具有高锰含量的轻质结构钢的生产方法和设备
专利汇可以提供具有高锰含量的轻质结构钢的生产方法和设备专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且钢 的生产，这些钢具有高含量的锰(Mn)、 铝 (Al)和 硅 (Si)，且具有TWIP－性质(孪生诱发塑性：Twinning Induced Plasticity)，采用 连铸 法，按 现有技术 状况就各种原因来看，都被认为是很困难的，甚至是不可能的。所述及的原因可能包括：在 凝固 时由于Mn的强烈的微观偏析之故致使 铸坯 凝固 外壳 的强度很小；在较低 温度 条件下有高的强度；钢中的铝与 铸造 粉剂的反应；低倍偏析，边缘部位中 合金 元素的减少；以及在连续式加热炉中 板坯 再次加热时 晶界 的 氧 化。因此，本 发明 提出如下方案：通过依次布置的工序，将具有预定化学成分－15～27％Mn、1～6％Al、1～6％Si、≤0.8C，余为Fe和伴随元素—的轻质结构钢在使用合适铸造粉剂的条件下，在一种薄板坯铸造机(1)(d≤120mm)上进行铸造，直接与凝固相连，从连续 铸锭 (2)上分取板坯(3)，在一中间炉(4)中在通过时实现一种温度平衡，然后将板坯(3)不需中间时间冷却而直接进行 热轧 。，下面是具有高锰含量的轻质结构钢的生产方法和设备专利的具体信息内容。
1.用于由可以良好地冷成形的、高强度的奥氏体轻质结构钢生 产热轧带材(6)的方法，这种钢具有提高含量的锰(Mn)、铝(Al) 和硅(Si)并具有TWIP-性质(孪生诱发塑性)，轻质结构钢首先在 连铸设备(1)上铸成连续连铸坯(2)，再被分成为板坯(3)，然 后被轧制到最终厚度，
其特征在于：
轻质结构钢具有预定的化学成分：15～27％Mn，1～6％Al，1～6Si， ≤0.8％C，其余为Fe和伴随元素，这种轻质结构钢通过依次布置的步 骤：
●在薄板坯铸造机(1)上(d≤120mm)，在使用迅速地达到平 衡随后其润滑性能不再改变的铸造粉剂的情况下实现铸造，并被分成 为板坯(3)，
●紧接着板坯(3)的凝固和分离，在中间炉(4)中通过时产生 温度平衡，
●板坯(3)无中间时间的冷却地直接进行热轧。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于：
铸造粉剂具有增高的＞10％的Al2O3含量。
3.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于：
铸造粉剂具有提高的SiO2含量，其具有碱度(CaO/SiO2之比)在 0.5～0.7之间。
4.按权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于：
铸造粉剂含有MnO2和/或TiO2。
5.按权利要求1、2、3或4所述的方法，其特征在于：
为了降低结晶器中铸造粉剂的粘度，铸造粉剂含有B2O3(硼酸 盐)、Na2O和/或LiO2的成份。
6.按权利要求1至5中的一项或多项所述的方法，其特征在于：
中间炉(4)是辊底式炉。
7.用于由可良好地冷成形的、高强度的奥氏体轻质结构钢生产 热轧带材的设备，这种钢具有提高含量的锰(Mn)，铝(Al)和硅(Si) 并具有TWIP-性质(孪生诱发塑性)，该设备用于实施按权利要求1 至6中一项或多项所述的方法，
其特征在于：
直接依次安置的设备部分即薄板坯铸造机(1)、中间炉(4)、 热轧设备(5)。
本发明涉及一种方法和一种设备，用于生产一种热轧带材，该带 材是由一种可良好冷成型的、高强度的、奥氏体轻质结构钢构成的带 材，具有高的锰(Mn)、铝(Al)和硅(Si)含量，且具有TWIP- 性能(孪生诱发塑性)，这种钢首先在一种连铸设备上铸成一种连续 连铸坯，再分成板坯，然后轧制到最终厚度。
