冷轧钢 技术领域
本发明涉及一种用于生产普通碳素钢带的方法，所生产的普通碳素钢带在极限抗拉强度和断裂伸长率方面能够达到一种极好的平衡，从而使其特别适用于结构钢产品的生产。利用本发明所产生的钢带例如可用作一种镀覆有锌合金或锌铝合金的热浸镀钢材的原材料，这种材料可用于生产屋顶盖板、排水系统中的结构件或其它结构钢产品。
背景技术
本申请中所涉及的“带材”指的是一种5毫米厚或更薄的产品。
近年来，在连铸技术方面上的一种改进包括在一个双辊连铸机中利用连铸的方式铸造钢带。在这种技术中，熔融金属被引入到一对按照相反方向转动的水平浇注辊之间，在内部对所述水平浇注辊进行水冷以便在移动地辊子表面上形成凝固的金属壳并且所述金属壳在位于辊子之间的辊隙处聚集，从而形成一条从位于所述辊子之间的辊隙向下输送的凝固带材，在这里所用的“辊隙”一词指的是两个辊子最靠近的区域。熔融金属可从一个浇包被注入到一个较小的容器中，熔融金属从该较小的容器流经一个位于所述辊隙上方的金属输出注口以使所述金属被引入到位于所述辊子之间的辊隙中，从而在所述辊隙的紧上方形成一个支承在所述辊子浇注表面上的熔融金属浇注池，所述熔融金属浇注池沿着所述辊隙的长度方向延伸。所述浇注池通常被限制在以滑动的方式与所述辊子端面接合的侧板或挡堰之间以挡住所述浇注池的两端并防止金属溢流，目前还提出了其它用于达到该目的的装置，诸如电磁阻挡装置。例如在US5,184,668、US5,277,243和US5,934,359中披露了在这种双辊连铸机中铸造钢带的方法。
我们已经确定，利用连铸带材能够生产出非常适于通过冷轧进行加工硬化的带材，即利用适度的冷轧能够大大地提高带材的极限抗拉强度。人们还已发现，对于硅锰镇静普通碳素钢，这种加工硬化的效果是特别明显的，并且这种加工硬化的效果随着钢的化学组分中的锰和硅的含量增大而提高。由于铝镇静钢或部分铝镇静钢不能以令人满意的方式被铸造，这是因为所形成的固体杂质会凝聚和阻塞连铸机的金属输送系统中较细的流动通道，从而在所获得的带材中产生缺陷和间断，因此硅锰镇静钢特别适用于双辊带材浇注。一种硅锰镇静钢中所含的锰的重量百分比不小于0.20％(通常为0.6％)，所含的硅的重量百分比不小于0.10％(通常为0.3％)。
通过大量的实验，我们已经确定，对普通碳素钢连铸带材进行冷轧能够生产一种极限抗拉强度至少为680Mpa并且断裂伸长率在8％至12％的范围内的带材，这种带材在用于许多结构钢产品(诸如屋顶盖板、排水系统中的结构件)中时在多种性能方面能够达到一种极好的平衡。
根据本申请人所得知的情况，在本发明提出以前，还不能利用普通碳素钢生产出这种能够将多种性能结合在一起的热浸镀钢带，因此需要利用更高级的钢来生产这种钢带，诸如利用含有强化元素的特别添加物的低合金钢来生产这种钢带。
用作一种镀覆有锌合金或锌铝合金的热浸镀钢材的原材料的一种已知普通碳素钢是由BHP Steel(JLA)Pty Ltd(本申请所涉及的其中一个申请人)所产生的钢号为G550的钢材。G550钢带是利用下列方法生产的，即铸造普通碳素钢板坯，对所述板坯进行热轧以形成带材，接着卷取所述带材，使所述带材卷开卷，然后将开卷后的带材冷轧至最终厚度为0.25-2毫米的产品，对冷轧后的带材进行热处理以形成最终产品。G550钢带所能够保证的最小极限抗拉强度为550Mpa，在许多情况下其极限抗拉强度在700Mpa以上。例如，一种市售的利用普通碳素钢生产的并用于屋顶盖板的G550钢带的极限抗拉强度为680-780Mpa(根据一个0.42毫米厚并且原始标记长度为80毫米的试样所得到的)。但是，这种G550钢带的断裂伸长率仅为1％-6％。本发明能够生产一种极限抗拉强度相当但断裂伸长率更好的普通碳素钢带材。
发明内容
本发明提供一种用于生产钢带的方法，所述方法包括：将普通碳素钢连铸成一种厚度不大于5毫米的带材；卷取所述带材；对卷取后的带材进行开卷；对开卷后的带材进行冷轧；以及对冷轧后的带材进行退火处理以在其中形成一种能够消除应力的微观结构；其中，所述冷轧在一个足以使所述带材的抗拉强度增大到至少680Mpa的范围内产生一个冷轧压下量，但是在对所述带材进行退火后使所述带材的总断裂伸长率在8％-12％的范围内。
