CN102965574B - 一种钛微合金化低屈强比高强度热轧厚钢板及其生产工艺 - Google Patents

一种钛微合金化低屈强比高强度热轧厚钢板及其生产工艺 Download PDF

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本发明公开了一种钛微合金化低屈强比高强度热轧厚钢板及其生产工艺,其化学成分按重量百分比为:C:0.15%~0.18%,Si:0.20%~0.40%,Mn:0.50%~0.80%,P:≤0.020%,S:≤0.010%,Ti:0.060%~0.080%,Als:0.010%~0.030%,CEV(%)≤0.35。其生产工艺为:1)冶炼和连铸:按本发明设定成分冶炼钢水并浇注成坯;2)轧制工艺:铸坯加热温度控制在1220~1270℃,保温时间≥180min;再结晶区轧制的开轧温度≥1050℃,未再结晶区终轧温度≤860℃;3)轧后冷却:钢板终轧后冷却速度为15~40℃/s;4)钢板矫直后堆垛缓冷。按本发明能生产出一种厚度40~80mm,抗拉强度≥550MPa,延伸率≥25%,屈强比≤0.80,同时焊接性、成型性优良的低屈强比高强度热轧钢板。生产的高强度热轧钢板,没有加入Cr、Ni、Mo、Cu等贵重合金元素,生产成本低。

Description

一种钛微合金化低屈强比高强度热轧厚钢板及其生产工艺
技术领域
[0001] 本发明属于金属材料制造技术领域,尤其是钢铁冶炼及控轧控冷技术领域,具体 为一种钛微合金化低屈强比高强度热轧厚钢板及其生产工艺。
背景技术
[0002] GB/T 1591-2008《低合金高强度结构钢》规定Q345及以上牌号的钢属高强度结构 钢,而低屈强比钢材使用更安全,用途更广。热轧高强度结构用钢板是中厚板钢铁产品中用 途最广、用量最大的钢铁材料之一。随着工程结构、工程机械向高参数化、大型化、轻量化发 展,对40mm以上厚度钢板的安全性、强韧性、冷成型性和焊接性的要求更为突出,从而促进 了热轧高强结构用钢向深度开发。
[0003] 国内大量使用的热轧高强钢的中厚板产品一般采用微合金化成分设计体系,结合 控制轧制和控制冷却工艺控制以及合理的热处理工艺制度来实现其强韧配合。微合金化是 在普通C-Mn钢中添加微量(通常加入量小于0. 10 wt %)强碳氮化物元素(如Nb, V,Ti)进 行合金化。由于微合金化提高了强度,能够适当降低钢中C的含量,因此使钢更具可焊性。 在加工过程中采用控制轧制和控制冷却技术使组织得以细化,在热轧状态下获得高强度、 高韧性、高可焊接性、良好的成型性能等最佳机械性能。因此,微合金化钢作为钢铁材料中 技术含量高、附加值高的产品,使用性能和性价优良,代表着钢铁工业提高钢材使用性能和 降低生产成本这一主要发展方向。
[0004] 钢中最常用的微合金化元素是Nb, V和Ti,其作用是细化晶粒与沉淀强化。在合 金元素中,Nb晶粒细化作用显著,沉淀强化作用居于中等,因此得到了广泛的应用。钢中 含Nb量很少就很有效,为了在低温下使Nb能尽可能多地增加固溶量,必须将C含量降至 0. 03%〜0. 05%。V主要通过在铁素体中C化物、N化物或碳氮化物的沉淀强化来提高强度, 但带来韧脆转变温度的提高,一般V的含量控制在0. 10%以下。与Nb和V微合金化相比,Ti 微合金化的应用较少,其主要原因是由于Ti的性质活泼,易与钢中的[0],[S]和[N]等杂 志元素结合形成尺寸较大的化合物,他们既不能细化晶粒,也不能起到沉淀强化作用,因此 钢中的[0],[S]和[N]等元素含量的波动会导致产品性能的波动;另一方面的原因是TiC 的析出对温度和冷却较敏感,容易造成不同批次钢板或同一批次钢板不同部位力学性能的 波动。然而随着近些年冶金工艺控制水平的提高,以往含Ti钢生产存在的问题得到解决。 另外,比较Nb, V和Ti这3种微合金元素,目前在市场上铌铁和钒铁的价格比钛铁贵10倍 以上,而且还有不断升价的趋势;其次我国氧化钛的储量为6. 3 X IO8吨,几乎占世界总储量 的45. 6%,资源非常丰富。考虑到资源、生产成本和企业的经济效益,研究开发Ti微合金化 低成本钢具有重要的实际意义。
