專利名稱：一種鈮鈦復合微合金鋼連鑄厚板坯的制造方法
技術領域：
本發明涉及一種鈮鈦復合微合金鋼連鑄厚板坯的制造方法。
背景技術：
汽車工業始終是發達國家經濟的支柱產業，也是一些發展中國家的重
要產業。2001年以來，隨著我國汽車工業的迅猛發展，對汽車用鋼的需求 量大幅度上升。目前汽車用鋼仍以鋼板為主，其中轎車用鋼板重量約占轎 車總重量的50%。
隨著對轎車使用要求的不斷提高和轎車制造技術的發展，從沖壓性能 方面看，轎車用鋼板已由以低碳沸騰鋼為代表的第一代沖壓用鋼、以低碳 鋁鎮靜鋼為代表的第二代沖壓用鋼發展到了以超低碳、氮IF鋼為代表的第 三代沖壓用鋼，IF鋼(Interstitial Free Steel)即無間隙原子鋼，是在超 低C、 N鋼中加入一定量的Nb或Ti或Nb、 Ti合金元素，使鋼中C、 N原子被固 定成碳化物、氮化物，而鋼中無間隙原子存在的鋼種，IF鋼具有極優良的 深沖性能。
從表面狀態看，轎車用鋼板正由冷軋板向熱鍍鋅鋼板、合金化熱鍍鋅 鋼板、熱鍍鋁鋼板、電鍍鋅鋼板、電鍍鋅鎳合金鋼板、電鍍鋅鐵合金鋼板 以及有機復合涂鍍層鋼板等表面處理鋼板發展，并且在轎車上的使用比例 逐漸加大。
鋼板的表面質量不僅影響成品零件的外觀，而且對鋼板的沖壓性能也 會產生明顯影響。按照成品表面質量等級，德國工業標準DIN 1623將轎車 用鋼板分為03、 04和05板，其中05板又稱為表面無缺陷鋼板，即要求產品 二面中較好的一面不得有任何缺陷，不能影響涂漆后或電鍍后的外觀質量。 05板用作轎車外板，始終是轎車用鋼板中生產難度最大的品種之一。
鈮鈦復合微合金鋼連鑄厚板坯的制造方法，涉及冶煉、連鑄工序。連鑄厚板坯表面縱裂紋是在連鑄工序形成的主要缺陷之一，輕微的表 面縱裂紋需要進行火焰清理，嚴重的表面縱裂紋會導致漏鋼和連鑄廢品， 影響連鑄生產率和連鑄坯質量，增加生產成本。連鑄厚板坯表面縱裂紋在 后續的熱連軋、酸洗、冷連軋、表面處理和沖壓過程中演變為鋼板表面缺 陷的可能性極大，不僅限制后步工序生產率的提高，而且會對成品冷軋鋼 帶的成型性能產生不良影響，嚴重時導致冷軋成品降級率達到了11%。
連鑄厚板坯上的表面縱裂紋可能在板坯寬面中心區域或寬面中心線到
棱邊的任一位置產生，裂紋寬度1 20咖，深度3 30mm，長度從100mm到幾 米，嚴重時會貫穿板坯縱向。帶液芯的連鑄厚板坯在連鑄機內運行時和在 凝固過程中產生表面縱裂紋是一個非常復雜的問題。在連鑄厚板坯上產生 表面縱裂紋的內因是結晶器彎月面處凝固初生坯殼厚度不均勻。坯殼受到 因四周溫度不均而產生的收縮力、由鋼水靜壓力產生的鼓脹力、板坯寬面 收縮時受側面約束產生的彎曲應力等作用力的綜合作用，這些力綜合作用 在坯殼上，當坯殼所受到的應力超過其高溫允許強度極限時,就會在坯殼薄 弱處產生微裂紋，板坯出結晶器后微裂紋在二冷區繼續擴展，形成表面縱 裂紋。
在本發明之前雖然已經公開了多個有關IF鋼的發明專利，但尚未發現 關于Nb、 Ti復合微合金化IF鋼連鑄厚板坯表面縱裂紋及其消除方法的報道。

發明內容
為了克服現有鈮鈦復合微合金化鋼連鑄厚板坯制造方法的上述不足， 本發明提供一種無表面縱裂紋的鈮鈦復合微合金化鋼連鑄厚板坯的制造方 法。
