CN101824525B - 一种热轧钢板生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低成本热轧钢板及其生产方法，该热轧钢板化学成分重量百分比为C：0.10％-0.22％，Si：≤0.35％，Mn：0.60％-0.80％，P：≤0.025％，S：≤0.025％，余量为Fe和不可避免杂质元素组成；用常规连铸方法将其浇铸成200mm厚的连铸板坯；加热至1150℃-1200℃进行粗轧，粗轧后中间板坯厚度在30mm-36mm，采用无芯移送热卷箱卷取；终轧温度范围为830℃-870℃；精轧后以40-50℃/s的冷速冷却到650-700℃，然后以10-20℃/s的冷速通过层流冷却到540-580℃的温度范围内卷取。采用本方法生产的Q345低合金高强度热轧钢板具有成本低、力学性能稳定、强韧性匹配良好等特点。

Description

一种热轧钢板生产方法

技术领域

本发明属于热连轧板带技术领域，特别涉及一种低成本的Q345低合金高强度结构用热轧钢板及其生产方法。

背景技术

低合金高强度结构钢是指在普通碳素钢中加入少量或微量合金元素，通过制定合适的控轧控冷工艺，从而得到比普通碳素钢性能更为优良的高强度、高韧性和冷成型能力的热轧钢板。由于钢中加入的合金元素总量不多，这类合金钢属于低合金钢，通常在热轧状态下使用，其中以屈服强度345MPa级的低合金高强度结构钢(牌号Q345)的市场需求量最大。

国内外对Q345低合金高强度结构钢的工业生产和产品应用方面已有一些研究成果。如200710113915.3公开的“使用中薄板坯轧制厚规格低合金结构钢钢板的方法”，提供了一种用中薄板坯生产Q345低合金高强度热轧板卷的工艺，其化学成分为C：0.15-0.20％，Si：0.20-0.40％，Mn：1.4-1.6％，P≤0.030％，S≤0.030％，力学性能为屈服强度350MPa，抗拉强度500MPa，延伸率21％；安阳钢铁集团有限责任公司刘志刚对化学成分为C：0.18％，Si：0.32％，Mn：1.32％，P：0.021％，S：0.005％的Q345热轧钢板的焊接性能进行了研究，其力学性能为屈服强度360MPa，抗拉强度500MPa，延伸率23％；东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室朱伏先对Q345低合金钢奥氏体再结晶行为对组织和性能的影响进行了研究，其化学成分为C：0.17％，Si：35％，Mn：1.48％，P≤0.021％，S≤0.008％，其力学性能为屈服强度396MPa，抗拉强度569MPa等。

从以上热轧钢板的力学性能和成分组成可见，钢板的力学性能为屈服强度350MPa-396MPa，抗拉强度500MPa-569MPa，延伸率21％-26％。大部分钢板的主要合金元素Mn的含量均在1.10％-1.60％的较高比例，因Mn的价格较高，直接导致生产成本大幅提高。本发明采用常规轧制工艺制度，完成终轧后先以40-50℃/s的冷速将钢板快速冷却到650-700℃，然后再以10-20℃/s的冷速使钢板通过层流冷却到540-580℃卷取，实现低成本、安全稳定地批量生产Q345低合金高强度热轧钢板。

发明内容

本发明的目的是将Q345低合金高强度热轧钢板的Mn含量由常规的1.10％-1.60％的较高比例大幅度降低到0.60％-0.80％，同时采用降低热轧终轧温度、快冷+层流冷却模式和降低卷取温度等工艺技术措施，通过细晶强化来弥补因Mn含量降低而引起的强度损失，从而生产出成本更低的Q345低合金高强度热轧钢板。

本发明采用如下技术方案来实现其目的，热轧钢板生产方法包括如下步骤：首先采用常规连铸方法浇铸成200mm厚的连铸板坯，将该板坯加热到1150℃-1200℃温度后进行粗轧，粗轧后的中间板坯厚度为30mm-36mm，然后采用无芯移送热卷箱卷取；

将中间板坯进行6道次精轧，板坯精轧后的钢板厚度为3.0-8.0mm，终轧温度为830℃-870℃；

精轧后先以40-50℃/s的冷速将钢板快速冷却到650-700℃，再以10-20℃/s的冷速使钢板通过层流冷却到540-580℃，然后进行卷取；板坯精轧后的钢板厚度为3-8mm；其中所述的层流冷却是通过控制层流冷却水集管开启的数量和前后顺序，从而控制冷速为10-20℃/s。

根据上述热轧钢板生产方法生产出的钢板，其化学成分以重量百分比计为：C：0.10％-0.22％，Si≤0.35％，Mn：0.60％-0.80％，P≤0.025％，S≤0.025％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。

