CN103045939A

CN103045939A - 一种资源节约型q345低合金系列钢板及其生产方法

Info

Publication number: CN103045939A
Application number: CN2012105781376A
Authority: CN
Inventors: 李子林; 徐筱芗; 于爱民; 黄重; 陈尹泽; 刘海强; 邓杭州; 王峰; 崔全新
Original assignee: Anyang Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Anyang Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2013-04-17

Abstract

一种资源节约型Q345低合金系列钢板及其生产方法，它的化学成分的重量百分比组成为：C：0.15～0.18，Si：0.15～0.50，Mn：1.10～1.25，P≤0.030，S≤0.035，Alt：0～0.045，碳当量≤0.44，余量为Fe和不可避免的杂质，其生产工序包括150t转炉、LF炉外精炼、板坯连铸、板坯加热、炉卷轧机控制轧制、控制冷却、热矫直、冷却、剪切、标识入库。经本发明的生产方法生产的资源节约型Q345低合金系列钢板其屈服强度在360～420MPa，抗拉强度在500～550MPa，伸长率在24～32%，钢板表层有3～6mm针状铁素体、多边形铁素体、退化珠光体和少量的粒状贝氏体。

Description

一种资源节约型Q345低合金系列钢板及其生产方法

技术领域

本发明设计16~35×1600~3250×6000~18000mm高强度低合金钢的生产工艺，具体的说是一种资源节约型Q345低合金系列钢板及其生产方法。

背景技术

Q345A/B/C/D/E钢（以下称Q345低合金系列钢）属于高强度高延韧性的结构钢，它具有良好的综合力学性能、低温冲击韧性和焊接性能，可以制造中低压力容器、油罐、车辆、起重机、矿山机械、电站、桥梁等动荷承载结构、机械零部件、建筑结构、一般金属结构件等，在我国应用面极广，一般以热轧或正火状态使用。该系列钢种的主要技术难点在于对力学性能的要求，传统Q345钢是在普碳钢的基础上添加了Nb，V，Ti元素，形成碳、氮或碳氮化合物，使得强度得以提高，但韧性有所降低。利用常规的热轧方法只能获得一定形状和尺寸的钢板，其合金元素的作用没能充分发挥出来，必须通过正火处理后才能得到较好的综合性能，利用控制轧制不仅通过热加工使钢板得到所规定的形状和尺寸，而且通过高温变形充分细化钢板的晶粒和改善其组织，控制轧制既保留了常规热轧的功能，又起到了正火处理的作用，使热轧与热处理有机结合，从而减少工序、节省能源。

现在钢铁整体产能过剩、供大于求和复杂多变的市场格局中，加之原材料大幅上涨和严重垄断的铁矿石谈判复杂多变，竞争残酷，生产成本日益增加，产品利润空间大幅度减小，钢铁行业在微利和亏损边缘徘徊。在保证产品综合性能的前提下，进一步降低生产成本是维护企业健康发展的一个有效途径，因此研究Q345低合金系列钢的低成本化的生产方法显得很迫切。低成本的生产工艺主要是指降低合金含量或提高各项主要技术经济指标，前者是最直接有效地方法，但此方法需要采用新的轧制及冷却工艺，否则产品性能就会受到影响，会得不偿失。

目前Q345低合金系列钢产品在设计过程中，为了保证材料的使用安全性能以及保证产品具有足够的性能合格率，理想设计目标为产品性能实物水平在国家标准要求上增加20MPa，根据经济指标要求，当90%的数据在理想设计目标以上时，说明控制能力充足；当95%的数据在理想设计目标以上时，说明控制能力富余；而当≤85%的数据在理想设计目标以上时，说明控制能力较弱。

热轧钢板基体强度是一基本值，随着固溶、位错、析出、细晶等几种强化方式的应用能对提高强度做出一定的贡献，尤其是细晶强化在不损害韧性的前提下，可大幅度提高强度，同时细晶强化的实现与控制轧制和控制冷却工艺有着密切的关系。

