[发明专利]具有高奥氏体晶粒粗化温度的钢制品及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及钢制品。

背景技术

铁素体晶粒尺寸的细化会改善钢的强度和韧性。钢的最终铁素体晶粒尺寸大部分由冷却并转变为铁素体晶粒之前的奥氏体晶粒尺寸确定。但是，在钢的处理过程中奥氏体晶粒还会生长，例如在热轧、热机械加工、正火、焊接、上釉或退火的过程中。如果在这样的处理过程中形成粗大奥氏体晶粒，往往难以在后续加工操作中重新细化，并且这样的重新细化会增加钢处理的成本。在处理过程中奥氏体晶粒的粗化会导致钢机械性能变差。

包含小稳定颗粒的细微分散体的钢，如在Al、Ti、Nb和V钢中已经发现的，之前已经显示出可以在高温下限制奥氏体晶粒生长。钢中形成稳定氮化物、碳化物和/或碳氮化物沉淀的元素在高温下会限制奥氏体晶粒生长。过去，认为这些颗粒的限制溶解和粗化的性能对高温下限制奥氏体晶粒的生长很重要。

本发明涉及的碳钢制品，其不必添加例如Al、Nb、Ti和V等传统的奥氏体晶粒细化元素而具有高的奥氏体晶粒粗化温度。这些元素形成氮化物或碳氮化物微粒，提供高的奥氏体晶粒粗化温度，而本发明的钢利用包括Si、Fe和O的沉淀的、细微的氧化物颗粒实现类似的高奥氏体粗化温度。目前所公开的钢成份具有高含氧量以及小于50纳米、并且尺寸通常在5至30纳米的范围内的硅和氧化铁颗粒的分散体。

在热处理周期和焊接工艺中限制奥氏体晶粒生长的性能利于在冷却到环境温度时获得微细的最终微结构。奥氏体晶粒粗化温度高使得制造已知的且稳定的奥氏体晶粒尺寸的温度范围更宽，这有助于获得理想的最终微结构。在目前公开的在空冷条件下冷却的低碳钢中，生成的细微铁素体晶粒尺寸有助于获得令人满意的强度、韧性和成形性的综合性能。

目前所公开的钢制品还具有高的铁素体再结晶温度。这种属性可限制或甚至防止铁素体的临界应变晶粒生长的程度。通过稍微加热冷成型钢制品的塑性应变区域至亚临界温度可导致这种现象。生成的粗大铁素体晶粒尺寸可在所成形的制品中形成低强度区域，这会损害到产品性能。弱应变水平下新的再结晶铁素体晶粒尺寸的形核速度低，这导致粗大铁素体晶粒的生长。

发明内容

可通过在双辊铸机中连铸带钢制造本发明的钢制品。在双辊铸造中，将熔融金属导入一对冷却的反向旋转水平铸辊之间，从而金属壳固化在移动的辊表面上，接着聚集在双辊之间的辊隙处以制备从辊隙处向下输送的固化的带制品。此处所使用的术语“辊隙”指铸辊彼此最接近的总体区域。可将熔融金属从钢包浇入较小容器，从该容器流过位于辊隙上方的金属输送喷嘴，从而形成由铸辊的铸造表面支撑的熔融金属铸池，该熔融金属铸池位于紧邻辊隙的正上方并沿着辊隙的长度延伸。此铸池通常限制在与铸辊的端面滑动配合的侧板或挡板之间，从而阻拦铸池两端的溢出。

当在双辊铸机中铸造薄钢带时，铸池中的熔融钢的温度通常在1500至1600℃以上的水平，因此铸辊表面需要高冷却速度。重要的是在铸造表面上钢初始固化时获得高热通量和广泛的形核现象，以在铸造过程中形成金属壳。美国专利5,720,336描述了如何通过调节钢熔体化学性质增加初始固化时的热通量，使得作为脱氧产物而形成的金属氧化物的大部分在初始固化温度下为液体，从而在熔融金属和铸造表面之间的分界面处大致形成液体层。如美国专利5,934,359和6,059,014以及国际申请AU99/00641中所公开的，钢初始固化阶段的形核现象可受到铸造表面构造的影响。尤其是国际申请AU99/00641公开了随机纹理的峰和槽可通过提供遍布铸造表面的潜形核点来促进初始固化。我们目前可确定形核还取决于钢熔体中氧化物夹杂的存在，并令人惊讶地的是，在双辊带材铸造中用“干净”的钢铸造并不是有利的，所述“干净”的钢为在铸造前熔融钢中脱氧期间形成的杂质量已经最小化。我们发现，极高的冷却速度会导致钢成份中的高含氧量以及小于50纳米并通常在5至30纳米尺寸范围内的硅和氧化铁颗粒的微细沉淀分散体的形成。我们认为这些颗粒的成份为Si-Fe-O尖晶石。