本发明优选的钢板化学成分中：C：0.14％-0.20％，Mn：0.65％-0.75％。

本发明立足于现有的1450mm热连轧机组工艺装备，将Q345低合金高强度热轧钢板的主要合金元素Mn含量由常规的1.10％-1.60％大幅度降低到0.60％-0.80％，同时采用降低热轧终轧温度、快冷+层流冷却模式和降低卷取温度等工艺技术措施，通过细晶强化来弥补因Mn含量降低而引起的强度损失，从而提高了热轧钢板的综合力学性能。

具体实施方式

以下将根据本发明的工作原理和具体实施例进行更详细的说明。

本发明的目的是将Q345低合金高强度热轧钢板的Mn含量由常规1.10％-1.60％的较高水平大幅度降低到0.60％-0.80％，采用降低热轧终轧温度、快冷+层流冷却模式和降低卷取温度等工艺技术措施，通过细晶强化来弥补因Mn含量降低而引起的强度损失，达到降低成本的目的。

本发明通过研究发现，Q345等低合金高强度钢中由于没有第二相粒子的析出，不可能利用析出强化来提高其力学性能，而细晶强化是其主要的强化方式。在化学成分一定的条件下，细化铁素体的晶粒尺寸与相变的形核核心数量和相变后铁素体晶粒的长大有关，其中热轧终轧温度、冷却速度和卷取温度等工艺参数尤其重要。终轧温度与铁素体相变形核核心的数量有很大的关系，精轧后几道次变形已处于未再结晶区轧制，一是增加单位体积晶界的数目，二是在拉长的晶粒内增加变形带和孪晶带面积，经过未再结晶区轧制，奥氏体晶粒不仅被拉长，而且被压扁，这种被压扁的奥氏体晶粒相变成多边形铁素体晶粒，未结晶区的变形量越大，奥氏体晶粒被压扁的程度越高，铁素体晶粒越细小。冷却速度越大，相变温度越低，过冷度越大，晶粒越细小，随着冷却速度的提高，相变开始点与终了点的温度下降。在加速冷却时，由于相变温度下降，铁素体成核速度增大，形核多。另外，由于在冷却过程中抑制了铁素体晶粒长大，可以得到更细的铁素体晶粒，并促使针状铁素体的形成，从而有效提高材料的性能。Q345钢在轧制过程中，随着卷取温度的快速降低，可以有效地抑制铁素体晶粒的长大，起到细化晶粒的目的，从而提高其抗拉强度和屈服强度，以及其综合力学性能。

本发明采用转炉冶炼，用常规的连铸方法先浇铸成200mm厚的连铸板坯，通过步进梁式加热炉将连铸板坯加热至1150℃-1200℃，然后进入粗轧机进行粗轧，粗轧后的中间板坯厚度在30mm-36mm，采用无芯移送热卷箱卷取，经过6道次精轧，在830℃-870℃温度范围完成终轧后先以40-50℃/s的冷速将钢板快速冷却到650-700℃，然后再以10-20℃/s的冷速使钢板通过层流冷却到540-580℃，然后进行卷取；成品钢板厚度为3.0-8.0mm。

本发明所述的层流冷却模式是指：通过控制层流冷却水集管开启的数量和前后顺序，从而控制冷却强度，即以10-20℃/s的冷速使钢板通过层流冷却到540-580℃。

本发明所述的无芯移送热卷箱是指：粗轧机组和精轧机组之间一套中间板坯保温装置，具有均匀中间板坯温度、除鳞和缩短轧制线长度的特点。

根据上述热轧钢板生产方法生产出的钢板，其化学成分以重量百分比计为：C：0.10％-0.22％，Si≤0.35％，Mn：0.60％-0.80％，P≤0.025％，S≤0.025％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。其中，钢板化学成分中优选C：0.14％-0.20％，Mn：0.65％-0.75％。

本发明的积极效果是：采用本方法生产的Q345低合金高强度热轧钢板具有成本低、力学性能稳定、强韧性匹配良好等特点。

实施例1

Q345低合金高强度热轧钢板的化学成分重量百分比为C：0.16％，Si：0.27％，Mn：0.68％，P：0.016％，S：0.017％，余量为Fe和不可避免杂质元素组成；用常规连铸方法将其浇铸成200mm厚的连铸板坯；加热至1180℃进行粗轧，粗轧后中间板坯厚度在32mm，采用无芯移送热卷箱卷取；其后经过6道次精轧，其终轧温度终轧温度为850℃；板坯精轧后的钢板厚度为3.0mm。精轧后先以40℃/s的冷速冷却到680℃，然后控制层流冷却水集管开启的数量和前后顺序，以15℃/s的冷速使钢板通过层流冷却到560℃的温度范围内卷取。其成品力学性能为屈服强度390MPa，抗拉强度525MPa，延伸率31％。

