CN101736199B - 高强度冷成型焊接结构用热轧带钢及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高强度冷成型焊接结构用热轧带钢及其制造方法，其成分为C：0.055％～0.09％、Si：0.05％～0.50％、Mn：1.50％～1.90％、Nb：0.035％～0.07％、Ti：0.06％～0.13％、Cr：0.05％～1.0％、Als：0.010％～0.070％，余量为Fe及不可避免的杂质。其生产方法包括冶炼—精炼—连铸—轧制，轧前加热温度为1150～1250℃，采用两阶段控轧，粗轧结束温度在>1020℃，精轧开轧温度<1040℃，精轧终轧温度控制为820～920℃，轧后快速冷却，卷取温度为520～620℃。本发明采用低C高Ti含量、添加适量Cr和Nb，通过Cr、Nb、Ti元素的复合强化作用，不添加贵重元素Mo、Ni、Cu、V等，在提高强度的同时，钢种韧性、塑性和焊接性能良好，生产操作方便，无需回火或调质等热处理工艺。
Description
技术领域
本发明属于金属材料技术领域，尤其涉及一种高强度冷成型焊接结构用热轧带钢及其制造方法。
背景技术
具有高强度和优良综合力学性能的钢材，以减轻自重，大幅度地提高其承载能力，增加物流企业的经济效益。同时，空行程时也可大幅度地降低燃油消耗量，降低运输成本。而且，高强度钢的使用能够减少钢材用量，对环保、节能和节约原材料将大有裨益。
有关高强度冷成型焊接用钢方面的技术虽然已有文献公开，但都存在生产成本高的问题。如：
申请号为200610116562.8的中国专利提供了一种高强度冷成型热连轧钢板及其生产方法。其化学成分如下：C：0.05—0.10wt％，Si：0.10—0.50wt％，Mn：1.0—2.0wt％，P≤0.025wt％，S≤0.010wt％，Nb：0.03—0.08wt％，Ti：0.05—0.15wt％，Mo：0.10—0.50wt％，Ca：0.0010—0.0050wt％，A1：0.01—0.05wt％，其余为Fe及不可避免的杂质。该钢种的屈服强度可达700N/mm2以上。但是，钢中加入了贵重元素Mo，导致钢种成本明显增加。
公开号为CN1563468A，名为“冷成型高强度焊接结构钢的生产方法”的中国专利以低碳—锰为基础，添加Cu、Ni、Mo、V等贵重的合金元素，通过控轧控冷工艺来实现最终性能。其不足之处是：为了提高钢材的强度，成分设计中加入较高含量的贵重合金元素，不仅提高了钢的成本，同时对钢的焊接性能还带来不利影响，而且该钢种的屈服强度只能达到≥500N/mm2、抗拉强度达到590N/mm2以上。
新日铁在中国申请的公开号为CN1639371A，名为“弯曲加工性优良的耐候性高强度钢板及其制造方法”的专利，其不足之处在于钢中加入了较多的合金元素，如Ni含量最高达2.0％，Ti含量最高达0.2％，较高的合金元素不但造成了成本大幅度上升，同时增加了生产上的难度，生产工序多，生产操作复杂。
发明内容
鉴于现有技术的上述不足，本发明的目的在于提供一种生产成本低的高强度冷成型焊接结构用热轧带钢及其制造方法。
本发明是这样实现的：该高强度冷成型焊接结构用热轧带钢的化学成分重量百分比为：C：0.055％～0.09％、Si：0.05％～0.50％、Mn：1.50％～1.90％、Nb：0.035％～0.07％、Ti：0.06％～0.13％、Cr：0.05％～1.0％、Als：0.010％～0.070％，余量为Fe及不可避免的杂质。
本发明高强度冷成型焊接结构用热轧带钢包括三个强度级别，即屈服强度≥600N/mm2、≥700N/mm2和≥800N/mm2。根据强度级别不同和钢板厚度不同，适当确定添加元素的种类及含量。强度级别与合金成分匹配为：
