CN103114253B

CN103114253B - 一种极薄规格超高强度钢板的生产方法

Info

Publication number: CN103114253B
Application number: CN201310083305.9A
Authority: CN
Inventors: 胡淑娥; 孙卫华; 侯东华; 肖丰强; 侯登义; 梁英; 杨迎春
Original assignee: Jinan Iron and Steel Group Co Ltd
Current assignee: Jinan Iron and Steel Group Co Ltd
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2013-03-15
Publication date: 2015-01-14
Anticipated expiration: 2033-03-15
Also published as: CN103114253A

Abstract

本发明提供了一种极薄规格超高强度钢板生产方法的技术方案，该方案中钢的化学成分按重量百分比为C0.12～0.15%；Si0.0～0.10%；Mn0.9～1.3%；P≤0.0015%；S≤0.008%；Ni0.35～0.60%；Cr0.15～0.30%；Mo0.25～0.40%；Ti0.008～0.035%；Al0.030～0.050%；其余为铁及不可避免的杂质；生产工艺为采用纯净钢冶炼、热连轧成型、卷板开平、热轧基板淬火回火，并控制铸坯加热温度、发挥轧制时大压下作用、挖掘热处理最大潜能，以工艺手段保证组织超细化，生产出成品厚度3～10mm的极薄规格、抗拉强度为1000-1500Mpa的超高强度度钢板，具有优异的低温韧性指标，碳当量控制在CEN小于等于0.4%，具有良好的焊接性能，适合大规模生产。

Description

一种极薄规格超高强度钢板的生产方法

技术领域

本发明涉及的是钢板的生产方法，尤其是一种经济型低温韧性优异的极薄规格超高强度钢板的生产方法。

背景技术

近年来，大型化、重载荷、轻量化等成为汽车、船舶、建筑、桥梁、工程机械等重点钢材消费行业的发展主基调。要实现上述目标，无外乎体现在三个方面：新材料、新结构及结构的优化。高强钢正体现了新材料在下游应用中的广阔前景。工程机械行业中小于20mm的薄规格950、980MPa抗拉强度（对应Q890、Q960）的起重机臂架材料已被批量采用，从而大幅度地降低了臂架自重，为产品向超大吨位发展提供了材料支撑。起重机吊臂对于钢板在加工过程的板形要求极为严格，为确保每节吊臂质量，钢板在进行等离子切割及以后的折弯过程中不允许有因其残余应力不均匀释放所导致的产品变形。但目前供应的主要是瑞典SSAB的WELDOX系列超高强度钢产品为主，规格集中在4-16mm，强度级别主要为WELDOX700、900、960；而受热连轧机能力、卷曲设备限制，国内能供应的20mm以下钢板主要为800MPa以下低强度级别的卷板开平类产品，个别企业能供应Q960级热连轧产品，但普遍都没有得到泵车生产厂家的技术认可，主要是因为开平板直接应用仍存在较大的残余应力，造成产品后续切割及折弯时容易出现瓢曲问题；而中厚板轧制的原平板最薄规格为5-6mm，强度级别也基本在1000Mpa。对于更薄规格、更高强度的产品采用现有生产技术与工艺难以达到用户的要求，因此生产更薄规格、更高强度工程机械用钢时，如何消除残余应力、保证后续使用安全、满足用户需求已成为钢铁企业迫切需要解决的问题。

由国家知识产权局公开的一项宝山钢铁股份有限公司申请的申请号为200510024756.0，名为“屈服强度1100 MPa以上超高强度度钢板及其制造方法”的专利，该专利申请公开了采用控轧后直接淬火和回火的工艺，其不足之处在于要求在线直接淬火，其冷速大（高达50℃/s）、实际在线冷却生产如此高强度的钢板很容易存在板形问题，对矫直设备能力要求极高；钢板的厚度也仅能保证16、25mm，再薄规格钢板采用这种方法生产难以实现，且其-40℃低温冲击韧性仅30～40J。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种极薄规格超高强度钢板生产方法的技术方案。本方案通过对合金成分的合理设计和工艺控制，通过纯净钢冶炼、热连轧成型、卷板开平、热轧基板淬火回火的工艺步骤，获得厚度为3～10mm极薄超高强度钢板，具有低碳氮量易焊接、质量稳定、工艺简单、易于工业化大批量生产的特点。

本方案是通过如下技术措施来实现的：一种极薄规格超高强度钢板的生产方法，其特征是：钢的化学成分含量按重量的百分比为C 0.12～0.15%；Si 0.0～0.10%；Mn 0.9～1.3%；P ≤0.0015%；S ≤0.008%；Ni 0.35～0.60%；Cr 0.15～0.30%；Mo 0.25～0.40%；Ti 0.008～0.035%；Al 0.030～0.050%，其余为铁及不可避免的杂质，按如下步骤加工成厚度为3-10mm的极薄规格超高强度的钢板：

