CN103757530A - 抗拉强度≥1250MPa的薄带连铸经济性超高强捆带及其制造方法 - Google Patents

Abstract

抗拉强度≥1250MPa的薄带连铸经济性超高强捆带及其制造方法，其包括如下步骤：1）采用双辊薄带连铸工艺铸造厚度为1.0-2.4mm的铸带，其化学成分重量百分比为：C0.28-0.38%，Si0.25-0.35%，Mn1.5-1.8%，P≤0.015%，S≤0.01%，N≤0.012%，其余为Fe和不可避免杂质；2）铸带冷却；3）铸带在线热轧；4）铅浴等温淬火；5）卷取。本发明通过薄带连铸经济性工艺生产的超高强捆带，抗拉强度≥1250MPa，延伸率≥6.5%。

Description

抗拉强度≥1250MPa的薄带连铸经济性超高强捆带及其制造方法

技术领域

本发明涉及超高强度钢捆带及其制造方法，尤其涉及一种抗拉强度≥1250MPa的薄带连铸经济性超高强度钢捆带及其制造方法。

背景技术

钢捆带是钢的一种薄带状深加工产品，主要用来捆扎钢材、有色金属、轻纺制品、建材、纸卷（板）和羊毛等货物。为了保证货物安全装卸和运输，要求捆带具有较高的抗拉强度和一定的延伸率。此外，由于捆带长期于室外环境中使用，还要求具有一定的抗腐蚀性能。

钢捆带按照强度划分，可分为低强、中强、高强和超高强四类。其中的超高强捆带，主要用于造纸行业、烟草行业，及压缩棉花、羊毛等的捆扎。尤其是压缩羊毛捆扎，需求量很大。

为了方便羊毛卷的运输和节省费用，一般先对羊毛进行压缩，再用捆带进行捆绑，轧成一立方米左右的羊毛块，再装入集装箱。由于在运输过程中，压缩羊毛的向外膨胀力很大，因而对捆带的强度和塑性要求非常高。高强捆带虽然具有较好的延伸率，但往往强度不能满足要求。

目前，超高强度钢捆带的生产，主要是采用铅浴等温淬火工艺，通过贝氏体强化，达到超高强捆带性能要求。该工艺通常包括如下步骤：1）利用传统连铸＋板坯再加热＋热连轧工艺生产热轧带；2）通过冷轧将热轧带减薄到超高强捆带所需要的厚度；3）对冷轧后的钢带进行加热奥氏体化；4）铅浴等温淬火。

发明名称为“Steel Strap Composition”的美国专利US6814817，将成分为C0.30-0.36%，Mn0.90-1.25%，Si0.75-1.10%的冷轧钢带，首先预热到370-510℃，然后加热到815-900℃进行奥氏化，再进行370-510℃铅浴等温淬火处理。利用该工艺生产的钢捆带抗拉强度≥1170MPa，可以达到1240MPa，延伸率≥6.5%。

发明名称为“一种包装用钢带的热处理方法”的中国专利200810200449.7，采用成分为C0.29-0.35%，Si0.15-0.35%，Mn1.20-1.55%，P0.030%，S0.030%，余量为Fe的热轧板，冷轧后首先在铅浴中预热到355-365℃，预热时间6.75-9s，然后加热到860±20℃，保温30-40s进行奥氏体化，再进行355-365℃铅浴等温淬火处理，等温淬火时间为21-28s。利用该工艺生产的钢捆带抗拉强度≥1350MPa，延伸率≥6%。

利用现有技术生产超高强捆带，由于工艺路径长，工艺复杂，导致其生产效率较低，生产成本较高。可以通过优化工艺路径来降低捆带生产成本，例如，热轧带的生产可以采用一些新兴的短流程技术，如薄板坯连铸连轧，薄带连铸等。其中，薄带连铸技术是冶金及材料研究领域内的一项前沿技术，它的出现为钢铁工业带来一场革命，它改变了传统治金工业中热轧钢带的生产过程，将连续铸造、轧制、甚至热处理等整合为一体，使生产的薄带坯经过一道次在线热轧就一次性形成薄钢带，大大简化了生产工序，缩短了生产周期。设备投资也相应减少，产品成本显著降低。