屈服强度≥600N/mm2级别采用化学成分范围(重量百分比)为：C：0.055％～0.09％、Si：0.05％～0.50％、Mn：1.50％～1.80％、Nb：0.035％～0.070％、Ti：0.060％～0.100％、Cr：0.050％～0.300％、Als：0.010％～0.070％，其余为Fe及不可避免的杂质。
屈服强度≥700N/mm2级别采用化学成分范围(重量百分比)为：C：0.055％～0.09％、Si：0.05％～0.50％、Mn：1.60％～1.90％、Nb：0.040％～0.070％、Ti：0.070％～0.125％、Cr：0.200％～0.700％、Als：0.010％～0.070％，其余为Fe及不可避免的杂质。
屈服强度≥800N/mm2级别采用化学成分范围(重量百分比)为：C：0.055％～0.09％、Si：0.05％～0.50％、Mn：1.60％～1.90％、Nb：0.040％～0.070％、Ti：0.08％～0.13％、Cr：0.300％～1.000％、Als：0.010％～0.070％，其余为Fe及不可避免的杂质。
本发明高强度冷成型焊接结构用热轧带钢化学成分以低C高Ti为基本特征，以成本低廉的Mn、Cr、Nb等元素作为主要添加元素，根据强度级别及厚度，适当添加Mn、Cr、Nb等元素。Cr、Nb、Ti同时加入，通过Cr、Nb、Ti元素的复合强化作用显著提高钢的强度，同时，钢种韧性、塑性和焊接性能良好，生产操作方便，不需要进行回火或调质等热处理工艺。
本发明选择的合金元素在屈服强度≥600N/mm2、≥700N/mm2和≥800N/mm2三个强度级别的热轧带钢中的主要作用在于：
C：碳对钢的强度、韧性、焊接性能影响很大。C含量低于0.055％时难以获得足够的强度；碳高于0.09％时，在生成组织中珠光体含量增加，使钢的冷成型性能和韧性下降，同时由于成分进入包晶区，容易发生结晶器漏钢事故和铸坯表面质量缺陷，连铸时难度增加。
Mn：锰是提高强度和韧性的有效元素，而且成本十分低廉，因此在本发明中把Mn元素作为主要合金元素，但是Mn含量太高时，容易产生偏析缺陷，造成组织不均匀，影响冷成型性能。一般控制Mn1.50％～1.90％。
Nb：铌是控轧控冷钢中的重要元素，它能够有效地延迟变形奥氏体的再结晶，阻止奥氏体晶粒长大，提高奥氏体再结晶温度，细化晶粒，同时改善强度和韧性，而且具有强烈的析出强化作用，可以显著地提高钢的屈服强度。根据本发明的目的，控制Nb：0.035％～0.07％。
Ti：钢中加入钛，具有二个方面的作用。一方面是为了固定钢中的氮元素，形成氮化钛质点，阻止钢坯在加热、轧制、焊接过程中晶粒的长大，改善母材和焊接热影响区的韧性。另一方面，钛能够在铁素体中析出TiC，在大幅度提高钢的强度的同时，对钢的塑性影响不大。Ti低于0.06％时，强化效果差且随工艺变化波动大，不能够稳定达到本发明的目标强度，Ti超过0.13％时，连铸难度大，且使钢的韧性恶化。因此，本发明控制Ti：0.06％～0.13％。
Si：硅是炼钢脱氧的必要元素，也具有一定的强化作用，当含量低于0.05％时，难于获得充分的脱氧效果；含量超过0.5％时，钢的清洁度下降，韧性降低，可焊性差。
Al：铝是脱氧元素，可作为AlN形成元素，有效地细化晶粒，其含量不足0.01％时，效果较小；超过0.07％时，脱氧作用达到饱和；再高则对母材及焊接热影响区韧性有害。
Cr：根据强度级别和钢板厚度的不同，加入适量的Cr元素，通过Cr、Nb、Ti三元素的复合强化作用，以显著提高钢的强度。从经济性和焊接性考虑，在本发明中将Cr含量控制在0.05％～1.0％。
其余为Fe及不可避免的杂质元素。钢中的杂质元素控制在P≤0.025％，S≤0.015％，[N]≤0.0080％。从提高钢种韧性和塑性的角度来看，杂质元素含量越低越好。
