專利名稱：雙層卷焊管用冷軋帶鋼及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種冷軋帶鋼，尤其是一種雙層卷焊管用冷軋帶鋼，同時還涉及其制造方法。
背景技術：
雙層卷焊管主要用于生產汽車剎車油路、制動管、冰箱的冷凝系統(tǒng)，由于其服役環(huán)境的特殊性，要求在使用要求過程中有非常好的安全性。基于雙層焊管制管過程一般采用分條開卷_720°C卷軋成型-高溫釬焊-退火-卷取的生產工藝，產品對原材料鋼板具有很高的加工成型性要求，要求屈服強度維持在170-260MPa，抗拉強度保證在270_370MPa，斷 后延伸率> 32%，硬度保證在40-52HR30T范圍內。除此之外，因為該產品加工成型及使用環(huán)境的特殊性，不允許出現輥彎成型反彈不可控、焊縫不均勻，虛焊及分層缺陷。所以其對原材料鋼板還具有潛在要求，具體有(I)原材料(雙層卷焊管用冷軋帶鋼)性能均勻、強度和塑韌性有很好匹配；(2)成分設計不影響帶鋼焊接效果。為達到雙層卷焊管用冷軋帶鋼的性能要求，采用罩式爐退火比較容易實現。但由于罩式退火整卷帶鋼爐內受熱不均勻、爐內鋼卷高溫堆積粘鋼造成鋼卷頭尾切損大的工藝特點；雙層卷焊管用冷軋帶鋼的生產效率、成材率及產品的性能均勻性都大打折扣。而產品性能均勻性較差就必然會引起制管企業(yè)在輥彎成型、加熱釬焊過程中出現輥彎成型反彈不可控、焊縫不均勻，易產生虛焊及分層缺陷，反映到雙層卷焊管制造廠的生產質量監(jiān)控過程，表現為制管成材率偏低、打標率高(制管企業(yè)普遍采用渦流探傷，在檢測到焊管虛焊時打印標記以及時切除)。所以生產具有高性能均勻性、強度和塑韌性很好匹配的雙層卷焊管用冷軋帶鋼具有重要意義。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種屈服強度控制在170_260MPa、抗拉強度保證在270-370MPa,斷后延伸率> 32%，硬度HR30T保證在40-52范圍內的雙層卷焊管用冷軋帶鋼及其制造方法，主要解決現有雙層卷焊管用鋼普遍采用罩式退火，產品成材率及性能均勻性較差的技術問題。本發(fā)明提出一種基于連續(xù)退火方式的生產工藝制造方法，該制造方法能夠在高生產節(jié)奏、高制造成材率的基礎上，生產出性能均勻、板形良好并且滿足雙層卷焊管制管行業(yè)對原材料機械性能硬性要求的鋼帶產品。為了達到以上目的，申請人通過不斷理論分析和反復試驗，基于連續(xù)退火熱處理設計出本發(fā)明的連續(xù)退火雙層卷焊管用冷軋帶鋼的化學成分(重量百分比)如下C:O. 015 O. 054%, Si ^ O. 034%, Mn 0. 15 O. 25%，P 彡 O. 020 %，S 彡 O. 020 %，Alt O. 015 O. 050%,余量為Fe及不可避免的雜質元素。在本發(fā)明的雙層卷焊管用冷軋帶鋼中，各元素成分確定的依據如下[碳]:碳作為鋼基體中主要的強化元素，其含量直接影響產品的強度、塑性及沖壓性能。降低C含量，有利于雙層卷焊管用鋼得到優(yōu)良的輥彎成型性能，同時能夠在較低的退火溫度下得到低屈服強度、低硬度和高的斷后延伸率。當C含量的增加，再結晶退火后有利于沖壓的{111}織構密度降低，使相同的退火溫度下，鋼板的強度增加，但過低的C含量又會使同退火溫度下的鋼帶不能滿足強度、硬度要求，制管后的耐壓、抗疲勞性達不到要求。根據材料的強度、硬度要求，本發(fā)明限定C含量為O. 015 O. 054%。[硅]:低碳鋼中Si是不可避免的雜質元素，Si含量嚴重損害冷軋鋼板的塑性和成形性能。