CN102839321A - 一种屈服强度≥500MPa级超薄热轧板带及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种屈服强度≥500MPa级超薄规格热轧板带，其化学成分及重量百分比含量为：C：0.02~0.07%；Si：≤0.50%；Mn：0.50~1.40%；P：≤0.030%；S：≤0.010%；Ti：0.03~0.11%；Als：0.01~0.20%；N：≤0.005%；O：≤0.004%或化学成分及重量百分比含量为C：0.17~0.20%；Si：≤0.50%；Mn：0.50~0.90%；P：≤0.030%；S：≤0.010%；Ti：0.03~0.08%；Als：0.01~0.20%；N：≤0.005%；O：≤0.004%；工艺：铁水脱硫→转炉吹炼→吹氩→LF炉精炼→连铸→旋转除鳞→均热炉均热→除鳞→7机架精轧→层流冷却→卷取。本发明不仅合金元素添加少，具有屈服强度≥500MPa力学性能，且产品厚度能≤1.4毫米，板型好，且生产流程短，并具有良好的冷成型和焊接性能。

Description

一种屈服强度≥500MPa级超薄热轧板带及其制造方法

技术领域

本发明涉及热轧钢板及制造方法，具体地指屈服强度≥500MPa级超薄热轧板带及其制造方法，其适用于制造载重汽车、特种集装箱、轿车零部件，且厚度规格不超过1.4mm的钢板。 

背景技术

随着经济发展，对石油的依赖也越来越严重，同时环保的意识也不断增加。在这种趋势下，很多行业对结构件都有“以薄代厚”的要求，同时也希望采用价格相对便宜的热轧材“以热代冷”来替代冷轧材。特别是在载重汽车、特种集装箱、轿车零部件等领域，对高强超薄热轧材的需求与日俱增。这些用户希望该钢具有超薄的规格，较高的强度，优良的延伸率，良好的冷弯和焊接性能。 

目前，热连轧产线生产屈服强度≥500MPa级高强度产品厚度规格均大于2.0mm，即使采用先进薄板坯连铸连轧工艺，生产该强度级别产品的厚度规格也大于1.4mm，还未有1.4mm以下超薄规格产品的报道，这严重限制了我国超薄高强钢的应用和发展。采用超薄高强热轧材代替部分厚规格普碳钢，可以减轻运输设备重量，节约能源；同时也可代替部分同规格冷轧板，不但成型性得到极大改善，还可降低采购成本。 

经初步检索，中国专利公开号为CN 100540165C的专利文献，其公开了一种薄板坯连铸连轧生产薄带钢卷方法，能生产出厚度规格为1.2~1.5mm的热轧板。但该专利中未提到钢种的强度级别，而强度越高，厚度越薄，生产难度越大。 

中国专利公开号为CN 101818299A的文献公开了一种通过添加C、Si、Mn元素，经薄板坯连铸连轧成抗拉强度500~600MPa，厚度规格为1.0~2.0mm的薄规格钢材。该专利文献公开的是钢板屈服强度仅为435~465MPa，屈服强度较低。 

中国专利公开号为CN 101538680A的文献公开了一种通过添加Nb+Ti元素，经薄板坯连铸连轧成屈服强度590~660MPa，厚度规格为1.4~9.0mm的薄规格高强钢。该发明添加Nb元素，不但增加生产成本，而且Nb元素会使钢板成品产生严重的边裂，降低成材率。 

中国专利公开号为CN 102011056A的文献公开了一种通过添加Cr、Ti元素，经热轧、冷轧和退火而成，得到屈服强度550MPa的冷轧钢材。该专利添加有0.25~0.80%的Cr，成本高，采用冷轧生产工艺，工序延长，成材率低。 

发明内容

本发明的目的是提供一种合金元素添加少、生产流程短、屈服强度≥500MPa，抗拉强度≥600MPa，延伸率A≥20%、产品厚度规格≤1.4毫米、并具有良好的冷成型和焊接性能的热轧板带及其制造方法。 

