CN102575308A - 生产超低碳钢板坯、带材或片材的过程 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及生产超低碳钢带材或片材的方法，所述方法包括：-在包含钢包处理的炼钢步骤产生真空脱气的钢熔体，该熔体按重量计包含o至多0.003％碳、o至多0.004％氮、o至多0.20％磷、o至多0.020％硫，o余量是铁和不可避免的杂质，-其中在熔体的钢包处理结束时的熔体目标氧含量通过如下方式获得：测量熔体的实际氧含量，随后向熔体中加入适量的适合形式的铝以结合氧，其中在钢包处理结束时，熔体的目标氧活度或溶解的氧含量为至多80ppm；-在连铸过程中铸造这样产生的钢，以形成板坯或带材；-其中所述方法提供包含至多0.002％酸溶铝、至多0.004％硅和至多120ppm总氧含量的超低碳钢板坯、带材或片材。
Description
本发明涉及生产超低碳钢板坯、带材或片材的过程，以及由此生产的钢板坯、带材或片材。
通过DWI(拉拔和罐壁烫压)或DRD(拉拔和再拉拔)过程制罐在高速下进行，涉及严重的塑性应变。因此，需要最高品质的钢，且很低水平的非金属夹杂物对于这些过程的有效操作是必要的。但是，必须加以小心以避免过大的铁素体晶粒，其能够引起桔皮效应和对涂漆而言差的表面。DWI罐例如用于啤酒和软饮料、宠物食品和人类餐具，也用于电池罐。DRD罐例如用于宠物食品和人类餐具。低水平非金属夹杂物对于电工钢也很重要。
目前生产的钢依赖于使用小的析出物以防止晶粒变得过大。但是，缺点是成形性可能会受到析出物存在的不利影响。另外，析出物的存在会对变压器钢的磁性能产生不利影响，因为析出物会阻碍磁畴壁的移动。
本发明的目的在于提供生产用于制罐的超低碳钢带材或片材的方法。
本发明的目的还在于提供一种生产适于作为电工钢或变压器钢的超低碳钢带材或片材的方法。
根据第一方面，提供生产超低碳钢板坯或带材的方法，所述方法包含：
-在包括钢包处理的炼钢步骤中产生真空脱气钢熔体，该熔体包含(按重量计)，
o至多0.008％碳，
o至多0.008％氮，
o至多0.20％磷，
o至多0.020％硫，
o余量是铁和不可避免的杂质。
-其中在熔体的钢包处理结束时，通过测量熔体的实际氧含量，随后向熔体中加入适量的适合形式的铝以结合氧而获得熔体的目标氧含量，其中在钢包处理结束时，熔体的目标氧活度或溶解氧含量为至多80ppm；
-以连铸工艺铸造这样产生的钢，以形成钢板坯或带材；
-其中所述方法提供包含至多0.002％酸溶铝、至多0.004％硅和至多120ppm的总氧含量的超低碳钢板坯、片材或带材。
采用本发明的方法，可生产具有非常洁净(clean)晶界的钢板坯或带材。结果，钢的再结晶温度比常规超低碳钢低得多。这种现象是由于在最终的钢带材或片材中极低水平的硅和酸溶铝以及精细分散的锰和/或氧化铁颗粒的存在。由于钢的低再结晶温度，也能降低退火温度，导致更经济的方法以及在产品中晶粒生长的降低趋势。降低的退火温度还防止在分批退火过程中的粘连和降低在连续退火中破裂的风险。非常洁净晶界的进一步优点是强烈降低的对晶界腐蚀的敏感性。这对于钢在生产电池的情况下的应用是特别是相关的。当使用耐腐蚀性更好的基材时，在电池生产中使用的涂覆系统可贫化(例如更薄的涂层或更少的涂层)。非常洁净的钢对于变压器或其它电应用也是有好处的。对于变压器钢，冲压性是重要的，因此磷含量为0.2％。磷的适合最大值为0.15％。为了从板坯或带材生产冷轧低碳钢(mildcold-rolled steel)，应选择磷含量不大于0.025wt％，优选至多0.020％。硅的适合的最大值为0.003％。
与生产超低碳钢带材或片材的常规方法的主要区别是在真空脱气步骤例如在RH-过程中熔体的钢包处理不旨在并通过加入过量的铝以形成氧化铝颗粒而脱氧来去除氧，而是这样的方法：其中对熔体的氧含量进行监测和控制，加入专用量的铝从而避免向熔体加入过量的铝，该铝会以酸溶铝的形式(即以金属铝而不是氧化铝的形式)存在于最终的钢中。因而它不是EN10130意义上的铝镇静钢。在钢包处理期间形成的氧化铝浮于渣，过量水平的铝(如果有的话)会由于所谓的铝衰减(Aluminium fade)而迅速降低。加入准确量的铝确保在连铸过程中的凝固之前从熔体中除去在钢包处理中形成的所有氧化铝，使得所获得的钢基本上不合有氧化铝。可通过任何常规方法进行熔融钢的脱气，例如RH方法或RH-OB方法。可以使用可牺牲的(expendable)氧传感器测量熔体的氧活度来测量液态钢的氧含量。