[0005]目前国内高强度中厚板产品为了提高其强度,一般采用Nb微合金化,而且钢中Mn 含量一般大于1. 20%,为增加钢的淬透性还需加入大量Cr、Mo、Ni等贵金属元素,尤其是部 分产品Ni含量要控制在1. 00%以上,Mo含量控制在0. 5以上,成本高,工艺复杂,因此在成 本和能耗方面缺乏优势。研究表明,低屈强比的钢板具有良好的冷变形能力,虽局部超载失 稳而不至于发生突然的破坏,因此十分有利于结构的安全。
发明内容
[0006] 针对以上问题,本发明的目的在于提供一种低成本的钛微合金化低屈强比高强度 热轧厚钢板及其生产工艺,采用钛微合金化成分设计体系,结合控制轧制和控制冷却工艺, 生产出一种厚度4(T80mm,抗拉强度彡550MPa,延伸率彡25%,屈强比彡0. 80,同时焊接性、 成型性优良的低屈强比高强度热轧钢板。
[0007] 本发明通过下述技术方案来实现:
[0008] -种钛微合金化低屈强比高强度热轧厚钢板,厚度4(T80mm,其特征在于钢的化学 成分按重量百分比为:C :0· 15%〜0· 18%,Si :0· 20%〜0· 40%,Mn :0· 50%〜0· 80%,P:彡 0· 020%, S :彡 0. 010%,Ti :0. 060%〜0. 080%,Als :0. 0109Γ0. 030%,其余为 Fe 及不可避免的杂质,控制 碳当量CEV (%)彡0. 35。
[0009] -种钛微合金化低屈强比高强度热轧厚钢板的生产工艺,其特征在于生产工艺如 下:
[0010] 1)冶炼和连铸:按本发明设定成分常规冶炼钢水并浇注成坯,其成分按重量百分 比为:C :0· 15%〜0· 18%,Si :0· 20%〜0· 40%,Mn :0· 50%〜0· 80%,P:彡 0· 020%,S :彡 0· 010%, Ti :0. 0609Γ0. 080%,Als :0. 0109Γ0. 030%,其余为Fe及不可避免的杂质,控制碳当量 CEV (%) ^0.35;
[0011] 2)轧制工艺:铸坯加热温度控制在122(Tl270°C,保温时间彡180min ;采用两 阶段控制轧制,再结晶区轧制的开轧温度> 1050°C,再结晶区轧制每道次压下率控制在 259Γ40%,中间坯在辊道上待温,未再结晶区轧制的开轧温度彡950°C,终轧温度彡860°C, 未再结晶区累计压下率控制在559Γ70% ;
[0012] 3)轧后冷却:钢板终轧后即刻进行层流冷却,冷却速度为15~40°C /s,返红温度控 制为60(T700°C,然后送往矫直机矫直;
[0013] 4)堆垛缓冷:钢板矫直后堆垛缓冷,堆垛缓冷温度不低于400°C,缓冷时间> 24小 时。
[0014] 本发明在碳锰钢成分的基础上,通过添加微合金元素钛和采用控轧控冷技术,获 得了抗拉强度彡550MPa,延伸率彡25%,屈强比彡0. 80,同时焊接性,成型性优良的低屈强 比高强度热轧钢板。本发明钢种成分的低成本设计考虑了以下几个方面:
[0015] 1)C:碳对钢板的强度、成型性能和焊接性能影响很大,它是提高材料强度最经济 最有效的元素,但是碳含量过高会对焊接性能产生不利的影响。对于本发明,碳含量低于 0. 15%时钢的强度达不到目标要求,碳含量高于0. 18%时使延伸率下降,同时对焊接性不 利。综合考虑本发明确定碳含量的范围为〇. 159ΓΟ. 18% ;
[0016] 2) Si:硅是脱氧的必要元素,也具有一定的固溶强化作用,综合考虑本发明确定硅 含量的范围为〇. 209Γ0. 40% ;