為了達到上述目的，并解決Nb、 Ti復合微合金化IF鋼連鑄厚板坯表面 縱裂紋缺陷導致連鑄漏鋼事故和連鑄廢品、降低連鑄生產率和連鑄坯質量、 增加生產成本的問題，同時為了解決該類連鑄厚板坯表面縱裂紋在后步工 序演變為鋼板表面缺陷，并限制相應工序生產率提高、不良品增加等問題， 本發明主要通過化學成分和厚板坯連鑄工藝制度的合理匹配，消除Nb、 Ti 復合微合金化IF鋼連鑄厚板坯表面縱裂紋。
本發明主要從連鑄厚板坯成分設定與連鑄工藝制度的合理匹配，消除鈮鈦復合微合金化鋼連鑄厚板坯表面縱裂紋。
本鈮鈦復合微合金化鋼連鑄厚板坯化學成分的質量百分配比為
0<C《0.005 0<N《0.004 0<Si《0.03 Mn: 0. 10 0.20
0<P《0.018 0<S《0.015 Al: 0.02 0.06 0<Ti《0.070
0<Nb《0.020 0<O《0.002 0<Cr《0.05 0<Ni《0.07
0<Cu《0.07 0<Mo《0.020，其余為Fe和不可避免的雜質。
本鈮鈦復合微合金化鋼連鑄厚板坯化學成分的限定理由如下 C含量為0.09 0. 17%的鋼凝固時，發生S —Y+L包晶反應，凝固坯殼
線性收縮大，彎月面處初生坯殼厚度不均，鑄坯表面易產生縱裂紋，應將 鋼中的C含量向下限或上限控希U，以避開包晶區。C在鋼中形成間隙固溶體， 具有顯著的固溶強化效應，隨著C含量的提高，鋼的屈服強度、抗拉強度和 硬度增加，但塑性和成型性能卻明顯下降。隨著鋼中固溶C含量的提高，
〈111〉織構密度降低，成品時效傾向增強。因此，限定C含量不得高于O. 005 %。
N和C一樣，固溶于Fe中形成間隙固溶體，并同樣具有顯著的固溶強 化效應，使鋼的屈服強度、抗拉強度和硬度增加，卻使鋼的塑性和成型性 能下降。隨著溫度的降低，N在鐵素體中的溶解度急劇降低，且多以A1N形 式在晶界析出，抑制鐵素體晶粒生長，提高鋼的屈服強度、抗拉強度和硬 度，降低其塑性和成型性能。在厚板坯連鑄過程中，A1N沿晶界析出會成 為應力集中源并形成微孔，微孔聚合形成細小裂紋，在二冷區熱應力、摩 擦力和矯直拉力作用下裂紋進一步擴展。N也使鋼產生應變時效現象。因此， 限定N含量不得高于0. 004% 。
Si固溶于Fe中形成置換固溶體，其固溶強化能力僅次于P，可有效提高 鋼的強度，但同時也在一定程度上降低鋼的塑性和韌性。Si的夾雜物易成 為連鑄厚板坯中的裂紋源。Si含量高時，容易在熱軋鋼帶表面形成難以去 除的紅鐵鱗。Si比鐵更容易被氧化，在再結晶退火過程中會在鋼板表面發 生選擇性氧化反應，其氧化產物易富集于鋼板表面，這不僅會影響熱鍍鋅 效果，而且會使熱鍍鋅時的合金化反應遲滯，導致因高溫合金化而使熱鍍 鋅板的鋅層抗粉化能力下降。因此，限定Si含量不得高于0.03X。Mn在鋼中與Fe互溶形成固溶體，其固溶強化能力低于P和Si， Mn和固溶 C共存會降低鋼的深沖性。Mn是良好的脫硫劑，提高Mn/S，能夠減弱或消除 因S引起的鋼的熱脆性，改善鋼的熱加工性能，減小連鑄厚板坯產生表面縱 裂紋的傾向。Mn含量過低不僅會使成本增高，還易增加鋼的熱脆傾向，促 進連鑄厚板坯產生表面縱裂紋。因此，將Mn含量限定在O. 10%-0. 20%范圍。
