CN103014520A

CN103014520A - F+p+b型低屈强比高强度中厚钢板及其生产方法

Info

Publication number: CN103014520A
Application number: CN2012105647752A
Authority: CN
Inventors: 张苏渊; 邹扬; 朱振华; 刘春明; 姜中行; 麻庆申; 王海宝; 王卫华
Original assignee: Shougang Corp
Current assignee: Shougang Corp
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2013-04-03

Abstract

一种F+P+B型低屈强比高强度中厚钢板及其生产方法，属于高强度中厚板钢技术领域。该钢板化学成分的重量百分比为：C：0.05~0.12%，Si：0.2~0.4%，Mn：1.7~2.0%，P≤0.015%，S≤0.015%，Al：0.02~0.05%，Nb：0.04~0.09%，Ti：0.01~0.02%，V：0.03~0.07%，Cr：0.1~0.2%，B：0.001~0.002%，余量为Fe及不可避免的夹杂。钢板采用冶炼、控轧、待温和超快速冷却的工艺制度。优点在于，本发明不采用Ni、Mo和Cu等贵重金属元素，合金成本低；不采用淬火和回火等热处理技术，生产成本低，生产周期短；可稳定生产具有强韧性的低屈强比高强钢，适用于工程机械和煤机行业等领域。

Description

F+P+B型低屈强比高强度中厚钢板及其生产方法

技术领域

本发明属于高强度中厚板钢技术领域，特别涉及一种F（铁素体）+P（珠光体）+B（贝氏体）型低屈强比高强度中厚钢板及其生产方法。

背景技术

随着工程机械向大型化、轻型化的发展，应用于钢结构的钢板需具有高强度、良好的延伸性能、冷弯性能、焊接性能和抗冲击性能等。然而结构强度级别提高后，结构发生脆断的危险性增大，对韧塑性和屈强比等指标要求也更加严格，尤其是屈强比。屈强比是表征材料因过载而发生整体均匀塑性变形能力的参数，较低的屈强比意味着钢板具有较高的加工硬化指数，结构安全性越高。因此各种低屈强比类型钢应运而生。

在本发明之前，专利号：201010599469 一种800Mpa级低屈强比结构钢板及其生产方法，采用TMCP工艺和回火热处理，该钢板厚度规格为10-40mm，屈服强度≥550Mpa，抗拉强度≥800Mpa，屈强比＜0.70，不足之处在于该钢采用Nb、V、Ti微合金元素的同时添加了较高的贵金属元素Ni、Mo和Cu，合金成本高；工艺上采用轧后回火处理，工艺成本也高。

专利号： 201110002738 一种低屈强比高塑性超细晶粒高强钢及制造方法，通过控制轧制＋离线热处理工艺，钢材的屈服强度为450-550Mpa，抗拉强度为670-720Mpa，延伸率为≥25％，屈强比≤0.7。不足之处在于该钢采用Nb、Ti微合金元素的同时添加了较高的贵金属元素Ni，合金成本高；工艺上采用离线热处理，工艺成本也高。

专利号：201210168133 一种低屈强比高强度钢板及其制造方法，钢坯经加热、粗轧、精轧、轧后加速冷却至550℃以下，然后空冷至室温，随后进行760～840℃正火处理，屈服强度≥450MPa，抗拉强度≥800MPa，主要适用于建筑、桥梁、管线、海洋平台等领域，不足之处在于添加了含量较高的贵金属元素Mo，轧后需要进行正火处理，分别提高钢板的合金成本和工序成本，且生产周期增加。

发明内容

本发明的目的在于提供一种F+P+B型低屈强比高强度中厚钢板及其生产方法。尤其是一种无需添加Ni、Mo、Cu等贵重金属元素，采用控制轧制+待温+超快速控制冷却工艺，组织为细小的铁素体（F）+珠光体（P）+贝氏体（B）的低屈强比高强度中厚钢板。该生产方法适用于配备超快速控制冷却系统的宽厚板生产线。

本发明设计的一种F+P+B型低屈强比高强度中厚钢板，其化学成分的重量百分比为：C：0.05~0.12%，Si：0.2~0.4%，Mn：1.7~2.0%，P≤0.015%，S≤0.015%，Al：0.02~0.05%，Nb：0.04~0.09%，Ti：0.01~0.02%，V：0.03~0.07%，Cr：0.1~0.2%，B：0.001~0.002%，余量为Fe及不可避免的夹杂，且Nb+Ti+V＜0.18%；钢板厚度规格为16mm~40mm。