控制轧制是通过热轧条件的最佳化，使奥氏体状态利于相变成为细晶组织的技术，对于Q345低合金系列钢来说，控制轧制就是采用两阶段轧制，两阶段控制轧制是以细化晶粒为主提高钢的强度和韧性的方法，即再结晶区控制轧制和未再结晶区控制轧制。再结晶区控制轧制，是将钢加热到奥氏体化温度，然后进行塑性变形，在每道次的变形过程中或者在两道次之间发生动态或静态再结晶，并完成其再结晶过程。经过反复轧制和再结晶，使奥氏体晶粒细化，轧制温度在950℃以上。未再结晶区控制轧制，是钢加热到奥氏体化温度后，在奥氏体再结晶温度以下发生塑性变形，奥氏体变形后不发生再结晶(即不发生动态或静态再结晶)。因此变形后的奥氏体晶粒被拉长，晶粒内有大量变形带，相变过程中形核处多，相变后铁素体晶粒细化，对提高钢材的强度和韧性有重要作用，轧制温度为950℃～750℃之间。利用炉卷轧机的大轧制力特点，板坯在高温区进行再结晶区轧制，使板坯的变形渗透率达到最大，以细化奥氏体晶粒；板坯完成再结晶区轧制后，进行待温，当温度进入为未结晶区后，进行未在结晶区轧制，在未结晶区要保证中间坯厚度、控制好二阶段开轧温度及终轧温度。

控制冷却是在奥氏体相变的温度区间进行某种程度的快速冷却，使相变组织比单纯控制轧制更加微细化，以获得更高的强度。冶金专家对控制冷却技术提出了“水是最廉价的合金”观念，就是利用水对钢板的快速冷却，使钢板得到细小的、理想的组织，提高钢板的强度和其它指标。目前新建的中厚板生产线都配置有高冷却速率的控冷装置，对于Q345低合金系列钢来说，控制冷却就是将轧后的钢板送入层流冷却装置，采用分散冷却方式用水进行冷却，快速将钢板温度降低到某一范围，是钢板表层得到一些针状铁素体、多边形铁素体、退化珠光体和少量的粒状贝氏体组织，表层以下仍是平衡组织，得到较好的钢板性能。

在保证合理控制轧制基础上，研究不同钢种的冷却工艺，选择合适的冷却工艺参数，在不影响产品质量的条件下满足产品的使用性能，对节约资源降低生产成本增加企业效益具有重要意义，同时对合理利用层流优势具有技术指导意义。

发明内容

依据上述条件，发明人提出了资源节约型高强度低合金钢的生产工艺，采用资源节约型高强度低合金钢的生产工艺可大幅度降低其生产成本，特别是一种资源节约型Q345低合金系列钢板的生产方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种资源节约型Q345低合金系列钢板，它的化学成分的重量百分比组成为：C：0.15～0.18，Si：0.15~0.50，Mn：1.10~1.25，P≤0.030，S≤0.035，Alt：0~0.045，碳当量≤0.44，余量为Fe和不可避免的杂质，其钢板的屈服强度在360~420MPa之间，抗拉强度在500~550MPa之间，伸长率在24~32%之间，金相组织为表层有3～6mm针状铁素体、多边形铁素体、退化珠光体和少量的粒状贝氏体（即AF+QF + P′+ GB少量），中心为铁素体和珠光体（即F+P）。

本发明中的资源节约型Q345低合金系列钢包括Q345A、Q345B、Q345C、Q345D、Q345E。本发明中的资源节约型Q345低合金系列钢的化学成分的重量百分比组成随着钢种的不同而选优不同的化学成分，具体如下：

Q345A/B的化学成分的质量百分比组成为：C：0.15～0.18，Si：0.15~0.50，Mn：1.10~1.25，P≤0.030，S≤0.035，碳当量≤0.44，余量为Fe和不可避免的杂质。

Q345C/D的化学成分的质量百分比组成为：C：0.15～0.18，Si：0.15~0.50，Mn：1.10~1.25，P≤0.025，S≤0.025，Alt：0.020~0.045，碳当量≤0.44，余量为Fe和不可避免的杂质。

Q345E的化学成分的质量百分比组成为：C：0.15～0.18，Si：0.15~0.50，Mn：1.10~1.25，P≤0.025，S≤0.020，Alt：0.020~0.045，碳当量≤0.44，余量为Fe和不可避免的杂质。

一种资源节约型Q345低合金系列钢板的生产方法，其生产工序包括150t转炉、LF炉外精炼、板坯连铸、板坯加热、炉卷轧机控制轧制、控制冷却、热矫直、冷却、剪切、标识入库，