與其它元素相比，P是固溶強化鐵素體能力最強的元素，隨著P含量的 提高，鋼的屈服強度、抗拉強度和硬度顯著增加，但塑性、成型性能和韌 性，尤其是低溫韌性卻明顯下降。P在鋼水凝固過程中促進低熔點化合物的 生成，易導致高溫裂紋。P在鋼中易偏析，損害鋼板組織的均勻性，導致裂 紋源。P在晶界偏析，也會使熱鍍鋅過程中的合金化反應遲滯，從而同樣產 生因高溫合金化而使熱鍍鋅板鋅層抗粉化能力下降的問題。因此，限定P含 量不得高于0.018%。
S對鋼的強度和塑性影響不大。S在鐵素體中的溶解度很低，在鋼中多 以硫化物夾雜的形式存在，這些夾雜物會降低鋼的塑性和韌性，使其產生 明顯的各向異性，并導致成品表面和內在缺陷。S易使鋼產生熱脆性，嚴重 惡化鋼的熱加工性能，對連鑄厚板坯表面縱裂紋的產生具有明顯的促進作 用。S易偏析，明顯損害鋼板組織和質量的均勻性，是使鋼板產生裂紋的重 要原因之一。因此，限定S含量不得高于0.015X。
'Al和O有很強的親和力，冶煉時一般將A1作為主要脫氧劑加入鋼中。Al 和N也有較強的親和力，能夠起到固定鋼中固溶N、消除由其產生的應變時 效的作用。但鋼中A1含量太高時，會促進A1N沿晶界的析出，在厚板坯連鑄 過程中，這些A1N會成為裂紋源，在外力的作用下有可能導致表面縱裂紋的 產生。鋼中A1含量太高時，還會降低熱鍍鋅時的合金化反應速率并提高合 金化溫度。因此，將A1含量限定在0.02X-0.06%范圍。
Ti是極為活潑的金屬元素之一，它和O、 C、 N、 S均有極強的親和力， 是一種良好的脫氧劑，也是固定鋼中固溶C、 N的有效元素。在IF鋼中加入 Ti的目的就在于清除鋼中C、 N原子，得到純凈的鐵素體基體，但是如果Ti 的加入量過高，則導致成本增加和再結晶溫度提高。因此，限定Ti含量不 得高于O. 07%。Nb和O、 C、 N均有很強的親和力，可分別與其形成穩定的化合物。與Ti 的作用類1以，在IF鋼中加入Nb是為了清除鋼中C、 N原子，得到純凈的鐵素 體基體，但是如果Nb的加入量過高，也會導致成本增加和再結晶溫度提高。 因此，限定Nb含量不得高于0.020^。
Nb、 Ti復合微合金化IF鋼的力學性能對工藝參數不敏感、整巻性能波 動小、平面各向異性小，鍍層具有良好的抗粉化能力，適于釆用高溫連續 退火工藝生產成品冷軋板，也適于用作熱鍍鋅和電鍍鋅基板。
O是冶煉過程中不可缺少的主要元素之一，尤其是在轉爐煉鋼中。固溶 在鋼中的O很少，鋼中大部分O以各種氧化物夾雜的形式存在，這些夾雜物 在晶內或晶界析出，降低鋼的塑性、成型性能和表面質量，嚴重時可能導 致鋼的熱脆性，并引發厚板坯表面縱裂紋， 一般將O作為鋼中的有害元素來 看待。因此，限定0含量不得高于0.002%。
Cr、 Ni、 Cu、 Mo在鋼中均能起到一定程度的固溶強化作用，提高鋼的 屈服強度，降低其塑性和成型性能。Cu在鐵素體內的溶解度約為O. 13%， 高于該含量的Cu在連鑄坯凝固過程中會在晶界析出，形成低熔點化合物， 導致鋼的熱脆和連鑄坯表面縱裂紋。Mo還能提高鋼的再結晶溫度。因此， 限定Cr含量不得高于O. 05%， Ni含量不得高于O. 07%， Cu含量不得高于O. 07 %， Mo含量不得高于O. 02%。
