基于全无头薄板坯连铸连轧流程生产钛微合金钢的方法

技术领域

本发明涉及金属材料加工与成型技术领域，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钛微合金钢的方法。

背景技术

全无头薄板坯连铸连轧是指无头带钢工艺，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。

微合金化钢是指在原有主加合金元素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，其中Ti相对与Nb、V价格便宜，但与Nb和V微合金化相比，Ti微合金化的应用较少，文献《薄板坯连铸连轧Ti微合金化钢的物理冶金学特征》中指出当Ti的质量分数小于0.045％时，强度提高不显著，主要来自于细晶强化；当Ti的质量分数为0.045％-0.095％时，强度提高显著，主要来自析出强化；当Ti的质量分数大于0.095％时，强度增加趋缓。

本发明为最大限度发挥Ti微合金的析出强化作用，提出了一种基于全无头薄板坯连铸连轧流程生产钛微合金钢的方法。

发明内容

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钛微合金钢的方法，以解决传统生成钛微合金钢的方法成本高、能耗大等问题，达到节能环保以及降低成本的目的。

本发明提供一种基于全无头薄板坯连铸连轧流程生产钛微合金钢的方法，包括：

选择原材料，其中，原材料按质量百分比包括：0.04～0.10％的C、0.10～0.50％的Si、0.60～1.20％的Mn、0.020～0.040％的Al、0.010～0.040％的Ti、≤0.01％的S、≤0.025％的P、≤0.005％的N，其余为铁元素；

将原材料依次进行转炉冶炼以及LF炉冶炼；

将从LF炉冶炼形成的钢水经过全无头薄板坯连铸连轧生成不同厚度的热轧带钢，其中，在全无头薄板坯连铸连轧产线中，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，

粗轧入口温度≥900℃，感应加热炉出口温度为1100～1180℃，精轧出口温度为830℃～900℃，卷取温度为580℃～640℃。

此外，优选的方案是，在全无头薄板坯连铸连轧产线中，连铸拉速为4.0m/min～6.0m/min，铸坯厚度为90mm～110mm。

此外，优选的方案是，热轧带钢的厚度为1.0mm～2.5mm。

此外，优选的方案是，钛微合金钢的屈服强度≥390MPa、抗拉强度≥490MPa，延伸率≥20％。

从上面的技术方案可知，本发明提供的基全无头薄板坯连铸连轧流程生产钛微合金钢的方法，采用低碳、中锰、Ti含量(wt％))0.010～0.040％、不添加Nb、V的成分设计，使得生成的钛微合金钢具有成本低，强度高，冷成形性能好，焊接性能良好等特点；并且全无头薄板坯连铸连轧工艺流程铸坯不经均热炉加热直接进行轧制，生产工艺流程短，能够节约能源，减少二氧化碳排放。

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钛微合金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。

针对前述提出的传统热轧成本高能耗大等问题，本发明提出了一种基于全无头薄板坯连铸连轧流程生产钛微合金钢的方法，采用本方法可降低合金成本，提高材料强度，提高钢铁企业经济效益，并且产品性能稳定、尺寸公差小。本发明生产出来的热轧产品合金成本低，屈服强度≥390MPa、抗拉强度≥490MPa，延伸率(A80)≥20％，相当于国标GB/T1591中Q390级别，并且具有冷成形能力和焊接性能良好等特点，可应用于工程机械、交通运输和车辆制造等行业。

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钛微合金钢的方法，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生产钛微合金钢的方法流程。

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钛微合金钢的方法包括：

S110：选择原材料，其中，原材料按质量百分比包括：0.04～0.10％的C、0.10～0.50％的Si、0.60～1.20％的Mn、0.020～0.040％的Al、0.010～0.040％的Ti、≤0.01％的S、≤0.025％的P、≤0.005％的N，其余为铁元素；

S120：将原材料依次进行转炉冶炼以及LF炉冶炼；

S130：将从LF炉冶炼形成的钢水经过全无头薄板坯连铸连轧产线生成不同厚度的热轧带钢，其中，在全无头薄板坯连铸连轧产线中，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，

