CN102534431A - 一种含Ti中碳钢及采用薄板坯连铸连轧生产的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于汽车底板或冷弯成型结构件的一种含Ti中碳钢及采用薄板坯连铸连轧生产的方法。其组分及重量百分比含量：C：0.17～0.20％，Si：0.1～0.4％，Mn：0.6～1.8％，Ti：0.04～0.15％，Als：0.02-0.06％，以下元素控制在：P≤0.025％，S≤0.005％，Ni≤0.65％，Cu≤0.2％，N≤0.008％；其生产步骤：冶炼、炉外精炼及连铸成坯；对铸坯均热；轧制；经层流后进行卷取；待用。本发明由于采用含Ti中碳钢及用薄板坯连铸连轧生产的方法，其成分简单、钢板不存在内应力，板形好，屈服强度并至少在550MPa。

Description

一种含Ti中碳钢及采用薄板坯连铸连轧生产的方法

技术领域

本发明涉及钢铁材料及生产方法，具体属于是用于汽车底板或冷弯成型结构件，且屈服强度在500MPa以上的含Ti中碳钢及用薄板坯连铸连轧生产的方法。

背景技术

在目前形势下，用于承重的构件要求越来越趋于轻量化及高强度化，即屈服强度要至少达到550MPa以上，以降低使用中的能耗及碳排放量，降低对环境的污染，达到节能降排的目的。

目前，微合金钢是具有高性能的新型低合金高强度钢，一般采用低碳加Nb、V、Ti、Mo等进行微合金化，以晶粒细化、析出强化和位错、组织强化等为主要强韧化机制。目前，通过控制钢的化学成分和采用控轧控冷工艺，已经开发出各种热轧高强钢板，强度级别从550Mpa-700Mpa级别不等，甚至包括960Mpa级别超高强调质耐磨钢板。

1)关于国内外传统热轧高强钢研究的基本情况

瑞典SSAB钢板有限公司在特高强度钢板和超高强度钢板的生产上具有世界领先地位。

目前，国内先后有宝钢、太钢、武钢、本钢等常规热轧产线对600Mpa级别以上的超高强钢进行研究开发，且均为低碳钢。如宝钢700Mpa级别高强钢，采用Nb、Ti、Mo复合添加的微合金成分体系，以析出强化为主，辅以相变强化和细晶强化，实现了轧制时的低变形抗力和产品的高强度。

太钢采用低S含量，结合硫化物的球化处理，采用Nb、Ti复合微合金化，添加适量的Mo，配合热连轧的控轧控冷，通过细晶、析出和相变强化机制，保证钢板获得所要求的性能。

武钢二热轧高强钢包括屈服强度600Mpa、650Mpa和700Mpa等不同强度级别。应用范围涉及工程机械用、汽车大梁和集装箱等相关行业。其基本设计思想为：600Mpa左右高强钢采用低碳高锰加Ti成分，通过Ti的细晶强化和沉淀强化效果，保证带钢强度，而对于650Mpa及以上级别的高强钢，则采用Nb、Ti复合强化思路，根据钢种的性能要求，添加适当的Mo等，保证钢板所需性能的稳定获得。

表一 常规热轧产线主要高强钢的化学成分

以上可以看出，均采用低碳系列并添加较多微合金元素的方式。

2)薄板坯连铸连轧高强钢研发概况

二十世纪八十年代末在美国纽柯公司获得成功的紧凑式带钢生产工艺的特征是薄板坯连铸连轧。珠钢的CSP产线是我国的第一条薄板坯连铸连轧生产线，截止到2010年底，国内已建成13条薄板坯连铸连轧生产线。珠钢、本钢、涟钢和济钢等薄板坯连铸连轧企业对高强钢的成分、工艺与组织性能等也进行了相关机理研究和生产实践。

珠钢CSP产线针对薄板坯连铸连轧的工艺特点，利用单一的Ti微合金化技术，通过采取相应的生产控制工艺，成功开发了屈服强度700Mpa级别、具有优良的冷冲压成型性能、良好的塑性和焊接性能的超高强钢，包括两大系列：超高强耐候钢和冷成型用超高强钢。

本钢采用低碳高锰、添加Mo、Cr、Nb、Ti的合金化设计，采用FTSC薄板坯连铸连轧机组成功开发屈服强度700Mpa级高强钢集装箱钢用热轧钢带。试制的高强耐候钢组织为针状铁素体加粒状贝氏体的理想组织，同时有效利用细晶强化和沉淀强化技术，并合理控制马奥岛。钢带的屈服强度可稳定达到700Mpa以上。

