抗拉強度≥980MPa的薄帶連鑄經濟性高強捆帶及其制造方法
【專利摘要】抗拉強度≥980MPa的薄帶連鑄經濟性高強捆帶及其制造方法，其包括如下步驟：1）采用雙輥連鑄工藝鑄造厚度為1.0-2.4mm的鑄帶，其化學成分重量百分比為：C0.28-0.38%，Si0.25-0.35%，Mn1.5-1.8%，P≤0.015%，S≤0.01%，N≤0.012%，其余為Fe和不可避免雜質；2）鑄帶冷卻；3）鑄帶在線熱軋；4）熱軋帶冷卻；5）卷取。本發明通過薄帶連鑄經濟性工藝生產的高強捆帶，抗拉強度≥980MPa，延伸率≥10%。
【專利說明】抗拉強度& 980MPa的薄帶連鑄經濟性高強捆帶及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及高強度鋼捆帶制造方法，尤其涉及一種抗拉強度> 980MPa的薄帶連鑄經濟性高強度鋼捆帶及其制造方法。
【背景技術】
[0002]鋼捆帶是鋼的一種薄帶狀深加工產品，主要用來捆扎鋼材、有色金屬、輕紡制品、建材、紙卷(板)和羊毛等貨物。為了保證貨物安全裝卸和運輸，要求捆帶具有較高的抗拉強度和一定的延伸率。此外，由于捆帶長期于室外環境中使用，還要求具有一定的抗腐蝕性倉泛。
[0003]鋼捆帶按照強度劃分，可分為低強、中強、高強和超高強四類。其中的高強捆帶，主要用于在鋼鐵企業中捆扎熱軋鋼卷、圓鋼、型鋼、鋼管、線材以及管線鋼等產品，其需求量很大。
[0004]隨著冶金行業的飛速發展，高質量、高強度等級的鋼鐵產品生產量越來越大，鋼卷的卷徑也在增大，單卷達到30噸，甚至40噸，對于捆帶強度的要求不斷提高，用量也在不斷增大。因此，采用低成本工藝生產的高強度鋼捆帶具有非常廣闊的市場前景。
[0005]但是，由于高強度鋼捆帶要求同時具有較高的強度和延伸率，因此生產難度較大。目前，高強度鋼捆帶的生產工藝主要有三種:
[0006]一、冷軋后進行回復退火處理的工藝。
[0007]工藝通常包括如下步驟:1)利用傳統連鑄+板坯再加熱+熱連軋工藝生產熱軋帶；2)通過冷軋將熱軋帶減薄到高強捆帶所需要的厚度；3)對冷軋帶進行發藍退火處理。
[0008]熱軋鋼帶經冷軋后強度得到大幅提高，但延伸率降得很低。通過回復退火處理后，鋼帶強度有所降低，但延伸率得到提高，從而使鋼帶達到一定的強塑性匹配，同時在鋼帶表面形成一層藍色氧化膜，起到抗氧化的作用。鋼帶的最終顯微組織通常為冷加工回復退火鐵素體基體和遍布基體的彌散碳化物。此工藝操作簡單、成本低廉、能源消耗少、環境污染小。
[0009]由于捆帶的抗拉強度和延伸率首先是受熱軋原料性能的影響，再通過冷軋壓力率和退火處理工藝來調節。由于受到市場供貨熱軋原料性能和規格限制，以及退火工藝參數調整范圍的制約，利用冷軋后進行回復退火處理工藝生產的鋼捆帶，其抗拉強度很難突破980MPa和12%。該工藝看似簡單，可要以之生產抗拉強度和延伸率有較好匹配的高強捆帶，難度較大。