但是對Si含量要求過低則會提高煉鋼精煉工序的成本。本發(fā)明限定Si含量(O. 034%。[錳]:錳在冷軋用鋼中的作用主要是強化和進一步消除S的不利影響的作用，但如果Mn含量高，則不能在較低的退火溫度下，得到較低的屈服強度。本發(fā)明限定Mn含量范圍為 O. 15% O. 25%。[磷、硫]:磷、硫均是鋼中的有害元素，在冷軋低碳鋼中均希望這兩種元素控制在較低的水平，降P可降低鋼帶的再結晶溫度；降S可以增加固溶碳量，減小晶粒長大阻力，提高產品的沖壓性能。但考慮到實際工藝控制能力，本發(fā)明限定S彡O. 02%, P ( O. 02%。[鋁]:A1是在煉鋼過程中作為脫氧劑加入無間隙原子鋼中，同時Al在鋼中還能夠固定一部分的N原子對保證鋼板的抗時效性有利。當鋼中Al含量大于O. 015%時才能保證脫氧的效果。但是當Al量過高時，會增加合金成本，另外也會形成過多的脫氧產物Al的氧化物Al2O3夾雜。本發(fā)明限定Al含量為O. 015 O. 05%。本發(fā)明雙層卷焊管用冷軋帶鋼的生產方法采用常規(guī)鐵水預脫硫、轉爐頂底復合吹煉，鋼包底吹氬、RH爐輕處理精煉，保證純脫氣時間大于8分鐘，連鑄采用鋁鎂碳質鋼包、低碳鋼保護渣，全程吹Ar保護澆鑄，以獲得前述化學成分的雙層卷焊管用冷軋帶鋼的板坯。其工藝步驟依次為鐵水脫硫預處理、扒渣、轉爐冶煉、爐底吹氬、RH爐精煉、連續(xù)澆鑄、板坯切割。在本發(fā)明的雙層卷焊管用冷軋帶鋼中，熱軋工藝制定依據如下I、連鑄板坯加熱溫度設定加熱溫度不能太低，如果加熱溫度過低，由于熱軋過程中的自然溫降，無法保證本發(fā)明要求的較高的終軋溫度。為滿足本發(fā)明要求的較高的終軋溫度，將連鑄板坯加熱溫度設定為1150°C -1210。。。2、粗軋結束溫度與精軋開軋溫度設定粗軋結束溫度的制定依據是確保所制定溫度能夠保證精軋開軋溫度得到保證。而精軋開軋溫度的制定是基于多方面考慮的結果，首先精軋開軋溫度過高容易形成三次氧化鐵皮，三次氧化鐵皮容易壓入鋼板表面，在隨后的酸洗過程中會形成凹坑，影響冷軋鋼板表面質量，其次精軋溫度過低則會不能保證精軋結束溫度，而精軋結束溫度直接關系到產品性能。因此本發(fā)明設定粗軋結束溫度為1040°C -1100°C，精軋開軋溫度為980°C 1050°C。3、精軋結束溫度設定雙層卷焊管用鋼的熱軋終軋需要在奧氏體區(qū)軋制，終軋溫度要高于Ar3相變點，從細化奧氏體晶粒度和促進析出物粗化的角度出發(fā)，終軋溫度不能太高。因此本發(fā)明設定精軋結束溫度為850°C 910°C。4、冷卻方式基于連續(xù)退火的雙層卷焊管用鋼需采用較高溫度卷取溫度，即Al以上溫度卷取，以使材料中滲碳體和AIN等充分析出，從而使材料在快速的連續(xù)再結晶退火時固溶碳減少，輥彎成型性能提高。但是由于材料在熱軋卷取時鋼卷的內外圈比鋼卷的內部容易接近外部空氣，外圈以較快的冷卻速度通過Al相變點，AIN及滲碳體析出、聚集不充分，從而鋼卷內外圈比鋼卷的中心部的材料性能要差，鋼卷長度方向的性能就不均勻。為了減少這種現象，在熱軋采用提高頭尾溫度來補償鋼卷內外圈的溫降，即在熱軋層流冷卻階段采用鋼卷頭部少噴水、尾部不噴水的方法(即U形冷卻控制方式)來實現。通過控制層流冷卻使得鋼卷頭尾溫度高于中部溫度，因為頭尾部冷卻較快，實際溫度效果是鋼卷的頭、中、尾基本接近。因此本發(fā)明采用U形冷卻的層流冷卻技術。5、精軋后卷取溫度隨著卷取溫度的升高，雙層卷焊管用鋼熱軋基板的再結晶溫度下降，并且沖壓成形性指標r值提高。本發(fā)明為了的再結晶溫度，設定精軋后卷取溫度為650°C 710°C。