CN102703824A

CN102703824A - 屈服强度高于900MPa的非调质态热轧带钢及其制备方法

Info

Publication number: CN102703824A
Application number: CN2012101175678A
Authority: CN
Inventors: 衣海龙; 刘振宇; 徐洋; 吴迪; 王国栋
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2012-04-20
Filing date: 2012-04-20
Publication date: 2012-10-03

Abstract

本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种屈服强度高于900MPa的非调质态热轧带钢及其制备方法。本发明的非调质态热轧带钢的化学成分按重量百分比为：C0.06~0.12%，Si0.10~0.30%，Mn0.80~1.20%，Nb0.00~0.04%，V0.00~0.04%，Ti0.02~0.10%，Cr0.8~1.20%，Mo0.10~0.30%，B0.001~0.003%，P＜0.012%，S＜0.01%，余量为铁Fe，其屈服强度≥900MPa，抗拉强度≥940MPa，断后伸长率≥12%。本发明的制备方法是按设定成分冶炼钢水并铸成铸坯，将铸坯加热，进行粗轧和精轧，精轧后将带钢冷却至200~450℃，进行卷取，热轧后进行离线回火，回火温度为400~600℃，交货状态为热轧或热轧+离线回火。本发明的发明热轧带钢由于取消了调质热处理工艺，大大降低了生产成本。

Description

屈服强度高于900MPa的非调质态热轧带钢及其制备方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种屈服强度高于900MPa的非调质态热轧带钢及其制备方法。

背景技术

随着汽车、工程机械等行业的发展，对强度级别在700MPa以上的高强钢的需求越来越急迫，同时，为了节省资源、节约能源及保护环境，迫切需要研发强度水平更高的高品质钢材。目前，高强钢的强度级别从屈服强度600MPa到屈服强度在1200MPa以上，整体上来说，对强度、韧性和焊接使用性能的综合要求越来越高。

屈服强度在700MPa以下的钢材产品，大多采用控制轧制与控制冷却工艺生产，而对屈服强度在700MPa以上的高强钢来说，为了满足产品的性能要求，国内外在得到此强度级别的钢种时多采用的是合金化的思想，生产工艺为控轧控冷+调质处理，而且，由于调质工艺的需要，碳含量及合金元素含量都较高，这样不仅增加了产品的生产成本，同时也降低了产品的焊接性能，影响了后续的产品使用。为了满足钢铁下游用户对产品强度、韧性及焊接使用的高要求，研制开发技术含量高、附加值高及具有良好使用性能的高强度钢已经成为近年来钢铁材料研究领域的重点。

国外学者Koo等人，采用低C高Mn，通过添加Nb、V、Ni、Mo、B等合金元素，通过控轧在线淬火方法制备了抗拉强度超过930MPa的中厚板钢材，钢板显微组织具有一定比例的板条马氏体，但此方法中合金添加量较多，增加了钢材的生产成本。Tamehiro等人采用低C，高Mn-Ni-Mo化学成分开发了热轧高强度钢，并认为要使抗拉强度超过950MPa，钢板显微组织中必须含有90%以上的马氏体，因此，成分设计上添加了大量的Ni和Mo元素，合金成本较高。国内康永林、郑华、姚连登等学者针对高强度的低碳贝氏体进行了细致研究，通过Nb、Ti、Ni、Mo、B等合金元素的添加，通过形成铌钛析出强化结合贝氏体组织的相变强化使钢材具有更好的成形性能和低温韧性，从成分设计上，采用了大量的Nb、Ni和Mo等贵重合金元素，因此，生产成本较高。目前，国外瑞典SSAB及国内的舞阳、湘钢、南钢、宝钢等各大钢厂实际生产的900MPa级的热轧高强钢都不同程度地添加了高附加值的Mo、Cr、Ni等合金元素，且生产工艺为热轧+调质处理，调质工艺的处理过程为，首先将热轧后的钢板加热到高温奥氏体区或两相区，温度为850～950℃，在此温度下保温30～60min不等，然后淬火，将淬火后的钢板进行400～600℃回火处理，显微组织以回火马氏体为主。综上所述，通过成分设计，可以获得以贝氏体或回火马氏体组织的900MPa级高强工程机械用钢，但存在着合金成本高、调质工艺成本高等问题，因此急需能够降低生产成本，简化生产流程的新方法，提升产品的附加值。

发明内容

针对以上技术问题，本发明提供一种屈服强度高于900MPa的非调质态热轧带钢及制备方法，目的是通过合理的成分设计，以及通过控轧控冷工艺或控轧控冷+离线回火工艺使带钢的屈服强度高于900MPa，用以代替同一级别调质态的热轧钢板或低级别的低合金高强度钢。