有关薄带连铸产品及其制造工艺的专利，主要集中在低碳钢及低碳微合金钢产品及其制造工艺，产品表面质量改进等方面，例如题目为“热轧薄铸造钢带产品及其制造方法”的中国专利201080008606.X，题目为“高强度薄铸钢带产品及其制备方法”的中国专利201080017436.1，题目为“微裂纹得到减少的薄铸钢带”的中国专利200880109715.3，等等。通过上述薄带连铸专利制造的钢带，均不是为高强捆带生产而设计，目前尚未见到利用薄带连铸工艺生产高强捆带的先例。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗拉强度≥1250MPa的薄带连铸经济性超高强捆带及其制造方法，通过合理的成分设计和工艺设计，来解决现有技术存在的工艺路径长、生产效率较低、生产成本较高的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

本发明采用C、Si、Mn为主的简单化学成分设计，不添加贵重的合金元素和微合金元素。通过薄带连铸＋在线热轧工艺，直接生产出厚度规格满足超高强捆带要求的热钢带，省去通过冷轧对热轧带进行减薄的工艺步骤。通过薄带连铸＋在线热轧工艺得到的热轧带，不对其进行冷却，直接进行铅浴等温淬火，省去冷轧带再加热奥氏体化处理步骤。

上述技术构思，相当于将利用现有技术生产超高强捆带的前三个步骤，简化为一步来完成。

具体地，本发明的抗拉强度≥1250MPa的薄带连铸经济性超高强捆带，其化学成分重量百分比为：C0.28～0.38%，Si0.25～0.35%，Mn1.5～1.8%，P≤0.015%，S≤0.01%，N≤0.012%，其余为Fe和不可避免的杂质；钢带显微组织主要由贝氏体构成，其渗碳体颗粒直径为纳米量级，并含有少量的马氏体；其抗拉强度≥1250MPa，延伸率≥6.5%。

在本发明的化学成分设计中：

C：C是钢中最经济、最基本的强化元素，通过固溶强化和析出强化来提高钢的强度。C会溶于铁素体中形成间隙固溶体，但在室温下它在铁素体中的溶解度十分有限，因此其固溶强化作用受到限制。在本发明工艺条件下，C主要以渗碳体形式析出，作为贝氏体的组成部分。渗碳体的含量与C含量密切相关，当C含量增加时，渗碳体含量增加，钢的强度、硬度随之提高，而塑性、韧性相应降低。因此C含量不能过高，本发明采用的C含量范围是0.28-0.38%。

Si：Si在钢中起固溶强化作用。Si含量合适时，不仅使钢的强度得到提高，而且对塑性影响不大。本发明采用的Si含量范围是0.25-0.35%。

Mn：Mn是价格最便宜的合金元素之一，它在钢中具有相当大的固溶度，通过固溶强化提高钢的强度，而且其含量合适时，对钢的塑性基本无损害，是在降低C含量情况下提高钢的强度最主要的强化元素。本发明采用的Mn含量范围是1.5-1.8%。

P：P在α-Fe中溶解度很大。与其他元素相比，P在α-Fe中所引起的固溶强化效果较大。但当含P量较高时，随着钢的强度提高，其塑性明显降低。特别是钢中P出现偏析情况下，将引起较大的冷脆性。在本发明中，P是作为杂质元素来控制，其含量≤0.015%。

S：S在Fe中的溶解度极小，钢中的S大都化合为FeS，其危害是在进行热加工时会引起钢的热脆性，降低钢的延展性和韧性，在轧制时造成裂纹。在本发明中，S是作为杂质元素来控制，其含量≤0.01%。

N：与C元素类似，N元素可通过间隙固溶提高钢的强度，但是，N的间隙固溶对钢的塑性和韧性有较大危害，因此N含量不能过高。本发明采用的N含量≤0.012%。

本发明的抗拉强度≥1250MPa的薄带连铸经济性超高强捆带制造方法，包括如下步骤：

1)采用双辊薄带连铸工艺铸造厚度为1.0-2.4mm的铸带，其化学成分重量百分比为：C0.28-0.38%，Si0.25-0.35%，Mn1.5-1.8%，P≤0.015%，S≤0.01%，N≤0.012%，其余为Fe和不可避免的杂质；