所述带材的抗拉强度可至少为700Mpa。
可利用一种双辊式铸带机进行所述带材连铸步骤。
这里所用“普通碳素钢”一词指的是具有下列组分的钢，各组分用重量百分比进行表示：
碳：0.02-0.08；
硅：0.5或更低；
锰：1.0或更低；
剩余附带杂质：1.0或更低；以及
铁：余量。
“剩余附带杂质”一词包括可能存在于其中的微量元素，不是作为特定添加物的这些元素，而只是在标准炼钢过程中所出现的微量元素，诸如铜、锡、锌、镍、铬以及钼。例如，利用废钢生产普通碳素钢就能够产生这些元素。
“剩余附带杂质”一词不包括：(a)在上述“普通碳素钢”所限定的范围以外的硅元素和锰元素的量；以及(b)特别添加在钢中用于强化钢材的元素的量，诸如前面所列出的元素。
所述普通碳素钢可以是硅锰镇静钢，并且可具有下列组分，各组分用重量百分比表示：
碳 0.02-0.08％
锰 0.30-0.80％
硅 0.10-0.40％
硫 0.005-0.05％
铝 低于0.01％。
一种常规的组分如下：
碳 0.06％
锰 0.66％
硅 0.32％
硫 0.01％
在1600摄氏度下总的氧含量为60ppm。
最好，所述冷轧能够产生一个在40％至80％范围内的带厚冷轧压下量。
最好，所述退火能够产生再结晶量不超过10％的消除应力微观结构并且能够使所述带材的断裂伸长率至少为10％。
较好的是，退火温度至少为450摄氏度。所述退火温度最好在500摄氏度至600摄氏度的范围内。
或者可在带材卷取前对所述连铸带材进行在线热轧以便能够减小带材的厚度。所述热轧最好能够产生一个不大于40％的厚度压下量。
在对所述带材进行热轧的情况下，接下来的冷轧最好能够产生一个在40％至60％范围内的带厚冷轧压下量。
本发明还提供一种极限抗拉强度至少为700Mpa并且断裂伸长率在8％至12％范围内的普通碳素钢带材。
附图说明
为了能够对本发明进行更充分的说明，下面将参照附图对一些示例进行描述，在附图中：
图1示出了一个包括一个在线热轧机和卷取机的铸带设备；
图2示出了所述双辊铸带机的具体结构；
图3示出了一个开卷和冷轧设备；
图4至图13提供了根据一系列试验所得到的测试数据，在这些试验中，在一个双辊铸机中铸出的普通碳素钢带受到冷轧，并且其中一些情况所述铸带先经过一次在线热轧，然后在不同的退火温度下对轧制后的带材进行退火。
具体实施方式
图1和图3示出了一个生产线中的多个连续部分，利用该生产线能够生产出本发明所涉及的钢带。图1和图2示出了一个双辊铸机，所述双辊铸机用附图标记11表示，所述双辊铸机生产一条铸钢带12，所述铸钢带12通过一个输送通道10并且横过一个导向台13被输送到一个夹送辊架14，所述夹送辊架14包括夹送辊14A。所述带材在经过所述夹送辊架14后，立即被输送到一个热轧机16中，所述热轧机16包括一对工作辊16A和支承辊16B，所述带材在热轧机16中被热轧以减小其厚度。热轧后的带材被输送到一个输出辊道17上，利用喷射水流18对位于所述输出辊道17上的带材进行强制冷却，所述带材接着通过一个夹送辊架20，所述夹送辊架20包括夹送辊20A，所述带材从夹送辊架20被输送到一个卷取机19。
如图2中所示，双辊铸机11包括一个主机架21，所述主机架21支承一对平行的浇注辊22，所述浇注辊22具有浇注表面22A。在一个浇注过程中，熔融金属从一个浇包(未示出)被供给到一个中间包23，所述熔融金属通过一个耐火套24被输送到一个分流装置25中，然后所述熔融金属通过一个金属输出注口26被供给到位于所述浇注辊22之间的辊隙27中。这样，被输送到所述辊隙27中的熔融金属在所述辊隙27的上方形成了一个熔融金属浇注池30，该熔融金属浇注池30被一对侧挡堰或侧板28限制在所述浇注辊的端部处，利用一对推力装置(未示出)将所述侧挡堰或侧板28设置在所述浇注辊的端部上，所述推力装置包括与所述侧板支架相连的液压缸。所述熔融金属浇注池30的上表面(通常被称为“弯月面”)可位于所述金属输出注口下端的上方以使所述金属输出注口的下端浸没在所述金属浇注池内。
浇注辊22被水冷以使凝固的金属壳形成在移动的辊子表面上并且所述凝固的金属壳在位于辊子之间的辊隙27处聚集，从而形成一条从位于所述辊子之间的辊隙向下输送的凝固带材12。