本鈮鈦復合微合金化鋼連鑄厚板坯的制造方法包括下述依次的步驟
首先通過鐵水預處理脫硫、頂底復合吹煉轉爐冶煉、RH精煉，獲得下
述質量百分配比的精煉鋼水
0<C《0.005 0<N《0.004 0<Si《0.03 Mm 0. 10 0.20
0<P《0. 018 0<S《0. 015 Al: 0. 02 0. 06 0<Ti《0. 070 0<Nb《0.020 0<O《0.002 0<Cr《0.05 0<Ni《0.07 0<Cu《0.07 0<Mo《0.020，其余為Fe和不可避免的雜質。
其次，將上述鋼水在厚板坯連鑄機上連續澆注成厚板坯，在澆注過程 中全程吹氬保護。使用無碳中包覆蓋劑。鋼水過熱度控制在10-35-C之間。 結晶器錐度0.8-0.9%/111。使用無碳結晶器保護渣，保護渣液渣層厚度》 15mm。結晶器寬面銅板平均熱流l. 45 1. 55MW/m2，側面銅板平均熱流1.15-1. 25MW/m2。結晶器兩寬面銅板和兩側面銅板熱流差值控制在士 0.04MW/m2。側面銅板熱流與寬邊銅板熱流之比為0.75 0.85。結晶器振動 時的負滑脫時間tfO. 2 0. 3S。結晶器液面波動《土3mm。拉速《1. lm/min。 浸入式水口對中，出口流股對稱，不得造成偏流現象。零段二冷水水流密 度50 60L/(m、min)。鑄坯矯直溫度高于900。C 。
本發明的有益效果在于，通過化學成分和厚板坯連鑄工藝制度的合理 匹配，消除了Nb、 Ti復合微合金化IF鋼連鑄厚板坯表面縱裂紋缺陷，解 決了該類缺陷所導致的連鑄漏鋼事故和連鑄廢品，用本發明制造的鈮鈦復 合微合金化鋼連鑄厚板坯沒有表面縱裂紋，避免了其在后步工序演變為鋼 板表面缺陷，提高了相應工序生產率，以該連鑄板坯為原料生產冷軋鋼帶， 酸洗效率可提高10%，成材率可提高O. 15%，冷軋鋼帶具有良好的表面質量 和沖壓性能，應用于汽車、家電制造等行業。
具體實施例方式
下面結合實施例對本鈮鈦復合微合金化鋼連鑄厚板坯制造方法的具體 實施方式進行詳細的說明，但本鈮鈦復合微合金化鋼連鑄厚板坯制造方法 的具體實施方式
不局限于下述的實施例。
下述實施例的生產條件為鐵水預處理設施，180噸頂底復合吹煉轉爐， RH精煉裝置，立彎式連鑄機。
Nb、 Ti復合微合金化IF鋼化學分析方法為GB/T 223，取樣方法GB/T
222。
Nb、 Ti復合微合金化IF連鑄厚板坯的表面質量由人工檢査。 實施例1:
首先通過鐵水預處理脫硫、頂底復合吹煉轉爐冶煉、RH精煉，獲得下
述質量百分配比的精煉鋼水
C: 0.0016 N: 0.0020Si: 0.01 Mm 0.14 P: 0.007
S: 0.005 Al: 0.04 Ti: 0.05 Nb: 0.015Cr: 0.02
Ni: 0.02 Cu: 0.01 Mo: 0.002
其余為Fe和不可避免的雜質。