選650-710°C時，可以使析出物充分粗化，又不至于使帶鋼表面的氧化鐵皮嚴重影響隨后的酸洗過程。基于上述理論依據，本發(fā)明所述的雙層卷焊管用冷軋帶鋼的熱軋工藝方法設定為，將上述成分要求的連鑄板坯加熱至1150°C -1210°C，熱軋分為兩段式軋制工藝，其中粗軋階段為5道次連軋，粗軋結束溫度為1040°C 1100°C;精軋為7道次連軋，精軋開軋溫度為980°C 1050°C，精軋結束溫度為850°C 910°C ;精軋階段壓縮比80-86 %，精軋后，層流冷卻階段采用U形冷卻，卷取溫度為650°C 710°C。在本發(fā)明的雙層卷焊管用冷軋帶鋼中，冷軋工藝制定依據如下I、冷軋壓下率冷軋壓下率提高，鋼板中可存儲更多的形變能，增加再結晶驅動力，降低再結晶溫度并能夠使冷軋織構中{111}組分增加，從而使退火后{111}織構加強。雙層卷焊管用冷軋鋼帶在冷軋壓下率> 73%時可獲得良好的輥彎成型性能，但是當壓下率超過90%時軋機負荷增加明顯，并且冷軋過程穩(wěn)定性較差，容易造成生產事故。故本發(fā)明優(yōu)選冷軋的壓下 率為73% 89%。2、連退溫度設定在冷軋過程中，金屬晶粒沿著變形的方向被拉長，晶粒取向也有所轉動，從而在多晶體內形成一定類型的織構，另外，在冷軋時晶體內的結構缺陷也會增加。而冷軋過程引起的組織變化反映到機械性能上就是結構敏感性質的改變，如出現加工硬化(硬度、強度升高，塑性、韌性下降)、力學和物理性能的各向異性現象等。這些缺陷和變化都需要通過軋后的再結晶退火過程予以消除。因此，再結晶退火是冷軋后控制和改變金屬材料組織、織構和性能的必要手段。雙層卷焊管用冷軋帶鋼在退火過程中經歷的回復、再結晶和晶粒長大三個過程都影響到成品的性能。而退火溫度的設定一般是綜合考慮帶鋼的再結晶溫度、產品性能需求范圍等兩個因素，根據產品屈服強度控制在170-260MPa范圍內、斷后伸長率^ 32%、硬度控制在40-52冊3(^范圍內的要求，本發(fā)明設定鋼帶在連續(xù)退火爐的加熱、均熱段的退火溫度范圍為715 755°C，帶鋼在加熱段的時間為39-100s，在均熱段的時間為60-140s。3、平整延伸率設定通過冷軋而變成纖維狀組織，其后在退火工序中由于再結晶而變?yōu)榫哂行碌慕Y晶組織的雙層卷焊管冷軋鋼帶幾乎完全成為了軟質狀態(tài)，不適用于加工。這種退火帶鋼不能直接供給用戶使用，必須進行平整。平整的目的是改善帶鋼的板型，給予帶鋼表面所要求的粗糙度，最重要的用途是消除雙層卷焊管冷軋鋼帶的屈服平臺。由于平整延伸率對性能和表面結構有重要的影響，其設定的基準是成品性能、表面結構滿足雙層卷焊管制管企業(yè)的要求及機組能夠穩(wěn)定的結合，除此之外，雙層卷焊管冷軋鋼帶的延伸率必須保持恒定，即在誤差范圍內波動，這樣才能使帶鋼的縱向性能質量得到保證，從而有利于雙層卷焊管冷軋鋼帶的進一步深加工。因此，本發(fā)明所述的雙層卷焊管用冷軋帶鋼選用易控制的
0.8% -I. 8%。根據上述機理，上述雙層卷焊管用冷軋帶鋼的冷軋工藝和連續(xù)退火工藝方法為將上述成分合格并經過熱軋的雙層卷焊管用冷軋帶鋼的熱軋基板重新開卷，酸洗掉表面氧化鐵皮后，在5機架冷連軋機上進行冷軋,冷軋的壓下率為73 89%,經過冷軋后的軋硬狀態(tài)的鋼帶經過連續(xù)退火、濕式平整后得到厚度為O. 25 O. 5mm的成品冷軋鋼帶。退火工藝為鋼帶在連續(xù)退火爐的、加熱、均熱段的退火溫度范圍為715 755°C，帶鋼在加熱段的時間為39-lOOs，在均熱段的時間為60-140s，退火后直接連續(xù)平整，平整延伸率為O. 8 1.8%。