所述双辊铸机可以是在US5,184,668、US5,277,243或US5,488,988中所披露的双辊铸机，这些专利文献在这里作为参考文献，其中适合的具体结构并不是本发明所涉及的内容。
图3示出一个开卷机31，利用所述开卷机31能够使所生产的带材卷被开卷。开卷后的带材12通过一个夹送辊架32被输送到一个冷轧机33，所述冷轧机33包括工作辊33A和支承辊33B，接着所述带材通过一个退火封闭区域34。
在铸带过程中微观结构的变化过程与常规的带材热轧过程中的微观结构的变化过程在本质上是不同的。热轧带材经受较大的压下，通过增强的再结晶动力分解初始板坯的微观结构，从而使奥氏体晶粒(大约20微米)得到极大的细化，所述奥氏体精晶粒转变后产生一种精细的等轴铁素体晶粒结构(大约10微米-这是一种正多边形微观结构)。在铸带中的奥氏体晶粒尺寸(通常宽150-250微米，长500微米)完全受到所述浇注过程的控制，这种粗大的奥氏体晶粒在转变时能够形成一种包括粗大多边形铁素体晶粒(通常宽10-50微米、长50-250微米并且在标准冷却卷取条件下其所占的体积百分比为30-60％)和较细的Widmanstatten针状铁素体的混合微观结构。晶粒细化的范围受到限制，这主要是由于粗大的奥氏体晶粒本质上是抗再结晶的并且由于在普通的铸带车间布置下仅能够进行一次热轧。但是，当热压下量大于30％时，可以观察到大量的晶粒细化，致使多边形铁素体的含量大于80％，并且晶粒在10-50微米的范围内。
对于硅锰镇静钢在经过常规带材铸造和带材铸造热轧后的微观结构，我们发现可利用冷轧来提高加工硬化效果。例如，40％的冷压下量足以使冷轧后的抗拉强度从420Mpa增大至750Mpa，从而获得一个大约为700Mpa的恢复退火后的抗拉强度。因此，对于范围在40％至高达80％内的冷压下量，可以获得抗拉强度在680Mpa以上的产品；范围在40％至60％内的冷压下量是优选的，这是因为在冷压下量较高的情况下延伸率会受损。
所述输出辊道的冷却卷取条件决定了初始铸态微观结构。在常规操作条件下可以获得上述微观结构；即冷却速度在10摄氏度秒至20摄氏度秒之间以及卷取温度在600摄氏度至700摄氏度之间。这些条件通常能够形成20-30％的总延伸率并且这样的初始性能对于生产需要在抗拉强度和延伸率之间取得所需平衡的带材来说是理想的。对于快速冷却和卷取温度低的情况下(例如卷取温度为500摄氏度)，初始延伸率可能会低至15％，这将降低冷轧范围以在最终产品中形成所需的延伸率。利用下列试验结果可以证明这些观点。
在多个以34米分钟的浇注速度浇注的并且厚度为2.17毫米的铸态普通碳素钢带试样上进行第一系列试验。所述钢是硅锰镇静钢，其中碳含量为0.06％(重量百分比)、锰含量为0.6％、硅含量为0.3％以及硫含量为0.01％。
所述多个试样被分成多组并且经过冷轧以形成20％、40％、60％、80％和90％的厚度压下量。从每一个组试样中抽取的第一套试样在一个流化床炉中在500摄氏度温度下进行热处理，时间为60秒。从每一个组试样中抽取的第二套试样在所述炉中在550摄氏度温度下进行热处理，时间为60秒。最后，从每一个组试样中抽取的第三套试样在所述炉中在600摄氏度温度下进行热处理，时间为60秒。接着，每一套经过冷轧和退火的试样以及第四套经过冷轧的试样在一个拉伸试验机中进行试验以确定试样的极限抗拉强度和断裂伸长率。所述拉伸试验是按照澳大利亚标准1391(AS1391)进行的。所述试验试样的标准长度(gauge length)为12毫米，平行长度(parallel length)为22毫米。
图4是试样的极限抗拉强度和断裂伸长率相对于冷压下量的一个图表。
在多个在865摄氏度的温度下受到热轧以形成36％的厚度压下量的并且厚度为2.17毫米的铸态普通碳素钢带试样上进行第二系列试验。按照所述第一系列试验对经过热轧的试样进行冷轧和退火。
图5是试样的极限抗拉强度和断裂伸长率相对于冷压下量的一个图表。
从图4和图5中可以看出，利用本发明所涉及的方法能够生产出极限抗拉强度至少为680Mpa并且断裂伸长率至少为10％的最终带材。