本发明所述高强度冷成型焊接结构用热轧带钢的生产方法包括冶炼—精炼—连铸—轧制。本发明冶炼连铸工艺：进行铁水预处理，采用转炉冶炼，通过顶吹或顶底复合吹炼，尽可能深脱碳；采用VD、RH或LF等进行炉外精炼处理，并进行微合金化；进行Ca处理，结合钢中S含量和出钢量，喂Si-Ca线，控制硫化物形态，提高钢的延性、韧性和冷成型性能，减小钢板横向和纵向性能差；连铸采用电磁搅拌，减少元素偏析，提高铸坯质量。本发明轧制工艺：轧前加热温度控制在1150℃～1250℃，以保证获得细小的奥氏体晶粒，同时Nb、Ti元素得以充分固溶；采用两阶段控轧，粗轧结束温度>1020℃，轧制过程能够充分发生再结晶；精轧开轧温度<1040℃，精轧终轧温度控制在820℃～920℃；轧后立即采用冷却设备进行快速冷却，冷却速度范围一般控制在5～50℃/s，冷速越大，强度、韧性越高；卷取温度控制在520℃～620℃，之后空冷或缓冷，便于微合金元素的析出强化。
本发明所述高强度冷成型焊接结构用热轧带钢包括三个强度级别，采用低C高Ti含量，只添加适量Cr元素和Nb元素，所以成本低廉；Cr、Nb、Ti同时加入，通过Cr、Nb、Ti元素的复合强化作用，不添加贵重元素Mo、Ni、Cu、V等，在显著提高钢的强度的同时，钢种的冷弯成型性良好，冷弯180°d＝0也不开裂，而且低温韧性高，-20℃纵向冲击功Akv平均达到47J以上(冲击试样尺寸10*5*55mm)；本发明钢种碳含量低，C0.055％～0.09％，屈服强度700N/mm2以下级别Pcm值≤0.21％、≥800N/mm2级别Pcm值≤0.23％，表明焊接性能优良，可简化焊接工艺；该系列钢种轧态性能即可满足要求，因而也不需要进行回火或调质等热处理工艺。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的描述。
按照本发明提供的配方及生产工艺，制造了屈服强度≥600N/mm2、≥700N/mm2和≥800N/mm2三个强度级别的冷成型高强度热轧带钢，实施例的具体化学成分见表1，实施例的实际工艺参数见表2，实施例的实物性能检验结果见表3。
表1、本发明钢种实施例的冶炼成分，Wt％
表2、本发明钢实例的实际工艺参数
| 实施例 | 加热温度℃ | 粗轧终轧温度℃ | 精轧开轧温度℃ | 精轧终轧温度℃ | 卷取温度℃ |
| 11 | 1250 | 1060 | 1040 | 915 | 610 |
| 12 | 1250 | 1068 | 1033 | 887 | 546 |
| 13 | 1250 | 1050 | 1034 | 882 | 580 |
| 14 | 1232 | 1046 | 1026 | 876 | 610 |
| 15 | 1237 | 1044 | 1030 | 878 | 564 |
| 16 | 1239 | 1027 | 1013 | 865 | 620 |
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| 34 | 1157 | 1038 | 980 | 830 | 524 |
表3、本发明钢实施例的力学性能
注：钢板厚度≤12mm，冲击试样尺寸10*5*55mm，钢板厚度>12mm，冲击试样尺寸10*10*55mm。
Claims (2)
1.一种高强度冷成型焊接结构用热轧带钢，其特征在于该钢的化学成分重量百分比为：C：0.055％～0.09％、Si：0.05％～0.50％、Mn：1.50％～1.90％、Nb：0.035％～0.07％、Ti：0.102％～0.130％、Cr：0.05％～1.0％、Als：0.010％～0.070％，余量为Fe及不可避免的杂质。
2.一种权利要求1所述高强度冷成型焊接结构用热轧带钢的生产方法，包括冶炼-精炼-连铸-轧制，轧前加热温度为1150～1250℃，采用两阶段控轧，粗轧结束温度在＞1020℃，精轧开轧温度＜1040℃，精轧终轧温度控制为820～920℃，轧后快速冷却，冷却速度为5～50℃/s，卷取之后空冷或缓冷，其特征在于卷取温度为520～620℃。
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