[0010]中國專利02109635.X公開了“一種高強度包裝鋼帶及熱處理工藝”，其采用成分為 C0.22-0.29%, Si0.015%,Mnl.30-1.50%,P ( 0.015%,S ( 0.010%,Als0.015%,Nb0.012%,余量為Fe的熱軋板原料，冷軋后進行電加熱發藍退火處理，退火爐溫度為550-650°C，鋼帶運行速度為2.5-3.5m/min (其速度與爐溫和爐體長度成正比)。利用該專利生產的鋼捆帶抗拉強度達到920MPa，延伸率達到11%。[0011]中國專利200410031162.8公開了 “高強度包裝鋼帶及其制造工藝”，其采用成分為 C0.25-0.28%, Si0.02-0.06%, Mnl.30-1.50%, P0.01-0.02%, S0.001-0.012%,Als0.03-0.06%,余量為Fe的熱軋板原料，熱軋板厚度為1.8-3.75mm,經68-83%冷軋后，得到厚度為0.3-1.2mm鋼帶，利用連續式加熱爐進行退火處理，鋼帶加熱溫度為450_550°C。利用該專利生產的鋼捆帶抗拉強度> 930MPa，延伸率> 8%。
[0012]中國專利201210232927.9公開了 “高強度發藍鋼帶的生產方法”，其采用成分為 C0.19-0.21%, Mnl.62-1.71%, Si0.02-0.028%, P0.014-0.018%, S0.0042-0.006%,Als0.033-0.05%，余量為Fe的成分設計，經過冶煉、連鑄、熱軋、冷軋、發藍退火等工藝步驟進行鋼捆帶生產。冷軋壓下率為70%，發藍退火溫度為580-700°C，發藍時間為100-160s。利用該專利生產的鋼捆帶抗拉強度為950-960MPa，延伸率為11.5_12%。
[0013]二、冷軋后進行鉛浴等溫淬火處理的工藝。
[0014]該工藝通常包括如下步驟:1)利用傳統連鑄+板坯再加熱+熱連軋工藝生產熱軋帶；2)通過冷軋將熱軋帶減薄到高強捆帶所需要的厚度；3)對冷軋后的鋼帶進行加熱奧氏體化；4)鉛浴等溫淬火。
[0015]通過鉛浴等溫淬火，獲得貝氏體組織，從而獲得鋼帶所要要的強度和塑性。利用該工藝生產的最大問題是生產設備結構復雜，價格昂貴，設備成本高；鉛浴冷卻能力有限，需要足夠的時間完成奧氏體向貝氏體轉變，生產效率低；會造成嚴重的環境污染；生產成本高。一些國家已開始限制使用。而且，雖然利用該工藝生產的鋼捆帶強度較高，但延伸率較低，在使用過程中容易發生脆斷。
[0016]美國專利US6814817 公開了 “Steel Strap Composition”，其將成分為C0.30-0.36%，Mn0.90-1.25%，Si0.75-1.10% 的冷軋鋼帶，首先預熱到 370_510°C，然后加熱到815-900°C進行奧氏化，再進行370-510°C鉛浴等溫淬火處理。利用該工藝生產的鋼捆帶抗拉強度≥1170MPa，延伸率≥6.5%。
[0017]中國專利200810200449.7公開“一種包裝用鋼帶的熱處理方法”，采用成分為C0.29-0.35%, Si0.15-0.35%, Mnl.20-1.55%, P0.030%, S0.030%，余量為 Fe 的熱軋板，冷軋后首先在鉛浴中預熱到355-365°C，預熱時間6.75_9s，然后加熱到860±20°C，保溫30-40s進行奧氏體化，再進行355-365?鉛浴等溫淬火處理，等溫淬火時間為21-28S。利用該工藝生產的鋼捆帶抗拉強度≤1350MPa，延伸率≥6%。
[0018]三、冷軋后進行兩相區淬火處理的工藝。
[0019]該工藝通常包括如下步驟:1)利用傳統連鑄+板坯再加熱+熱連軋工藝生產熱軋帶；2)通過冷軋將熱軋帶減薄到高強捆帶所需要的厚度；3)將冷軋后的鋼帶加熱到鐵素體和奧氏體兩相區；4)快速淬火。