实现上述目的的措施： 

一种屈服强度≥500MPa级超薄规格热轧板带，其化学成分及重量百分比含量为：C：0.02~0.07 %；Si：≤0.50 %；Mn：0.50~1.40 %；P：≤0.030 %；S：≤0.010%；Ti：0.03~0.11%；Als：0.01~0.20 %；N：≤0.005 %；O：≤0.004%，其它为Fe及不可避免的夹杂元素。

一种屈服强度≥500MPa级超薄规格热轧板带，其化学成分及重量百分比含量为：C：0.17~0.20 %；Si：≤0.50 %；Mn：0.50~0.90 %；P：≤0.030 %；S：≤0.010 %；Ti：0.03~0.08%；Als：0.01~0.20 %；N：≤0.005 %；O：≤0.004 %，其它为Fe及不可避免的夹杂元素。 

制造上述一种屈服强度≥500MPa级超薄规格热轧板带的方法，其工艺： 

铁水脱硫→转炉吹炼→吹氩→LF炉精炼→连铸→旋转除鳞→均热炉均热→高压水除鳞→7机架精轧→层流冷却→卷取；并控制如下参数：

连铸时采用两段液芯压下，铸坯厚度从90~100mm压减至50~55mm； 

控制除鳞高压水压力为30~38MPa； 

均热炉出炉温度控制为1180~1250℃；

7机架精轧各道次的道次压下率及轧制温度分别为： F1：50~60％，1040~1080℃；F2：50~60％，1000~1050℃；F3：40~50％，960~1030℃；F4：40~50％，940~990℃；F5：25~35％，930~980℃；F6：20~35％，890~960℃；F7：10~20％，870~930℃；

终轧温度控制为870~930℃；

卷取温度控制为560~680℃；

在层流冷却时，带钢头部10~15m不进行冷却，之后，再打开层流冷却水进行冷却，其冷却速度控制为30~70℃/秒；

卷取之后，采用保温罩保温至少1个小时。

其特征在于：均热炉出炉温度控制在1200~1250℃。 

其特征在于：终轧温度控制为880~910℃。 

其特征在于：卷取温度控制为580~640℃。 

其特征在于：层流冷却速度控制为40~60℃/秒。 

本发明中各元素及主要工艺参数的作用及机理 

C：是钢中最经济、最基本的强化元素，通过固溶强化和析出强化作用以提高钢的强度，但过高的碳含量会对焊接产生不良的影响，而且含C量为0.08~0.16%进入包晶区，影响CSP产线连铸生产，因此本发明采用碳含量为0.02～0.07wt％和0.17~0.20%；

Si：在钢中起固溶强化作用，并能提高钢质纯净度和脱氧，但含量太高会降低钢的韧性，而且容易使钢板表面产生红铁皮等表面缺陷，因此本发明Si含量≤0.50 %；

Mn：可以溶入铁素体，提高钢的强度，还能与S形成MnS，以消除S的有害作用。本发明采用0.50~1.40 %Mn即可达到所需要的强度。

S、O、N：为钢中的有害元素，它们的存在会严重降低Ti的有效含量，从而降低TiC的析出强化，因此，本发明中严格控制S、O、N 的含量，即S：≤0.010 %，N：≤0.005 %，O：≤0.004 %。 

Ti：是强碳化物的形成元素，TiC能有效钉扎奥氏体晶界，有效控制奥氏体晶粒长大，而且TiC在晶粒内的析出能显著增强钢的强度。在严格控制钢中S、O、N含量，采用合理的控轧控冷工艺情况下，采用0.03~0.11%Ti即可达到所需要的强度。 

主要工艺及参数： 

均热炉出炉温度：必须使已经存在的大部分TiC再度固溶，然后在轧制和卷取过程中析出，起到晶粒细化和析出强化等作用。含Ti钢加热温度在1180~1250℃时，随着加热温度的上升，强度也逐步提高；最佳的均热炉出炉温度控制在1200~1250℃。