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明采用低碳、低硅并采用鋁脫氧及作為晶粒細化元素，并利用夾雜物形態(tài)控制、熱連軋控制冷卻及連續(xù)退火溫度控制技術進行生產，從而有助于保證本發(fā)明的鋼材屈服強度和硬度在規(guī)定的范圍內，同時具有低屈服強度、低硬度、良好的輥彎成型性能、良好的焊接性能、高成材率等優(yōu)良綜合性能。為解決罩式退火雙層卷焊管用鋼的缺點，本發(fā)明采用連續(xù)退火溫度控制，采用這種方式一方面由于其小時產量能達到60噸/時(罩式爐單一爐臺小時產量約為I. 5噸/時)，實現了高速連續(xù)化生產，大大縮短了雙層卷焊管用冷軋帶鋼的退火周期。另一方面，連續(xù)退火處理的帶鋼在材質均勻性、板形和表面質量等方面都優(yōu)于罩式爐退火B(yǎng)HG2，有利于制管企業(yè)對成材率及達標率進行控制。和現有專利申請比較，本發(fā)明具有自身特點如下已有專利申請?zhí)?00510030138. 7名稱為“抗拉強度在880Mpa以上的超高強度冷軋帶鋼及其制造方法”的中國專利申請?zhí)峁┝艘环N超高強度冷軋帶鋼，該鋼種按重量百分比含有C :0. 14 O. 24% ；Si 0. 2 I. 2% ；Mn :1. 5
2.5% ；P < O. 02% ；S < O. 02% ；N O. 005% ；Ti :0. 03 O. I % ；Nb :0 O. 04% ;B :O. 002 O. 006% ；A1 0. 02 O. 08%，并采用連續(xù)退火。該對比專利在成分設計和工藝控制方面與本發(fā)明還是存在比較大的區(qū)別(I)化學成分對比專利鋼材中含有大量的Ti及Nb等合金強化元素，達到細化晶粒、提高強度的目的，另外對比專利C、Mn含量也非常高，比雙層卷焊管用冷軋帶鋼的C、Mn成分含量高10倍以上。由于Ti和Nb都是價格很昂貴的合金強化元素，提高Mn含量也需要增加錳鐵的投入，因此該鋼種的生產成本非常高；其次由于對比專利鋼種的訴求是通過Nb、Ti、C、Mn強化以生產超高強度冷軋帶鋼，抗拉強度達到880Mpa以上，這與雙層焊管用冷軋鋼帶的成分設計思想完全不同，雙層焊管用冷軋鋼帶要求采用低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼，C、Mn含量均要求控制在較低的水平，以確保材料屈服強度維持在170-260MPa，抗拉強度保證在270_370MPa，斷后延伸率> 32%，硬度保證在40-52HR30T范圍內。(2)煉鋼工藝控制對比專利鋼材中添加B元素以提高鋼的淬硬性，其對B元素的要求范圍為40ppm，對煉鋼過程增加硼鐵量的精度提出了較高的要求，對工藝控制水平要求很高。(3)熱軋工藝控制對比專利鋼材選用較低的熱軋卷取溫度，為550°C _650°C，在該溫度范圍卷取時，不利于低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼的析出物的充分粗化。實驗證明，熱軋基板在成分不變的情況下，采用如對比專利所示的卷取溫度，冷軋后用較低退火溫度730-755°C不足以使材料充分再結晶，從而達不到產品規(guī)定的性能要求。(4)退火對比專利采用連續(xù)退火，保溫溫度為750-850°C，目標退火溫度為800°C，雙層卷焊管用冷軋帶鋼采用較低的退火溫度，保溫溫度為730-755°C，目標退火溫度為740°C，退火溫度有很大幅度降低。由于雙層卷焊管用鋼絕大部分規(guī)格為O. 35_，并且有減薄的趨勢，退火溫度降低后一方面可大幅度提高薄料通板的可能性(750-850°C生產O. 35mm規(guī)格薄料極容易產生熱瓢曲，進而發(fā)生生產事故)，另一方面，能耗大大減少。因此無論從生產安全性還是經濟性方面考慮，雙層焊管用冷軋鋼帶都要優(yōu)于對比專利。(5)組織形態(tài)對比專利鋼材材料組織形態(tài)為馬氏體與鐵素體雙相鋼，而雙層卷焊管用冷軋帶鋼組織形態(tài)為單純的鐵素體。