[0020]通過兩相區淬火，獲得的顯微組織為馬氏體+冷加工回復退火鐵素體基體和遍布基體的彌散碳化物，從而獲得鋼帶所要要的強度和塑性。利用該工藝生產的鋼捆帶，強度和延伸率均較高。但是該工藝需要結構復雜的電磁感應快速加熱設備和強力水冷設備，設備成本高；生產過程較復雜，生產成本較高；而且薄板在兩相區淬火后板形往往不夠理想。
[0021]美國專利US6635127 公開了 “Steel strapping and method of making，，,其米用成分為 C ≥ 0.2%, Mn ( 2.0%, Si0.2-0.4%, Ti0.025-0.045%, V0.05-0.07%, Cr ( 0.25%,Ni ( 0.30%, Mo ( 0.10%, Cu ( 0.20%, Al ( 0.08%, Nb ( 0.005%，N ≤ 0.005%，P≤ 0.035%,0.02%，余量為Fe的鋼坯經熱軋、冷軋后，快速感應加熱到750°C，保溫2s，然后快淬到室溫。利用該工藝生產的鋼捆帶抗拉強度為970-1070MPa，延伸率為10_14%。
[0022]中國專利200910046229.8公開了“抗拉強度高于IlOOMPa的高強度捆帶鋼及其制造方法”，其采用 C0.25-0.35%, Mnl.24-2.0%, Si ( 0.45%, S ≤ 0.04%, P ≤ 0.04% 的成分設計，經過冶煉、連鑄、熱軋、冷軋、鐵素體+奧氏體兩相區淬火、回火等工藝步驟進行鋼捆帶生產。淬火溫度為730-790°C，淬火速度≥100°C/s，回火溫度為430-530°C。利用該工藝生產的鋼捆帶抗拉強度≥llOOMPa，延伸率≥10%。
[0023]上述生產高強捆帶的方法，各有優點，同時也存在各自的問題。還有一個共同問題就是，工藝路徑長，工藝復雜，導致其生產效率很低，生產成本很高。雖然“冷軋后進行回復退火處理的工藝”相對簡單，但由于強化和減薄的要求，也必須通過冷軋加工這一步驟，當然，其他兩種工藝也包括這一步驟。 [0024]可以通過優化工藝路徑來降低捆帶生產成本，例如，熱軋帶的生產可以采用一些新興的短流程技術，如薄板坯連鑄連軋，薄帶連鑄等。其中，薄帶連鑄技術是冶金及材料研究領域內的一項前沿技術，它的出現為鋼鐵工業帶來一場革命，它改變了傳統治金工業中熱軋鋼帶的生產過程，將連續鑄造、軋制、甚至熱處理等整合為一體，使生產的薄帶坯經過一道次在線熱軋就一次性形成薄鋼帶，大大簡化了生產工序，縮短了生產周期。設備投資也相應減少，產品成本顯著降低。
[0025]有關薄帶連鑄產品及其制造工藝的專利，主要集中在低碳鋼及低碳微合金鋼產品及其制造工藝，產品表面質量改進等方面，如中國專利201080008606.X“熱軋薄鑄造鋼帶產品及其制造方法”，中國專利201080017436.1“高強度薄鑄鋼帶產品及其制備方法”，中國專利200880109715.3 “微裂紋得到減少的薄鑄鋼帶”等等。
[0026]通過上述薄帶連鑄專利制造的鋼帶，均不是為高強捆帶生產而設計，目前尚未見到利用薄帶連鑄工藝生產高強捆帶的先例。
【發明內容】
[0027]本發明的目的在于提供一種抗拉強度> 980MPa的薄帶連鑄經濟性高強捆帶及其制造方法，通過合理的成分設計和工藝設計，以解決現有技術存在的工藝路徑長、環境污染嚴重、生產效率低、生產成本高的問題。
[0028]為達到上述目的，本發明采用如下技術方案:
[0029]本發明采用C、S1、Mn為主的簡單化學成分設計，不添加貴重的合金元素和微合金元素。通過合理的工藝設計，利用薄帶連鑄+在線熱軋工藝直接生產出高強捆帶，將利用現有技術生產高強捆帶的三個或四個步驟，簡化為一步來完成。
