CN102912223B - 一种低合金中厚钢板的生产方法 - Google Patents

Abstract

一种低合金中厚钢板的生产方法，工艺路线为转炉炼钢→炉外精炼→连铸→加热→轧制→加速冷却。钢的组成成分质量百分比为：C=0.15～0.17，Si=0.20～0.40，Mn=0.55～0.65，P≤0.020，S≤0.020，Al=0.020～0.040，Nb=0.014～0.016，CEV≤0.30。本发明钢板仍然保留了传统Q345B钢板的（P+F）显微组织特征；钢板成分设计中Mn降低0.9%，增加了0.015%Nb，降低了吨钢合金成本；Nb微合金化处理辅以TMCP工艺，满足了钢板性能的要求，延伸率提高了2%～3%，冲击韧性提高了100J左右；钢板的CEV降到0.30%以下，极大地改善了钢板的焊接性能；合金的大幅度降低，钢包炉工艺路线的去除、热铸坯的直接装炉（DHCR）等措施，极大地降低了钢板的生产成本。

Description

一种低合金中厚钢板的生产方法

技术领域

本发明属于炼钢技术，是一种低合金中厚钢板的生产方法。 

背景技术

Q345C钢板厚度规格在16mm以下的，利用现代化热连轧机组基本能大批量生产且经济性较好，但厚度规格在16～60mm的中厚板，其生产的经济性较差，特别是国标GB/T 1591-2008颁布后，标准中Q345c钢种的Mn含量下限取消，钢厂可根据自身的工艺设备生产条件提出合适的成分及TMCP工艺生产出合格的Q345C中厚钢板。 

国标GB/T 1591-2008对TMCP工艺生产的16～60mm规格Q345C中厚钢板的化学成分及性能有具体的要求；中国国家技术监督局颁布的推荐执行于1995年1月1日实施的GB/T1591-94低合金高强度结构钢标准，也有具体的要求。现有技术中TMCP工艺生产的16～60mm规格Q345C中厚钢板内控成分要求见表1。 

表1   Q345C钢板内控成分要求 

 现有技术中16～60mm规格Q345C中厚钢板生产工艺流程一般为：

转炉冶炼——氩站吹氩——LF炉——连铸——铸坯检查——加热——除鳞——轧制——精整——入库。

Q345C钢Mn含量较高，连铸坯中心偏析严重。为保证连铸坯内部质量，钢水吹氩后进行炉外精炼，深脱硫处理，以保证铸坯的内部质量。 

由于高强度低合金钢 (HSLA) 的发展趋势是降低碳含量和合金元素的含量，若采用热机轧制技术通过对微观组织的控制，能够获得比较理想的拉伸性能和韧性。热机轧制的理念是在无需经过成本较高的热处理，而获得性能得到显著提高的产品。热机轧制指在特定的温度范围内进行轧制，能获得热处理工艺不能达到的材料性能，热机轧制产品具有较好的拉伸性能，较好的低温韧性，较好的成型性能和焊接性能。 

合金元素的一个重要特点是通过原子溶解和形成致密的碳氮化合物导致位错强化来延迟奥氏体区的变形。铌是扩大奥氏体未再结晶区的最活跃元素，奥氏体再结晶终止温度可以从800～850° C提高到 900~950° C。 

在第一轧制阶段（粗轧阶段），加热后晶粒粗大的奥氏体经变形、回复和再结晶后不断细化。反复再结晶对晶粒细化的作用是有限的，只形成中间晶粒，要想奥氏体完全再结晶，必须将粗轧温度提高到900~950° C。 

第二轧制阶段的精轧发生在奥氏体未再结晶区，奥氏体晶粒被拉长，再结晶晶粒形成变形带，相变后得到的细化铁素体就具有良好的拉伸性能和韧性。终轧温度和最后的变形量在热机轧制中起决定作用，增加最后的变形量可以充分细化精粒和提高韧性转变温度。 

在控制轧制下，铁素体的转变开始温度 (Ar3) 取决钢种的化学成分、轧制参数、冷却速率和产品的厚度。若轧制终轧温度在Ar3点以下的两相区，那么形成的铁素体晶粒会变硬，强度虽然提高了，但延伸性能和韧性却极差，在后面的轧制过程中会形成开裂和分层的表面缺陷。 

中间待温坯的厚度一般为成品厚度的2～4倍，这也取决于所希望获得强度和韧性。 

精轧后提高冷却速度，通过细化晶粒和稳定轧后的组织，可以提高强度和韧性。加速冷却可以在组织转变范围内获得轧制过程中不允许的低温，较高的冷却速度可以细化产品的晶粒和改善表面质量。 

