一种低碳钢及其制备方法 |
|||||||
| 申请号 | CN202311856746.8 | 申请日 | 2023-12-29 | 公开(公告)号 | CN117925973A | 公开(公告)日 | 2024-04-26 |
| 申请人 | 首钢集团有限公司; | 发明人 | 姜英花; 刘华赛; 滕华湘; 李海波; 刘柏松; 邱木生; 谢春乾; 韩赟; 王明哲; 张誉公; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种低 碳 钢 及其制备方法，属于低 碳钢 制备领域。所述方法包括：对 板坯 进行加热、 轧制 、第一卷取，得到带钢，所述板坯包括如下 质量 分数的化学成分：C：0.02％～0.04％，Si：0.02％～0.05％，Mn：0.2％～0.5％，Cu：0.1％～0.4％，Sn：0.01％～0.04％，Ni：0.02％～0.15％，Alt：0.03％～0.05％，P≤0.01％，S≤0.01％，N≤0.005％；其中，所述Cu、所述Ni和所述Sn满足如下关系式：[Cu]+8[Sn]‑[Ni]≤0.3，式中，[Cu]表示Cu的质量分数，[Ni]表示Ni的质量分数，[Sn]表示Sn的质量分数；所述加热的 温度 为1200℃～1250℃；对所述带钢进行 冷轧 、连续热 镀 锌 退火 以及第二卷取，得到低碳钢。通过添加满足[Cu]+8[Sn]‑[Ni]≤0.3关系式的Cu﹑Sn﹑Ni元素，提高Cu 溶解度 ，使Cu富集相迁移到 氧 化层，有效的减小 基板 与氧化层界面Cu的富集，降低Cu热脆性表面 缺陷 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种低碳钢的制备方法，其特征在于，所述方法包括： |
||||||
| 说明书全文 | 一种低碳钢及其制备方法技术领域背景技术[0002] 钢铁行业的生产流程主要有两种，一种是“高炉‑转炉”长流程，另一种是电炉短流程。相比转炉炼钢，电炉炼钢在节能减排效果明显，可以降低CO2排放。国内电炉炼钢还处于发展初期，电炉炼钢所占比例明显低于国外发达国家。电炉炼钢的主要原料为废铁。众所周知，在废铁炼钢过程中铜会导致热脆性问题。废铁中Cu元素氧化位能比铁低，在炼钢过程中不易去除，在高温加热和粗轧过程中易于富集在基板和氧化层界面并渗入晶界，引起高温热脆性，从而在热加工过程中导致表面“热脆”裂纹缺陷。 [0003] 因此，需要开发能够降低Cu热脆性表面缺陷的低碳钢的生产方法，以解决在高Cu含量的条件下难以减少低碳钢热脆性表面缺陷的技术问题，从而促进钢铁行业领域中电炉炼钢持续发展。发明内容 [0004] 本申请提供了一种低碳钢及其制备方法，以解决在高Cu含量的条件下难以避免的低碳钢热脆性表面缺陷的技术问题。 [0005] 第一方面，本申请提供了一种低碳钢的制备方法，所述方法包括： [0006] 对板坯进行加热、轧制、第一卷取，得到带钢，所述板坯包括如下质量分数的化学成分：C：0.02％～0.04％，Si：0.02％～0.05％，Mn：0.2％～0.5％，Cu：0.1％～0.4％，Sn：0.01％～0.04％，Ni：0.02％～0.15％，Alt：0.03％～0.05％，P≤0.01％，S≤0.01％，N≤ 0.005％；其中，所述Cu、所述Ni和所述Sn满足如下关系式：[Cu]+8[Sn]‑[Ni]≤0.3，式中，[Cu]表示Cu的质量分数，[Ni]表示Ni的质量分数，[Sn]表示Sn的质量分数；所述加热的温度为1200℃～1250℃； [0008] 可选的，所述Cu、所述Ni和所述Sn满足如下关系式：0.1≤[Cu]+8[Sn]‑[Ni]≤0.3，[0009] 式中，[Cu]表示Cu的质量分数，[Ni]表示Ni的质量分数，[Sn]表示Sn的质量分数。 [0010] 可选的，所述轧制的终轧温度为870℃～950℃。 [0011] 可选的，所述第一卷取的温度为600℃～670℃。 [0012] 可选的，所述冷轧的压下率为50％～70％。 [0013] 可选的，所述连续热镀锌退火包括：预热、加热、保温、缓慢冷却、快速冷却、镀锌、镀后冷却、最终冷却和平整。 [0014] 可选的，所述预热的终点温度为200℃～240℃，所述预热的速度为8℃/s～12℃/s；所述加热的终点温度为780℃～830℃，所述加热的速度为1.5℃/s～4℃/s；所述保温的时间为60s～100s。 [0015] 可选的，所述缓慢冷却的终点温度为720℃～760℃，所述缓慢冷却的速度为8℃/s～12℃/s；所述快速冷却的终点温度为450℃～460℃；所述镀后冷却的终点温度为420℃～430℃。 [0016] 可选的，所述最终冷却的终点温度为250℃～300℃，所述最终冷却的速度为6℃/s～9℃/s。 [0017] 第二方面，本申请提供了一种由第一方面任意一项实施例所述的方法制备得到的低碳钢，所述低碳钢的显微组织包括铁素体和珠光体，所述铁素体的体积分数为75～90％，所述珠光体的体积分数为10～25％。 [0018] 本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点： [0019] 本申请通过添加满足[Cu]+8[Sn]‑[Ni]≤0.3关系式的Cu﹑Sn﹑Ni元素，提高Cu溶解度，且使Cu富集相迁移到氧化层，有效的减小基板与氧化层界面Cu的富集，从而降低Cu热脆性表面缺陷。此外，板坯采用1200℃以上氧化加热温度也可以通过晶界氧化或内部氧化促进铁的选择性氧化，使基板与氧化层界面发生凹凸不平，从而导致Cu富集相迁移到氧化层中，减小界面中Cu的富集，能够有效降低低碳钢Cu热脆性表面缺陷。附图说明 [0021] 为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0022] 图1为本申请实施例提供的一种低碳钢的制备方法的流程示意图； [0023] 图2为本申请实施例1提供的低碳钢的金相组织照片。 具体实施方式[0024] 为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。 [0025] 本申请的各种实施例可以以一个范围的形式存在；应当理解，以一范围形式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本申请范围的硬性限制；因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。例如，应当认为从1到6的范围描述已经具体公开子范围，例如从1到3，从1到4，从1到5，从2到4，从2到6，从3到6等，以及所述范围内的单一数字，例如1、2、3、4、5及6，此不管范围为何皆适用。另外，每当在本文中指出数值范围，是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。 [0026] 另外，在本申请说明书的描述中，术语“包括”“包含”等是指“包括但不限于”。在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。在本文中，“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。在本文中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“至少一种”、“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”，或，“a,b,和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a,b,c,a‑b(即a和b),a‑c,b‑c,或a‑b‑c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。 [0027] 除非另有特别说明，本申请中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。 [0028] 第一方面，本申请提供了一种低碳钢的制备方法，请参见图1，所述方法包括： [0029] S1、对板坯进行加热、轧制、第一卷取，得到带钢，所述板坯包括如下质量分数的化学成分：C：0.02％～0.04％，Si：0.02％～0.05％，Mn：0.2％～0.5％，Cu：0.1％～0.4％，Sn：0.01％～0.04％，Ni：0.02％～0.15％，Alt：0.03％～0.05％，P≤0.01％，S≤0.01％，N≤ 0.005％；其中，所述Cu、所述Ni和所述Sn满足如下关系式：[Cu]+8[Sn]‑[Ni]≤0.3，式中，[Cu]表示Cu的质量分数，[Ni]表示Ni的质量分数，[Sn]表示Sn的质量分数；所述加热的温度为1200℃～1250℃； [0030] 在本申请实施例中，控制Cu的质量分数为0.1％～0.4％的积极效果：在该质量分数范围内，Cu元素可以生成细化的Cu析出物具有析出强化作用，有利于保证钢的强度。当质量分数的取值大于该范围的端点最大值，将导致Cu含量过高，无法避免Cu热脆性，影响钢材的表面质量，当质量分数的取值小于该范围的端点最小值，将导致Cu含量过低，无法实现Cu析出强化效果。该Cu的质量分数可以为0.1％、0.2％、0.3％、0.4％等。 [0031] 控制C的质量分数为0.03％～0.04％的积极效果：在该质量分数范围内，由于C元素是钢材中最重要的固溶强化元素保证一定强度。当质量分数的取值大于该范围的端点最大值，将导致C含量过高，导致钢材的强度过硬，影响钢材的柔韧性，当质量分数的取值小于该范围的端点最小值，将导致C含量过低，无法保证钢材的强度。该C的质量分数可以为0.03％、0.035％、0.04％等。 [0032] 控制Si的质量分数为0.02％～0.05％，Alt的质量分数为0.03％～0.05％的积极效果：在该质量分数的范围内，都是脱氧的元素，提高了C的活性，铁氧体稳定元素。但是，Si(Al)的过量添加会在表面生成氧化铁皮，从而使表面劣化，并在焊接过程中生成氧化物，焊接处容易出现缺陷。该Si的质量分数可以为0.02％、0.03％、0.04％、0.05％等，该Alt的质量分数可以为0.03％、0.035％、0.04％、0.05％等。 [0033] 控制Mn的质量分数为0.2％～0.5％的积极效果：在该质量分数的范围内，由于Mn是固溶强化和稳定奥氏体的重要元素，对钢材力学性能的强化具有重要作用，Mn还同S形成MnS固定S，避免因低熔点硫化物导致的边部裂纹；当质量分数的取值大于该范围的端点最大值，将导致Mn含量过高易引起组织偏析，导致钢材成形过程中开裂，并且恶化钢的力学性能，同时还会在退火过程中导致偏析出的析出物向表面富集，致使钢材表面出现开裂，当质量分数的取值小于该范围的端点最小值，将导致Mn含量不足，无法有效的起到固溶强化作用，同时无法固定S导致边部开裂问题。该Mn的质量分数可以为0.2％、0.3％、0.4％、0.5％等。 [0034] 控制P的质量分数≤0.01％的积极效果：在该质量分数范围内，由于钢中P在高温下偏析于奥氏体晶界，从而对Cu晶界富集起到缓解作用。但P大于0.10％，P易于偏析在冷却过程中生成的铁素体晶界，从而降低了钢板的二次加工性。该P的质量分数可以为0.001％、0.003％、0.006％、0.008％、0.01％等。 [0035] 控制S的质量分数≤0.01％的积极效果是在该质量分数的范围内，由于S为有害元素，会同Mn结合产生MnS，从而恶化钢材的力学性能，增加钢材开裂的风险；当质量分数的取值大于该范围的端点最大值，将导致S含量过多，一方面需增加Al的用量，将其去除，一方面将导致钢材的机械性能偏弱，增加钢材开裂的风险。该S的质量分数可以为0.001％、0.003％、0.006％、0.008％、0.01％等。 [0036] 控制N的质量分数≤0.005％的积极效果是在该质量分数的范围内，由于N会形成析出相，在晶界易富集，从而导致晶界强度下降而恶化材料机械性能，进而增加钢材开裂的风险；当质量分数的取值大于该范围的端点最大值，将导致N含量过多，析出物增多，将影响钢材的性能，增加钢材开裂风险。该N的质量分数可以为0.001％、0.002％、0.003％、0.004％、0.005％等。 [0037] 控制Ni的质量分数为0.02％～0.15％的积极效果：在该质量分数的范围内，其作用是增加Cu的溶解度，同时发生内氧化产生不规则氧化界面，诱导铜富集从界面向氧化层迁移，从而抑制Cu富集，从而减小表面缺陷。但由于Ni价格昂贵，考虑到其经济性，不易添加太多。该Ni的质量分数为0.02％、0.04％、0.07％、0.12％、0.15％等。 [0038] 控制Sn的质量分数为0.02％～0.15％的积极效果：在该质量分数的范围内，针对含Sn的低碳钢选取适当的高温卷取温度可以获得优异的加工性能。但Sn含量超过0.04％时，加工性严重恶化，同时，Sn减小Cu的溶解度，促进Cu在界面富集。该Sn的质量分数为0.02％、0.04％、0.07％、0.12％、0.15％等。 [0039] 控制[Cu]+2[Sn]‑[Ni]≤0.3的积极效果：在该质量分数关系范围内，通过控制三者之间的含量关系，能增加Cu的溶解度，同时使Cu富集迁移到氧化层中，从而有效的减小基板与氧化层界面Cu富集，进而避免钢材的表面出现裂纹；当该质量分数范围关系取值大于该范围的端点值，将无法有效的控制界面Cu富集，从而影响钢材的表面质量。[Cu]+2[Sn]‑[Ni]的数值可以为0.1、0.15、0.20、0.25、0.30等。 [0040] 在一些实施方式中，所述Cu、所述Ni和所述Sn满足如下关系式：0.1≤[Cu]+8[Sn]‑[Ni]≤0.3， [0041] 式中，[Cu]表示Cu的质量分数，[Ni]表示Ni的质量分数，[Sn]表示Sn的质量分数。 [0042] 在一些实施方式中，所述加热的温度为1200℃～1250℃。 [0043] 控制加热的温度为1200℃～1250℃的积极效果：在该温度范围内，1200℃以上高温下晶界氧化或内部氧化促进铁的选择性氧化，使基板与氧化层界面发生凹凸不平，从而导致Cu富集相迁移到氧化层中，有效避免界面中Cu的富集。当温度的取值大于或小于该范围的端点值，将导致铸坯的相变不充分，影响后续粗轧和精轧的进行。该加热的温度可以为1200℃、1210℃、1220℃、1230℃、1240℃、1250℃等。 [0044] 在一些实施方式中，所述轧制的终轧温度为870℃～950℃。 [0045] 控制终轧温度为870℃～950℃的积极效果：在该温度范围内，能保证钢板的热变形抗力和延伸性在合适范围内，从而保证轧制的顺利进行。该轧制的终轧温度可以为870℃、890℃、910℃、930℃、950℃等。 [0046] 在一些实施方式中，所述卷取的温度为600℃～670℃。 [0047] 控制卷取的温度为600℃～670℃的积极效果：在该温度范围内，能保证ε‑Cu析出物以小颗粒析出起析出强化作用，从而保证钢材的卷取后的力学性能的良好，同时，保证后续冷轧阶段的顺利进行。该卷取的温度可以为600℃、610℃、630℃、650℃、670℃等。 [0048] S2、对所述带钢进行冷轧、连续热镀锌退火以及第二卷取，得到低碳钢。 [0049] 在一些实施方式中，所述冷轧的压下率为50％～70％。 [0050] 该冷轧的压下率可以为50％、55％、60％、65％、70％等。 [0051] 在一些实施方式中，所述连续热镀锌退火包括：预热、加热、保温、缓慢冷却、快速冷却、镀锌、镀后冷却、最终冷却和平整。 [0052] 在一些实施方式中，所述预热的终点温度为200℃～240℃，所述预热的速度为8℃/s～12℃/s；所述加热的终点温度为780℃～830℃，所述加热的速度为1.5℃/s～4℃/s；所述保温的时间为60s～100s。 [0053] 在一些实施方式中，所述缓慢冷却的终点温度为720℃～760℃，所述缓慢冷却的速度为8℃/s～12℃/s；所述快速冷却的终点温度为450℃～460℃；所述镀后冷却的终点温度为420℃～430℃。 [0054] 在一些实施方式中，所述最终冷却的终点温度为250℃～300℃，所述最终冷却的速度为6℃/s～9℃/s。 [0055] 在预热过程中，冷变形的铁素体发生恢复。该预热的终点温度可以为200℃、210℃、220℃、230℃、240℃等，该预热的速度可以为8℃/s、9℃/s、10℃/s、11℃/s、12℃/s等。 [0056] 在加热过程中，实现冷轧铁素体组织的再结晶，并且珠光体先转变为奥氏体并向铁素体长大。该加热的终点温度可以为780℃、790℃、800℃、810℃、830℃等，该加热的速度可以为1.5℃/s、2.0℃/s、2.5℃/s、3.5℃/s、4℃/s等。 [0057] 在保温过程中，实现部分奥氏体化，铁素体中的C、Mn元素向奥氏体中转移并在奥氏体中均化。该保温的时间可以为60s、70s、80s、90s、100s等。 [0058] 在缓慢冷却过程中，奥氏体部分转移为铁素体，C、Mn等元素进一步向奥氏体中聚集。该缓慢冷却的终点温度可以为720℃、730℃、740℃、750℃、760℃等，该缓慢冷却的速度可以为8℃/s、9℃/s、10℃/s、11℃/s、12℃/s等。 [0059] 在快速冷却过程中，带钢经吹气快冷却至镀锌温度450℃～460℃。该快速冷却的终点温度可以为450℃、453℃、456℃、460℃等。 [0060] 在镀后冷却中，镀锌结束后的带钢经历气刀吹刮冷却至420℃～430℃。该过程中，尽量增加带钢在均衡段，炉鼻子和锌锅中的逗留时间，使得碳在贝氏体相变过程中进一步富集在残留奥氏体中，并使得提高奥氏体稳定性。该镀后冷却的终点温度可以为420℃、423℃、426℃、430℃等。 [0061] 在最终冷却过程中，带钢经过气刀到顶辊之间的前端空冷配合后端风冷进行冷却。该过程中，部分不稳定的奥氏体相转变为马氏体相。该最终冷却的终点温度可以为250℃、260℃、270℃、280℃、300℃等，该最终冷却的速度可以为6℃/s、7℃/s、8℃/s、9℃/s等。 [0062] 第二方面，本申请提供了一种由第一方面任意一项实施例所述的方法制备得到的低碳钢，所述低碳钢的显微组织包括铁素体和珠光体，所述铁素体的体积分数为75～90％，所述珠光体的体积分数为10～25％。 [0063] 该低碳钢是基于上述低碳钢的制备方法来实现，该低碳钢的制备方法的具体步骤可参照上述实施例，由于该低碳钢采用了上述实施例的部分或全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。 [0064] 下面结合具体的实施例，进一步阐述本申请。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。 [0065] 制备实施例1～4以及对比例1～2的钢液并铸成板坯，所述板坯的化学成分如表1所示。 [0066] 表1各实施例和对比例的化学成分质量百分数(wt％)，其余为Fe以及不可避免的杂质 [0067] [0068] [0069] 基于上述低碳钢的化学成分，本申请实施例提供了一种低碳钢的制备方法，所述方法包括： [0070] S11、对板坯进行加热、轧制、第一卷取，得到带钢； [0071] S21、对所述带钢进行冷轧、连续热镀锌退火以及第二卷取，得到低碳钢，主要工艺参数请参见表2。 [0072] 表2制备低碳钢的主要工艺参数 [0073] [0074] 由实施例1‑4的数据可知： [0075] 采用本申请的方法，添加一定含量Ni，同时限定Cu、Sn和Ni之间的含量关系，从而能有效的减小基板与氧化层界面Cu的富集，保证钢板的低裂纹率。此外，采用1200℃以上氧化加热温度可以有效促进选择性氧化，使基板与氧化层界面发生凹凸不平，从而导致Cu富集相迁移到氧化层，从而能有效的减小基板与氧化层界面Cu的富集，保证钢板的低裂纹率。 [0076] 由对比例1‑2的数据可知： [0077] 若不采用本申请所限定的Cu、Sn和Ni之间的含量关系以及加热温度＜1200℃，则将导致表面开裂情况。 [0078] 附图2的详细说明：图2所示为本发明实施例的微观组织金相照片，组织由铁素体和珠光体组成。相比对比例的微观组织，整体组织变细化。Cu﹑Ni﹑Sn等残余元素作为固溶元素对再结晶及晶粒生长有抑制作用，导致微观组织变细化。 [0079] 以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