[0030]具體的，本發明的抗拉強度> 980MPa的薄帶連鑄經濟性高強捆帶，其化學成分重量百分比為:C0.28-0.38%, Si0.25-0.35%, Mnl.5-1.8%, P ≤0.015%, S ≤0.01%,N^0.012%，其余為Fe和不可避免的雜質；鋼帶顯微組織為回火馬氏體，α基體上彌散分布直徑為納米量級的滲碳體顆粒或短棒；其抗拉強度> 980MPa，延伸率> 10%
[0031]在本發明的化學成分設計中:
[0032]C:C是鋼中最經濟、最基本的強化元素，通過固溶強化和析出強化來提高鋼的強度。C會溶于鐵素體中形成間隙固溶體，但在室溫下它在鐵素體中的溶解度十分有限，因此其固溶強化作用受到限制，主要以滲碳體形式析出，作為珠光體或貝氏體的組成部分。在本發明工藝條件下，熱軋帶冷卻結束時奧氏體相變為馬氏體，C以過飽和形式存在于α相中，之后隨著馬氏體回火進行，C再以碳化物的形式析出。碳化物含量與C含量密切相關，當C含量增加時，碳化物含量增加，鋼的強度、硬度隨之提高，而塑性、韌性相應降低。首先因此C含量不能過高，本發明采用的C含量范圍是0.28-0.38%。
[0033]S1:Si在鋼中起固溶強化作用。Si含量合適時，不僅使鋼的強度得到提高，而且對塑性影響不大。本發明采用的Si含量范圍是0.25-0.35%。
[0034]Mn:Mn是價格最便宜的合金元素之一，它在鋼中具有相當大的固溶度，通過固溶強化提高鋼的強度，而且其含量合適時，對鋼的塑性基本無損害，是在降低C含量情況下提高鋼的強度最主要的強化元素。本發明采用的Mn含量范圍是1.5-1.8%。
[0035]P:P在α -Fe中溶解度很大。與其他元素相比，P在α -Fe中所引起的固溶強化效果較大。但當含P量較高時，隨著鋼的強度提高，其塑性明顯降低。特別是鋼中P出現偏析情況下，將引起較大的冷脆性。在本發明中，P是作為雜質元素來控制，其含量< 0.015%。
[0036]S:S在Fe中的溶解度極小，鋼中的S大都化合為FeS，其危害是在進行熱加工時會引起鋼的熱脆性，降低鋼的延展性和韌性，在軋制時造成裂紋。在本發明中，S是作為雜質元素來控制，其含量< 0.01%。
[0037]N:與C元素類似，N元素可通過間隙固溶提高鋼的強度，但是，N的間隙固溶對鋼的塑性和韌性有較大危害，因此N含量不能過高。本發明采用的N含量< 0.012%。
[0038]本發明的抗拉強度≤980MPa的薄帶連鑄經濟性高強捆帶制造方法，包括如下步驟:
[0039]I)采用雙輥薄帶連鑄工藝鑄造厚度為1.0-2.4mm的鑄帶，其化學成分重量百分比為:C0.28-0.38%, Si0.25-0.35%, Mnl.5-1.8%, P ^ 0.015%，S ≤ 0.01%，N ≤ 0.012%，其余為Fe和不可避免的雜質；
[0040]2)對鑄帶進行冷卻，冷卻速率為20_80°C /s ；
[0041]3)對鑄帶進行在線熱軋，終軋溫度為800-900°C，熱軋壓下率為10_50%，熱軋后鋼帶的厚度< 1.2mm ；
[0042]4)對熱軋帶進行冷卻，冷卻速率為20_50°C /s ；
[0043]5)對熱軋帶進行卷取，卷取溫度為390-440°C ;熱軋帶顯微組織為回火馬氏體，α基體上彌散分布著直徑為納米量級的滲碳體呈顆粒或短棒。
