一种采用铁素体轧制工艺生产抗时效低碳钢的方法与流程

本发明涉及低碳钢生产技术领域，具体涉及一种采用铁素体轧制工艺生产抗时效低碳钢的方法。

背景技术：

随着钢铁企业逐渐向资源节约、环境友好、创新活力强、经济效益好、具有国际竞争力的转型升级，以及市场对超薄规格、良好深冲性能的热轧薄板需求的日益增长，低成本、高性能、节约型和环保型热轧薄带钢技术逐渐成为未来热轧低碳带钢的发展趋势。

铁素体轧制工艺是一种针对低碳系列钢的控制轧制技术，通过控制温度，带钢在全奥氏体状态下进行粗轧，在完全铁素体或绝大部分为铁素体状态下进行精轧。铁素体轧制工艺具有加热温度低、轧制温度低、钢板表面的氧化铁皮薄、热轧与冷轧成品钢板的力学性能好等优点，可生产超薄规格热轧低碳钢板以替代传统的冷轧和退火工艺，产品可部分替代冷轧产品，是利润化带钢生产的最佳选择。近十几年来，经过人们不断的理论研究和工业化实践，铁素体轧制工艺已基本形成了一套较完善的技术体系，成为经济地生产具有良好性能的超薄规格热轧低碳带钢的一种有效的生产工艺。

目前，有一些将铁素体轧制工艺应用于传统热轧产线和短流程连铸连轧产线生产低碳钢的相关报道，能生产出强度低、屈强比低、延伸率高的低碳带钢，通过超低碳冶炼技术和洁净钢生产技术，控制c、n等元素含量，能提高产品的成形性能。在超低碳成分体系下，添加ti、nb等合金元素，产品还具有抗时效性，但只能实现特定产品具有抗时效性，并且在提高产品成形性或抗时效性的同时，造成生产成本大幅增加，无法实现成本控制与质量提升的双效共赢。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种采用铁素体轧制工艺生产抗时效低碳钢的方法，实现全部低碳钢产品具有抗时效性，同时提高产品成形性能，降低成本。

现有铁素体轧制工艺生产的低碳钢，通过降低c、n等元素含量以提高产品成形性能的方法，显著增加了生产成本，目前，只有超低碳添加ti/nb等合金的产品才具有时效性，其余产品不具有抗时效性，但添加ti、nb等合金会显著增加生产成本。

本发明的技术方案为：

一种采用铁素体轧制工艺生产抗时效低碳钢的方法，包括如下步骤：

将低碳钢化学成分及质量百分比含量为：0.003％＜c≤0.060％，si≤0.10％，mn≤0.25％，p≤0.020％，s≤0.03％，alt≤0.05％，0.0015％≤b≤0.0050％，n≤0.008％，其余为fe和不可避免的不纯物，进行冶炼、浇铸、轧制和卷取后制成不同厚度的带钢。

轧制过程中精轧终轧温度750～830℃。

作为优选，b的含量和终轧温度根据c和n含量的不同可分为：

(1)当0.030％<c≤0.060％、n≤0.008％时，0.0032％<b≤0.0050％、终轧温度750～810℃；

(2)当0.010％<c≤0.030％、n≤0.005％时，0.0020％<b≤0.0032％、终轧温度760～820℃；

(3)当0.003％＜c≤0.010％、n≤0.003％时，0.0015％≤b≤0.0020％、终轧温度770～830℃。

所述卷取温度为650～730℃。

钢带的厚度为0.6～4.0mm。

本发明中主要元素的作用及机理：

c：c对钢的相变点影响显著，是决定铁素体轧制工艺窗口的关键元素之一，一般随c含量增加，铁素体温度区间减小，奥氏体向铁素体相变温度降低。随着温度的降低，钢的屈服应力升高，导致轧制力升高，变形困难，无法保证轧制过程的稳定进行，同时成品组织不均匀，由于冶炼工序中将c含量控制过低，例如c≤0.003％范围内会使钢的制造成本急剧上升，因此，在本发明中c含量控制在0.003％＜c≤0.06％。

n：n和c原子拥有两种存在形式：一种是处于固溶状态，另一种是处于析出状态。固溶c、n不仅严重损害钢材的成形性能，而且当c和n原子与位错发生交互作用而形成cottrell气团后，使钢经过塑性变形后，在室温放置较长时间或稍经加热后会发生应变时效，其强度、硬度升高，塑性、韧性降低。

