明的是，ih为感应加热出口温度，感应加热炉位于转毂剪之后，精轧机之前的位置，感应加热的作用是加热带钢，保证精轧温度，也可以说是调节中间坯的温度，ih温度按照带钢精轧要求且兼顾带钢表面质量而定，低于某一温度会造成精轧温度不合，高于某一温度则浪费能源。
其中，在esp产线中，从lf炉冶炼出来的钢水进入连铸机，从连铸机出来的铸坯直接进入3架粗轧机制成中间坯(其中，铸坯进入粗轧组轧机组的入口温度不低于950℃)，然后经过摆式剪，将铸坯头部楔形段进行分段和切掉，接着铸坯进入堆垛机(堆垛机的作用是当后面设备出现故障时，可以在此堆垛机处下线)。正常轧制时直接通过，随后中间坯经转毂式飞剪切头尾，然后进入感应加热出口的温度1100～1190℃，随后进入精轧机组，从精轧机组出来生成热轧带钢。从精轧机组生成的热轧带钢层流冷却至卷取机，卷取温度为560～620℃。
综上，本发明采用全无头薄板坯连铸连轧产线生产的低合金高强钢结构钢，生产工艺流程短，属于低能耗绿色制造工艺范畴，成分设计中采用较低c、mn含量、铌钛微合金复合强化，当屈服强度达到≥355mpa、抗拉强度≥510mpa，伸长率(a80)≥20％，相当于国标gb/t3273中510l级别；并且具有较高的延伸性能、冷成形性能和焊接性能、热轧卷通长厚度均匀，性能稳定等特点，可应用于工程机械、交通运输和车辆制造等行业。
根据上述生成低合金高强钢的方法，本发明根据如下的实施例作进一步的说明。
实施例1
选择原材料，其中原材料按质量百分比包括：0.04％的c、0.15％的si、0.80％mn、0.008％的s、0.012％的p、0.025％的al、0.023％的nb、0.011％的ti、0.004％的n，其余为铁元素；
将原材料依次进行转炉、rh炉、lf炉冶炼；
连铸以5.4m/min的速度恒拉速生产，经过esp产线生成1.4mm厚度的热轧带钢，其中粗轧入口温度970℃、感应加热炉出口温度1150℃、精轧出口温度855℃，卷取温度580℃，卷取机成卷入库。
生成的低合金合金钢力学性能为：屈服强度为480mpa、抗拉强度为550mpa、伸长率29.5％，冷弯(1.0a弯芯直径)合格。
实施例2
选择原材料，其中原材料按质量百分比包括：0.05％的c、0.25％的si、0.85％mn、0.006％的s、0.013％的p、0.020％的al、0.025％的nb、0.015％的ti、0.003％的n，其余为铁元素；
将原材料依次进行转炉、rh炉、lf炉冶炼；
连铸以5.0m/min的速度恒拉速生产，经过esp产线生成1.8mm厚度的热轧带钢，其中粗轧入口温度975℃、感应加热炉出口温度1160℃、精轧出口温度850℃，卷取温度600℃，卷取机成卷入库。
生成的低合金高强钢力学性能为：屈服强度为470mpa、抗拉强度为530mpa、伸长率27％，冷弯(1.0a弯芯直径)合格。
实施例3
选择原材料，其中，原材料按质量百分比包括：0.055％的c、0.30％的si、0.90％mn、0.008％的s、0.014％的p、0.025％的al、0.028％的nb、0.016％的ti、0.004％的n，其余为铁元素；
将原材料依次进行转炉、rh炉、lf炉冶炼；
连铸以5.5m/min的速度恒拉速生产，经过esp产线生成2.0mm厚度的热轧带钢，其中粗轧入口温度985℃、感应加热炉出口温度1150℃、精轧出口温度845℃，卷取温度580℃，卷取机成卷入库。
生成的低合金高强钢的力学性能为：屈服强度为484mpa、抗拉强度为541mpa、伸长率27.5％，冷弯(1.0a弯芯直径)合格。
实施例4
选择原材料，其中，原材料按质量百分比包括：0.045％的c、0.20％的si、0.70％mn、0.007％的s、0.011％的p、0.020％的al、0.022％的nb、0.013％的ti、0.002％的n，其余为铁元素；
将原材料依次进行转炉、rh炉、lf炉冶炼；
连铸以5.4m/min的速度恒拉速生产，经过esp产线生成2.0mm厚度的热轧带钢，其中粗轧入口温度990℃、感应加热炉出口温度1160℃、精轧出口温度845℃，卷取温度580℃，卷取机成卷入库。
生成的低合金高强钢的力学性能为：屈服强度为474mpa、抗拉强度为531mpa、伸长率28％，冷弯(1.0a弯芯直径)合格。
实施例5
选择原材料，其中，原材料按质量百分比包括：0.060％的c、0.10％的si、0.95％mn、0.0065％的s、0.010％的p、0.025％的al、0.024％的nb、0.014％的ti、0.001％的n，其余为铁元素；
将原材料依次进行转炉、rh炉、lf炉冶炼；
连铸以5.6m/min的速度恒拉速生产，经过esp产线生成2.0mm厚度的热轧带钢，其中粗轧入口温度960℃、感应加热炉出口温度1180℃、精轧出口温度845℃，卷取温度610℃，卷取机成卷入库。
生成的低合金高强钢的力学性能为：屈服强度为489mpa、抗拉强度为535mpa、伸长率29％，冷弯(1.0a弯芯直径)合格。
通过上述实施方式可以看出，本发明提供的基于全无头薄板坯连铸连轧流程生产低合金高强钢的方法，生产工艺流程短，属于低能耗绿色制造工艺范畴，成分设计中采用低碳、低锰、铌钛微合金复合强化，生产出来的热轧产品合金成本低，强度高，并且具有较高的延伸性能冷成形能力和焊接性能良好、性能稳定、尺寸公差小等特点。
如上参照附图以示例的方式描述了根据本发明提出的基于全无头薄板坯连铸连轧流程生产低合金高强钢的方法。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的基于全无头薄板坯连铸连轧流程生产低合金高强钢的方法，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。