粗轧入口温度≥900℃，感应加热炉出口温度为1100～1180℃，精轧出口温度为830℃～900℃，卷取温度为580℃～640℃。

上述步骤为采用全无头薄板坯连铸连轧工艺生成钛微合金钢的具体方法，本发明生产钛微合金钢的方法具体包括冶炼工序、全无头薄板坯连铸连轧工序、冷却工序、卷取工序，即：混铁炉→铁水预处理→BOF(转炉冶炼)→LF(LF炉冶炼)→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→卷取机。其中，冶炼工序包括300t BOF冶炼，300tLF精炼，最后生成1.0mm～2.5mm厚度的热轧带钢。。

在本发明的步骤S110中，在生成钛微合金钢的原材料选择中，C的质量百分比为0.04～0.10％，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。因此在本发明中C含量控制在0.04％～0.10％。

Si在原材料中的比例为0.10～0.50％，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。因此在本发明中Si含量控制在0.10％～0.50％。

Mn在原材料中所占的比例为0.60～1.20％，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。在本发明中Mn含量控制在0.60％～1.20％。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，钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击塑性。因此在本发明中Al含量控制在0.020～0.040％％。

Ti在原材料中所占的比例为0.010～0.040％，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；在轧制阶段，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，因此本发明中Ti含量控制在0.010～0.040％。

其中，需要说明的是，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，其中Ti相对与Nb、V价格便宜，但与Nb和V微合金化相比，Ti微合金化的应用较少，其主要原因是：首先，由于Ti的性质活泼，易与钢中的[O]、[S]和[N]等杂质元素结合形成尺寸较大的化合物，它们既不能细化晶粒，也不能起到沉淀强化作用，因此钢中[O]、[S]和[N]元素含量的波动会导致产品性能波动；其次，TiC的析出对轧钢温度制度、冷却制度较敏感，容易造成不同批次钢板力学性能的波动。目前现有的文献中指出，Ti的质量分数小于0.045％时，强度提高不显著，主要来自于细晶强化；当Ti的质量分数为0.045％-0.095％时，强度提高显著，主要来自析出强化；当Ti的质量分数大于0.095％时，强度增加趋缓。

本发明中，全无头薄板坯连铸连轧产线在7分钟内实现从钢水到卷取机上热轧卷的全连续生产，Ti在高温的状态下的时间(7分钟)相比较于现有生成技术生成钛微合金钢的时间(2至3个小时)非常少，由于Ti在高温下比较容易形成化合物，从而强度提高不显著，全无头薄板坯连铸连轧产线的高温时间比较短，所以Ti在高温下形成的化合物也会比较少，Ti的含量为0.010～0.040％时，生成的钛微合金强度提高显著。

在本发明的实施例中，基于全无头薄板坯连铸连轧流程生产钛微合金钢的方法，通过全无头薄板坯连铸连轧工艺控制，能够实现Ti质量分数在0.010～0.040％范围、不加Nb、V的情况下拉伸强度显著提高，并保持有一定的塑性和焊接性能，最大限度发挥Ti微合金的析出强化作用，降低其它价格较贵微合金元素的使用，达到降低合金成本，提高经济效益的目的。

N在原材料中所占的比例≤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，因此，在本发明中将N的取值范围控制在≤0.005％。

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。

在步骤S130中，在全无头薄板坯连铸连轧流程中，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，铸坯进入粗轧入口的温度≥900℃，中间坯在进入精轧机组前首先进入感应加热炉中，IH(感应加热出口温度为1100～1180℃，从感应加热炉出来进入精轧机组，并且精轧出口的温度为830℃～900℃，卷取温度为580℃～640℃；并且，在全无头薄板坯连铸连轧流程中，根据实际需求，在生成设备上设定不同的参数，从而生成1.0～2.5mm不等厚度的钛微合金钢。