b：b在钢中能与fe、c、n、o等元素形成fe-c-b型化合物和fe-o-b型化合物，相比于al更容易与自由n结合，b与n从基体中脱溶，形成粗大bn颗粒，抑制了钢中细小aln的析出，并且使晶粒粗大化，使钢的屈服强度降低，并消除钢的时效现象。

p和s：p和s为铁水中残余的有害元素，为保障钢的生产稳定和成形性能，本发明中p≤0.020％、s≤0.030％。

本发明的有益效果在于，

(1)本发明相比超低碳+ti/nb等合金的生产工艺，未采用超低碳成分，未添加ti/nb等高成本合金，而是添加少量低价的b合金，促进c、n化合物形成，钢材强度显著降低、晶粒大小均一、呈规格多边形，有效提高成形性能；同时根据c和n含量选择b含量和终轧温度，利于试验的稳定性，不仅达到了抗时效性的目的，还大大降低了成本；

(2)本发明钢材分别经2h、100℃水浴时效试验、20min和35min的200℃加热时效试验，强度和延伸率均无明显变化，具有良好的抗时效性；

(3)相比于其他铁素体轧制工艺，本发明不仅提高了钢材成形性能，而且钢材具有优良的抗时效性，更为关键的是，本发明通过降低对c含量要求以减少冶炼成本、添加b合金减少合金成本，设计合理的成分和热轧工艺，在获得优良性能钢材的同时，有效降低了生产成本；

(4)本发明生产的低碳钢降低了屈服强度和抗拉强度，提高了延伸率，具有更加优良的力学性能，本工艺低能耗环保节约，实现了降低成本与提升质量的双效共赢。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

实施例1

一种采用铁素体轧制工艺生产抗时效低碳钢的方法，包括如下步骤：

将低碳钢化学成分及质量百分比含量为：c：0.060％，si：0.10％，mn：0.23％，p：0.017％，s：0.03％，alt：0.047％，b：0.0048％，n：0.008％，其余为fe和不可避免的不纯物，冶炼、浇铸、轧制和卷取后制成1.5mm厚度的带钢，其中，终轧温度为755℃，卷取温度为680℃。

实施例2

一种采用铁素体轧制工艺生产抗时效低碳钢的方法，包括如下步骤：

将低碳钢化学成分及质量百分比含量为：c：0.025％，si：0.07％，mn：0.19％，p：0.018％，s：0.027％，alt：0.048％，b：0.0030％，n：0.005％，其余为fe和不可避免的不纯物，冶炼、浇铸、轧制和卷取后制成1.5mm厚度的带钢。其中，终轧温度为780℃，卷取温度为710℃。

实施例3

一种采用铁素体轧制工艺生产抗时效低碳钢的方法，包括如下步骤：

将低碳钢化学成分及质量百分比含量为：c：0.008％，si：0.10％，mn：0.25％，p：0.020％，s：0.03％，alt：0.05％，b：0.0019％，n：0.003％，其余为fe和不可避免的不纯物，冶炼、浇铸、轧制和卷取后制成1.5mm厚度的带钢，其中，终轧温度为820℃，卷取温度为720℃。

对比例1

低碳钢带化学成分及质量百分比含量为：c：0.008％，si：0.10％，mn：0.25％，p：0.020％，s：0.03％，alt：0.05％，n：0.003％，采用奥氏体轧制工艺所得。

对比例2

将低碳钢化学成分及质量百分比含量为：c：0.008％，si：0.10％，mn：0.25％，p：0.020％，s：0.03％，alt：0.05％，n：0.003％，其余为fe和不可避免的不纯物，冶炼、浇铸、轧制和卷取后制成1.5mm厚度的带钢，其中，终轧温度为805℃，卷取温度为698℃。

表1

由表1可知，与对比例1采用奥氏体轧制工艺相比，本发明生产的低碳钢屈服强度可降低60～120mpa、抗拉强度可降低30～70mpa，延伸率可提高5％～15％，钢材的力学性能更加优良。

与对比例2相比，本发明优化铁素体工艺参数和配方组成，进一步降低了铁素体的强度，伸长率明显提升，本发明生产的低碳钢屈服强度降低20～90mpa、抗拉强度降低10～50mpa，延伸率提高5％～10％，同时抗时效效果明显。

通过对比例1与对比例2可知，通过采用铁素体工艺，能降低奥氏体工艺低碳钢强度，但伸长率无改善，时效改善不明显。本申请通过采用铁素体工艺+b合金，进一步降低铁素体强度，伸长率明显提升，同时抗时效效果明显。

尽管通过优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。

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