金属铝的缺失防止了在该方法的较后阶段形成铝氮化物析出物，因而提供洁净的晶界。此外，AlN的缺失也防止了在热轧带材过程中与AlN溶解和析出特征相关的很多问题，例如由于卷取形式的热轧带材的不同位置的热路径的差异，在带材长度和宽度上的显微组织和性能的不均匀性。不需要热轧带材轧机的再加热炉熔化AlN，因此能使用较低的炉温，也不需要使用高的卷取温度以使AlN在卷材中析出。这进而导致改进的酸洗能力。板坯或带材的化学组成导致形成精细分散的氧化物，主要包含锰氧化物。在这些夹杂物中，相对大尺寸的夹杂物充当冷轧钢的退火过程中的再结晶核，而相对小尺寸的夹杂物可发挥作用以变为对于在再结晶之后引起的晶粒粗化的适当障碍，从而控制钢的晶粒尺寸。
将钢熔体的碳含量限于至多0.008％，因为当使用更高的碳含量时，碳在制造阶段形成一氧化碳，在此期间钢熔融，CO又在凝固的钢中保留为气孔缺陷。此外，沸腾效应可在铸造中引起操作问题。应当指出的是，在凝固钢中的硅可能以氧化硅和/或金属硅的形式存在。
在铸造中，非常少且优选没有Al留在钢中，结果是由于低Al含量不会发生Si吸收(pick-up)，Si吸收通常按照如下反应发生Al钢+SiO2→Al2O3+Si钢)。
生产铝镇静的超低碳钢带材或片材的常规方法导致在熔体的钢包处理结束时(即临铸造之前)氧活度或溶解氧含量是约3-5ppm。在根据本发明的方法中，在熔体的钢包处理结束时熔体的目标氧含量是至少20ppm。应当指出，熔体的氧含量在钢包处理结束时和铸造步骤之间的时间里可能会增加。板坯或带材的总氧含量因此可为至多120ppm，优选至多100ppm。总氧含量包含氧化物以及溶体中的氧。
在一个实施方案中，在熔体的钢包处理结束时熔体目标氧含量是至少10ppm。这个最小值确保形成足够的锰氧化物。为了避免过多的大的氧化物，优选地，目标氧含量是至多60ppm。发明人发现，在钢包处理结束时，10-40ppm的目标氧含量提供了很好的折中。在熔体的钢包处理结束时熔体的适合的最低目标氧含量是至少20ppm。认为在铸造之前，钢熔体中相对高的氧含量导致低的粘度，这是由于熔体的高的氧电位。
通过在氧含量而不是铝含量方面控制该方法，酸溶铝的量和硅的量尽可能低。优选地，根据本发明生产的超低碳钢的带材或片材包含至多0.001％酸溶铝和/或至多0.002％硅。更优选硅含量是至多0.001％。理想地，在凝固的钢中没有酸溶铝也没有硅。
在一个实施方案中，提供生产板坯或带材的方法，其中板坯、带材或片材包含：
o至多0.006％碳，
o 0.05％-0.35％的锰，
o至多0.006％氮，
o至多0.025％磷，
o至多0.020％硫，
o至多40ppm B，
o至多0.005％钛，至多0.005％铌，至多0.005％锆，至多0.005％钒，
o铜、镍、铬、锡和钼元素的总量为至多0.10％，
余量是铁和不可避免的杂质。
该方法生产了适于生产冷轧低碳钢的板坯或带材，该冷轧低碳钢应用于例如DWI-或DRD-制罐。取决于钢是否与硼合金化，该方法提供了基本上无硼的超低碳钢带材或片材，其具有低的600-630℃的低再结晶温度，或者超低碳钢的含硼带材或片材，其具有660-690℃的再结晶温度。但是，应当指出，再结晶温度也取决于退火处理和钢经受的形变量。
在一个实施方案中，钢板坯或带材包含：
-至多5ppm的B，或其中钢包含10-30ppm B和/或
-至多0.004％碳，优选至多0.003％、0.0028％、0.0025％、或甚至0.002％的碳和/或
-至多0.005％氮，优选至多0.004和/或更优选0.0012-0.0030％的氮。氮的适合上限为0.0030％。
优选地，无硼钢包含至多1ppm B。优选地，含硼钢包含10-25ppm的B，优选12-22ppm的B。至多0.004％，优选至多0.002％的碳含量旨在使CO-形成、碳化物形成和碳时效问题的风险最小化。
优选地，硫含量是至多0.010％，更优选至多0.005％。
