CN102828112A - 一种低成本高强度冷成型热连轧钢带及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种低成本高强度冷成型热连轧钢带及其制造方法，钢带化学成分按重量百分比为0.06％～0.09％C、0.10％～0.40％Si、1.20％～1.60％Mn、P≤0.020％、S≤0.006％、0.015％～0.045％Al、0.04％～0.07％Nb、0.08％～0.12％Ti，0.0008％～0.004％Ca，余量为Fe以及不可避免的杂质，碳当量Ceq≤0.38％，Ceq＝C+Mn/6+(Mo+V)/4+(Cr+Cu)/15+Si/24。钢带的制造方法，主要包括板坯加热温度大于1200℃，精轧开轧温度为980℃～1100℃，精轧终轧温度为880℃～950℃，冷却速度大于20℃/s，卷取温度为610℃～650℃。本发明采用了C、Mn、Nb、Ti等元素的成分设计，添加的合金元素简单，充分地发挥了Nb、Ti元素的晶粒细化和析出强化作用，生产的高强度冷成型热连轧钢带，屈服强度能够达到700MPa以上，抗拉强度不小于750MPa，延伸率不小于17％，大大降低了制造成本。使用领域包括集装箱、特种汽车等行业。
Description
技术领域
本发明属于高强钢生产技术领域，特别涉及一种低成本高强度冷成型热连轧钢带及其制造方法。
背景技术
目前700MPa级的高强度热轧钢带已在汽车、集装箱等领域得到了广泛应用。国内具备生产这种高强度钢的企业不多，往往都采用较高含量的合金化元素。合金元素含量高，会带来碳当量升高，焊接性能恶化，成本较高。随着社会和经济的发展，钢铁工业所面临的节省资源、节约能源、保护环境的压力越来越大。如能使其在少添加合金元素的情况下强度提高，用以替代同一级别的高强度钢，不仅具有巨大的经济效益，而且对于我国经济的可持续发展具有重要意义。
经过查新检索到与本专利相关的专利如下：
公开号为US4141761A，名为“High Strength low alloy steel containingcolumbium and titanium”的美国专利中，虽然仅采用添加微合金元素Nb和Ti来提高钢材的强度，但其屈服强度最大也只能达到630MPa。
公开号为CN1757783A，名为“一种700MPa级F/B高强带钢的制造方法”的中国专利中，其化学成分按重量百分比为：C：0.12％-0.18％，Si≤0.10％，Mn：1.60％-2.20％，Ti：0.15％-0.22％，P＜0.01％，S＜0.01％，其余为Fe。该技术方案中虽仅添加了微合金元素Ti，成分较简单，但是其Mn和Ti元素的含量都较高，易造成铸坯的裂纹缺陷，连铸生产上较困难，且其C含量较高，焊接性能不好。公开号为CN1970811A，名为“一种高强度冷弯成型结构用钢及生产方法”的中国专利中，其化学成分按重量百分比为：C：0.03％～0.12％，Si：0.08％～0.50％，Mn：1.20％～1.95％，P≤0.020％，S≤0.006％，Nb：0.03％～0.07％，Ti：0.08％～0.15％，Mo：0.05％～0.15％，V：0.01％～0.05％，Ca：0.0008％～0.004％，Als：0.005％～0.055％，其余为Fe及不可避免的杂质。该技术方案中Mo、V等合金元素的加入，不仅提高了成本，也提高了钢的碳当量及裂纹敏感系数。公开号为CN101153371A，名为“一种高强度冷成型热连轧钢板及其生产方法”的中国专利中，虽然其成分中取消了V，但仍含有较多的Mo，成本仍然较高。
公开号为CN101768698A，名为“一种低成本屈服强度700MPa级非调质处理高强钢板及其制造方法”的中国专利中，虽然没有加入Mo、V等元素，但是其添加了Cr元素。
检索到的文献如下：