只有在进入转变的奥氏体组织是均匀细化的时候，产品转变后的铁素体珠光体组织或贝氏体组织才具有良好的强度和韧性。然而，粗化的奥氏体组织会转变成硬化的微观组织，使韧性变差。因此，只有把ACC 和控制轧制结合起来，才能细化奥氏体组织。 

工艺参数的主要不同之处在强制冷却的冷却速度和温度范围（开始和终止冷却）。在线冷却的优点如下： 

减少了合金元素的含量；由于碳当量低，提高了可焊接性能；无需增加合金元素，而提高了强度和韧性；热机轧制提高了产量。

有资料表明，含铌0.039﹪低合金碳猛钢:溶解在奥氏体中的铌含量，随温度的升高而增加。在粗化温度以下时，含铌第二相粒子能有效地阻止晶粒长大;在稍高于粗化温度时，第二相粒子对一部分晶粒长大失去阻碍作用从而导致混晶的出现。发明人对铌=0.020%~0.040%的C-Mn-Nb钢在不同加热温度下Nb的析出、固溶含量进行了研究，结果见表2。 

表2  不同加热温度下Nb的析出量、固溶量（%） 

 表中的试验结果表明：900℃以下钢中的Nb(C、N)量基本与原始轧态含量相当，而当温度高于900℃时，随温度升高Nb(C、N)开始少量溶解，超过990℃后钢中的Nb(C、N)开始大量溶解，Nb(C、N)充分固溶入钢中。C-Mn-Nb钢在1150℃时，钢中的Nb(C、N)析出相基本溶解完(约95%)，并固溶入钢中。

中国专利申请号201110041266.7，201110041878.6 ，201110041280.7，201110041881.8均为“一种热轧钢卷的生产方法”，分别对Q345C、Q345C、Q345D、Q345E低合金钢板的生产技术进行了了公开。涉及钢板厚度范围是16mm以下热轧钢卷，不同于单张轧制的中厚钢板。其成分设计如表3。 

表3 已有技术专利钢卷成分设计范围（%） 

综上所述，现有技术中TMCP工艺生产的低合金中厚板存在的主要缺陷是：TMCP工艺生产的低合金中厚板Mn含量高，连铸坯中心偏析严重，轧后钢板时有局部分层，钢板中心线偏析常常形成马氏体或贝氏体组织，造成冲击不合格；为保证连铸坯质量，钢水必须进行炉外精炼。进钢包炉后进行脱硫、调整温度，提高了生产成本；高的Mn含量造成钢板碳当量高，焊接性能差；各钢厂配备了现代化的中厚板轧机，其能力不能充分发挥，浪费了生产资源。

发明内容

本发明旨在提供一种低合金中厚钢板的生产方法，特别是生产厚度为16～60mm低成本的低合金Q345C中厚钢板生产工艺，克服已有技术存在的不足，满足制造行业的需求，实现节能降耗、绿色钢铁的理念。其特点为降低合金含量，减少中心偏析，提高性能均匀性；降低碳当量，提高焊接性能；运用微合金化进行TMCP工艺生产，钢板性能满足GB/T1591-2008的要求，较传统的生产钢板性能大幅度提高；钢板组织为稳定的（P+F）；免除部分工序及降低合金含量，连铸坯直接热装，降低生产成本。 

本发明的技术方案：一种低合金中厚钢板的生产方法，工艺路线为：转炉炼钢→炉外精炼→连铸→加热→轧制→加速冷却。 

钢的组成成分质量百分比为：C=0.15～0.17，Si=0.20～0.40，Mn=0.55～0.65，P≤0.020，S≤0.020，Al=0.020～0.040，Nb=0.014～0.016，CEV≤0.30。工艺步骤为： 

a、转炉炼钢：铁水硫含量S≤0.020%，温度≥1250℃，铁水入转炉前必须将渣扒干净；转炉终点控制C-T协调出钢，P≤0.020%，S≤0.020%，挡渣出钢，渣厚≤50mm，出钢时间4~7min，出钢1/5时加入合金，出钢2/5时加完合金；出钢后打入Al线脱氧不少于150～200m。