2)对铸带进行冷却，冷却速率为20-80℃/s；

3)对铸带进行在线热轧，终轧温度≥900℃，热轧压下率为20-50%，热轧后钢带的厚度≤1.2mm，钢带热轧后发生奥氏体在线再结晶；

4)对热轧带进行铅浴等温淬火，铅浴温度为450-500℃，淬火时间为15-25s；

5)对钢带进行水冷和卷取。钢带显微组织主要由贝氏体构成，其渗碳体颗粒直径为纳米量级。

进一步，所述步骤2）中，铸带冷却速率为30-60℃/s。

所述步骤3）中，终轧温度≥950℃。

所述步骤3）中，热轧压下率为30-50%。

所述制造方法中，还可以根据需要增加步骤6）对钢带进行发蓝、涂漆、涂蜡或镀锌等后续处理。

通过以上技术方案得到的超高强捆带，其抗拉强度≥1250MPa，延伸率≥6.5%。

在本发明的制造工艺中：

1）薄带连铸

钢水被引入到一对相对旋转且内部水冷的结晶辊和侧封板形成的熔池之内，经过快速凝固后直接浇铸出厚度为1.0-2.4mm的铸带。该厚度规格值通过超高强捆带成品厚度，以及后续设计的在线热轧压下率反算得出。

2）铸带冷却

铸带从结晶辊连铸出来后，经过密闭室，在密闭室内进行冷却。为了保持铸带内部和表面质量，同时防止奥氏体晶粒在高温下长大过快，控制铸带的冷却速率为20-80℃/s。优选的，铸带的冷却速率为30-60℃/s。铸带冷却采用气冷方式，冷却气体的压力、流量和气喷嘴位置可以调节和控制。冷却气体可以是氩气、氮气、氦气等惰性气体，或者是几种气体的混和气体。通过控制冷却气体的类型、压力、流量，以及喷嘴到铸带之间的距离等，实现对铸带冷却速率的控制。

3）铸带在线热轧

通过在线热轧，将热轧带减薄至超高强捆带所需的厚度规格，并使奥氏体热轧后发生在线再结晶，细化奥氏体晶粒，改善组织的均匀性。

再结晶形核率和长大速率均随形变温度的升高而呈指数型关系的增长（雍岐龙著，微合金钢－物理和力学冶金），温度越高，越容易发生再结晶。

形变是发生再结晶的基础，是再结晶的驱动力——形变储存能的来源，由于必须超过一定的驱动力之后才会发生再结晶，故只有超过一定的形变量之后才会发生再结晶。形变量越大，形变储存能越大，而形变储存能越大，再结晶形核和长大速率均越大，即使在较低温度下也能足够迅速地开始和完成再结晶。而且，形变量增大，还会减小奥氏体再结晶后的晶粒尺寸，这是因为再结晶形核率随形变储存能的升高而呈指数型关系的增长（雍岐龙著，微合金钢－物理和力学冶金），因此有利于获得更加细小γ→α的相变产物，对提高钢带的强塑性都是有利的。

本发明控制终轧温度≥900℃，热轧压下率为20-50%。通过热轧，将钢带厚度减薄到1.2mm及其以下，奥氏体在热轧后发生在线再结晶，以使得钢带在经过后续铅浴等温淬火后获得细小均匀的贝氏体组织。

优选的，终轧温度≥950℃，热轧压下率为30-50%。

4）铅浴等温淬火、水冷和卷取

对热轧带进行铅浴等温淬火。等温淬火温度和时间会对贝氏体板条和渗碳体颗粒的大小，以及贝氏体转变量造成影响，进而影响超高强捆带的性能。在贝氏体转变温度范围内，等温淬火温度越低，所获得的贝氏体板条越细，渗碳体颗粒尺寸越小；等温淬火时间越长，贝氏体转变量越大。本发明控制贝氏体等温淬火的铅浴温度为450-500℃，淬火时间为15-25s。

通过水冷完成小部分残余奥氏体的后续转变，这对于提高钢带强度是很必要的。

钢带显微组织主要由贝氏体构成，其渗碳体颗粒直径为纳米量级，并含有少量的马氏体。钢带抗拉强度≥1250MPa，延伸率≥6.5%。

6）涂漆、涂蜡或镀锌等后续处理

可以根据超高强捆带的使用目的和使用环境等，对钢带进行发蓝、涂漆、涂蜡或镀锌等后续处理。

本发明与现有技术的不同之处和有益效果：

1）现有技术生产超高强捆带的工艺是：传统连铸＋板坯再加热＋热连轧＋冷轧＋冷轧带加热奥氏体化＋铅浴等温淬火；本发明采用薄带连铸＋在线热轧＋铅浴等温淬火工艺生产超高强捆带，省去了“板坯再加热”、“热连轧”、“通过冷轧对热轧带进行减薄”和“对冷轧带再加热奥氏体化处理”四个工艺步骤，大大简化工艺流程。