名为“700MPa级高强度微合金钢生产技术研究”的博士论文中，提到一种700MPa级热连轧钢板，该钢板的成分设计采用了在C-Mn钢的基础上加入与本专利相近含量的Nb和Ti元素，但Mn含量为1.65％-1.85％，且钢板屈服强度并没有达到700MPa，又加入了一定量的Mo元素之后屈服强度才能够达到700MPa以上的水平。名为“瑞典DOMEX700MC高强度热轧钢板的性能分析”的文献中，提到的钢板屈服强度能够达到700MPa以上，但其化学成分中除了Nb、Ti外还加入了一定量的V元素。
发明内容
本发明的目的是为了节约能源，降低成本，同时提供一种低成本高强度冷成型热连轧钢带及其制造方法。在碳锰结构钢成分的基础上，通过添加适量的微合金元素Nb、Ti和采用控轧控冷技术，生产屈服强度在700MPa以上，抗拉强度在750MPa以上，延伸率在17％以上，同时具有良好的焊接性能和冷成型性能的热轧钢带。
本发明一方面提供一种低成本高强度冷成型热连轧钢带，其特征在于，化学成分按重量百分比为：含有0.06％～0.09％C、0.10％～0.40％Si、1.20％～1.60％Mn、P≤0.020％、S≤0.006％、0.015％～0.045％Al、0.04％～0.07％Nb、0.08％～0.12％Ti，0.0008％～0.004％Ca，余量为Fe以及不可避免的杂质。碳当量Ceq≤0.38％，Ceq＝C+Mn/6+(Mo+V)/4+(Cr+Cu)/15+Si/24。
本发明所以选择以上合金元素种类及其含量是因为：
C能够提高钢的强度，是主要的间隙固溶强化元素，可以与Nb和Ti形成细小的碳化物(Nb，Ti)C，起到沉淀强化作用。碳含量过高，会造成冷成型性能和焊接性能大大降低。本发明中限定C的含量在0.06％-0.09％。
Si是炼钢脱氧的必要元素，具有一定固溶强化的作用。低于0.10％，冶炼成本增加，高于0.40％，易于导致热轧钢板表面粗糙，因此控制其范围在0.10％～0.40％。
Mn具有较强的固溶强化作用，能显著降低奥氏体向铁素体转变的相变温度，细化钢的显微组织，是重要的强韧化元素，但Mn含量过多会使淬透性增大，从而导致可焊性和焊接热影响区韧性恶化，所以将其含量控制在1.20％-1.60％。
P是对强度升高有效且对耐候性提高有益的元素，但对于屈服强度超过700MPa的高强度钢板的制造，可能会引起板坯脆化，焊接性也会恶化，因此本发明P的含量控制在0.020％以下。
S与钢种Mn形成MnS，该硫化物容易变形，通过轧制而变长，从而使钢材的弯曲性和加工性劣化，特别是高强度钢材，为了改善裂纹敏感性，尽量越少越好，本发明控制在0.006％以下。
Al是脱氧元素，可以作为AlN形成元素，有效地细化晶粒，为了达到很好的脱氧效果，本发明的Al含量的范围为0.015％～0.045％。
Nb既可提高奥氏体的再结晶温度，使控制轧制可以在更高的温度进行，降低轧机的负荷，同时又能降低奥氏体向铁素体转变温度，促进低碳贝氏体或针状铁素体的形成，改善钢材的性能。本发明的Nb含量的范围为0.04％～0.07％。
Ti在本发明中是重要的微合金强化元素，不但可以有效细化晶粒，而且能与C和N形成细小的碳化物和氮化物或碳氮化物，具有很高的沉淀强化作用，可大幅度地提高钢板的强度。低于0.08％，沉淀强化作用不足，过高对连铸的影响会增大，会导致铸坯裂纹发生率的上升，因此限定其范围为0.08％～0.12％。
Ca使硫化物球化，可以进一步保证钢板的横向延展性提高，提高冷弯成型性能。在精炼以后进行Ca处理，Ca含量达到0.0008％就可以起到球化硫化物的作用，过量的Ca会使硫化物粗大化，造成延展性降低，因此本发明限定Ca含量的上限为0.004％。
本发明另一方面提供这种低成本高强度冷成型热连轧钢带的制造方法，所述方法主要包括板坯再加热、控制轧制、控制冷却、卷取，其特征在于：所述板坯再加热步骤中的加热温度大于1200℃；所述控制轧制步骤中，精轧开轧温度为980℃～1100℃，精轧终轧温度为880℃～950℃；所述控制冷却步骤中，冷却速度大于20℃/s；所述卷取步骤中卷取温度为610℃～650℃。
控制各个制造步骤的原因如下所述：
a)板坯加热温度确定在1200℃以上，使Nb、Ti充分地固溶到奥氏体中，为轧后Nb、Ti的碳氮化物析出提供有利条件，使其能发挥更大的析出强化效果。同时，使合金元素在较高的加热温度下充分均匀化。