在一个实施方案中，提供了这样一种方法，其中钢板坯或带材经受
-在高于Ar3的温度热轧板坯以获得热轧带材；
-卷取该热轧带材；
-以40-95％的冷轧压下来冷轧该热轧带材以获取中间冷轧带材；
-退火该中间冷轧带材；
-任选地，将中间冷轧带材经受第二冷轧至最终片材厚度；
-任选地，切割该带材至片材或坯件；
任选的第二冷轧可以是常规的平整轧制步骤，优选0.5-10％的压下。但是，第二冷轧还可以涉及优选为5-50％的显著更高的冷轧压下，以生产具有更高屈服强度的钢。可通过常规的方法加热和热轧该板坯。或者，可将温的板坯加热，或可将热的板坯直接热轧。为了节约能量并因此获得更大的经济性，在热轧之前在1150℃或更低的相对低的温度下对钢进行预热，尽管本发明不排除使用更高的预热温度。
在实施方案中，通过如下方式使中间冷轧钢板坯或片材经受再结晶处理：在600℃或620℃的最低温度下，优选620℃-720℃，更优选630℃-700℃下连续退火，或在550℃-680℃，优选600℃-680℃下分批退火。
本发明的一个特性特征是卷取温度限于既不太高，也不太低的温度。即，根据本发明，可在500-700℃的温度下卷取钢。当卷取温度高于上述温度范围时，由于太大的氧化皮厚度，酸洗受到阻碍。在一个实施方案中，卷取温度是530-700℃，优选550-650℃。适合的最小卷取温度是570℃，适合的最大卷取温度是640℃。能够选取更低的卷取温度，由于没有要通过它控制的AlN析出物。结果，钢带材上的氧化物层更薄，且更容易通过酸洗去除。
在一个实施方案中，热轧片材具有2.0-3.5mm的厚度，以85-96％，优选85％-95％的压下率将热轧带材进行冷轧，其中第二冷轧压下是0.5％-10％。优选地，压下率是87-93％。对于双重冷轧钢，第二冷轧压下优选为5-50％。
在一个实施方案中，锰的含量是0.10-0.35％。在凝固的钢中，P和S的适合最大值分别是0.020和0.010。
在一个实施方案中，根据本发明的超低碳钢带材或片材包含至多0.001％重量的钛和至多0.001％重量的铌，和至多0.001％重量的锆。使引起脱氧的元素量最小化是非常重要的。因此，熔体的硅含量优选最小化到0.030或甚至0.020％。Ti、Nb、Zr和V也会引起脱氧，因此它们的值优选低于0.005，更优选低于0.001％。其他脱氧元素如REM也优选尽可能低。
根据第二个方面，提供了如本文以上所述的本发明方法生产的超低碳钢板坯、带材或片材。
在一个实施方案中，根据本发明的超低碳钢带材或片材具有8-12ASTM，优选9-11 ASTM的平均晶粒尺寸和/或至少1.4，优选至少1.6的r值。
在一个实施方案中，根据本发明的超低碳钢带材或片材具有-0.2到0.2的平面各向异性系数值(Δr)。
可用金属和/或聚合物涂覆系统涂覆钢。
根据第三个方面，根据本发明的超低碳钢片材用于包装应用例如用于包装食品或饮料的罐，或用于包装应用例如在电池，或作为电工钢例如用于电磁铁。
在一个实施方案中，根据本发明的超低碳钢片材用于涂搪钢。精细分散的氧化锰颗粒和洁净基体的存在导致在涂搪过程中的储存氢的能力，并避免在涂搪产品中如铁鳞的表面缺陷。
现在将会通过非限定性的实施例描述本发明。生产了表1列出的钢种的连续铸造板坯。
表1 以1/1000wt％计的组成，除C、N和B以ppm计外
| ID | C | Mn | P | S | Si | Al | Alsol | N | Cu | Cr | Nb | Ni | V | Mo | Sn | B | Ti |
| 2AA | 15 | 175 | 12 | 8 | 0 | 1 | ＜1 | 18 | 22 | 23 | 0 | 20 | 1 | 3 | 3 | 0 | 1 |
| 2AC | 20 | 181 | 11 | 9 | 0 | 3 | ＜1 | 19 | 23 | 20 | 0 | 18 | 0 | 1 | 3 | 15 | 1 |
