[发明专利]一种基于薄板坯工艺的含Nb中高碳高强度钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于薄板坯连铸连轧工艺技术领域。尤其涉及一种基于薄板坯工艺的含Nb中高碳高强度钢及其制造方法。

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，已被淘汰。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近二十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。

中高碳钢由于容易造成成分偏析甚至疏松和缩孔，同时由于高碳钢的脆性，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生产成本低、能耗低、生产周期短、工艺过程简单的薄板坯工艺的Nb微合金中高碳高强度钢的制造方法。所制造的薄钢板强度高、内部和表面质量高、品种规格多，生产灵活性大。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：含Nb中高碳高强度钢的化学成分是：C为0.25～1.25wt％，Nb为0.01～0.15wt％，Al为0.001～0.1wt％，Ca为0.0010～0.0050wt％，其余为Fe、不可避免的杂质和合金元素。合金元素的含量是：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％、Ti为0.01～0.15wt％、Cu为0.01～1.5wt％中的一种或一种以上的元素及其含量。含Nb中高碳高强度钢的屈服强度为350～1500Mpa。

基于薄板坯工艺的含Nb中高碳高强度钢的制造方法是：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。其工艺参数为：

(1)所述化学成分的钢种进行炼钢和精炼，加入脱氧剂Al和合金元素，进行脱氧和合金化，Al控制在0.001％～0.1wt％；[Ca]/[Al]比控制在0.01～0.30之间；

(2)进行板坯连铸，薄板坯连铸的拉速为2.5～6.0m/min；

(3)将厚度为70～90mm的连铸板坯进行加热和均热，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℃；

(4)进行热连轧，热连轧的开轧温度为1000～1200℃，终轧温度为650～950℃；

(5)冷却和卷取，冷却或为层流冷却、或为空冷，卷取温度为450～850℃，控制钢板厚度为1～12mm。

由于采用上述技术方案，本发明在高碳钢中加入微量铌(Nb)元素，提高奥氏体中固溶铌的含量，固溶铌量提高，升高了再结晶温度，从而可实现高温轧制，保证了高温时奥氏体再结晶的充分，改善了非再结晶区高温控轧效果，实现高温大压下，保证了中心组织的细化，还可以实现高温控轧，减轻轧制负荷。另外，在凝固和轧制过程中形成Nb的碳氮化物可以阻止晶粒长大，有利于晶粒细化。其次，在高碳钢中加入的微量铌元素，可使其A→P(奥氏体→珠光体)转变开始温度提高，有利于晶粒细化；再者，铌的加入减缓了铁、碳原子的扩散，使珠光体的片层间距减小，珠光体团尺寸减小，有利于提高高碳钢的强度、韧性和塑性。此外，Nb还可以提高中高碳钢的耐磨性。由于Nb的上述细化铁素体晶粒、减小珠光体片层间距和减小珠光体团尺寸的效果，可以采用Nb微合金化的方式节省贵重合金元素，可以进一步降低成本和提高性能。