其中所述的板坯连铸所用连铸板坯尺寸：厚:150mm；宽:1600～3250mm；长：6600~18000mm；

所述的炉卷轧机控制轧制，在炉卷轧机上采用平轧模式，轧制9~11道次，采用完全再结晶区和未再结晶区两阶段分开轧制工艺，在完全再结晶区轧制的轧制温度为1100℃～970℃，之后板坯停轧待温到950℃以下再进行轧制，在未再结晶区轧制的温度范围为950℃～750℃，保证未再结晶区累计压下率大于60%，终轧温度为750℃～820℃；

所述的控制冷却，采用层流冷却装置进行控制冷却，层流冷却装置的主要参数为：冷却系统供水能力14400m³/h；上集管组数18个，冷却喷头数36个，流量范围165~240m³/h；下集管组数18个，冷却喷头数108个，流量范围180~600m³/h。该冷却系统能力较强，冷却速度为5℃/s～30℃/s，冷却模式采用前段分散冷却，钢板终冷温度为590~670℃。

根据不同规格的钢种，优选不同的轧制工艺，控制参数具体如下：

钢板规格≥16～20mm的关于控制参数：开轧温度1030～1100℃，待温温度900～940℃，终轧温度750～810℃，终冷温度590～660℃。

钢板规格＞20～35mm的关于控制参数：开轧温度1020～1090℃，待温温度860～920℃，终轧温度760～820℃，终冷温度600～670℃。

本发明中的控制冷却：根据钢板厚度及冷却水的温度变化，控制层流冷却装置上下集管的水量比，使钢板上下表面的对流换热系数相等或接近，上下冷却水体积比例一般控制在1:2.2~2.8。

本发明的有益效果：

本发明中的资源节约型Q345低合金系列钢板包括Q345A、Q345B、Q345C、Q345D、Q345E。本发明是利用安钢炉卷轧机生产线上完善的、先进的设备配置及自动控制手段，采用合理、先进的生产工艺，充分发挥层流冷却装置的设备能力，改变Q345低合金系列产品的金相组织构成，在以保证产品综合性能不降低的条件下，大幅度降低高强度低合金钢Q345A/B/C/D/E的Mn含量。

本发明中的所述的炉卷轧机控制轧制和控制冷却，即利用炉卷轧机的设备特点合理控制轧制过程，特别是第二阶段的坯料温度和厚度，确保未再结晶区的累计压下率大于60%；另外充分利用机后层流冷却装置，合理控制上下集管的水比以确保板形；根据板厚及水温变化，合理选择开启上下集管的组数，以保证钢板最终性能。

采用控制冷却工艺，使低成本的Q345低合金系列钢板组织区别于常规成分体系得到的组织。常规成分体系Q345系列产品的组织为：铁素体和珠光体（即F+P）；而Q345低合金系列产品的组织为表层有3～6mm针状铁素体、多边形铁素体、退化珠光体和少量的粒状贝氏体（即AF+QF + P′+ GB少量），中心为铁素体和珠光体（即F+P）。Q345低合金系列产品的性能指标与常规成分体系Q345系列产品的性能指标保持同等水平，屈服强度在360~420MPa之间，抗拉强度在500~550MPa之间，伸长率在24~32%之间。

本发明生产的钢板的微观金相组织构成不同，在钢板表面有3～6mm针状铁素体、多边形铁素体、退化珠光体和少量的粒状贝氏体（即AF+QF + P′+ GB少量）组织，中心为铁素体和珠光体（即F+P）组织，所以能保证在降低Mn含量的条件下，产品的机械性能不变，且因Mn含量降低，产品的碳当量也降低，更有利于改善钢板的焊接性能。

在保证产品质量的情况下，节约了微合金元素的使用量，即降低Mn元素的加入量，降低了生产成本。对比相同企业所采用的Mn含量（一般在1.30~1.45%）可节约成本20~30元/t。

附图说明

图1为对比例1所生产的Q345C钢板的金相组织。

图2为实施例1所生产的Q345C钢板的金相组织。

图3为对比例2所生产的Q345E钢板的金相组织。

图4为实施例2所生产的Q345E钢板的金相组织。

注：对图中的位置及符号作以下说明：

表层——指钢板表面的位置；

1/4 ——指钢板总厚度方向上1/4的位置；

F——代表“铁素体”；

P——代表“珠光体”；

AF——代表“针状铁素体”；

PF——代表“多边形铁素体”；

QF——代表“准多边铁素体”；

GB ——代表“粒状贝氏体”。

具体实施方式

下面结合具体的实施方式和附图对本发明作进一步的说明。

对比例1

非资源节约型钢种Q345C的25mm钢板生产方法

采用150×3000×8700mm的连铸板坯，成分体系为常规范围，具体各元素的质量百分比组成为：为：C：0.17，Si：0.28，Mn：1.35，P:0.010，S：0.001，Alt：0.033，余量为Fe和不可避免的杂质。