终轧温度：含Ti钢在奥氏体温度区轧制时，采用较低的轧制温度，将加大材料在非再结晶奥氏体区的变形，增加变形奥氏体中的位错，促进得到细晶粒转变组织，加强了细晶强化。若轧制温度过高，则会使材料在轧制时处于再结晶态或不完全再结晶态，可能导致晶粒细化不够甚至混晶而影响成形和冲击性能。而终轧温度过低，则会加大轧钢设备轧制力，消耗过多的能量，因此终轧温度控制为870~930℃时较合理；最佳终轧温度控制在880~910℃。 

层流冷却速度：冷却速度越快，通过相变温度区的过冷度越大，将降低γ→α的相变温度Ar₃，提高铁素体的形核速率并降低铁素体晶粒的长大速率，从而使铁素体晶粒得到细化；同时也会抑制冷却过程中TiC在晶界的析出，这使得对析出强化贡献更大的铁素体区晶粒内的析出加强。但当冷却速度过快时，会影响TiC析出量，从而影响强度的提高，因此冷却速度控制为30~70℃/秒，最佳层流冷却速度控制在40~60℃/秒。 

卷取温度：在较低的温度卷取（如550℃）时，微合金的析出物主要是在位错线上析出，而且析出物的数量也较少；在较高温度下卷取（如640℃），析出物主要在铁素体的基体上，析出物数量也较多。因此卷取温度控制为560~680℃，最佳的卷曲温度为580~640℃。 

由于超薄规格热轧带钢厚度仅为1.0~1.4mm，一经层流冷却后，其返红温度较小，卷取之后采用保温罩保温不低于1个小时，可以增加钢卷在TiC最大形核率温度附近停留更长的时间，从而保证本发明钢中TiC充分析出，增加带钢强度的均匀性。 

本发明与现有技术相比，其特点： 

（1）成分简单，无需添加Cu、Cr、Mo、Nb等贵金属，仅采用Ti微合金化生产屈服强度≥500MPa级的高性能钢板；

（2）由于控制钢中S、N、O的范围，即：S≤0.010％、N：≤0.005％，O：≤0.004 %。从而提高了有效Ti含量，即TiC的析出强化效果； 

（3）本发明在保证力学性能，尤其是屈服强度≥500MPa的前提下，钢板的厚度能轧制薄至1.4mm以下，甚至到1.0mm，而且板型良好；

（4）整卷性能稳定，在轧制方向和板宽方向上的强度波动范围能由100MPa以上控制在50 MPa以内；

（5）工艺流程短，无需经冷轧及退火工序，具有明显的成本优势。 

附图说明

 附图为本发明的金相组织图。 

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述。 

本发明各实施例按照以下步骤生产： 

铁水脱硫→转炉吹炼→吹氩→LF炉精炼→连铸→旋转除鳞→均热炉均热→高压水除鳞→7机架精轧→层流冷却→卷取；并控制如下参数：

连铸时采用两段液芯压下，铸坯厚度从90~100mm压减至50~55mm； 

控制除鳞高压水压力为30~38MPa； 

均热炉出炉温度控制为1180~1250℃；

7机架精轧各道次的道次压下率及轧制温度分别为： F1：50~60％，1040~1080℃；F2：50~60％，1000~1050℃；F3：40~50％，960~1030℃；F4：40~50％，940~990℃；F5：25~35％，930~980℃；F6：20~35％，890~960℃；F7：10~20％，870~930℃；