实施例2

Q345低合金高强度热轧钢板的化学成分重量百分比为C：0.12％，Si：0.30％，Mn：0.75％，P：0.021％，S：0.015％，余量为Fe和不可避免杂质元素组成；用常规连铸方法将其浇铸成200mm厚的连铸板坯；加热至1160℃进行粗轧，粗轧后中间板坯厚度在35mm，采用无芯移送热卷箱卷取；其后经过6道次精轧，其终轧温度终轧温度为840℃；板坯精轧后的钢板厚度为4.0mm。精轧后先以45℃/s的冷速冷却到660℃，然后控制层流冷却水集管开启的数量和前后顺序，以18℃/s的冷速使钢板通过层流冷却到550℃的温度范围内卷取。其成品力学性能为屈服强度380MPa，抗拉强度520MPa，延伸率29％。

实施例3

Q345低合金高强度热轧钢板的化学成分重量百分比为C：0.20％，Si：0.23％，Mn：0.60％，P：0.017％，S：0.018％，余量为Fe和不可避免杂质元素组成；用常规连铸方法将其浇铸成200mm厚的连铸板坯；加热至1200℃进行粗轧，粗轧后中间板坯厚度在33mm，采用无芯移送热卷箱卷取；其后经过6道次精轧，其终轧温度终轧温度为870℃；板坯精轧后的钢板厚度为5.0mm。精轧后先以50℃/s的冷速冷却到670℃，然后控制层流冷却水集管开启的数量和前后顺序，以10℃/s的冷速使钢板通过层流冷却到575℃的温度范围内卷取。其成品力学性能为屈服强度400MPa，抗拉强度545MPa，延伸率28％。

实施例4

Q345低合金高强度热轧钢板的化学成分重量百分比为C：0.22％，Si：0.29％，Mn：0.62％，P：0.020％，S：0.012％，余量为Fe和不可避免杂质元素组成；用常规连铸方法将其浇铸成200mm厚的连铸板坯；加热至1200℃进行粗轧，粗轧后中间板坯厚度在36mm，采用无芯移送热卷箱卷取；其后经过6道次精轧，其终轧温度终轧温度为830℃；板坯精轧后的钢板厚度为6.0mm。精轧后先以40℃/s的冷速冷却到690℃，控制层流冷却水集管开启的数量和前后顺序，以12℃/s的冷速使钢板通过层流冷却到540℃的温度范围内卷取。其成品力学性能为屈服强度410MPa，抗拉强度550MPa，延伸率30％。

实施例5

Q345低合金高强度热轧钢板的化学成分重量百分比为C：0.10％，Si：0.32％，Mn：0.78％，P：0.015％，S：0.009％，余量为Fe和不可避免杂质元素组成；用常规连铸方法将其浇铸成200mm厚的连铸板坯；加热至1150℃进行粗轧，粗轧后中间板坯厚度在30mm，采用无芯移送热卷箱卷取；其后经过6道次精轧，其终轧温度终轧温度为845℃；板坯精轧后的钢板厚度为8.0mm。精轧后先以50℃/s的冷速冷却到650℃，然后控制层流冷却水集管开启的数量和前后顺序，以20℃/s的冷速使钢板通过层流冷却到580℃的温度范围内卷取。其成品力学性能为屈服强度385MPa，抗拉强度530MPa，延伸率32％。

本发明通过上述实施例降低了Mn的含量，同时采用了降低热轧终轧温度，快冷+层流冷却模式和降低卷取温度等工艺技术措施，通过细晶强化来弥补因Mn含量降低而引起的强度损失，达到了降低成本的目的。实现了吨钢降低生产成本约60元/t，按年生产Q345低合金高强度热轧钢板按20万t/a计算，则每年可为企业产生经济效益约1200万元。和现有背景技术相比，本发明工艺流程简单，不但降低了Mn含量，同时通过工艺流程的优化没有降低合金强度，确保了合金的质量，比现有技术成本低很多。

Claims (3)

1.一种热轧钢板生产方法，其特征在于包括如下步骤：

先浇铸成200mm厚的连铸板坯，将该板坯加热到1150℃-1200℃温度后进行粗轧，然后采用无芯移送热卷箱卷取；

经过6道次精轧，其终轧温度范围为830℃-870℃；

精轧后先以40-50℃/s的冷速将钢板快速冷却到650-700℃，再以10-20℃/s的冷速使钢板通过层流冷却到540-580℃，然后进行卷取；

其中，板坯粗轧后的中间板坯厚度为30mm-36mm，板坯精轧后的钢板厚度为3.0-8.0mm；

钢板的化学成分以重量百分比计为：C：0.10％-0.22％，Si≤0.35％，Mn：0.60％-0.80％，P≤0.025％，S≤0.025％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。

2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于所述的层流冷却是通过控制层流冷却水集管开启的数量和前后顺序，从而控制冷速为10-20℃/s。

3.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于C的最优比例为0.14％-0.20％，Mn的最优比例为0.65％-0.75％。