[0044]進一步，所述步驟2)中，鑄帶冷卻速率為30_60°C /s。
[0045]另外，本發明所述制造方法中，還可以根據需要增加步驟6)對鋼帶進行發藍、涂漆或鍍鋅等后續處理。
[0046]通過以上技術方案得到的高強捆帶，其抗拉強度≤980MPa，延伸率≤10%。
[0047]在本發明的制造工藝中:
[0048]I)薄帶連鑄
[0049]鋼水被引入到一對相對旋轉且內部水冷的結晶輥和側封板形成的熔池之內，經過快速凝固后直接澆鑄出厚度為1.0-2.4mm的鑄帶。該厚度規格值通過高強捆帶成品厚度，以及后續設計的在線熱軋壓下率反算得出。
[0050]2)鑄帶冷卻[0051]鑄帶從結晶輥連鑄出來后，經過密閉室，在密閉室內進行冷卻。為了保持鑄帶內部和表面質量，同時防止奧氏體晶粒在高溫下長大過快，控制鑄帶的冷卻速率為20-80°C /s。優選的，鑄帶的冷卻速率為30-60°C /s。鑄帶冷卻采用氣冷方式，冷卻氣體的壓力、流量和氣噴嘴位置可以調節和控制。冷卻氣體可以是氬氣、氮氣、氦氣等惰性氣體，或者是幾種氣體的混和氣體。通過控制冷卻氣體的類型、壓力、流量，以及噴嘴到鑄帶之間的距離等，實現對鑄帶冷卻速率的控制。
[0052]3)鑄帶在線熱軋、冷卻和卷取
[0053]通過在線熱軋，將熱軋帶減薄至高強捆帶所需的厚度規格。為此本發明控制熱軋壓下率為10-50%，通過熱軋，將鋼帶厚度減薄到1.2mm及其以下。
[0054]通過薄帶連鑄工藝獲得的鑄帶，奧氏體晶粒尺寸粗大，可達到七八百微米甚至毫米量級。粗大的奧氏體晶粒會增大鋼帶淬透性，從而使鋼帶在較小的冷卻速率和較高的卷取溫度下即可獲得馬氏體組織。一旦熱軋后奧氏體發生再結晶，奧氏體晶粒細化，就會大大降低鋼帶淬透性。那就需要較高的冷卻速率和較低的卷取溫度才能獲得馬氏體組織。
[0055]為使奧氏體熱軋后不發生再結晶，從而使鋼帶在較小的冷卻速率和較高的卷取溫度下獲得馬氏體組織，本發明控制終軋溫度為800-900°C，冷卻速率為20-50°C /s，卷取溫度為390-440°C。熱軋帶冷卻采用氣霧冷卻、層流冷卻或者噴淋冷卻等方式進行。冷卻水的流量、流速，以及出水口位置等可以調節，從而實現對熱軋帶冷卻速率的控制。
[0056]之所以要在較高的卷取溫度下獲得馬氏體，是希望鋼帶卷取后馬氏體在較高的溫度下發生回火反應。如果卷取溫度較低，鋼帶卷取后馬氏體在低溫下發生回火，會引起低溫回火脆性，從而降低材料的塑性；或者卷取溫度太低馬氏體不發生回火反應，鋼帶延伸率會很低。由此獲得的鋼帶性能很難滿足高強捆帶性能設計要求。
[0057]鋼帶發生回火后，得到回火馬氏體，α基體上彌散分布著直徑為納米量級的滲碳體顆粒或短棒。鋼帶抗拉強度≥980MPa，延伸率≥8%。
[0058]4)涂漆或鍍鋅等后續處理
[0059]可以根據高強捆帶的使用目的和使用環境等，對鋼帶進行發藍、涂漆、涂蠟或鍍鋅等后續處理。
[0060]與現有技術相比，本發明的不同之處在于:
[0061]現有技術生產高強捆帶的工藝是:傳統連鑄+熱連軋+冷軋+發藍退火或鉛浴等溫淬火或兩相區淬火，對應鋼帶的顯微組織分別是:冷加工回復退火鐵素體基體+彌散分布碳化物，貝氏體，馬氏體+冷加工回復退火鐵素體基體和遍布基體的彌散碳化物。本發明生產高強捆帶的工藝是:薄帶連鑄+在線熱軋工藝，鋼帶的顯微組織為回火馬氏體。本發明采用了完全不同于現有技術的工藝路徑來生產高強捆帶，本發明所生產高強捆帶的強化機制也與現有技術完全不同。
[0062]本發明的有益效果:
[0063]與現有技術相比，本發明具有以下優點和積極效果:
[0064]I)本發明采用薄帶連鑄+在線熱軋經濟性工藝直接生產出高強捆帶，將利用現有技術生產高強捆帶的三個或四個步驟，簡化為一步來完成。
[0065]2)通過本發明的薄帶連鑄+在線熱軋經濟性工藝生產的高強捆帶，其性能與利用現有技術生產的高強捆帶相當。[0066]3)本發明生產高強捆帶的技術，流程超短、工藝操作簡單、能源消耗少、排放少、環境污染小，成本低廉。解決了現有技術存在的工藝路徑長、環境污染嚴重、生產效率低、生產成本高的問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0067]圖1為本發明實施例1中薄帶連鑄熱軋帶的顯微組織。
[0068]圖2為本發明實施例1中薄帶連鑄熱軋帶顯微組織中的滲碳體形貌。
【具體實施方式】
[0069]下面結合實施例和附圖對本發明做進一步說明。
[0070]本發明實施例1-5的鋼水均采用電爐冶煉得到，具體化學成分如表1所示。薄帶連鑄后得到的鑄帶厚度，鑄帶冷卻速率，熱軋終軋溫度，熱軋壓下率，熱軋帶厚度，熱軋帶冷卻速率，卷取溫度，以及高強捆帶的拉伸性能見表2。
[0071]表1實施例1-5的鋼水化學成分(wt.%)
[0072]
【權利要求】
1.抗拉強度>980MPa的薄帶連鑄經濟性高強捆帶，其化學成分重量百分比為:C0.28-0.38%, Si0.25-0.35%, Mnl.5-1.8%, P ≤ 0.015%, S ≤ 0.01%, N ≤ 0.012%，其余為 Fe和不可避免的雜質；鋼帶顯微組織為回火馬氏體，α基體上彌散分布直徑為納米量級的滲碳體顆粒或短棒；其抗拉強度≥980MPa，延伸率≥10%。
2.抗拉強度>980MPa的薄帶連鑄經濟性高強捆帶制造方法，包括如下步驟: 1)采用雙輥薄帶連鑄工藝鑄造厚度為1.0-2.4_的鑄帶，其化學成分重量百分比為:C0.28-0.38%, Si0.25-0.35%, Mnl.5-1.8%, P ≤ 0.015%, S ≤ 0.01%, N ≤ 0.012%，其余為 Fe和不可避免的雜質； 2)對鑄帶進行冷卻，冷卻速率為20-80°C/s ； 3)對鑄帶進行在線熱軋，終軋溫度為800-900°C，熱軋壓下率為10-50%，熱軋后鋼帶的厚度≤1.2mm ； 4)對熱軋鋼帶進行冷卻，冷卻速率為20-50°C/s ； 5)對熱軋鋼帶進行卷取，卷取溫度為390-440°C;熱軋鋼帶顯微組織為回火馬氏體，α基體上彌散分布直徑為納米量級的滲碳體顆粒或短棒；其抗拉強度> 980MPa，延伸率> 10%。
3.如權利要求2所述的抗拉強度>980MPa的薄帶連鑄經濟性高強捆帶制造方法，其特征在于:所述步驟2)中，鑄帶冷卻速率為30-60°C /s。
4.如權利要求2所述的抗拉強度>980MPa的薄帶連鑄經濟性高強捆帶制造方法，其特征在于:可以根據需要增加步驟6)對鋼帶進行發藍、涂漆或鍍鋅等后續處理。
【文檔編號】B65D63/02GK103757532SQ201410035381
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月24日 優先權日:2014年1月24日
【發明者】王秀芳, 方園, 張豐, 楊曉萍 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司