钢板目标厚度为25mm，采用平轧模式在炉卷轧机上轧制，轧制道次为11道，采用二阶段控制轧制工艺，即轧制6道后，中间坯料待温，待温厚度为54mm。轧制过程各阶段温度控制参数分别为：板坯出炉温度为1200℃；完全再结晶区的轧制温度为1090℃～970℃；未再结晶区开轧温度为910℃；终轧温度为810℃；轧后钢板未采用控冷工艺，直接空冷。钢板轧制后的性能为：屈服强度380MPa；抗拉强度530MPa；伸长率29%；-20℃冲击功：205J、200J、199J，各项性能指标符合标准要求。此生产工艺钢板的金相组织见图1。

实施例1

一种资源节约型Q345C低合金25nm钢板的生产方法

钢种Q345C，采用150×3000×8700mm的连铸板坯，成分体系为资源节约型，降低了Mn含量，具体各元素的质量百分比组成为：为：C：0.17，Si：0.29，Mn：1.13，P:0.009，S：0.005，Alt：0.031，余量为Fe和不可避免的杂质。

钢板目标厚度为25mm，采用平轧模式在炉卷轧机上轧制，轧制道次为11道，采用二阶段控制轧制工艺，即轧制5道后，中间坯料待温，待温厚度为66mm。轧制过程各阶段温度控制参数分别为：板坯出炉温度为1200℃；完全再结晶区的轧制温度为1090℃～970℃；未再结晶区开轧温度为920℃；终轧温度为800℃；轧后钢板采用控冷工艺，层流装置的上下集管分别开启4组，即使用第1、2、4、6组上下集管，上下水量比为1:2.6，控冷后温度为630℃。钢板轧制后的性能为：屈服强度410MPa；抗拉强度545MPa；伸长率25.5%；-20℃冲击功：194J、199J、187J，各项性能指标符合标准要求。此生产工艺钢板的金相组织如图2所示。

从图1和2金相组织中可以看出，非资源节约型钢种Q345C的25mm钢板的金相组织为：铁素体和珠光体（即F+P）；本发明的资源节约型Q345C低合金25nm钢板金相组织为表层有3～6mm针状铁素体、多边形铁素体、退化珠光体和少量的粒状贝氏体（即AF+QF + P′+ GB少量），中心为铁素体和珠光体（即F+P）。采用本发明的方法得到的资源节约型Q345C低合金25mm钢板与普通方法生产的非资源节约型钢种Q345C的25mm钢板相比：采用本发明的方法得到的钢板的组织更加细小且表层有3～6mm的针状铁素体、多边形铁素体、退化珠光体和少量的粒状贝氏体组织，表现在性能上是强度保持不变或有提高，韧性不变，塑性略有损失。

对比例2

非资源节约型钢种Q345E的16mm钢板生产方法

采用150×2700×8555mm的连铸板坯，成分体系为常规范围，具体各元素的质量百分比组成为：为：C：0.16，Si：0.33，Mn：1.31，P:0.017，S：0.005，Alt：0.028，余量为Fe和不可避免的杂质。

钢板目标厚度为16mm，采用平轧模式在炉卷轧机上轧制，轧制道次为13道，采用二阶段控制轧制工艺，即轧制8道后，中间坯料待温，待温厚度为32mm。轧制过程各阶段温度控制参数分别为：板坯出炉温度为1200℃；完全再结晶区的轧制温度为1072℃～990℃；未再结晶区开轧温度为930℃；终轧温度为790℃；轧后钢板未采用控冷工艺，直接空冷。钢板轧制后的性能为：屈服强度372MPa；抗拉强度533MPa；伸长率31%；-40℃冲击功：118J、137J、142J，各项性能指标符合标准要求。此生产工艺钢板的金相组织见图3。

实施例2

一种资源节约型Q345E低合金16mm钢板的生产方法

钢种Q345C，采用150×2605×8525mm的连铸板坯，成分体系为资源节约型，降低了Mn含量，具体各元素的质量百分比组成为：为：C：0.17，Si：0.28，Mn：1.21，P:0.016，S：0.008，Alt：0.029，余量为Fe和不可避免的杂质。