该钢板采用控制轧制、轧制后待温和超快速冷却工艺制度生产，获得细小的铁素体（F）+珠光体（P）+贝氏体（B）组织，铁素体含量占30~50%。

本发明中选择的成分设计中，各元素的作用如下：

C：选择为0.05~0.12%。碳含量对钢材的强度、韧性和焊接性能都有影响。合理控制钢中碳含量以确保获得优良的可焊性和低温韧性。

Si：选择为0.2~0.4%。Si是炼钢脱氧的必要元素，且以固溶强化形式提高钢的强度；含量太低脱氧效果不佳，含量太高会降低韧性，可焊性较差。

Mn：选择为1.7~2.0%。Mn是固溶强化和提高钢板抗拉强度的最重要元素，对贝氏体转变有较大的促进作用，且成本低廉，本发明中把Mn左右主要合金元素。

Al：选择为0.02~0.05%。铝做为洁净钢冶炼过程中的强脱氧剂，同时铝与钢中氮生成弥散析出的AlN能阻止奥氏体晶粒长大，在奥氏体的铁素体转变过程中起形核作用，加速铁素体转变，细化晶粒。

Nb和V：分别选择为0.04~0.09%和0.03~0.07%，铌和钒都能与钢中碳、氮强烈结合，形成强碳氮化物。这些强碳氮化物熔点高，在高温加热部分固溶时，未溶解的颗粒钉扎奥氏体晶界阻碍原始奥氏体晶粒长大，在随后的轧制过程中又抑制钢中的再结晶及再结晶后晶粒长大，细化奥氏体及相变后铁素体晶粒尺寸，形成强烈的晶粒细化作用；在低温时析出，产生沉淀强化作用。同时钢中加入扩大奥氏体区的锰和微量元素铌、钒，扩大未再结晶区温度范围，为钢的奥氏体未再结晶区控制轧制创造了条件。

Ti：选择为0.01~0.02%。钛除了固定氮元素，还可以阻止加热、轧制和焊接过程中晶粒的长大，改善母材和焊接热影响区的韧性。另外，钢中固溶的钛可以在冷却过程中以碳氮化物的形式析出，起到阻止晶粒长大和弥散析出强化作用。

Cr：选择为0.1~0.2%，中等碳化物形成元素，能形成细小的碳化物，能大大提高结构钢的强度。

B：选择为0.001~0.002%。钢中加入的微量B，即可显著提高钢的淬透性，此时它对其它性能等无影响或影响神效，在一定度上可以替代Ni、Cr、Mo。在该钢中加入微量的硼意为提高钢板淬透性，使钢板在厚度方向上的组织更加均匀。

P和S：选择为≤0.015%。磷、硫均为有害元素，在钢中分别会产生冷脆、热脆现象，恶化钢板的塑韧性，在考虑经济实用性的前提下应尽可能的减少其在钢中的含量。磷、硫的目标含量分别控制在≤0.015%。

针对一种F+P+B型低屈强比高强度中厚钢板的生产方法，在工艺中控制的技术参数如下：

（1）冶炼：采用真空感应电炉冶炼，浇注成方形钢锭；

（2）控制轧制：钢坯加热温度为1150~1200℃，加热时间为3.5~4.5h，到铸坯奥氏体化，碳氮化物溶解，且温度不至于太高导致奥氏体晶粒粗大；

采用两阶段控制轧制：第一阶段为粗轧阶段，开轧温度为1150~1200℃，道次压下率为20~35%，实现奥氏体晶粒的充分细化，轧件中间待温厚度为成品厚度的2~3倍；第二阶段为精轧阶段，奥氏体未再结晶区开轧温度为880℃~900℃，总压下率为50%~65%，终轧温度为800~830℃；

（3）待温+超快速冷却：钢板完成轧制后进行待温；钢板的开冷温度为700~750℃，进入超快速冷却，终冷温度为350~400℃，冷却速度为30~40℃/s；超快速冷却后，钢板空冷至室温。

本发明中钢板轧制后开冷温度的选择和超快速控制冷却技术，是本发明的核心工艺环节：（1）轧制后钢板经过一定的待温处理，将开冷温度控制为700~750℃，目的是使钢板在空冷较慢冷速的条件下发生奥氏体向铁素体的转变，引入30%~50%的铁素体组织。相对于贝氏体组织来说，铁素体组织强度较低，可以起到调节屈强比的效果。（2）通过加快轧制后的冷却速度，不仅可以抑制晶粒的长大，而且可以获得高强度高韧性超细贝氏体组织。钢板以30~40℃/s的冷却速度，冷至350℃~400℃，出水后空冷，在此超快速冷却技术下，未发生铁素体转变的奥氏体进行贝氏体转变，形成微细的贝氏体板条组织，板条细小，渗碳体细小断续弥散分布，组织尺寸细小，弥散分布，起到很好的强化作用。

