[发明专利]一种含针状铁素体的双辊连铸低碳微合金钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于低碳微合金钢制造领域，具体涉及一种含针状铁素体的双辊连铸低碳微合金钢及其制造方法。

背景技术

以针状铁素体组织为主的低碳微合金钢具有优良的综合力学性能。在管线钢、大线能量焊接用钢中得到广泛应用。与传统的铁素体-珠光体组织的管线钢相比，针状铁素体组织的管线钢在满足高强韧性的同时，还具有良好的低温韧性和低的韧脆转变温度，从而极大的提高了管线钢的使用寿命，成为现代高性能管线钢的一个主要发展趋势。而在大线能量焊接方面，当存在大量针状铁素体组织时，焊缝金属具有较高的强度和良好的低温冲击韧性，同时可有效地组织裂纹扩展。因此，针状铁素体组织为大线能量焊接用钢所青睐。针状铁素体钢具有良好强韧性的原因有：1、针状铁素体板条之间相互交锁紧密排列，板条间距小，且板条内存在高密度的可移动位错，易于实现多滑移，板条内还存在细小碳化物，这种结构能够提高材料强韧性；2、在针状铁素体形成过程中会形成细小、弥散的M-A岛组织，能够钉扎晶界，且M-A岛组织中的残余奥氏体是有利的韧性相，能降低裂纹尖端应力，消耗部分扩展功，从而提高材料强韧性。

针状铁素体组织指以针状铁素体为主的针状铁素体、少量多边形铁素体和微量贝氏体的混合组织。针状铁素体具有体心立方结构，是一种热力学非平衡组织，其转变温度稍高于贝氏体转变温度区间，以切变和扩散的混合方式转变而成的非等轴铁素体。其最大的特征是不存在明显的原始奥氏体晶界网络，从而避免了大角度晶界所存在的沉淀物或夹杂物偏析所造成的脆性。

针状铁素体属于异质形核，其是在奥氏体晶内细小、无规则排列的非金属夹杂物上形核，并呈衍射状长大的，其形态是相互交叉状的。非金属夹杂物具有诱导针状铁素体形核的作用，且若没有夹杂物的存在，就不会形成针状铁素体。但并不是所有细小、弥散的夹杂物都具有诱导晶内针状铁素体形核的作用。目前已证明MnS、Ti₂O₃、TiO、TiN、CuS等夹杂物有促使针状铁素体形核的作用。其中，针状铁素体在TiO、Ti₂O₃氧化物上形核已被确认是最有效的针状铁素体形核剂。据目前的实验分析，Ti₂O₃促使IGF形核的机理主要是贫锰区机制和应变诱导机制。由于Ti₂O₃中富含阳离子空位，因而其附近基体中的Mn元素通过阳离子空位扩散而被吸收到Ti₂O₃内或其周围，相当于消耗了奥氏体基体中一部分Mn元素而使奥氏体的稳定性下降，在一定条件下易于向铁素体分解转变。

双辊连铸技术是一种短流程、低能耗、投资省、成本低的绿色环保新工艺技术。双辊连铸技术作为当今世界上薄带钢生产的前沿技术，可省去厚板坯连铸、加热和热轧等生产工序，由液态钢水直接生产出厚度为1～6mm的薄带。但是，利用双辊连铸生产出来的薄带的初始组织较粗大，强韧性较差。此外，由于初始规格薄，后续加工变形量不足，故难以大幅度细化晶粒，钢材的力学性能不尽如人意。因此，如何细化薄带的初始组织成为利用双辊连铸生产带钢所面临的一个亟待解决的关键问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种含针状铁素体的双辊连铸低碳微合金钢及其制造方法，目的是解决低碳微合金钢传统生产流程工艺复杂、制造工序多、能耗大、环境负荷大等问题，并细化双辊连铸低碳微合金钢的初始凝固组织，有效改善带材的强度和韧性。

本发明的含针状铁素体的双辊连铸低碳微合金钢，其化学成分按照质量百分比为：C 0.02~0.08%，Si 0.1~0.5%，Mn 0.1~0.5%，S 0.002~0.01%，P 0.01~0.15%，sol-Al（酸溶铝）0.002~0.03%，Cu <0.5%，Cr <1.0%，Ni <0.2%，O 0.002~0.01%，Ti 0.005~0.2%，余量为Fe；其金相组织中针状铁素体的体积分数为3~15%。

其制造方法按照以下步骤进行：