对于一个示例，从图4中可以看出，冷轧后的厚度压下量为60％并且在550摄氏度的温度下经过60秒的热处理的铸态普通碳素钢带具有大约为720Mpa的极限抗拉强度和15％的断裂伸长率。
对于另一个示例，从图4中可以看出，冷轧后的厚度压下量为60％并且在500摄氏度的温度下经过60秒的热处理的铸态普通碳素钢带具有大约为740Mpa的极限抗拉强度和12％的断裂伸长率。
图4和图5证明，当在铸态下经过冷轧的带材的冷压下量达到80％时以及当经过热轧的带材的冷压下量达到60％时延伸率会急剧降低。这说明当所述带材首先经过热轧时为了维持最小为8％的断裂伸长率将减小所允许的最大冷压下量。
图6和图7提供了与前面在图4和图5中所涉及的试验数据相同的试验数据并且利用50毫米的标准试样获得了另外一些数据。这说明对于50毫米的标准试样也可以测定至少为680Mpa的极限抗拉强度和至少为10％的断裂伸长率。
图8和图9说明了在500摄氏度至600摄氏度的范围内总延伸率的恢复效果会随着退火温度的增大而增大。
图8是从初始存在于图4中的数据得到的并且示出了在退火温度分别在500摄氏度、550摄氏度和600摄氏度的情况下进行退火后不同百分比的冷压下量相对于增大的延伸率的比率。
图9示出了根据如图5中初始示出的初始热轧带材所得到的等效数值。
除了在冷压下量为80％和90％以及600摄氏度的退火温度下经过处理的试样的情况下可以观察到没有出现再结晶。即使在这些情况下，再结晶所占的比例也小于10％。图8和图9中所示的数据说明，当在铸态下经过冷轧的带材的冷压下量达到80％时以及当经过热轧的带材的冷压下量达到60％时会达到最大的延伸率恢复效果。
图10和图11示出了以不同的浇注速度所生产以形成不同的初始微观结构和在铸态带材中的不同初始延伸率性能的普通碳素钢试样进行一系列试验所得到的数据。所述钢是一种硅锰镇静钢，其组分与能够形成在图4至图9所示数据的前面试验中所用的钢组分相同。
图10示出了利用以37米分钟的浇注速度浇注的2.07毫米厚并且在铸态下具有大约30％的初始断裂伸长率的带材的50毫米标准试样所获得的抗拉强度值，所述带材接着受到20％、40％、60％、80％和90％的冷压下，然后在500摄氏度、550摄氏度和600摄氏度的温度下退火。
图11示出了利用以100米分钟的浇注速度浇注的1.30毫米厚的初始厚度并且在铸态下具有大约20％的初始断裂伸长率的带材的50毫米标准试样所获得的相应结果。图10和图11中所示的数据说明，利用一种高延伸率的原材料经过高达80％的冷压下能够达到700Mpa的抗拉强度和范围在8％至12％内的断裂伸长率。但是，利用一种低延伸率的原材料(大约20％的伸长率)时，必须将冷压下量限制在60％的最大值以内。提高带材卷取时的温度能够提高铸态材料的延伸率。因此，所述卷取温度大于650摄氏度较好。所述卷取温度最好至少为700摄氏度。
图12和图13提供了对利用一种具有高含量剩余物质的硅锰镇静普通碳素钢以双辊浇注的方式生产的带材进行试验所获得的数据，特别是一种含有0.2的铬、0.2的镍、0.2的钼、0.2的锡和0.5的铜的最大含量的剩余物质的钢。所述带材是以55米分钟的浇注速度浇注的并且在1050摄氏度的温度下以25％的压下量进行在线热轧。从热轧带材卷取的各种试样接着以20％、40％、60％和80％的压下量进行冷轧并且以在从500摄氏度至800摄氏度范围内的各个退火温度进行退火。图12示出了在退火过程中所述试样的测定抗拉强度的变化，图13示出了在退火过程中总伸长率的变化。这个数据示出了在600摄氏度至660摄氏度的退火温度下对于20％至60％范围内的冷压下量能够获得700MPa至850Mpa的抗拉强度和在8％至12％所范围内的延伸率(对于一个50毫米的标准试样)。剩余物质严重地阻碍了再结晶的进行，从而在退火过程中可使用600摄氏度至660摄氏度的高退火温度并且没有出现任何可观察到的再结晶。这些结果说明，剩余物质是非常有益的并且可提高各种性能。另外，含有含量较高的剩余物质可以补偿由于锰含量和硅含量较低而导致的加工硬化性能降低，并且还可利用铝镇静钢达到抗拉强度和延伸率之间的所需平衡。