涟钢CSP产线采用低碳高Ti辅助添加微量Nb，取消V、Cr、Mo、B等合金的加入，主要利用晶粒细化和TiC的析出强化来保证钢的强度，目前已成功生产600Mpa和700Mpa级别的工程机械用高强钢。

表二 国内各薄板坯产线的高强钢化学成分体系

由上可知，目前国内外热轧高强钢均采用低碳成分体系，再添加Nb、V、Ti等开发生产出不同微合金化系列的高强钢，强度级别达到700Mpa及以上。

高强钢尤其是薄规格高强钢因其强度高，厚度薄，可减轻结构部件的重量，提高有效载荷，降低燃耗和CO₂排放。随着国家对节能、减排、降耗的日益重视，在集装箱钢制造，工业机械和运输行业等轻量化需求扩大，高强钢尤其是3.0mm及以下规格高强钢的市场需求进一步提高。从现有需求来看，薄规格高强钢主要应用于集装箱顶板、侧板等冲压件，汽车车身支撑件、客车行李架等冷弯成型结构件，以及车辆底板、侧板等要求良好板形和良好焊接性能的部位。

对于低碳体系生产高强钢，由于含碳低，需要添加昂贵的微合金如Nb、V、Mo等，以提高屈服强度。其存在的不足主要有：

①低碳系列高强钢一般都有相变强化，即通过奥氏体转变为中低温组织贝氏体或马氏体等，结合细晶强化和析出强化来保证强度满足要求。中低温组织尤其是马氏体低温组织转变时产生较大的残余内应力，高强钢在使用过程中因内应力释放，导致钢板变形。

②低碳系列高强钢不仅生产成本高，而且添加较多的合金元素如Nb等，增加其高温变形抗力，增加轧制负荷，导致大大增加薄材轧制不稳定性及薄材轧制难度。

③低碳系列高强钢添加合金元素较高，合理匹配工艺以保证充分发挥各元素的合金化作用难度大。

另外，目前也有采用中碳钢生产冷弯成型结构件等，如Q345B和Q460C等，其成分为：C：0.17～0.20％，Si≤0.5％，Mn：0.6-1.55％，P≤0.03％，S≤0.015％等，虽然其为中碳钢中，但由于其未含有合金Ti，其屈服强度均在460MPa以下，不能满足轻量化及高强度化的趋势发展要求，因此研究一种符合趋势发展的轻量化及高强度化的钢种则是市场的必然。

发明内容

本发明的目的是在于克服现有技术由于低碳钢存在的残余内应力较大使板形不能满足市场要求，且低碳钢添加微合金元素较多导致成本较高的不足，提供一种成分简单、钢板不存在内应力，板形好，在满足屈服强度要至少达到550MPa的采用薄板坯连铸连轧生产的热轧含Ti中碳钢。

实现上述目的的措施：

一种含Ti中碳钢，其组分及重量百分比含量：C：0.17～0.20％，Si：0.1～0.4％，Mn：0.6～1.8％，Ti：0.06～0.15％，Cr：0.02-0.5％，Als：0.015-0.055％，以下元素控制在：P≤0.025％，S≤0.01％，Ni≤0.65％，Cu≤0.2％，N≤0.008％，其余为Fe及不可避免的杂质。

采用薄板坯连铸连轧生产一种含Ti中碳钢的方法，其步骤：

1)进行冶炼、炉外精炼及连铸成坯；

2)对铸坯进行均热，并控制：铸坯入炉温度为700～900℃，铸坯出炉温度为1150～1250℃；

3)进行轧制，并控制终轧温度在860～920℃；

4)经层流后进行卷取，控制卷取温度在580～660℃；

5)待用。

本发明中各主要元素的作用：

C：对于CSP产线而言，C含量在0.065％＜C＜0.17％范围属于包晶钢，而CSP产线连铸漏斗型结晶器，在浇铸包晶钢时因包晶反应导致漏钢和裂纹风险大大增加，为此CSP流程必须避开包晶钢范围，C含量必须在≤0.065％或C≥0.17％。但因低碳高强钢存在需添加较多合金，板形不良等问题，因此CSP产线考虑采用C≥0.17％成分体系，但当C含量大于0.23％时，钢的焊接性能变差，要求焊接的带钢，含碳量一般不超过0.2％。另外，C显著增加钢的冷脆性和时效敏感性，因此本发明考虑C含量控制在0.17-0.20％。

Mn：锰可通过固溶强化提高带钢强度，在一定含量下，还能提高钢的韧性和耐磨性。但当Mn含量大于1.3％时，在连铸坯凝固过程中形成偏析，导致珠光体条带的形成，钢中Mn含量越高，带状组织越明显，因此考虑Mn含量≤1.8％。