具有TWIP-性质的奥氏体轻质结构钢用于例如车体板件、增强的 车体元件及致冷剂容器和管道，这类轻质结构钢例如都具有符合EP 0 889144B1的一种化学组成：10～30％Mn，1～6％Si，1～8％Al(以 Si+Al≤12％)，余为Fe。
在DE 19900199A1中介绍了一种高强度的轻质结构钢，其成分 为7～30％Mn，1～10％Al，0.7～4％Si，≤10％Cr，≤10％Ni，≤3％Cu，和 ≤0.5％C，以及可选择地具有其它合金元素N，Va，Nb，Ti，P，这种轻质结构 钢除了有良好的机构性质之外，还有良好的抗腐蚀能力和抗应力裂纹 侵蚀能力。这种钢应是采用连铸法铸造的和热轨成形的，或者通过薄 板铸造法接近最终尺寸地铸造而成。
采用连铸法制造高锰钢按现有技术由于种种原因都认为是困难 的甚至是不能的。所述及的原因是：在凝固时由于Mn的强微观偏析 之故(在Mn＞15％时有断裂危险)，铸坯凝固外壳的强度甚小；低温 条件下强度甚高(设备过负荷，裂纹问题)；钢中的铝同铸造粉剂的 反应(功能的限制)；宏观偏析；由于喷水冷却造成对氢和/或氧的吸 收；产生非金属杂质增多；边缘部位中合金元素减少；以及在连续式 加热炉中板坯再加热时晶界的氧化。
在Spitzer等发表的文章《新创钢制品-对工艺发展的挑战》中 (“Innovative Stahlprodukte-Herausforderung für die Prozessenentwicklung”，Kon ferenz-Einzelbericnt：Barbara 2001，71-84 页)，为此提出：含锰越高的钢铸造越困难。这种钢一方面在高温条 件下在凝固之后其强度甚小，这是因为高含量的锰在剩熔液中强烈增 富，而且枝晶间的范围内降低熔点。这样，缠在轧辊内的轧件断裂的 倾向就会增大，这种断裂在Mn含量达到15％以上时根据当前的估计 可能使连铸法成为不可能。另一方面，这种钢在较低的温度下具有高 的强度，所以在弯曲铸件时会产生设备超负荷现象，必须会有裂纹形 成。另外，在铝含量具有较大百分数时，如在这些钢中为了降低密度 所调定的，会产生与铸造粉剂的反应，这些反应损害铸造粉剂的功 用。
在另一篇由Gigacher等发表的文章《在近似连铸的条件下高锰钢 的性质》(“Eigenschaften hoch-manganhaltiger sthle unter strang- gieβhnlichen Bedingungen”；BHM149(2004)，第3期，112-117 页)中，为此做了总结性确认：为了生产TWIP-钢所提出的合金概念 的铸造对于使用铸造粉剂的方法来说是不利的。
在具有高Al-含量(＞1％)的钢的铸造上现在的问题是钢中的Al 与铸造粉剂的氢化成分的反应。由于铸造粉剂中的SiO2通过钢中的 Al而还原，产生Al2O3，并被铸造粉剂所吸收，这样，铸造粉剂的碱 度(CaO/SiO2之比)便增大。其后果是结晶器中的粘度和润滑条都会 有很大变化。
由于上述这些困难，过去为了TWIP-钢的生产曾采取过各种办 法。
WO 02/101109公开了一种方法，依此法，通过提高可能的含碳量 (C≤1％)和添加其它元素，在这里特别是B，还有Ni，Cu，N，Nb， Ti，V，P，从而可达到在热轧和冷轧时明显减小屈服点、从而改善可 变形性的目的。为了生产这种钢，须对预制材料(板坯、薄板坯或带 材)进行加热，并在观察一定温度限的条件下进行热轧和卷绕。
在EP 1341937B1中介绍了一种方法，依此法，利用一种双辊式 铸造机铸造出一种含有12～30％Mn的薄的预制带材，其厚度小于1mm 至6mm，这种垂直地从铸隙中出来的预制带材通过布置在表面上的冷 却剂加以冷却，然后在一个单一的热轧台上轧制到最终厚度。从铸隙 中出来到进入轧制机的总时间间隔为大约8秒。