圖I為本發(fā)明雙層卷焊管用冷軋帶鋼的金相顯微組織照片。
具體實施方式
下面結合實施例1-4對本發(fā)明作進一步說明，見表I。表I實施例1-4化學成分(重量百分比％ )，余量為Fe及不可避免雜質。
權利要求
1.一種雙層卷焊管用冷軋帶鋼，其特征是化學成分重量百分比如下c :0. 015 O.054%, Si ^ O. 034%, Mn 0. 15 O. 25 %，P 彡 O. 020 %，S 彡 O. 020 %，Alt 0. 015 O.050%，余量為Fe及不可避免的雜質元素。
2.一種制造權利要求I所述的雙層卷焊管用冷軋帶鋼的制造方法，其特征是包括以下步驟 a、鋼水冶煉連鑄依次采用常規(guī)鐵水脫硫預處理、扒渣、轉爐冶煉、鋼包底吹氬、RH爐精煉、連鑄獲得符合權利要求I成分要求的連鑄板坯； b、板坯熱軋將符合成分要求的連鑄板坯加熱至1150°C-1210°C，熱軋分為兩段式軋制工藝，其中粗軋結束溫度為1040°C 1100°C;精軋開軋溫度為980°C 1050°C，精軋結束溫度為850°C 910°C ;精軋階段壓縮比80-86%，精軋后卷取溫度為650°C 710°C ； C、熱卷冷軋、連續(xù)退火將上述成分并經過熱軋的雙層卷焊管用熱軋鋼卷重新開卷，經過酸洗掉表面氧化鐵皮后進行冷軋，冷軋的壓下率為73 89%，經過冷軋后的軋硬狀態(tài)的鋼帶經過連續(xù)退火、平整后得到厚度為O. 25 O. 5mm的成品冷軋鋼帶，鋼帶在連續(xù)退火爐的加熱、均熱段的退火溫度范圍為715 755°C，退火后的平整延伸率為O. 8% -I. 8%。
3.根據權利要求2所述的雙層卷焊管用冷軋帶鋼的制造方法，其特征是所述冷軋在5機架冷軋機上進行。
4.根據權利要求2所述的雙層卷焊管用冷軋帶鋼的制造方法，其特征是連續(xù)退火爐的加熱段時間為39-100s，在均熱段的時間為60-140s。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種冷軋帶鋼，尤其是一種雙層卷焊管用冷軋帶鋼，同時還涉及其制造方法。主要解決現有雙層卷焊管用鋼普遍采用罩式退火，產品成材率及性能均勻性較差的技術問題。本發(fā)明的雙層卷焊管用冷軋帶鋼化學成分(重量百分比)如下C0.015～0.054％，Si≤0.034％，Mn0.15～0.25％，P≤0.020％，S≤0.020％，Alt0.015～0.050％，余量為Fe及不可避免的雜質元素。本發(fā)明采用低碳、低硅并采用鋁脫氧及作為晶粒細化元素，并利用夾雜物形態(tài)控制、熱連軋控制冷卻、連續(xù)退火溫度控制及連續(xù)平整技術進行生產，從而有助于保證本發(fā)明的鋼材屈服強度、斷后伸長率和硬度在規(guī)定的要求范圍內。同時本發(fā)明在后續(xù)制管過程中，具備更好的全長性能均勻性、良好的輥彎成型性、良好的管筒搭接反彈可控性、良好的焊接性能、良好的彎管性能并且能保證制管全流程的成材率。
文檔編號C21D8/02GK102925794SQ20111023353
公開日2013年2月13日 申請日期2011年8月11日 優(yōu)先權日2011年8月11日
發(fā)明者曹孝平, 吳浩杰, 冉從錦 申請人:上海梅山鋼鐵股份有限公司