本发明的屈服强度高于900MPa的非调质态热轧带钢的化学成分按重量百分比为：C0.06~0.12%，Si 0.10~0.30%，Mn 0.80~1.20%，Nb 0.00~0.04%，V0.00~0.04%，Ti0.02~0.10%，Cr0.8~1.20%，Mo0.10~0.30%，B0.001~0.003%，P＜0.012%，S＜0.01%，余量为铁Fe，其屈服强度≥900MPa，抗拉强度≥940MPa，断后伸长率≥12%。

本发明的制备方法按以下步骤进行：

（1）按设定成分冶炼钢水并铸成铸坯，其成分按重量百分比为C0.06~0.12%，Si 0.10~0.30%，Mn 0.80~1.20%，Nb 0.00~0.04%，V0.00~0.04%，Ti0.02~0.10%，Cr0.8~1.20%，Mo0.10~0.30%，B0.001~0.003%，P＜0.012%，S＜0.01%，余量为铁Fe，铸坯厚度为220~250mm；

（2）将铸坯加热至1220~1250℃，进行3~5道次粗轧，粗轧开轧温度为1120~1170℃，终轧温度为980~1070℃，获得厚度为38~58mm的中间坯；

（3）对中间坯进行5~7道次精轧，精轧开轧温度为950~1000℃，终轧温度为780~880℃，精轧每道次压下量控制在15~40%，精轧后带钢厚度为2~12mm；

（4）精轧后以15~60℃/s的速度将带钢冷却至200~450℃，进行卷取；

（5）卷取后的钢卷直接使用，或者对钢卷或将钢卷开平后回火处理，回火温度为400~600℃，回火时间为1~2h，获得热轧带钢，其屈服强度≥900MPa，抗拉强度≥940MPa，断后伸长率≥12%。

本发明是采用低碳成分设计，通过合理添加微合金元素和控轧控冷、控轧控冷+回火技术，生产屈服强度不小于900MPa，抗拉强度不小于9400MPa，断后伸长率不低于12%，同时具有良好使用性能的结构钢带，其金相组织为晶粒较为细小的贝氏体/马氏体或回火贝氏体/回火马氏体及少量残余奥氏体的组织。

本发明中钢种成分的设置考虑了以下几点：

C对强化钢板是有效的，但同时降低了其成型性及焊接性，这些性能对其使用性能来说是必不可少的，因此碳的含量控制在低碳钢范围内；Mn能够通过固溶强化及相变强化来有效的提高钢材的性能，但同时会降低其点焊能力及电镀能力，考虑到高强钢板的实际使用性能要求，所以锰的含量控制在1％左右；Si和P能提高钢材的强度，但同时会降低钢材的电镀能力，所以他们的含量控制的很低；为了在低碳钢的基础上，将屈服强度提高到900MPa以上，同时控制好屈强比等性能参数，添加Cr、Mo、B合金元素，这些合金元素抑制了高温阶段铁素体组织的相变，提高了钢材的淬透性，有利于形成低温相变产物-贝氏体、马氏体等。为了改善钢材的焊接性能，在控制碳及合金元素添加量的基础上，添加了少量微合金元素Ti，以抑制焊接热影响区晶粒的异常长大。

本发明制备屈服强度高于900MPa的非调质态热轧带钢采用的是TMCP（热机械控制过程），依据是：通过高温区的奥氏体再结晶控制轧制，充分细化奥氏体晶粒；精轧终轧温度控制在780-880℃，使轧制过程中产生较大的累积应变；通过轧后快速冷却及适度温度的卷取，得到细化的贝氏体及马氏体的复相组织；

本发明对屈服强度高于900MPa的非调质态热轧带钢提供了一种新的生产工艺路线，取消了目前生产该级别钢材的调质热处理工艺，实现了工艺的减量化，产品的组织为贝氏体/马氏体或回火贝氏体/马氏体及少量残余奥氏体的组织，细化的贝氏体/马氏体组织使材料具有较高的力学性能及良好的塑性，同时，由于成分设计上碳含量较低，材料的焊接性能得到很大改善，组织中引入少量的残余奥氏体，可以有效的提高抗拉强度，改善加工硬化能力，使材料在提高强度的同时，还具有良好的成型性。

