制造具有非晶態、部分非晶態或細晶微結構的扁鋼產品的方法及具有此特性的扁鋼產品技術

本發明專利技術涉及一種用于制造具有非晶態、部分非晶態或細晶微結構的0.8-4.5mm厚的鋼帶的方法以及相應類型的扁鋼產品，其中細晶微結構具有10-10000nm范圍內的晶粒尺寸。根據本發明專利技術，為此目的鋼水在鑄造設備(2)中被澆鑄以形成鑄帶(B)，并且以加速速率被冷卻。除了包括出于制造相關原因無法避免的雜質和鐵外，熔融材料還包含來自組“Si、B、C、P”的至少其他兩個元素。元素以重量百分比計的含量如下：Si：1.2-7.0％，B：0.4-4.0％，C：0.5-4.0％，P：1.5-8.0％。利用相應組分和相應結構類型，根據本發明專利技術的扁鋼產品具有760-900的HV0.5硬度。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】制造具有非晶態、部分非晶態或細晶微結構的扁鋼產品的方法及具有此特性的扁鋼產品
本專利技術涉及一種用于制造具有非晶態、部分非晶態或細晶微結構的扁鋼產品的方法，其中細晶微結構具有10-10000nm范圍內的晶粒尺寸，并且還涉及一種具有此類非晶態、部分非晶態或細晶微結構的扁鋼產品。根據方法的第一變體，鋼水進而在鑄造設備中被澆鑄成鑄帶，并且以加速速率冷卻。根據方法的另一變體，為了制造具有非晶態、部分非晶態或細晶微結構的扁鋼產品，除了包括出于制造相關原因無法避免的雜質和鐵之外，鋼水還包含屬于“Si、B、C和P”組的其它元素，該鋼水在鑄造設備中被澆鑄成鑄帶(caststrip)，鑄造設備的鑄造區域通過在澆鑄方向上移動的墻而被形成在其至少一個縱向側面上，并且墻在鑄造操作期間被冷卻。其中形成鑄帶的鑄造設備的區域這里被稱為“鑄造區域”。
技術介紹
WO2008/049069A2公開了通過帶狀鑄造法制造上述類型的扁鋼產品。在帶狀鑄造過程中，利用鑄造設備澆鑄鋼水，其中形成鑄帶的鑄造區域或凝固區在其至少一個縱向側面上由在鑄造操作期間連續移動的墻限定。這種用于制造扁鋼產品的近凈型連續鑄造方法或鑄造設備的示例被稱為“雙輥鑄造設備”或“雙輥鑄造機”。在雙輥鑄造設備的情形中，兩個鑄造輥在軸向彼此平行對齊，并且在鑄造操作期間彼此相對旋轉，并且在它們彼此最靠近的區域中限定有定義了鑄造區域的鑄造間隙。在鑄造操作期間，鑄造輥被劇烈冷卻，從而撞擊它們的熔融材料凝固以形成相應的殼。鑄造輥的旋轉方向這里被選擇使得熔融材料以及由其在鑄造輥上形成的殼被傳輸進入鑄造間隙。進入鑄造間隙的殼在足夠的帶成形力之下被擠壓形成鑄帶。另一種用于帶狀鑄造工藝的鑄造設備是基于“帶式鑄造”技術的原理。在用于帶式鑄造方法的鑄造設備的情形中，鋼液通過饋送系統被倒入循環澆鑄帶。這里選擇帶的運行方向使得熔融材料從饋送系統被輸運走。在下層的第一澆鑄帶之上可以布置有第二澆鑄帶，第二澆鑄帶在與第一澆鑄帶相反的方向上循環。不論提供一個還是兩個澆鑄帶，在上述方法的情形中，至少一個澆鑄帶限定模具，其中通過該模具形成了鑄帶。相應的澆鑄帶在本例中被劇烈冷卻，從而與相關澆鑄帶接觸的熔融材料在遠離饋送系統的澆鑄帶反轉點處凝固，從而形成可從澆鑄帶移除的鑄帶。離開相應鑄造設備的鑄帶被取出、冷卻并且被傳遞用于進一步加工。該進一步加工可以包括熱處理和熱軋。這里帶狀鑄造工藝的具體優點在于，可以連續無中斷的順序執行帶狀鑄造工藝之后的工序。在已經提及的WO2008/049069A2中提到了適于制造具有非晶態、部分非晶態或細晶微結構的鋼帶的鋼可以是基于鐵和來自組“B、C、Si、P和Ga”的一個或多個元素的合金，連同這些元素此外還可以具有Cr、Mo、W、Ta、V、Nb、Mn、Cu、Al、Co和稀土成分。此種組成的合金將被用來通過帶狀鑄造工藝制造具有細粒度、納米晶或幾乎是納米晶的微結構，其中90％晶粒的尺寸為鑄帶構成的鋼的熔點在800-1500℃的范圍內，鋼的臨界冷卻速度小于105K/s，并且鑄帶包含-Fe和/或-Fe相。WO2008/049069A2中表達的想法被限制在討論方便制造具有非晶態、部分非晶態或細晶微結構的鑄帶的工序中。