[0017] 3)Mn:锰有固溶强化作用,可弥补钢板因含碳量降低而损失的屈服强度还可降低 Y-α相变温度,进而细化铁素体晶粒。有研究表明:添加1.00 %〜1.50 %的Mn, γ-α 相变温度降低50°C,可细化铁素体晶粒并保持多边形;当添加1.50 %〜2.00 %Μη时,可获 得针状铁素体组织。Mn还可提高韧性、降低韧脆转变温度,但是,Mn含量过大会加速控轧钢 板的中心偏析,产生带状组织,从而引起钢板力学性能的各向异性,综合考虑本发明确定锰 含量范围为0. 50%〜0. 80% ;
[0018] 4)Al :铝是作为脱氧元素加入的,铝还能固定钢中的氮使之形成稳定的化合 物,有效的细化晶粒,其含量小于〇. 010%时,效果较小,超过〇. 040%时,脱氧作用达到 饱和,再高则对母材及焊接热影响区有负面影响。综合考虑本发明确定铝含量范围为 0. 0109Γ0. 030% ;
[0019] 5) T i :钛的全固溶温度很高,钛的加入既能起到阻止奥氏体晶粒长大,细化晶粒 的作用,也能起到沉淀强化的作用。在提高钢的强度的同时并不降低延伸率,但钛含量大 于0. 10%后,再增加其含量效果并不显著。钛是本发明最重要的合金元素,主要利用其析 出强化的作用,而且钛的加入也改善了钢的焊接性能。综合考虑本发明确定钛含量范围为 0. 060^0. 080% ;
[0020] 6)钢中的杂质元素的上限控制在P:彡0· 020%,S彡0· 010%,N:彡0· 005%, 钢质越纯净效果越佳。
[0021] 本发明与现有技术相比,其优点在于:
[0022] 1)本发明成分简单,没有加入&、附1〇、(:11等贵重合金元素,生产工艺简单,热轧 后无需回火或调质(淬火+高温回火)等热处理工艺,生产成本较低,具有良好的经济效益和 社会效益;
[0023] 2)通过优化合金成份设计方案,控制了较低的碳含量,减少了合金元素的添加总 量,降低了碳当量及焊接裂纹敏感系数;
[0024] 3)采用Ti微合金化成分设计思想,充分发挥相变强化、组织细化强化、析出强化 等复合强化方式生产出了抗拉强度彡550MPa,延伸率彡25%,屈强比彡0. 80,同时具有良好 成型性和焊接性的低屈强比高强度热轧钢板。
附图说明
[0025] 图1为实施例1采用本发明制造的一种低屈强比高强度热轧厚钢板的金相显微 组织。
具体实施方式
[0026] 以下通过具体实施例对本发明作更详细的描述。
[0027] 实施例1
[0028] 本实施例的铸坯具体成分按重量百分比为:C :0. 15%,Si :0. 26%,Mn :0. 69%,Ti : 0. 08%,Als :0. 025%,P :0. 020%,S :0. 006%,其余为 Fe 及不可避免的杂质,碳当量 CEV(%): 0. 29,连铸坯厚度250mm。
[0029] 具体生产工艺按照以下步骤进行:
[0030] 1)铸坯加热:将铸坯加热至122(Tl270°C (具体温度由计算机根据坯料厚度、生产 节奏控制),保温180min,充分奥氏体化,确保微合金元素回溶;
[0031] 2)再结晶区轧制:再结晶区轧制的开轧温度为1050°C,获得中间述,再结晶区轧 制每道次压下率控制在259Γ40% ;
[0032] 3)未再结晶区轧制:待中间坯冷却到950°C时,进行未再结晶区的轧制,终轧温度 为813°C,未再结晶区累计压下率控制在659Γ70% ;
[0033] 4)轧后冷却:未再结晶区轧制结束后,钢板进入层流冷却区进行冷却,以 15~40°C /s的冷速冷却,出冷却区检测到钢板返红温度660°C,获得60mm厚的热轧钢板,然 后送往矫直机矫直;
[0034] 5)堆垛缓冷:钢板矫直后堆垛缓冷,堆垛缓冷温度不低于400°C,缓冷30小时。
[0035] 力学性能测试结果如表1所示:
[0036] 表1实施例1钢板的力学性能。
[0037]
Figure CN102965574BD00061
[0038] 本实施例低屈强比高强度热轧厚钢板的金相显微组织见图1,图中显示晶粒细化, 组织结构致密。
[0039] 实施例2