本发明热轧带钢与现有的同强度级别的低合金高强度钢相比具有如下优点：

（1）本发明热轧带钢由于取消了调质热处理工艺，实现了工艺的减量化，大大降低了生产成本，采用本发明热轧带钢，每吨可降低成本不少于300元，可以产生很大的经济效益。

（2）本发明热轧带钢成分设计上采用低碳成分路线，在保证力学性能要求的基础上，产品具有较好的焊接性能，有效降低焊接预热温度，降低了焊接的成本及难度。

附图说明

图1为本发明实施例1的热轧带钢产品的金相组织图。

具体实施方式

本发明实施例中采用的轧机为2250mm热连轧机。

实施例1

按设定成分在150吨转炉中冶炼钢水，并连铸成铸坯，其成分按重量百分比为C0.06 %，Si 0.20%，Mn 1.20%，Nb 0.02%，V 0.04%，Ti0.04%，Cr0.8%，Mo0.30%，B0.001%，P＜0.012%，S＜0.01%，余量为铁Fe，铸坯厚度为220mm。

将铸坯加热至1250℃，进行粗轧，粗轧过程为5道次，粗轧开轧温度为1170℃，粗轧终轧温度为1070℃，获得厚度为38mm的中间坯。

将中间坯进行精轧，精轧过程为7道次，精轧开轧温度为980℃，二轧温度为950℃，三轧温度为930℃，四轧温度为890℃，五轧温度为850℃，六轧温度为820℃，终轧温度为780℃，精轧每道次压下量控制在15~40%，精轧后带钢厚度为2mm。

精轧后以60℃/s的速度水冷至300℃，通过卷取机卷取，获得成品热轧带钢，其金相组织如图1所示，组织为细小的贝氏体/马氏体，力学性能测试结果为：屈服强度960MPa，抗拉强度1000 MPa，断后伸长率15%，冷弯测试（B=35, d=2a）合格。

实施例2

铸坯的制备方法及成分同实施例1，铸坯厚度为250mm。

粗轧过程同实施例1，获得厚度为58mm的中间坯。

将中间坯进行精轧，精轧过程为6道次，精轧开轧温度为960℃，二轧温度为940℃，三轧温度为920℃，四轧温度为900℃，五轧温度为860℃，终轧温度为840℃，精轧每道次压下量控制在15~40%，精轧后带钢厚度为12mm。

精轧后以35℃/s的速度水冷至450℃，通过卷取机卷取，然后进行离线回火，离线回火温度为400℃，回火时间为1h，获得成品热轧带钢，力学性能测试结果为：屈服强度930MPa，抗拉强度970MPa，断后伸长率13.5%，冲击功89J/mm²，冷弯测试（B=35, d=2a）合格。

实施例3

铸坯的制备方法及成分同实施例1，铸坯厚度为240mm。

粗轧过程同实施例1，获得厚度为45mm的中间坯。

将中间坯进行精轧，精轧过程为5道次，精轧开轧温度为1000℃，二轧温度为980℃，三轧温度为920℃，四轧温度为900℃，终轧温度为880℃，精轧每道次压下量控制在15~40%，精轧后带钢厚度为6mm。

精轧后以15℃/s的速度水冷至200℃，通过卷取机卷取，然后进行离线回火，离线回火温度为600℃，回火时间为2h，获得成品热轧带钢，对应的力学性能测试结果为：屈服强度940MPa，抗拉强度980 MPa，断后伸长率12%，冲击功56J/mm²，冷弯测试（B=35, d=2a）合格。

实施例4

按设定成分在150吨转炉中冶炼钢水，并连铸成铸坯，其成分按重量百分比为C0.08%，Si 0.10 %，Mn 1.00%，Nb 0.00 %，V0.00 %，Ti0.02 %，Cr1.20%，Mo0.20%，B0.002%，P＜0.012%，S＜0.01%，余量为铁Fe，铸坯厚度为220mm。

将铸坯加热至1220℃，进行粗轧，粗轧过程为5道次，粗轧开轧温度为1150℃，终轧温度为1000℃，获得厚度为38mm的中间坯。

将中间坯进行精轧，精轧过程为5道次，精轧开轧温度为1000℃，二轧温度为970℃，三轧温度为930℃，四轧温度为870℃，终轧温度为850℃，精轧每道次压下量控制在15~40%，精轧后带钢厚度为12mm。

精轧后以20℃/s的速度水冷至300℃，通过卷取机卷取，然后将钢卷开平后进行离线回火，离线回火温度为400℃，回火时间为1h，获得成品热轧带钢，力学性能测试结果为：屈服强度940MPa，抗拉强度980 MPa，断后伸长率14%，冲击功110J/mm²，冷弯测试（B=35, d=2a）合格。

实施例5

铸坯的制备方法及成分同实施例4，铸坯厚度为230mm。

粗轧过程同实施例4，获得厚度为45mm的中间坯。

将中间坯进行精轧，精轧过程为6道次，精轧开轧温度为970℃，二轧温度为950℃，三轧温度为920℃，四轧温度为880℃，五轧温度为830℃，终轧温度为800℃，精轧每道次压下量控制在15~40%，精轧后带钢厚度为4mm。