在本发明的实施例中，生成的钛微合金钢的厚度与其屈服强度、抗拉强度之间成反比，如果生成的钛微合金钢的厚度大，那么其屈服强度和抗拉强度会减小，如果生成的钛微合金钢的厚度小，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，在全无头薄板坯连铸连轧流程中，从LF炉冶炼出来的钢水进入连铸机，以4.0m/min～6.0m/min的拉速进行浇铸，形成的铸坯厚度为90mm～110mm。从连铸机出来的铸坯直接进入3架粗轧机制成中间坯，然后经过摆剪，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，然后进入感应加热炉加热到1100～1180℃，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经过层流冷却后卷取机，其中，卷取温度为580℃～640℃。

根据上述生成钛微合金钢的方法，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％C、0.15％的Si、0.93％Mn、0.008％的S、0.012％的P、0.025％的Al、0.016％的Ti、0.004％的N，其余为铁元素；

将原材料依次进行转炉、LF炉冶炼；

连铸以5.4m/min的速度恒拉速生产，经过全无头薄板坯连铸连轧产线生成1.8mm厚度的热轧带钢，其中粗轧入口温度为920℃、感应加热炉出口温度为1150℃、精轧出口温度845℃，卷取温度为630℃，卷取机成卷入库；

生成钛微合金钢力学性能为：屈服强度为414MPa、抗拉强度为504MPa、延伸率30％。

实施例2

择原材料，其中原材料按质量百分比包括：0.05％C、0.25％的Si、1.0％Mn、0.006％的S、0.013％的P、0.020％的Al、0.025％的Ti、0.003％的N，其余为铁元素；

将原材料依次进行转炉、LF炉冶炼；

连铸以5.0m/min的速度恒拉速生产，经过全无头薄板坯连铸连轧产线生成1.5mm厚度的热轧带钢，其中粗轧入口温度为915℃、感应加热炉出口温度为1155℃、精轧出口温度为850℃，卷取温度为600℃，卷取机成卷入库；

生成的钛微合金钢力学性能为：屈服强度为430MPa、抗拉强度为519MPa、延伸率32％。

实施例3

选择原材料，其中原材料按质量百分比包括：0.055％C、0.30％的Si、1.10％Mn、0.008％的S、0.014％的P、0.025％的Al、0.030％的Ti、0.004％的N，其余为铁元素；

将原材料依次进行转炉、LF炉冶炼；

连铸以5.5m/min的速度恒拉速生产，经过全无头薄板坯连铸连轧产线生成2.0mm厚度的热轧带钢，其中粗轧入口温度925℃、感应加热炉出口温度为1150℃、精轧出口温度为845℃，卷取温度为620℃，卷取机成卷入库；

生成的钛微合金钢学性能为：屈服强度为436MPa、抗拉强度为527MPa、延伸率为27.5％。

实施例4

选择原材料，其中原材料按质量百分比包括：0.045％C、0.20％的Si、0.8％Mn、0.008％的S、0.011％的P、0.020％的Al、0.035％的Ti、0.003％的N，其余为铁元素；

将原材料依次进行转炉、LF炉冶炼；

连铸以5.6m/min的速度恒拉速生产，经过全无头薄板坯连铸连轧产线生成2.5mm厚度的热轧带钢，其中粗轧入口温度为930℃、感应加热炉出口温度为1140℃、精轧出口温度为850℃，卷取温度为620℃，卷取机成卷入库；

生成的钛微合金钢学性能为：屈服强度为440MPa、抗拉强度为529MPa、延伸率为28％。

需要说明的是，依据上述实施例生成的钛微合金钢在厚度上的浮动非常小可以忽略不计，屈服强度和抗拉强度均会有30MPa的上下浮动，冷弯(0.5a弯芯直径)合格，在本发明中特此说明。

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钛微合金钢的方法，生产工艺流程短，属于低能耗绿色制造工艺范畴，并且原材料成分设计中采用低碳、中锰、Ti含量(wt％))为0.010～0.040％、不添加Nb、V，可稳定轧制生产1.0mm～2.5mm薄规格热轧高强钢，具有低成本、高强度的同时具有较高的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。

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钛微合金钢的方法。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钛微合金钢的方法，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。