终轧温度控制为870~930℃；

卷取温度控制为560~680℃；

在层流冷却时，带钢头部10~15m不进行冷却，之后，再打开层流冷却水进行冷却，其冷却速度控制为30~70℃/秒；

卷取之后，采用保温罩保温至少1个小时。

表1为本发明各实施例及对比例的化学成分取值列表； 

表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表；

表3为本发明各实施例及对比例性能检测情况列表；

表4为本发明实施例4和对比例2在轧制方向不同长度上的性能列表；

表5 为本发明实施例4和对比例4在不同部位板宽方向上的性能列表。

表1  本发明各实施例及对比例的化学成分取值表（wt%） 

	C	Si	Mn	P	S	Ti	N	O	Als
										实施例1	0.047	0.09	0.88	0.014	0.003	0.066	0.0039	0.0023	0.019
实施例2	0.026	0.28	1.36	0.020	0.006	0.106	0.0042	0.0032	0.026
										实施例3	0.069	0.45	1.22	0.015	0.008	0.032	0.0035	0.0025	0.028
实施例4	0.033	0.14	1.08	0.018	0.005	0.087	0.0044	0.0030	0.020
										实施例5	0.056	0.213	0.71	0.017	0.004	0.056	0.0033	0.0028	0.027
实施例6	0.182	0.030	0.76	0.015	0.006	0.055	0.0030	0.0035	0.033
										实施例7	0.198	0.109	0.61	0.012	0.007	0.048	0.0046	0.0026	0.043
实施例8	0.176	0.257	0.89	0.018	0.005	0.073	0.0036	0.0022	0.030
										实施例9	0.181	0.15	0.75	0.013	0.004	0.068	0.0038	0.0033	0.028
实施例10	0.198	0.18	0.52	0.016	0.007	0.034	0.0044	0.0038	0.036
										对比例1	0.016	0.32	0.42	0.020	0.014	0.068	0.0064	0.0051	0.029
对比例2	0.044	0.26	0.85	0.019	0.008	0.052	0.0040	0.0032	0.022
										对比例3	0.220	0.11	0.26	0.018	0.012	0.042	0.0076	0.0044	0.029
对比例4	0.171	0.08	0.50	0.016	0.006	0.047	0.0042	0.0030	0.032

本表中：实施例1~5为权项1的技术方案，实施例6~10为权项2的技术方案。对比例1和2为针对权项1的成分及现有工艺；对比例3和4为针对权项2的成分及现有工艺。

  

表2  本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表

实施例	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	对比例1	对比例2	对比例3	对比例4
															出炉温度℃	1230	1220	1240	1210	1180	1190	1200	1240	1210	1230	1215	1130	1200	1150
F1压下率%	55	55	53	53	57	55	57	55	55	53	53	55	55	57
															F1温度℃	1060	1050	1070	1050	1045	1060	1050	1080	1060	1040	1040	980	1060	1010
F2压下率%	59	57	60	60	57	57	57	59	57	60	60	57	57	57
															F2温度℃	1010	1020	1005	1015	1025	1025	1020	1045	1040	1005	1010	950	1025	980
F3压下率（%）	51	48	50	49	47	48	47	51	48	50	49	48	48	47
															F3温度℃	980	975	975	985	995	1000	980	1030	1015	970	980	895	1000	965
F4压下率（%）	48	47	47	47	44	47	44	48	47	47	47	47	47	44
															F4温度℃	950	960	954	945	975	980	950	990	980	954	945	870	980	950
F5压下率（%）	31	27	30	28	27	27	27	31	27	30	28	27	27	27
															F5温度℃	935	940	950	930	960	970	955	980	970	950	930	850	970	935
F6压下率%	33	25	25	33	23	25	23	33	25	25	33	25	25	23
															F6温度℃	890	890	900	905	925	915	910	940	910	900	905	820	935	880
F7压下率%	17	17	17	17	17	17	17	17	17	17	17	17	17	17
															F7温度℃	870	875	878	895	910	900	895	920	890	878	890	805	910	860
终轧温度℃	890	880	880	900	910	905	895	915	895	880	900	810	915	865
															冷速℃/s	53	42	50	55	46	55	49	60	48	52	51	24	59	72
卷取温度℃	615	583	599	611	634	601	623	594	628	606	611	689	601	523
															是否加保温罩	是	是	是	是	是	是	是	是	是	是	是	否	是	否
成品厚度mm	1.0	1.3	1.2	1.1	1.4	1.3	1.4	1.0	1.3	1.2	1.2	1.1	1.4	1.1

