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
【技术领域】
[0001] 本发明属于低碳微合金钢制造领域，具体涉及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。
【背景技术】
[0002] 以针状铁素体组织为主的低碳微合金钢具有优良的综合力学性能。在管线钢、大 线能量焊接用钢中得到广泛应用。与传统的铁素体-珠光体组织的管线钢相比，针状铁素 体组织的管线钢在满足高强韧性的同时，还具有良好的低温韧性和低的韧脆转变温度，从 而极大的提高了管线钢的使用寿命，成为现代高性能管线钢的一个主要发展趋势。而在大 线能量焊接方面，当存在大量针状铁素体组织时，焊缝金属具有较高的强度和良好的低温 冲击韧性，同时可有效地组织裂纹扩展。因此，针状铁素体组织为大线能量焊接用钢所青 睐。针状铁素体钢具有良好强韧性的原因有：1、针状铁素体板条之间相互交锁紧密排列， 板条间距小，且板条内存在高密度的可移动位错，易于实现多滑移，板条内还存在细小碳化 物，这种结构能够提高材料强韧性；2、在针状铁素体形成过程中会形成细小、弥散的M-A岛 组织，能够钉扎晶界，且M-A岛组织中的残余奥氏体是有利的韧性相，能降低裂纹尖端应 力，消耗部分扩展功，从而提高材料强韧性。
[0003] 针状铁素体组织指以针状铁素体为主的针状铁素体、少量多边形铁素体和微量贝 氏体的混合组织。针状铁素体具有体心立方结构，是一种热力学非平衡组织，其转变温度稍 高于贝氏体转变温度区间，以切变和扩散的混合方式转变而成的非等轴铁素体。其最大的 特征是不存在明显的原始奥氏体晶界网络，从而避免了大角度晶界所存在的沉淀物或夹杂 物偏析所造成的脆性。
[0004] 针状铁素体属于异质形核，其是在奥氏体晶内细小、无规则排列的非金属夹杂物 上形核，并呈衍射状长大的，其形态是相互交叉状的。非金属夹杂物具有诱导针状铁素体形 核的作用，且若没有夹杂物的存在，就不会形成针状铁素体。但并不是所有细小、弥散的夹 杂物都具有诱导晶内针状铁素体形核的作用。目前已证明MnS、Ti203、TiO、TiN、CuS等夹杂 物有促使针状铁素体形核的作用。其中，针状铁素体在Ti0、Ti203氧化物上形核已被确认是 最有效的针状铁素体形核剂。据目前的实验分析，Ti203促使IGF形核的机理主要是贫锰区 机制和应变诱导机制。由于Ti203中富含阳离子空位，因而其附近基体中的Mn元素通过阳 离子空位扩散而被吸收到Ti203内或其周围，相当于消耗了奥氏体基体中一部分Mn元素而 使奥氏体的稳定性下降，在一定条件下易于向铁素体分解转变。
[0005] 双辊连铸技术是一种短流程、低能耗、投资省、成本低的绿色环保新工艺技术。双 辊连铸技术作为当今世界上薄带钢生产的前沿技术，可省去厚板坯连铸、加热和热轧等生 产工序，由液态钢水直接生产出厚度为1~6_的薄带。但是，利用双辊连铸生产出来的薄 带的初始组织较粗大，强韧性较差。此外，由于初始规格薄，后续加工变形量不足，故难以大 幅度细化晶粒，钢材的力学性能不尽如人意。因此，如何细化薄带的初始组织成为利用双辊 连铸生产带钢所面临的一个亟待解决的关键问题。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术存在的问题，本发明提供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，目的是解决低碳微合金钢传统生产流程工艺复杂、制造工序多、能耗大、 环境负荷大等问题，并细化双辊连铸低碳微合金钢的初始凝固组织，有效改善带材的强度 和韧性。
[0007] 本发明的含针状铁素体的双辊连铸低碳微合金钢，其化学成分按照质量百分比 为：C0? 02~0. 08%，Si0? 1~0. 5%，Mn0? 1~0. 5%，S0? 002~0. 01%，P0? 01~0. 15%，sol-Al(酸 溶铝）0? 002~0. 03%，Cu〈0? 5%，Cr〈1. 0%，Ni〈0? 2%，0 0? 002~0. 01%，Ti0? 005~0. 2%，余量 为Fe;其金相组织中针状铁素体的体积分数为3~15%。
[0008] 其制造方法按照以下步骤进行： (1) 按照化学成分：C0? 02~0. 08%，Si0? 1~0. 5%，Mn0? 1~0. 5%，S0? 002~0. 01%，P 0. 01-0. 15%,sol-Al0. 002-0. 03%,Cu<0. 5%,Cr<1. 0%,Ni<0. 2%, 0 0. 002-0. 01%,Ti 0. 005~0. 2%，余量为Fe冶炼钢水，钢包内的钢水经中间包流入由双辊连铸机的两个反向旋 转的结晶辊和侧封板组成的空腔内形成熔池，熔池上表面的钢水的过热度为l〇~50°C，钢水 经过两个结晶棍之间的棍缝凝固并导出，导出速度为20~80m/min，形成]~6mm厚的低碳微 合金钢薄带； (2) 低碳微合金钢薄带经冷却系统以5~30°C/s的冷却速率冷却至500~700°C，最后由 卷取机卷取，得到l〇〇~2000mm宽的低碳微合金钢板卷，低碳微合金钢板卷中针状铁素体的 体积分数为3~15%。
[0009] 与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是： 本发明省去了低碳微合金钢传统生产流程的厚板坯连铸、粗轧、热连轧等工序，显著降 低生产成本、能耗及污染物排放，是一种短流程制造技术。
[0010] 本发明在钢水凝固过程形成大量的Ti、Al、Si、Mn复合氧化物，在冷却过程这些复 合氧化物可以作为细小针状铁素体的形核核心。利用该技术生产的低碳微合金薄带中含有 体积分数为3%~15%的针状铁素体组织，利用针状铁素体可有效改善低碳微合金钢薄板的 综合力学性能。
[0011] 在本发明中，为了防止因发生择优生长而形成粗大的柱状晶组织，同时为了获得 细小的针状铁素体形核所需要的大量的Ti、Al、Si、Mn复合氧化物，熔池上表面的钢水的过 热度应控制在10~50°C;为了提供针状铁素体以Ti、Al、Si、Mn复合氧化物为核心形核所需 要的过冷度条件，薄带出结晶辊后的冷却速率应控制在5~30°C/s;为了提供针状铁素体生 长所需要的温度条件，卷取温度应控制在500~700°C。
【附图说明】
[0012] 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 :双辊连铸机结晶辊；4 :熔池；5 :低碳微合金钢薄带；6 :冷 却系统；7 :卷取机；8 :低碳微合金钢板卷。
[0013] 图2是本发明实施例1得到的低碳微合金钢的金相组织图； 图3是本发明实施例2得到的低碳微合金钢的金相组织图； 图4是本发明实施例3得到的低碳微合金钢的金相组织图； 其中：虚线圈内为针状铁素体组织； 图5是对比例1得到的低碳微合金钢的金相组织图。
【具体实施方式】
[0014] 本发明的工艺过程如图1所示。
[0015] 首先冶炼钢水，钢包1内的钢水经中间包2流入由两个反向旋转的双辊连铸机结 晶辊3和侧封板组成的空腔内形成熔池4,熔池4上表面的钢水的过热度为10~50°C，钢水 经过两个结晶棍3之间的棍缝凝固并导出，导出速度为20~80m/min