除了上面討論的現有技術，US6,416,879B1公開了一種厚度為10–100μm的鐵基非晶薄帶，其包含以原子百分比計78-90％Fe、2-4.5％Si、5–16％B、0.02-4％C和0.2-12％P，并且具有優化的磁特性。為了制造該薄帶，相應組成的熔融材料在實驗室條件下被倒在快速旋轉的冷卻輥上，在那里凝固，并且隨后被從輥上取走。這樣，實現了在約25m/s范圍內的鑄造速率。還提及該薄帶的制造可在雙輥鑄造機中實現。然而并未給出進一步說明。該現有技術并未揭示該已知工藝如何在工業生產規模下實施，其中期望所獲得的鑄帶具有更大的片材厚度以及其他特性。US4,219,355公開了與上述現有技術類似的現有技術。其目的同樣是制造薄的薄片狀鑄帶，其具有30-100μm的厚度并且具有優化的磁特性。為此，同樣在此例中，適當組成的熔融材料被倒在旋轉輥上，在其上以105-106℃/s的速率冷卻，以便制造非晶態微結構。不過同樣如果想要制造具有更大厚度且不同要求的扁鋼產品，其并未解決如何在工業生產規模下加以實施。最后，DE102009048165A1公開了一種鋼的帶狀鑄造方法，具有以重量百分比計超過15％的鉻含量，其中鋼水被澆鑄到水平帶狀鑄造設施中，該設施包括熔化爐、鐵水包以及傳送帶，傳送帶用于接收從鐵水包流出的液態鋼帶并對其進行冷卻。如此制造的鋼帶厚度為8-25mm。在此類設施情形中可實現的冷卻速率以及它們是否適于制造例如上文說明的扁鋼產品之一在這里沒有提及。
技術實現思路
考慮到上述現有技術的背景信息，本專利技術的目的因而是要提供一種在實踐中適于制造具有非晶態、部分非晶態或細晶微結構的扁鋼產品的方法。此外，應當提供一種可以在實踐中適宜的方式在低成本下制造的扁鋼產品。扁鋼產品這里被理解為指的是鑄造或軋制鋼帶或鋼板以及由此獲得的薄鋼片或鋼坯等。權利要求1中定義了根據本專利技術實現此目的的方法。對于扁鋼產品，根據本專利技術用于實現上述目的的解決方案為具有如權利要求15所述特征的扁鋼產品。這里提及的本專利技術的多種實施例是基于以下共同概念的，即由以非晶態、部分非晶態、納米晶或細晶形式凝固的鋼構成的扁鋼產品可以通過近凈型鑄造方法制造。根據本專利技術相應加工的鋼這里以這樣的方式構成，即可靠地獲得了所需的微結構狀態。這里當對于鋼合金給出“％”時，除非明確之處，否則他們將總是指“重量百分比”。同時，本專利技術提及了以下操作條件，在該操作條件下可以出于實際用途以足夠的可重復性由包含鐵和無法避免的雜質以及來自組“Si、B、Cu和P”的至少其他兩個元素的鋼制造具有非晶態、部分非晶態或細晶結構的鑄帶。根據本專利技術用于制造具有非晶態、部分非晶態或細晶微結構的鋼帶的方法提出，除了包括出于制造相關原因無法避免的雜質和鐵外，鋼水中還包括來自組“Si、B、C和P”的至少其他兩個元素。根據本專利技術，至少存在的來自組“Si、B、C和P”的兩個元素的含量分別在下述范圍內(以重量百分比計)：根據本專利技術原則上優選的是，那些合金除了具有出于制造相關原因相應無法避免但是對于根據本專利技術制造的扁鋼產品的特性來說無效果的組分以及鐵之外，僅僅具有來自組“Si、B、C和P”的其他兩個元素，其具有根據本專利技術規定的量。在此類合金的情形中，除了Fe和無法避免的雜質之外，僅僅合金元素對Si和B、Si和C、Si和P、B和C、B和P或C和P隨后相應存在于鋼中。如此構成的鋼合金特別適于非晶態或部分非晶態的凝固。如果需要，所提及的合金對在本例中可在根據本專利技術的規格之內分別由組“Si、B、C和P”的一個或兩個其他合金元素所補充。同時，未位于根據本專利技術的規格之內的組“Si、B、C和P”的的合金元素同樣可以可測量的量真實存在，但是其所含的量盡管可能具有效果，不過就算有的話在形成根據本專利技術所需的微結構方面也貢獻很小。換句話說，根據本專利技術，來自組“Si、B、C和P”的兩個元素必須以根據本專利技術規定的相應量存在，用于制造根據本專利技術的扁鋼產品，但其不排除組“Si、B、C和P”的其他元素以在根據本專利技術規格之外的量存在。