其次將上述鋼水在厚板坯連鑄機上連續澆注，在澆注過程中全程吹氬保護。使用無碳中包覆蓋劑。鋼水過熱度2(TC。結晶器錐度O. 85%/m。使用無 碳結晶器保護渣，保護渣液渣層厚度16mm。結晶器寬面銅板平均熱流 1. 51MW/m2，側面銅板平均熱流l. 20MW/m2。結晶器兩寬面銅板和兩側面銅板 熱流差值在士O. 03MW/m2范圍。側面銅板熱流與寬邊銅板熱流之比為O. 79。 結晶器振動時的負滑脫時間t^0.25S。結晶器液面波動《土3mm。拉速 1. lm/min。浸入式水口對中，出口流股對稱，無偏流現象。零段二冷水水 流密度52L/(m、min)。鑄坯矯直溫度91(TC。連鑄坯厚度200mm。經人工檢 査，連鑄坯無表面縱裂紋缺陷。 實施例2:
首先通過鐵水預處理脫硫、頂底復合吹煉轉爐冶煉、RH精煉，獲得下
述質量百分配比的精煉鋼水
C: 0.0015N: 0.0018Si:0. 01Mn:0. 141P: 0.007
S: 0.005 Al: 0.04Ti:0. 05Nb:0.014Cr: 0.02
Ni: 0.02 Cu: 0.010. 0043
其余為Fe和不可避免的雜質。
將上述鋼水在厚板坯連鑄機上連續澆注，在澆注過程中全程吹氬保護。
使用無碳中包覆蓋劑。鋼水過熱度控制在22X:。結晶器錐度0.86%/111。使用 無碳結晶器保護渣，保護渣液渣層厚16.3mm。結晶器寬面銅板平均熱流 1. 48MW/m2，側面銅板平均熱流l. 19MW/m2。結晶器兩寬面銅板和兩側面銅板 熱流差值在土O. 03MW/m2范圍。側面銅板熱流與寬邊銅板熱流之比為O. 80。 結晶器振動時的負滑脫時間tf0.25S。結晶器液面波動《士3mm。拉速 1.05m/min。浸入式水口對中，出口流股對稱，無偏流現象。零段二冷水水 流密度55L/(m、min)。鑄坯矯直溫度920。C。連鑄坯厚度220mm。經人工檢 査，連鑄坯無表面縱裂紋缺陷。
實施例3:
首先通過鐵水預處理脫硫、頂底復合吹煉轉爐冶煉、RH精煉，獲得下 述質量百分配比的精煉鋼水-
C: 0.0014 N: 0.0015 Si: 0.006 Mn: 0.147P: 0.0061 S: 0.005AL: 0.0383 Ti: 0.056 Nb: 0.0146 Cr: 0.0163Ni: 0.0137 Cu: 0.0055 Mo: 0.0024
其余為Fe和不可避免的雜質。
將上述鋼水在厚板坯連鑄機上連續澆注，在澆注過程中全程吹氬保護。 使用無碳中包覆蓋劑。鋼水過熱度控制在23°C。結晶器錐度0.88%/m。使 用無碳結晶器保護渣，保護渣液渣層厚16.8ram。結晶器寬面銅板平均熱流 1. 53MW/m2，側面銅板平均熱流1.23麗/m2。結晶器兩寬面銅板和兩側面銅板 熱流差值在士O. 03MW/m2范圍。側面銅板熱流與寬邊銅板熱流之比為0. 80。 結晶器振動時的負滑脫時間tN=0.25S。結晶器液面波動《土3mm。拉速 lm/min。浸入式水口對中，出口流股對稱，無偏流現象。零段二冷水水流 密度56L/(m2 min)。鑄坯矯直溫度925°C。連鑄坯厚度230腿。經人工檢 查，連鑄坯無表面縱裂紋缺陷。
上述三個實施例的連鑄厚板坯軋制成鋼帶后，冷軋板表面達到GB、 ASTM、 EN、 JIS等標準要求。
權利要求