根据本发明，钢2AA是无硼钢，钢2AC是含硼钢。在这两种情形中，酸溶铝的含量(Alas)低于0.001wt％，硅含量产生值的测量接近0。对于两种钢，板坯中的总氧含量为98ppm。将热轧带材在590℃卷取，随后以90％压下进行冷轧。对于在500m/min的线速度下连续退火，钢的再结晶温度分别为625和675℃。这些值明显低于具有较高铝和硅含量的常规超低碳钢的值。在冷轧后，2AA材料在660和680℃连续退火，并在680℃退火后提供具有略大晶粒的完全再结晶组织。将2AC材料在680℃下连续退火。以1和6％进行第二冷轧。在650℃下的分批退火也导致完全再结晶组织。
在再结晶后的钢2AA的处理导致如图1所示的加工硬化曲线。这清楚地表明，在第二冷轧期间能够以28％的厚度压下获得DR550(即38％的伸长量)。
Claims (15)
1.生产超低碳钢带材或片材的方法，所述方法包含：
-在包含钢包处理的炼钢步骤中产生真空脱气的钢熔体，该熔体按重量计包含，
至多0.003％碳，
至多0.004％氮，
至多0.20％磷，
至多0.020％硫，
余量是铁和不可避免的杂质，
-其中在熔体的钢包处理结束时的熔体的目标氧含量通过如下方式获得：测量熔体的实际氧含量，随后向熔体中加入适量的适合形式的铝以结合氧，其中在钢包处理结束时，熔体的目标氧活度或溶解的氧含量为至多80ppm；
-以连铸工艺铸造这样制备的钢，以形成板坯或带材；
-其中所述方法提供包含至多0.002％酸溶铝、至多0.004％硅和至多120ppm总氧含量的超低碳钢板坯、带材或片材。
2.根据权利要求1所述的方法，其中钢熔体包含0.002％碳和/或至多0.003％硅，和/或其中板坯、带材或片材包含至多100ppm的总氧含量。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中在熔体的钢包处理结束时，熔体的目标氧含量是至多10ppm。
4.根据上述任一权利要求所述的方法，其中在熔体的钢包处理结束时，熔体的目标氧含量是至多60ppm，优选至多40ppm。
5.根据上述任一权利要求所述的方法，其中所述方法提供包含至多0.001％酸溶铝和/或至多0.002％硅的超低碳钢带材或片材。
6.根据上述任一权利要求所述的方法，其中板坯、带材或片材包含：
o至多0.003％碳，
o 0.05％-0.35％的锰，
o至多0.004％氮，
o至多0.025％磷，
o至多0.020％硫，
o至多40ppm B，
o至多0.005％钛，至多0.005％铌，至多0.005％锆，至多0.005％钒，
o元素铜、镍、铬、锡和钼的总量为至多0.10％，
o和余量是铁和不可避免的杂质。
7.根据上述任一权利要求所述的方法，其中钢板坯或带材包含：
-至多5ppm的B，或其中钢包含10-30ppm B和/或
-至多0.002％碳和/或
-0.0012-0.0030％氮。
8.根据上述任一权利要求所述的方法，其中钢板坯或带材包含：
-在高于Ar3的温度下热轧板坯以获得热轧带材；
-卷取该热轧钢带材；
-以40-96％的冷轧压下冷轧该热轧带材，以获取中间冷轧带材；
-退火该中间冷轧钢带材；
-任选地，将中间冷轧带材经受第二次冷轧到最终片材厚度；
-任选地，将该带材切割成片材或坯件。
9.根据上述任一权利要求所述的方法，其中通过如下方式使中间冷轧钢带材或片材经受再结晶处理：600℃-720℃，优选630℃-700℃连续退火，或550℃-680℃，优选600℃-680℃分批退火。
10.根据上述任一权利要求所述的方法，其中卷取温度是530℃-700℃，优选550℃-650℃。
11.根据上述任一权利要求所述的方法，其中热轧带材具有2.0-3.5mm的厚度，以85-96％的压下率冷轧该热轧带材，其中第二冷轧压下是0.5％-10％。
12.通过权利要求1-11中任一项的方法生产的超低碳钢板坯、带材或片材。
13.根据权利要求12的超低碳钢带材或片材，其具有8-12 ASTM，优选9-11 ASTM的平均晶粒尺寸，
和/或至少1.4，优选至少1.6的r值，
和/或其中平面各向异性系数(Δr)是-0.2到0.2。
14.根据权利要求12-13中任一项所述的超低碳钢片材在包装应用例如用于包装食品或饮料的罐中，或包装应用例如电池的用途，或作为电工钢或变压器钢用于例如电磁铁或变压器的应用。
15.根据权利要求12-13中任一项所述的超低碳钢片材在涂搪应用中的用途。
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