2）通过本发明的薄带连铸＋在线热轧经济性工艺生产的超高强捆带，其性能与利用现有技术生产的超高强捆带相当。

3）本发明生产超高强捆带的技术，流程短、能源消耗少、排放少。解决了现有技术存在的生产效率较低、生产成本较高的问题。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

本发明实施例的钢水均采用电炉冶炼得到，具体化学成分如表1所示。薄带连铸后得到的铸带厚度，铸带冷却速率，热轧终轧温度，热轧压下率，热轧带厚度，铅浴等温淬火温度和时间，以及热轧带和高强捆带的拉伸性能见表2。从表2可以看出，本发明超高强捆带的抗拉强度≥1250MPa，延伸率≥6.5%。

表1实施例的钢水化学成分（wt.%）

实施例	C	Si	Mn	P	S	N
							1	0.29	0.28	1.51	0.015	0.009	0.0057
2	0.34	0.34	1.64	0.013	0.002	0.0062
							3	0.38	0.25	1.78	0.011	0.005	0.0120
4	0.37	0.32	1.80	0.012	0.003	0.0096

5

0.28

0.35

1.69

0.009

0.004

0.0048

表2实施例1-5的工艺参数及超高强捆带拉伸性能

综上所述，本发明采用薄带连铸＋在线热轧＋铅浴等温淬火工艺生产超高强捆带，省去了“板坯再加热”、“热连轧”、“通过冷轧对热轧带进行减薄”和“对冷轧带再加热奥氏体化处理”四个工艺步骤，大大简化工艺流程，能源消耗少、排放少。解决了现有技术存在的生产效率较低、生产成本较高的问题。

Claims (6)

1.抗拉强度≥1250MPa的薄带连铸经济性超高强捆带，其化学成分重量百分比为：C0.28～0.38%，Si0.25～0.35%，Mn1.5～1.8%，P≤0.015%，S≤0.01%，N≤0.012%，其余为Fe和不可避免的杂质；钢带显微组织主要由贝氏体构成，其渗碳体颗粒直径为纳米量级；其抗拉强度≥1250MPa，延伸率≥6.5%。

2.抗拉强度≥1250MPa的薄带连铸经济性超高强捆带制造方法，包括如下步骤：

1)采用双辊薄带连铸工艺铸造厚度为1.0～2.4mm的铸带，其化学成分重量百分比为：C0.28～0.38%，Si0.25～0.35%，Mn1.5～1.8%，P≤0.015%，S≤0.01%，N≤0.012%，其余为Fe和不可避免的杂质；

2)对铸带进行冷却，冷却速率为20-80℃/s；

3)对铸带进行在线热轧，终轧温度≥900℃，热轧压下率为20～50%，热轧后钢带的厚度≤1.2mm，钢带热轧后发生奥氏体在线再结晶；

4)对热轧钢带进行铅浴等温淬火，铅浴温度为450～500℃，淬火时间为15～25s；

5)对钢带进行水冷和卷取，钢带显微组织主要由贝氏体构成，其渗碳体颗粒直径为纳米量级；其抗拉强度≥1250MPa，延伸率≥6.5%。

3.如权利要求2所述的抗拉强度≥1250MPa的薄带连铸经济性超高强捆带制造方法，其特征在于：所述步骤2）中，铸带冷却速率为30-60℃/s。

4.如权利要求2所述的抗拉强度≥1250MPa的薄带连铸经济性超高强捆带制造方法，其特征在于：所述步骤3）中，终轧温度≥950℃。

5.如权利要求2所述的抗拉强度≥1250MPa的薄带连铸经济性超高强捆带制造方法，其特征在于：所述步骤3）中，热轧压下率为30～50%。

6.如权利要求2所述的抗拉强度≥1250MPa的薄带连铸经济性超高强捆带制造方法，其特征在于：还包括步骤6）对钢带进行发蓝、涂漆、涂蜡或镀锌等后续处理。