Si：能溶于铁素体和奥氏体中，增加钢的强度和硬度，但是过高含量的Si容易在氧化铁皮和基体的界面处偏聚，影响表面质量的控制，因此Si含量考虑控制在0.4％以下。

P：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于0.045％，优质钢要求更低些。

S：硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于0.055％，优质钢要求小于0.040％。考虑到CSP产线特点和高强钢应用，要求S控制在0.01％以下。

Ti：Ti是一种非常重要的微合金元素，在钢中添加一定量的Ti含量，一方面可在减少C当量的同时，通过晶粒细化和析出强化作用，显著提高钢的强度。另一方面，可将钢中O、N、S等不纯物质固定起来，改善钢的可焊接性。如Ti与钢中N元素结合形成TiN，在高温下比较难溶解，可阻止热影响区晶粒粗化，提高热影响区脆性，改善钢的焊接性能，降低N对钢的时效敏感性影响。当Ti含量低于0.02％时，强化作用不明显，而当Ti含量高于一定量(0.15％)后，其含量增加对析出强化和细晶强化的作用不明显，为保证高强钢的性能，考虑Ti控制在0.06-0.15％范围。

Cr：铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，增大钢的淬透性，但同时降低钢的塑性和韧性。考虑Cr含量控制在0.5％以下。

Als：在钢中的作用：脱氧、细化晶粒、改善韧性、防止时效。但Als过高影响钢的表面质量等，也增加成本，考虑Als控制在0.015-0.055％范围。

本发明的特点是：发挥薄板坯连铸连轧短流程工艺的优势，采用中C成分，结合Ti的细晶强化和析出强化原理，生产较薄规格的高强度高性能钢板，保证成型性能和焊接性能的同时，以满足市场轻量化和高强度化的趋势需求。其优点在于：①中碳成分下，其组织为细晶粒铁素体(F)+珠光体(P)，不需要低碳组织的相变强化来保证强度，减少B、M等低温组织生产对带钢强韧性和成型性能的影响，减少组织转变产生的内应力，有利于保证高强钢板形；②无需添加多种合金元素，同时Ti元素可在较高温度下轧制，对带钢的高温强度影响不明显，可降低薄规格轧制时的轧制负荷，提高薄材轧制的稳定性；③合金元素添加量较少，降低合金成本同时，简化工艺控制。

附图说明

图1对比例采用低碳系列高强钢贝氏体(B)的金相组织图

图2为本发明中碳高强钢为细晶粒铁素体(F)+珠光体(P)的金相组织图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述。本发明共进行了6个批次的试验，采用CSP线进行试生产，其试验方法根据以下步骤进行：

1)进行冶炼、炉外精炼及连铸成坯；

2)对铸坯进行均热，并控制：铸坯入炉温度为700～900℃，铸坯出炉温度为1150～1250℃；

3)进行轧制，并控制终轧温度在860～920℃；

4)经层流后进行卷取，控制卷取温度在580～660℃；

5)待用。

表1为本发明各实施例及对比例的化学成分及取值情况列表；

表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数取值情况列表；

表3为本发明各实施例及对比例的力学性能检测情况列表。

表1本发明各实施例及对比例的化学成分及取值列表

表2本发明各实施例及对比例的主要工艺参数取值列表

表3本发明各实施例及对比例的实验结果列表

实施例	屈服强度/Mpa	抗拉强度/Mpa	延伸率/％	宽冷弯/d＝2a，180°
					1	555	615	21	Y
2	584	716	19.8	Y
					3	664	777	19	Y
4	708	828	19.5	Y
					5	685.2	795	21	Y
6	749	850	20.2	Y
					7	710	852	19	Y
8	733	831	19	Y
					9	769	850	15	Y
10	725	802	16	Y
					11	706	776	17	Y
对比例1	705	790	18.5	Y
					对比例2	660	785	20	Y

Claims (2)

1.一种含Ti中碳钢，其组分及重量百分比含量：C：0.17～0.20％，Si：0.1～0.4％，Mn：0.6～1.8％，Ti：0.04～0.15％，Als：0.02-0.06％，以下元素控制在：P≤0.025％，S≤0.005％，Ni≤0.65％，Cu≤0.2％，N≤0.008％，其余为Fe及不可避免的杂质。

2.采用薄板坯连铸连轧生产权利要求1所述的一种含Ti中碳钢的方法，其步骤：

1)进行冶炼、炉外精炼及连铸成坯；

2)对铸坯进行均热，并控制：铸坯入炉温度为700～1000℃，铸坯出炉温度为1130～1250℃；

3)进行轧制，并控制终轧温度在850～950℃；

4)经层流后进行卷取，控制卷取温度在560～680℃；

5)待用。

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