1、一種鈮鈦復合微合金化鋼連鑄厚板坯的制造方法，它包括下述依次的步驟首先通過鐵水預處理脫硫、頂底復合吹煉轉爐冶煉、RH精煉，獲得下述質量百分配比的精煉鋼水0＜C≤0.005 0＜N≤0.0040＜Si≤0.03 Mn0.10～0.200＜P≤0.018 0＜S≤0.015Al0.02～0.060＜Ti≤0.0700＜Nb≤0.0200＜O≤0.0020＜Cr≤0.05 0＜Ni≤0.070＜Cu≤0.07 0＜Mo≤0.020，其余為Fe和不可避免的雜質；其次，將上述鋼水在厚板坯連鑄機上連續澆注成厚板坯，在澆注過程中全程吹氬保護，使用無碳中包覆蓋劑，鋼水過熱度控制在10～35℃之間。
2、 根據權利要求l所述的鈮鈦復合微合金化鋼連鑄厚板坯的制造方法， 其特征是在厚板坯連鑄機上連續澆注時，結晶器錐度0.8-0.9%/m，使用 無碳結晶器保護渣，保護渣液渣層厚度》15mm。
3、 根據權利要求1或2所述的鈮鈦復合微合金化鋼連鑄厚板坯的制造方法，其特征是在厚板坯連鑄機上連續澆注時，結晶器寬面銅板平均熱流 1. 45 1. 55MW/m2，側面銅板平均熱流l. 15 1. 25MW/m2;結晶器兩寬面銅板 和兩側面銅板熱流差值控制在士O. 04MW/m2;側面銅板熱流與寬邊銅板熱流 之比為O. 75 0.85。
4、 根據權利要求1或2所述的鈮鈦復合微合金化鋼連鑄厚板坯的制造方法，其特征是在厚板坯連鑄機上連續澆注時，結晶器振動時的負滑脫時 間"=0. 2 0. 3S，結晶器液面波動《士3咖，拉速《1. lm/min，浸入式水口 對中，出口流股對稱，不得造成偏流現象，零段二冷水水流密度50 60L/ (m2 min),鑄坯矯直溫度不低于90(TC 。
5、 根據權利要求3所述的鈮鈦復合微合金化鋼連鑄厚板坯的制造方法， 其特征是在厚板坯連鑄機上連續澆注時，結晶器振動時的負滑脫時間 tN=0.2 0.3S，結晶器液面波動《土3mm，拉速《1. lm/min，浸入式水口對 中，出口流股對稱，不得造成偏流現象，零段二冷水水流密度50 60L/ (m2 min)，鑄坯矯直溫度不低于90(TC 。
全文摘要
一種鈮鈦復合微合金化鋼連鑄厚板坯的制造方法，它首先是獲得下述質量百分配比的精煉鋼水0＜C≤0.005；0＜N≤0.004；0＜Si≤0.03Mn0.10～0.20；0＜P≤0.018；0＜S≤0.015；Al0.02～0.06；0＜Ti≤0.0700＜Nb≤0.020；0＜O≤0.002；0＜Cr≤0.05；0＜Ni≤0.07；0＜Cu≤0.070＜Mo≤0.020。其次，將鋼水連續澆注成厚板坯，澆注時全程吹氬保護，鋼水過熱度控制在10～35℃之間；結晶器錐度0.8-0.9％/m，使用無碳結晶器保護渣，保護渣液渣層厚度≥15mm；結晶器寬面銅板平均熱流1.45～1.55MW/m²，側面銅板平均熱流1.15～1.25MW/m²。本鈮鈦復合微合金化鋼連鑄厚板坯的制造方法制的厚板坯無表面縱裂紋。
文檔編號C22C38/50GK101613836SQ20091007489
公開日2009年12月30日 申請日期2009年7月13日 優先權日2009年7月13日
發明者徐芳泓, 辛建卿 申請人:山西太鋼不銹鋼股份有限公司