b、炉外精炼：吹氩站处理吹氩全程时间≥17min，加料调整成分和温度；钢包软吹Ar时间≥10min；氩站处理钢水结束按Als≥0.025%控制。 

c、连铸：液相线1526℃，中包过热度控制5～15℃；连铸拉速采用中板铸坯生产典拉速执行，稳态浇铸；生产连铸坯厚度300mm，连铸全程实行保护浇铸。 

d、加热：板坯采用高温直接加热，加热段1260±20℃，均热段1240±20℃，出炉心部温度1240℃±10℃，加热速度6～8min/cm，总在炉时间大于3h。 

e、轧制：粗轧采用高温、大压下、慢速轧制技术，压下规程编制选用最大道次压下量，最大道次压下率达18%以上，开轧温度1150～1170℃，终轧温度950～970℃；精轧累计压下率大于60%，最后三道次压下率大于12%，开轧温度830～900℃，终轧温度800～840℃。 

f、轧后冷却：轧后ACC冷却选择强冷工艺，开冷温度800～820℃，冷却至630～650℃空冷。 

按以上技术方案生产的钢板性能实绩如表4。 

表4   钢板拉伸性能实绩 

表5  钢板0℃纵向冲击性能实绩

 由表4及表5可知，本专利发明生产的Q345C钢板完全符合GB/T1591-2008的要求，钢板的CEV在0.30%以下，钢板具有良好的焊接性能。屈服强度、抗拉强度有较大的富余量，特别是延伸率提高了2%～3%，冲击韧性提高了90J左右。

通过对降锰Q345C板进行埋弧焊焊接试验，结果表明降锰Q345C板在热输入为50kJ/cm的条件下焊接，焊接接头的拉伸性能、弯曲性能和冲击性能良好，能满足标准要求。 

本发明的技术原理： 

本发明具备传统Q345C钢板的显微组织特点，组织为（F+P）。其技术原理是运用Nb微合金化处理辅以轧制过程的诱变析出及轧后加速冷却，大幅度提高钢板的强度及韧性，满足大幅度降低合金含量后钢板对强度的要求；合金含量大幅度降低，显著减少铸坯的中心偏析，为免除钢包炉精炼提供了可能；合金含量大幅度降低，同时也减少了铸坯裂纹的敏感性，减少了裂纹的产生，为连铸坯直装提供了可能；合金含量大幅度降低，使钢板的CEV降到0.30%以下，极大地提高了钢板的焊接性能；热铸坯直装（DHCR）降低了板坯加热的燃料消耗；合金的大幅度降低、钢包炉工艺路线的去除、热铸坯的直接装炉等措施，极大地降低了钢板的生产成本。

因此本发明运用TMCP工艺生产了一种低成本高性能、具有良好焊接性能的Q345C中厚钢板。与现有技术相比，本发明具有以下优点：钢板仍然保留了传统Q345C钢板的（P+F）显微组织特征；钢板成分设计中Mn降低0.9%,增加了0.015%Nb，降低了吨钢合金成本；Nb微合金化处理辅以TMCP工艺，满足了钢板性能的要求，延伸率提高了2%～3%、冲击韧性提高了90J左右；钢板的CEV降到0.30%以下，极大地改善了钢板的焊接性能；合金的大幅度降低、钢包炉工艺路线的去除、热铸坯的直接装炉（DHCR）等措施，极大地降低了钢板的生产成本。 

附图说明

附图为本发明生产钢板的组织图。

具体实施方式

实施例1：一种低合金中厚钢板的生产方法。钢的成分质量百分比如表6。 

表6  实施例1中Q345C钢坯组成成分 （%） 

 工艺步骤及主要工艺参数如下：

铁水硫含量S≤0.020%，温度≥1250℃，铁水入转炉前必须将渣扒干净，转炉加入铁水及废钢，铁水与废钢配比为85%～95%比5%～15%，C-T协调出钢、P≤0.020%、S≤0.020%；严格挡渣出钢，渣厚≤50mm，出钢时间4~7min，出钢1/5加入合金，出钢2/5加完合金；出钢后打入Al线脱190m氧，并视装入量、终点C、钢水氧化性的变化进行适当调整。

吹氩站处理吹氩(全程)时间20min，加料调整成分和温度；调整成分和温度后钢包软吹Ar（亮圈≤200mm）时间15min；氩站处理钢水结束按Als≥0.025%控制； 

该钢液相线1526℃，中包过热度控制10℃；连铸拉速采用中板铸坯生产典拉速执行，严格执行稳态浇铸；生产连铸坯厚度300mm（铸机生产最大厚度）；连铸全程实行严格的保护浇铸，防止钢液二次氧化和增氮。

板坯采用高温直接加热（DHCR），入炉温度790℃加热段1270～1250℃；均热段1230～1250℃；加热速度7min/cm（根据板坯装炉温度调整），总在炉时间大于3h。 