在EP 1067203B1中公开了从一种Fe-C-Mn合金中生产带材的 方法，依此外，首先在一种双辊式铸造机上生产出一种薄的带材，其 厚度在1.5至10mm之间，其成分为：6～30％Mn，0.001至1.6％O， ≤2.5％Si，≤6％Al，≤10％Cr，及其它元素，该带材然后以一个介于10％ 和60％之间的还原度按一个或多个步骤加以热轧。
从上述现有技术状况出发，本发明的任务是提供一种尽可能易于 实现的方法和一种设备，依此，通过连铸可生产出高锰含量的、具有 预定化学成分的钢。
就方法而言，所提出的任务是利用权利要求1中所述的特征加以 解决的：通过相继的方法步骤一种轻质结构钢(其具有预定的化学成 分：15～27％Mn，1～6％Al，1～6％Si，≤0.8％C，余为Fe和伴随元素)：
●在一种薄板坯铸造机上(d≤120mm)在使用合适的铸造粉剂 情况下，被铸造并分成为板坯铸造粉剂可迅速到达平衡，随后不再会 改变其润滑特性，
●所述轻质结构钢紧接着板坯的凝固和分离，在一个中间炉中 通过时实现一种温度补偿，
●板坯在没有中间时间冷却的情况下直接进行热轧。
用于实施本方法的设备是以权利要求7中所述特征为其特征的。
例如在CSP-铸造机上(CSP＝Compact strip Production：轧制带材 生产)生产薄板坯时，连铸坯垂直地被输出，在凝固之后被弯到水平 面，然后被分成为板坯。因此在这里不会出现内裂纹的问题。就现有 技术状况而言，高强度奥氏体钢的生产是可没有设备超负荷现象的。
那种直接在凝固之后仍然存在于铸坯中的微观偏析现象在通过 中间炉例如通过一个辊底式炉时又消失，还在接着进行的轧制成型之 前，也大部分会通过扩散而消失。于此，板坯中心的低倍偏析现象会 充分地得到平衡，与在热轧设备中强烈变形的情况下的奥氏体特殊钢 相近似。
本发明提出采用CSP-设备的辊底式炉，由于通过时间很短，有利 地避免合金元素的较大减少，也就是可避免晶界的氧化，这一点按现 有技术例如在常规的宽带钢热轧机的连续式加热炉中较长加热阶段 的情况下，可能导致困难。
为了按本发明能够在一种薄板坯铸造机上使用具有高Mn和Al 含量的TWIP-轻质结构钢的铸造技术，需要用一种合适的铸造粉剂铸 造粉剂。这样一种合适的铸造粉剂相应于本发明具有如下性质，可迅 速达到平衡，而且以后也不会再改变它的润滑特性。
为了例如通过钢中的Al减小SiO2-还原的反应速度，铸造粉剂依 本发明含有一个增高的＞10％的Al2O3份额。为了在平衡状态中获得更 多SiO2，可以另外或附加地提高铸造粉剂的SiO2-份额，这种提高直 到一个0.5-0.7的碱度(CaO/SiO2之比)才得以实现。
由于MnO2比起SiO2来更容易被钢中的Al还原，而且因此SiO2 对这种还原(烧损)受到保护，所以作为本发明的另一措施可以向铸 造粉剂添加MnO2。
也可以用TiO2部分地代替SiO2，TiO2如同SiO2起着形成玻璃的 作用，但不会被钢中的Al所侵蚀(还原)，依本发明可将之掺和到 铸造粉剂中。
最后，还有一种方案，就是在结晶器中降低铸造粉剂的粘度。这 样便可提高铸造粉剂-消耗量，并排除更多已形成的Al2O3，从而以较 低的Al2O3-含量调定出一种平衡。通过向铸造粉剂添加B2O3(硼酸 盐)、Na2O和/或LiO2也可达到上述降低粘度的目的。
下面将以一个示意图详细说明本发明提出的用于生产热轧带材 的一种设备的生产工序。
从原理上说，所用的设备指的是一种已知的CSP-设备，依本发 明，在该设备上各个设备部分之间的距离改变，使得本发明方法可以 下述要求予以实施：紧接着凝固，在一中间炉中通过时实现温度平 衡，然后没有中间时间的冷却地直接将板坯进行热轧。
附图中绘出的设备依此包括以下部分：一个薄板坯铸造机1和一 个布置在其后的中间炉4，由连续铸锭2在其凝固之后分出来的板坯3 被送入到该中间炉中。在中间炉4之后安置了一台轧机5，在此轧机 上，板坯3在中间炉4中实现温度平衡之后直接地即没有中间冷邓地 被轧制成热轧带材。
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