分別以本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于制造具有非晶態、部分非晶態或細晶微結構的扁鋼產品的方法，所述細晶微結構具有10?10000nm范圍內的晶粒尺寸，其中鋼水在鑄造設備(2)中被澆鑄成鑄帶B，并且其中所述鋼水以加速速率被冷卻，其特征在于，鑄帶B的厚度為0.8?4.5mm，并且除了包括出于制造相關原因無法避免的雜質和鐵外，鋼水還包含屬于組“Si、B、C和P”的至少其他兩個元素，元素以重量百分比計的含量如下：Si：1.2?7.0％，B：0.4?4.0％，C：0.5?4.0％，P：1.5?8.0％，并且此外可選地還包含來自組“Cu、Cr、Al、N、Nb、Mn、Ti和V”的一個或多個元素，元素以重量百分比計的含量如下：Cu：最高達5.0％，Cr：最高達10.0％，Al：最高達10.0％，N：最高達0.5％，Nb：最高達2.0％，Mn：最高達3.0％，Ti：最高達2.0％，V：最高達2.0％。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2013.01.25 EP 13152793.91.一種用于制造具有非晶態、部分非晶態或細晶微結構的扁鋼產品的方法，所述細晶微結構具有10-10000nm范圍內的晶粒尺寸，其中鋼水在鑄造設備(2)中被澆鑄成鑄帶B，并且其中所述鋼水以加速速率被冷卻，其特征在于，鑄帶B的厚度為0.8-4.5mm，并且除了包括出于制造相關原因無法避免的雜質和鐵外，鋼水還包含屬于組“Si、B、C和P”的至少兩個元素，元素以重量百分比計的含量如下：Si：1.2-7.0％，B：0.4-4.0％，C：0.5-4.0％，P：1.5-8.0％，并且此外可選地還包含來自組“Cu、Cr、Al、N、Nb、Mn、Ti和V”的一個或多個元素，元素以重量百分比計的含量如下：Cu：最高達5.0％，Cr：最高達10.0％，Al：最高達10.0％，N：最高達0.5％，Nb：最高達2.0％，Mn：最高達3.0％，Ti：最高達2.0％，V：最高達2.0％。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，鋼水在100-1100K/s的冷卻速率下被冷卻。3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，鋼水在至少200K/s的冷卻速率下被冷卻至玻璃態轉變溫度TG以下。4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，鋼水在鑄造設備(2)中被澆鑄成鑄帶B，鑄造設備(2)的鑄造區域(5)由在鑄造操作期間在鑄造方向G上移動且被冷卻的墻形成在其至少一個縱向側面上，以及鋼水S通過與移動且冷卻的墻相接觸在至少200K/s的冷卻速率下被冷卻。5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，在離開鑄造區域(5)之后，鑄帶B繼續在至少200K/s的冷卻速率下被冷卻。6.根據權利要求4或5所述的方法，其特征在于，離開鑄造區域(5)的鑄帶B持續被冷卻，直到其溫度低于相應鋼的玻璃態轉變溫度TG。7.根據權利要求4或5所述的方法，其特征在于，鑄帶B在初始熱軋溫度500-1000℃下被熱軋以形成熱鋼帶。8.根據權利要求1至5中任一項所述的方法，其特征在于，非晶態或部分非晶態的鑄帶B在位于玻璃態變換溫度TG與結晶溫度Tx之間范圍內的初始熱軋溫度下被熱軋以形成熱鋼帶。9.根據權利要求3至5中任一項所述的方法，其特征在于，離開鑄造設備(2)的鑄造區域(5)以及可選額外被冷卻的鑄帶B具有非晶態或部分非晶態的微結...

【專利技術屬性】
技術研發人員：多蘿泰·多爾納，克里斯蒂安·霍克林，哈拉爾德·霍夫曼，馬蒂亞斯·舍爾默，馬庫斯·達門，
申請(專利權)人：蒂森克虜伯鋼鐵歐洲股份公司，
類型：發明
國別省市：德國;DE