钢板目标厚度为16mm，采用平轧模式在炉卷轧机上轧制，轧制道次为11道，采用二阶段控制轧制工艺，即轧制6道后，中间坯料待温，待温厚度为40mm。轧制过程各阶段温度控制参数分别为：板坯出炉温度为1220℃；完全再结晶区的轧制温度为1065℃～1005℃；未再结晶区开轧温度为926℃；终轧温度为805℃；轧后钢板采用控冷工艺，层流装置的上下集管分别开启2组，即使用第1、3组上下集管，上下水量比为1:2.4，控冷后温度为640℃。钢板轧制后的性能为：屈服强度387MPa；抗拉强度523MPa；伸长率29.5%；-40℃冲击功：181J、172J、196J，各项性能指标符合标准要求。此生产工艺钢板的金相组织如图4所示。

从图3和4金相组织中可以看出，非资源节约型钢种Q345C的25mm钢板的金相组织为：铁素体和珠光体（即F+P）；本发明的资源节约型Q345C低合金25nm钢板金相组织为表层有3～6mm针状铁素体、多边形铁素体、退化珠光体和少量的粒状贝氏体（即AF+QF + P′+ GB少量），中心为铁素体和珠光体（即F+P）。采用本发明的方法得到的资源节约型Q345E低合金16mm钢板与普通方法生产的非资源节约型钢种Q345E的16mm钢板相比：采用本发明的方法得到的钢板的组织更加细小且表层有3～6mm的针状铁素体、多边形铁素体、退化珠光体和少量的粒状贝氏体组织，表现在性能上是强度保持不变或有提高，韧性不变，塑性略有损失。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种资源节约型Q345低合金系列钢板，其特征在于：它的化学成分的重量百分比组成为：C：0.15～0.18，Si：0.15~0.50，Mn：1.10~1.25，P≤0.030，S≤0.035，Alt：0~0.045，碳当量≤0.44，余量为Fe和不可避免的杂质，其钢板的屈服强度在360~420MPa之间，抗拉强度在500~550MPa之间，伸长率在24~32%之间，金相组织为表层有3～6mm针状铁素体、多边形铁素体、退化珠光体和少量的粒状贝氏体，中心为铁素体和珠光体。

2.根据权利要求1所述的一种资源节约型Q345低合金系列钢板，其特征在于：本发明中的资源节约型Q345低合金系列钢包括Q345A、Q345B、Q345C、Q345D、Q345E，其化学成分的重量百分比组成随着钢种的不同而选优不同的化学成分，具体如下：

Q345A/B的化学成分的质量百分比组成为：C：0.15～0.18，Si：0.15~0.50，Mn：1.10~1.25，P≤0.030，S≤0.035，碳当量≤0.44，余量为Fe和不可避免的杂质；

Q345C/D的化学成分的质量百分比组成为：C：0.15～0.18，Si：0.15~0.50，Mn：1.10~1.25，P≤0.025，S≤0.025，Alt：0.020~0.045，碳当量≤0.44，余量为Fe和不可避免的杂质；

3.一种如权利要求1或2所述的资源节约型Q345低合金系列钢板的生产方法，其生产工序包括150t转炉、LF炉外精炼、板坯连铸、板坯加热、炉卷轧机控制轧制、控制冷却、热矫直、冷却、剪切、标识入库，其特征在于：

所述的控制冷却，采用层流冷却装置进行控制冷却，层流冷却装置的主要参数为：冷却系统供水能力14400m³/h；上集管组数18个，冷却喷头数36个，流量范围165~240m³/h；下集管组数18个，冷却喷头数108个，流量范围180~600m³/h，冷却速度为5℃/s～30℃/s，冷却模式采用前段分散冷却，钢板终冷温度为590~670℃。

4.根据权利要求3所述的一种资源节约型Q345低合金系列钢板的生产方法，其特征在于：根据不同规格的钢种，优选不同的轧制工艺，控制参数具体如下：

钢板规格≥16～20mm的关于控制参数：开轧温度1030～1100℃，待温温度900～940℃，终轧温度750～810℃，终冷温度590～660℃；

5.根据权利要求3所述的一种资源节约型Q345低合金系列钢板的生产方法，其特征在于：所述的控制冷却：根据钢板厚度及冷却水的温度变化，控制层流冷却装置上下集管的水量比，使钢板上下表面的对流换热系数相等或接近，上下冷却水体积比例一般控制在1:2.2~2.8。