（1）采用铁水脱硫技术、转炉顶复合吹炼技术和真空处理技术对钢水进行纯净化处理，使钢水的化学成分含量达到以上要求；

（2）将纯净化后的钢水经过Ca处理后采用全程保护浇注工艺浇注成厚度为135-150mm的连铸钢坯；

（3）对连铸坯堆垛缓冷48小时以上，采用ASP热连轧成型工艺热轧成厚度3-10mm的板卷。其中控制连铸坯的加热温度为1200-1250°C，以保证终轧温度≥890°C；采用间断开启的层流冷却方式对钢板进行冷却；经过卷取机将轧后钢板卷成板卷，控制卷曲温度为600-650°C。在轧钢过程中保证粗轧每道次压下率≥20%，累计压下率≥70%，粗轧结束温度≥1100℃，快速精轧开轧温度≥1000℃，中间道次压下率≥20%，最后两道次压下率≥10%，终轧温度≥890℃；

（4）热轧卷在开平线上开卷、矫平、剪切成要求长度尺寸的热轧基板；

（5）热轧基板经过两次淬火+回火热处理工艺，在无氧化辊底式炉内一次加热温度880-890℃，保温时间1.5min/mm+10min，出炉后水淬至室温。二次加热温度820-850℃，保温时间1.5min/mm+10min，出炉后水淬至室温。回火加热温度450-600℃，保温时间2.5-3min/mm+10min后即成成品。

采用多元微合金化成分Cr-Ni-Mo-Ti体系，以提高钢板的淬透性和回火稳定性为主要原则，去掉了Cu、Nb、V合金元素，减少了Ni、Cr、Mo合金添加量，同时也减少Cr等元素对焊接热影响区淬硬倾向和焊缝区再热裂纹倾向的影响,以上所述合金元素的合理控制不仅降低了生产成本，而且大大降低了合金元素的碳当量，钢的化学成分的碳当量CEN≤CEN(%)=C+f(C){Si/24+Mn/6+Cu/15+Ni/20+(Cr+Mo+Nb+V)/5}≤0.40，其中f(C)=0.5+0.25tanh{20(C-0.12)}，易于用户实际焊接。

通过创新的纯净化冶炼，在冶炼过程中利用纯净钢综合控制技术严格控制S、P、O、N、H、夹杂物等有害元素，以提高钢板的低温韧性、增加裂纹扩展阻力，充分发挥细晶粒钢具有极高止裂能力的特点，保证超高强度钢在服役条件下安全使用。

采用高温大变形量轧制，获得细化的原始组织，控制终轧阶段在较高温度范围内、层流冷却采取分段开启的方式尽量降低冷却速度、提高卷曲温度，以便于卷曲成功，获得成分合格、尺寸精确的基板材料，充分发挥热连轧生产线在薄规格生产方面的优势。

采用创新热处理工艺，通过两次淬火+回火工艺，结合各微合金元素的作用获得细化组织，控制塑性和韧性相-薄膜状残余奥氏体的含量，以良好的复相组织细化技术获得经济型高韧性超高强度极薄规格钢板，产品工艺窗口宽。经过热连轧成型和创新型热处理工艺来细化晶粒，弥补合金减少造成的损失。这样既减少单个元素的加入量,又不降低钢的淬透性。

本方案的有益效果可通过对本方案的叙述可知：本方案成本低廉，工艺简单，各工艺参数适应性强，采用本方案生产的钢板强度高，塑、韧性好，可完成厚度3～10mm极薄规格钢板的生产，屈服强度Rp0.2可达 950-1300MPa，抗拉强度Rm：1000-1500MPa，断裂伸长率A：12-20%，-40℃冲击吸收能量KV₂：80-270J。该方法充分利用热连轧机组在极薄规格钢板生产方面的优势，以获得成分合格尺寸精确的基板，发挥淬火机组在超高强钢生产方面的优势，保证力学性能合格为目的，打破现有技术的限制，实现极薄、超高强韧钢板的技术突破。可以满足日益增长的工程机械、特种汽车、港口机械等行业对特殊钢种、特殊规格板材的需求，由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施的有益效果也是显而易见的。

附图说明

图1为回火温度为450℃时在扫描电镜下观察到的回火组织。

图2为回火温度为450℃时在透射电镜下观察到的回火组织。

图3为回火温度为500℃时在扫描电镜下观察到的回火组织。

图4为回火温度为500℃时在透射电镜下观察到的回火组织。

图5为回火温度为560℃时在扫描电镜下观察到的回火组织。

图6为回火温度为560℃时在透射电镜下观察到的回火组织。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过实施例对本发明做进一步的详细说明：