粗轧：采用“高温、大压下、慢速”轧制技术，压下规程编制按轧机的能力选用最大道次压下量，最大道次压下率达20%；开轧温度1150～1170℃，终轧温度950～970℃。 

精轧：累计压下率大于60%，最后三道次压下率15%，轧制成60mm厚钢板；开轧温度830～850℃，终轧温度800～810℃ 

轧后ACC冷却选择强冷工艺，开冷温度810℃，冷却至630℃空冷。

轧成60mm钢板性能检验：屈服强度346MPa，抗拉强度527MPa，延伸率30%，冷弯合格，0℃平均冲击功278J。 

实施例2：一种低合金中厚钢板的生产方法。钢的成分质量百分比如表7。 

表7  实施例2中Q345C钢坯组成成分 （%） 

 工艺步骤及主要工艺参数如下：

铁水硫含量S≤0.020%，温度≥1250℃，铁水入转炉前必须将渣扒干净，转炉加入铁水及废钢，铁水与废钢配比为85%～95%比5%～15%，C-T协调出钢、P≤0.020%、S≤0.020%；严格挡渣出钢，渣厚≤50mm，出钢时间4~7min，出钢1/5加入合金，出钢2/5加完合金；出钢后打入Al线脱170m氧，并视装入量、终点C、钢水氧化性的变化进行适当调整。

吹氩站处理吹氩(全程)时间18min，加料调整成分和温度；调整成分和温度后钢包软吹Ar（亮圈≤200mm）时间13min；氩站处理钢水结束按Als≥0.026%控制； 

该钢液相线1526℃，中包过热度控制12℃；连铸拉速采用中板铸坯生产典拉速执行，严格执行稳态浇铸；生产连铸坯厚度300mm（铸机生产最大厚度）；连铸全程实行严格的保护浇铸，防止钢液二次氧化和增氮。

板坯采用高温直接加热（DHCR），入炉温度750℃，加热段1250～1240℃；均热段1220～1230℃；加热速度7min/cm（根据板坯装炉温度调整），总在炉时间大于3h。 

粗轧：采用“高温、大压下、慢速”轧制技术，压下规程编制按轧机的能力选用最大道次压下量，最大道次压下率达20%；开轧温度1150～1170℃，终轧温度950～970℃。 

精轧：累计压下率大于60%，最后三道次压下率22%，轧制成20mm厚钢板；开轧温度850～860℃，终轧温度820～830℃。 

轧后ACC冷却选择强冷工艺，开冷温度830℃，冷却至650℃空冷。 

轧成20mm钢板性能检验：屈服强度387MPa，抗拉强度530MPa，延伸率29%，冷弯合格，0℃平均冲击功286J。 

Claims (1)

1.一种低合金中厚钢板的生产方法，工艺路线为转炉炼钢→炉外精炼→连铸→加热→轧制→加速冷却，其特征在于：

钢的组成成分质量百分比为：C=0.15～0.17，Si=0.20～0.40，Mn=0.55～0.65，P≤0.020，S≤0.020，Al=0.020～0.040，Nb=0.014～0.016，CEV≤0.30，其余部分为Fe及不可控制的杂质元素；

工艺步骤为：

a、转炉炼钢：铁水硫含量S≤0.020%，温度≥1250℃，铁水入转炉前必须将渣扒干净；转炉终点控制C-T协调出钢，P≤0.020%，S≤0.020%，挡渣出钢，渣厚≤50mm，出钢时间4~7min，出钢1/5时加入合金，出钢2/5时加完合金；出钢后打入Al线脱氧不少于100～120m；

b、炉外精炼：吹氩站处理吹氩全程时间≥17min，加料调整成分和温度；钢包软吹Ar时间≥10min；氩站处理钢水结束按Als≥0.025%控制；

c、连铸：液相线1526℃，中包过热度控制5～15℃；连铸拉速采用中板铸坯生产典拉速执行，稳态浇铸；生产连铸坯厚度300mm，连铸全程实行保护浇铸；

d、加热：板坯采用高温直接加热，加热段1260±20℃，均热段1240±20℃，出炉心部温度1240℃±10℃，加热速度6～8min/cm，总在炉时间大于3h；

e、轧制：粗轧采用高温、大压下、慢速轧制技术，压下规程编制选用最大道次压下量，最大道次压下率达18%以上，开轧温度1150～1170℃，终轧温度950～970℃；精轧累计压下率大于60%，最后三道次压下率大于12%，开轧温度830～900℃，终轧温度800～840℃；

f、轧后冷却：轧后ACC冷却选择强冷工艺，开冷温度800～820℃，冷却至630～650℃空冷。

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