表3  本发明各实施例及对比例的钢卷力学性能

注：取样部位为板宽1/4处，取样方向为纵向。

表4   本发明实施例2中钢卷4及对比例2在轧制不同长度部位检测的性能列表  

注：取样部位为板宽1/4处，取样方向为纵向。

  

表5   钢卷4头、中、尾部及对比例4板宽方向性能列表   

注：取样方向为纵向；

表1及2中：实施例1~5为权项1的技术方案，实施例6~10为权项2的成分技术方案。其中对比例1和2为与权项1技术方案对比例，对比例3和4为与权项2技术方案对比例，且对比例1和3的成分不符合本专利发明中所规定的要求，对比例2和4的工艺不符合本专利发明中所规定的要求。

从表3可知，本发明实施例1~10满足R_el≥500MPa，R_m≥600MPa，延伸率A≥20%的要求，而对比例1~4，强度都要低于该要求。这是因为对比例1和3中S、O、N杂质含量高，降低了TiC的析出效果，因而强度不够；而对比例2和4因为工艺不符合本发明中的规定，TiC的析出效果不明显，仅靠C、Si、Mn来强化，也不能达到强度要求。 

表4~5表明，实施例4不但强度满足要求，而且轧制方向和板宽方向的强度也非常稳定，轧制方向强度波动在50MPa内，相同部位板宽方向强度波动在30MPa内；而对比例2和4的强度波动均大于60MPa，在轧制方向的波动更是达到了100MPa，这将严重影响其使用性能。

Claims (7)

1.一种屈服强度≥500MPa级超薄规格热轧板带，其化学成分及重量百分比含量为：C：0.02~0.07 %；Si：≤0.50 %；Mn：0.50~1.40 %；P：≤0.030 %；S：≤0.010%；Ti：0.03~0.11%；Als：0.01~0.20 %；N：≤0.005 %；O：≤0.004%，其它为Fe及不可避免的夹杂元素。

2.一种屈服强度≥500MPa级超薄规格热轧板带，其化学成分及重量百分比含量为：C：0.17~0.20 %；Si：≤0.50 %；Mn：0.50~0.90 %；P：≤0.030 %；S：≤0.010 %；Ti：0.03~0.08%；Als：0.01~0.20 %；N：≤0.005 %；O：≤0.004 %，其它为Fe及不可避免的夹杂元素。

3.制造权利要求1和2所述的一种屈服强度≥500MPa级超薄规格热轧板带的方法，其工艺：

铁水脱硫→转炉吹炼→吹氩→LF炉精炼→连铸→旋转除鳞→均热炉均热→高压水除鳞→7机架精轧→层流冷却→卷取；并控制90~100mm压减至50~55mm； 

控制除鳞高压水压力为30~38MPa； 

均热炉出炉温度控制为1180~1250℃；

7机架精轧各道次的道次压下率及轧制温度分别为： F1：50~60％，1040~1080℃；F2：50~60％，1000~1050℃；F3：40~50％，960~1030℃；F4：40~50％，940~990℃；F5：25~35％，930~980℃；F6：20~35％，890~960℃；F7：10~20％，870~930℃；

终轧温度控制为870~930℃；

卷取温度控制为560~680℃；

在层流冷却时，带钢头部10~15m不进行冷却，之后，再打开层流冷却水进行冷却，其冷却速度控制为30~70℃/秒；

卷取之后，采用保温罩保温至少1个小时。

4.如权利要求3所述的制造一种屈服强度≥500MPa级超薄规格热轧板带的方法，其特征在于：均热炉出炉温度控制在1200~1250℃。

5.如权利要求3所述的制造一种屈服强度≥500MPa级超薄规格热轧板带的方法，其特征在于：终轧温度控制为880~910℃。

6.如权利要求3所述的制造一种屈服强度≥500MPa级超薄规格热轧板带的方法，其特征在于：卷取温度控制为580~640℃。

7.如权利要求3所述的制造一种屈服强度≥500MPa级超薄规格热轧板带的方法，其特征在于：层流冷却速度控制为40~60℃/秒。