本发明的优点在于：

（1）本发明采用高Nb、V、Ti和Cr的微合金设计，不采用Ni、Mo和Cu等贵重金属元素，合金成本低，节约社会资源，满足绿色环保设计理念。

（2）本发明采用控制轧制+待温+超快速冷却技术，不采用淬火和回火等热处理技术，生产成本低，生产周期短。

根据本发明提供的化学成分和生产方法，可以成功并稳定地生产具有强韧性的低屈强比高强钢，厚度规格16-40mm，屈服强度Rp0.2 ≥600Mpa，Rm ≥850Mpa，Rp0.2/Rm≤0.80，-40℃V型缺口夏比冲击功≥100J，适用于工程机械和煤机行业等领域。

附图说明

图1为16mm中厚钢板组织铁素体+珠光体+贝氏体。

图2为40mm中厚钢板组织铁素体+珠光体+贝氏体。

具体实施方式

实施例1：

本实施为规格16mm的F+P+B型低屈强比高强度钢板的生产工艺，其成分重量百分比为C：0.09%，Si：0.3%，Mn：1.95%，P：0.009%，S：0.006%，Al：0.03%，Nb：0.055%，Ti：0.015%，V：0.06%，Cr：0.15%，B：0.0015%，余量为Fe及不可避免的夹杂。

生产工艺按照以下工序进行：

（1）冶炼：采用50kg真空感应电炉冶炼，浇铸成120mm*120mm*300mm铸锭。

（2）控制轧制、待温和超快速控制冷却参数：

加热温度：本次试验钢坯加热温度设定为 1180℃，加热时间为4h。

控制轧制：采用两阶段控制轧制。粗轧阶段的开轧温度为1160℃，道次压下率为25%；轧件中间待温厚度按照成品厚度2.8倍，即45mm控制；精轧阶段开轧温度为900℃，终轧温度为815℃，精轧阶段的总压下率为64%。

UFC（超快速冷却）：开冷温度730℃；终冷温度380℃，冷却速度为38.6℃/s。

实施例2：

本实施例为规格40mm的F+P+B型低屈强比高强度钢板的生产工艺，其成分重量百分比为C：0.10%，Si：0.28%，Mn：1.97%，P：0.01%，S：0.006%，Al：0.03%，Nb：0.06%，Ti：0.014%，V：0.055%，Cr：0.16%，B：0.0016%，余量为Fe及不可避免的夹杂。

生产工艺按照以下工序进行：

（2）控制轧制、待温和超快速控制冷却参数：

控制轧制：采用两阶段控制轧制。粗轧阶段的开轧温度为1160℃，道次压下率为20%；轧件中间待温厚度按照成品厚度2倍，即80mm控制；精轧阶段开轧温度为880℃，终轧温度为820℃，精轧阶段的总压下率为50%。

UFC（超快速冷却）：开冷温度为710℃，终冷温度为400℃，冷却速度为34.4℃/s。

表1为实施实例1和实例2的力学性能

表1：实例1和实例2的力学性能

Claims

1.一种F+P+B型低屈强比高强度中厚钢板，其特征在于，化学成分的重量百分比为：C：0.05~0.12%，Si：0.2~0.4%，Mn：1.7~2.0%，P≤0.015%，S≤0.015%，Al：0.02~0.05%，Nb：0.04~0.09%，Ti：0.01~0.02%，V：0.03~0.07%，Cr：0.1~0.2%，B：0.001~0.002%，余量为Fe及不可避免的夹杂。

2.根据权利要求1所述的钢板，其特征在于，所述的化学成分Nb、Ti和V所占的重量百分比之和小于0.18%。

3.根据权利要求1所述的钢板，其特征在于，钢板厚度规格为16mm~40mm。

4.一种采用权利要求1所述的F+P+B型低屈强比高强度中厚钢板的生产方法，其特征在于，控制参数如下：

（1）冶炼：采用真空感应电炉冶炼，浇注成方形钢锭；

（2）控制轧制：钢坯加热温度为1150~1200℃，加热时间为3.5~4.5h，到铸坯奥氏体化，碳氮化物溶解；采用两阶段控制轧制：第一阶段为粗轧阶段，开轧温度为1150~1200℃，道次压下率为20~35%，轧件中间待温厚度为成品厚度的2~3倍；第二阶段为精轧阶段，奥氏体未再结晶区开轧温度为880℃~900℃，总压下率为50%~65%，终轧温度为800~830℃；

（3）待温和超快速冷却：钢板完成轧制后进行待温；钢板的开冷温度为700~750℃，进入超快速冷却，终冷温度为350~400℃，冷却速度为30~40℃/s；超快速冷却后，钢板空冷至室温。