精轧后以30℃/s的速度水冷至350℃，通过卷取机卷取，获得成品热轧带钢，力学性能测试结果为：屈服强度920MPa，抗拉强度980 MPa，断后伸长率13%，冷弯测试（B=35, d=2a）合格。

实施例6

铸坯的制备方法及成分同实施例4，铸坯厚度为240mm。

粗轧过程同实施例4，获得厚度为50mm的中间坯。

将中间坯进行精轧，精轧过程为5道次，精轧开轧温度为950℃，二轧温度为910℃，三轧温度为880℃，四轧温度为820℃，终轧温度为780℃，精轧每道次压下量控制在15~40%，精轧后带钢厚度为8mm。

精轧后以40℃/s的速度水冷至200℃，通过卷取机卷取，获得成品热轧带钢，力学性能测试结果为：屈服强度950MPa，抗拉强度1000 MPa，断后伸长率14.5%，冲击功50J/mm²，冷弯测试（B=35, d=2a）合格。

实施例7

按设定成分在150吨转炉中冶炼钢水，并连铸成铸坯，其成分按重量百分比为C 0.12%，Si 0.30%，Mn 0.80 %，Nb 0.04%，V0.00%，Ti0.03%，Cr1.00%，Mo0.10%，B0.003%，P＜0.012%，S＜0.01%，余量为铁Fe，铸坯厚度为240mm。

将铸坯加热至1240℃，进行粗轧，粗轧过程为5道次，粗轧开轧温度为1120℃，终轧温度为980℃，获得厚度为42mm的中间坯。

将中间坯进行精轧，精轧过程为7道次，精轧开轧温度为1000℃，二轧温度为970℃，三轧温度为940℃，四轧温度为900℃，五轧温度为860℃，六轧温度为820℃，终轧温度为790℃，精轧每道次压下量控制在15~40%，精轧后带钢厚度为2mm。

精轧后以50℃/s的速度水冷至400℃，通过卷取机卷取，获得成品热轧带钢，力学性能测试结果为：屈服强度910MPa，抗拉强度980 MPa，断后伸长率14%，冷弯测试（B=35, d=2a）合格。

实施例8

铸坯的制备方法及成分同实施例4，铸坯厚度为240mm。

粗轧过程同实施例4，获得厚度为48mm的中间坯。

将中间坯进行精轧，精轧过程为5道次，精轧开轧温度为950℃，二轧温度为920℃，三轧温度为880℃，四轧温度为860℃，终轧温度为820℃，精轧每道次压下量控制在15~40%，精轧后带钢厚度为10mm。

精轧后以60℃/s的速度水冷至300℃，通过卷取机卷取，然后进行离线回火，离线回火温度为400℃，回火时间为1h，获得成品热轧带钢，力学性能测试结果为：屈服强度925MPa，抗拉强度1020 MPa，断后伸长率16%，冲击功60J/mm²，冷弯测试（B=35, d=2a）合格。

实施例9

铸坯的制备方法及成分同实施例4，铸坯厚度为240mm。

粗轧过程同实施例4，获得厚度为38mm的中间坯。

将中间坯进行精轧，精轧过程为6道次，精轧开轧温度为950℃，二轧温度为920℃，三轧温度为880℃，四轧温度为860℃，五轧温度为820℃，终轧温度为800℃，精轧每道次压下量控制在15~40%，精轧后带钢厚度为4mm。

精轧后以40℃/s的速度水冷至450℃，通过卷取机卷取，获得成品热轧带钢，力学性能测试结果为：屈服强度940MPa，抗拉强度1040 MPa，断后伸长率13%，冷弯测试（B=35, d=2a）合格。

Claims

1.一种屈服强度高于900MPa的非调质态热轧带钢，其特征在于化学成分按重量百分比为：C0.06~0.12%，Si 0.10~0.30%，Mn 0.80~1.20%，Nb 0.00~0.04%，V0.00~0.04%，Ti0.02~0.10%，Cr0.8~1.20%，Mo0.10~0.30%，B0.001~0.003%，P＜0.012%，S＜0.01%，余量为铁Fe，其屈服强度≥900MPa，抗拉强度≥940MPa，断后伸长率≥12%。

2.一种权利要求1所述的屈服强度高于900MPa的非调质态热轧带钢的制备方法按以下步骤进行：

（2）将铸坯加热至1220~1250℃，进行5~7道次粗轧，粗轧开轧温度为1120~1170℃，终轧温度为980~1070℃，获得厚度为38~58mm的中间坯；

（5）卷取后的钢卷直接使用，或者对钢卷回火处理，或将钢卷开平后回火处理，回火温度为400~600℃，回火时间为1~2h，获得热轧带钢，其屈服强度≥900MPa，抗拉强度≥940MPa，断后伸长率≥12%。