第一个具体实施方式：

采用KR铁水预处理脱硫，转炉冶炼，LF+RH精炼脱气，熔炼分析钢板的化学成分为：C：0.15%，Si：0.06%，Mn：1.06%，P：0.010%，S：0.003%，Cr：0.25%，Ni：0.36%，Ti：0.023%，Mo：0.32%，Alt：0.040%，CEN：0.35%。Ca处理后的钢水经ASP铸机浇注成厚度为150mm的板坯。

板坯下线冷却50小时。连铸坯再加热：加热时间2小时，加热温度1225～1246℃，在1700mm ASP热轧线上进行轧制变形，粗轧阶段累计压下率73.3%，粗轧结束温度1140℃。快速开展精轧，开轧温度1050℃，精轧阶段压下率75%，终轧温度890℃；层流冷却采取前开、中关、后开的模式，卷曲温度640℃，制得成品厚度为10mm热轧卷。

开平后的钢板热处理工艺：一次加热温度890℃，保温25分钟后水淬，二次加热温度850℃，保温25分钟后水淬，回火加热温度480、550、600℃，保温时间35分钟。按以上工艺获得的钢板的力学性能如表1所示：

表1 本发明第一个具体实施方式获得的钢板的力学性能

第二个具体实施方式：

采用KR铁水预处理脱硫，转炉冶炼，LF+RH精炼脱气，熔炼分析钢板的化学成分为：C：0.12%，Si：0.04%，Mn：0.92%，P：0.008%，S：0.005%，Cr：0.21%，Ni：0.38%，Ti：0.015%，Mo：0.28%，Alt：0.036%，CEN：0.26%。Ca处理后的钢水经ASP铸机浇注成厚度为135mm的板坯。

板坯下线冷却52小时。连铸坯再加热：加热时间2小时，加热温度1200～1240℃，在1700mm ASP热轧线上进行轧制变形，粗轧阶段累计压下率77.8%，粗轧结束温度1100℃。快速开展精轧，开轧温度1000℃，精轧阶段压下率86.7%，终轧温度900℃；层流冷却采取前开、中关、后开的模式，卷曲温度600℃，制得成品厚度为4mm热轧卷。

开平后的钢板热处理工艺：一次加热温度880℃，保温时间16分钟后水淬，二次加热温度820℃，保温16分钟后水淬，回火加热温度450、500、600℃，保温时间22分钟。按以上工艺获得的钢板的力学性能如表1所示：

表2 本发明第二个具体实施方式获得的钢板的力学性能

本发明并不仅限于上述具体实施方式，本领域普通技术人员在本发明的实质范围内做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种极薄规格超高强度钢板的生产方法，其特征是：钢的化学成分含量按重量的百分比为C 0.12～0.15％；Si 0.0～0.10％；Mn0.9～1.3％；P≤0.0015％；S≤0.008％；Ni 0.35～0.60％；Cr 0.15～0.30％；Mo 0.25～0.40％；Ti 0.008～0.035％；Al 0.030～0.050％，其余为铁及不可避免的杂质，按如下步骤加工成厚度为3-10mm的极薄规格超高强度的钢板：

(1)采用铁水脱硫技术、转炉顶复合吹炼技术和真空处理技术对钢水进行纯净化处理，使钢水的化学成分含量达到以上要求；

(2)将纯净化后的钢水经过Ca处理后采用全程保护浇注工艺浇注成厚度为135-150mm的连铸钢坯；

(3)对连铸坯堆垛缓冷48小时以上，采用ASP热连轧成型工艺热轧成厚度3-10mm的板卷，其中控制连铸坯的加热温度为1200-1250℃，在轧钢过程中保证粗轧每道次压下率≥20％，累计压下率≥70％，粗轧结束温度≥1100℃，快速精轧开轧温度≥1000℃，中间道次压下率≥20％，最后两道次压下率≥10％，以保证终轧温度≥890℃；采用间断开启的层流冷却方式对钢板进行冷却；经过卷取机将轧后钢板卷成板卷，控制卷曲温度为600-650℃；

(4)热轧卷在开平线上开卷、矫平、剪切成要求长度尺寸的热轧基板；

(5)热轧基板经过两次淬火+回火热处理工艺，在无氧化辊底式炉内一次加热温度880-890℃，保温时间1.5min/mm+10min，出炉后水淬至室温，二次加热温度820-850℃，保温时间1.5min/mm+10min，出炉后水淬至室温，回火加热温度450-600℃，保温时间2.5-3min/mm+10min后即成成品。

2.根据权利要求1所述的极薄规格超高强度钢板的生产方法，其特征是：

钢的化学成分的碳当量CEN(％)＝C+f(C){Si/24+Mn/6+Cu/15+Ni/20+(Cr+Mo+Nb+V)/5}≤0.40，其中f(C)＝0.5+0.25tanh{20(C-0.12)}。