[0040] 本实施例的铸坯具体成分按重量百分比为::C :0. 18%,Si :0. 20%,Mn :0. 80%,Ti : 0. 07%,Als :0. 030%,P :0. 010%,S :0. 007%,其余为 Fe 及不可避免的杂质,碳当量 CEV(%): 0. 34,连铸坯厚度250mm。
[0041] 具体生产工艺按照以下步骤进行:
[0042] 1)铸坯加热:将铸坯加热至122(Tl270°C,保温190min,充分奥氏体化,确保微合 金元素回溶;
[0043] 2)再结晶区轧制:再结晶区轧制的开轧温度为1180°C,获得中间坯,再结晶区轧 制每道次压下率控制在259Γ40% ;
[0044] 3)未再结晶区轧制:待中间坯冷却到930°C时,进行未再结晶区的轧制,终轧温度 为860°C,未再结晶区累计压下率控制在659Γ70% ;
[0045] 4)轧后冷却:未再结晶区轧制结束后,以15~40°C /s的冷速冷却到返红温度 600°C,获得80mm厚的热轧钢板,然后送往矫直机矫直;
[0046] 5)堆垛缓冷:钢板矫直后堆垛缓冷,堆垛缓冷温度不低于400°C,缓冷36小时。
[0047] 力学性能测试结果如表2所示:
[0048] 表2实施例2钢板的力学性能。
[0049]
Figure CN102965574BD00062
[0050] 实施例3
[0051] 本实施例的铸坯具体成分按重量百分比为::C :0. 16%,Si :0. 40%,Mn :0. 50%,Ti : 0. 06%,Als :0. 010%,P :0. 015%,S :0. 010%,其余为 Fe 及不可避免的杂质,碳当量 CEV(%): 0. 27,连铸坯厚度250mm。
[0052] 具体生产工艺按照以下步骤进行:
[0053] 1)铸坯加热:将铸坯加热至122(Tl270°C,保温200min,成分奥氏体化;
[0054] 2)再结晶区轧制:再结晶区轧制的开轧温度为1096°C,获得中间述,再结晶区轧 制每道次压下率控制在259Γ40% ;
[0055] 3)未再结晶区轧制:待中间坯冷却到940°C时,进行未再结晶区的轧制,终轧温度 为820°C,未再结晶区累计压下率控制在559Γ70% ;
[0056] 4)轧后冷却:未再结晶区轧制结束后,以15~40°C /s的冷速冷却到返红温度 700°C,获得40mm厚的热轧钢板,然后送往矫直机矫直;
[0057] 5)堆垛缓冷:钢板矫直后堆垛缓冷,堆垛缓冷温度不低于400°C,缓冷24小时。
[0058] 力学性能测试结果如表3所示:
[0059] 表3实施例3钢板的力学性能。
[0060]
Figure CN102965574BD00071
[0061] 通过实施例1-3可以看出,按本发明采用钛微合金化成分设计及控制轧制和控制 冷却工艺,能生产出一种厚度4(T80mm,抗拉强度彡550MPa,延伸率彡25%,屈强比彡0. 80, 同时焊接性、成型性优良的低屈强比高强度热轧厚钢板。生产的高强度热轧厚钢板,没有加 入Cr、Ni、Mo、Cu等贵重合金元素,也无需热轧后回火或调质(淬火+高温回火)等热处理工 艺,生产成本较低,具有低成本优势。更好地满足用户的使用期望。

Claims (1)

1. 一种钛微合金化低屈强比高强度热轧厚钢板,厚度40〜80mm,其特征在于钢的化学 成分按重量百分比为:C :0• 15%〜0• 18%,Si :0• 20%〜0• 40%,0. 50%< Mn 彡 0• 80%, P:彡 0• 020%,S :彡 0• 010%,Ti :0• 060%〜0• 080%,Als :0• 010%〜0• 030%,其余为 Fe 及不可避免的杂质,控制碳当量CEV(%) <0. 35 ;所述钢板采用控制轧制和控制冷却工艺, 钢板性能:抗拉强度彡550MPa,延伸率彡25%,屈强比彡0. 80。
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