b)精轧开轧温度限定在980℃～1100℃，易于轧制，减小轧机负荷，防止中间坯头尾因温差过大而导致尺寸不良以及发生翘头、瓢曲等而影响下步工序的正常进行。
c)终轧温度在880℃或以上是必要的，低于880℃，应变诱导析出的第二相粒子数量将会增加，不利于沉淀强化，如果超过950℃，容易产生晶粒的粗大化和氧化铁皮等问题，故精轧温度范围确定在880℃～950℃。
d)冷却速度低于20℃/s，Ti的碳化物会在冷却过程中析出，成品中粗大的粒子数增多，在卷取后的沉淀强化作用将不足，因此轧后冷却速度应高于20℃/s。
e)卷取温度对析出物的尺寸和数量有很大的影响。高温卷取时，析出物过分地生长会使强度减弱；温度过低时，则析出物的析出不充分，不能获得期望的强度。因此，卷取温度的范围选定在610℃～650℃。
本发明采用了C、Mn、Nb、Ti等元素的成分设计，添加的合金元素简单，充分地发挥了Nb、Ti元素的晶粒细化和析出强化作用，生产的高强度冷成型热连轧钢带，屈服强度能够达到700MPa以上，抗拉强度不小于750MPa，延伸率不小于17％，大大降低了制造成本。使用领域包括集装箱、特种汽车等行业。
具体实施方式
按照本发明钢化学成分要求，采用转炉冶炼，然后进行炉外精炼，获得化学成分见表1。连铸坯厚度170mm-230mm，将连铸坯送至热轧生产线，铸坯加热温度1200℃以上，精轧开轧温度980℃～1100℃，精轧终轧温度880℃～950℃，轧后采用层流冷却，冷却速度大于20℃/s，卷取温度610℃～650℃。力学性能见表2。同时表1、表2中还将发明钢与前述已申请专利钢板的化学成分和力学性能进行了对比。
表1发明钢与相关专利对应钢种的化学成分对比
表2发明钢与相关专利对应钢种的力学性能对比
通过表1、表2的对比可以发现，对比例中除了US4141761A外，其它几个对比例的的力学性能接近本发明钢，其屈服强度可以达到700MPa以上。但从成分设计来看，CN101153371A中添加了Mo元素；CN1970811A中除了添加Mo外，还添加了V元素；CN101768698A虽然没有添加Mo和V元素，但是其添加了Cr元素。对比例CN1757783A中，虽然仅添加Ti合金元素，但是其C、Mn、Ti含量都较高，不仅连铸时铸坯容易出现裂纹，而且焊接性能不好。
由此可见，本发明采用的成分设计简单，成本更为低廉。采用控轧控冷工艺可以稳定地生产屈服强度700MPa以上，抗拉强度750MPa以上，延伸率17％以上的具有良好冷成型性及焊接性能的热轧钢带。本发明的方法可广泛应用于生产集装箱、特种汽车行业等领域所要求的高强度冷成型用热连轧钢带。
Claims (4)
1.一种低成本高强度冷成型热连轧钢带，其特征在于，化学成分按重量百分比为：含有0.06％～0.09％C、0.10％～0.40％Si、1.20％～1.60％Mn、P≤0.020％、S≤0.006％、0.015％～0.045％Al、0.04％～0.07％Nb、0.08％～0.12％Ti，0.0008％～0.004％Ca，余量为Fe以及不可避免的杂质，碳当量Ceq≤0.38％，Ceq＝C+Mn/6+(Mo+V)/4+(Cr+Cu)/15+Si/24。
2.根据权利要求1所述的低成本高强度冷成型热连轧钢带，其特征在于，所述的Mn含量为1.20％～1.40％，Ti含量为0.08％～0.10％。
3.一种用于权利要求1所述的低成本高强度冷成型热连轧钢带的制造方法，主要包括板坯加热、控制轧制、控制冷却、卷取，其特征在于所述板坯加热步骤中的加热温度大于1200℃；所述控制轧制步骤中，精轧开轧温度为980～1100℃，精轧终轧温度为880～950℃；所述控制冷却步骤中，冷却速度大于20℃/s；所述卷取步骤中卷取温度为610～650℃。
4.根据权利要求3所述的低成本高强度冷成型热连轧钢带的制造方法，其特征在于所述加热温度控制在1200～1250℃，精轧终轧温度控制在920～950℃，卷取温度控制在620～640℃。
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