CN103147002A - 一种低合金高强度钢板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低合金高强度钢板，其化学元素质量百分含量为：C：0.06～0.09%，Si：0.15～0.30%，Mn：1.55～1.65%，Al：0.015～0.035%，Nb：0.04～0.05%，Ti：0.010～0.020%，N：≤0.006%，余量为Fe和其他不可避免的杂质。相应地，本发明还公开了该低合金高强度钢板的制造方法，其包括步骤：冶炼、铸造、加热、轧制和轧后冷却，其中轧后冷却步骤中的平均水冷速度为15～25℃/s。该钢板具有较高的强度及较好的塑性。

Description

一种低合金高强度钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种钢板及其制造方法，尤其涉及一种低合金钢板及其制造方法。

背景技术

随着制造行业对金属结构件减重节能和安全性能双向要求的日益增长，将低合金高强度钢板应用于制造行业中将会成为今后一段时间内的主要趋势。一般的低合金高强度钢中的碳含量较低且加入的合金元素种类有限，这类钢的屈服强度等级为320～700MPa，抗拉强度等级为415～780MPa，具有较高的硬度、较好的冷成型性能和冷弯性能，尤其适合用来制造钢结构和汽车相关的零部件。

在生产热轧低合金高强度钢板时，传统工艺通常需要添加较多的Cu、Ni、Cr和Mo等贵重合金元素及Nb、Ti和V等微合金元素，采用细晶强化或析出强化的强化机制，采用这种方法制造的热轧低合金高强度钢板生产成本高。

公开号为US20100212785A1，公开日为2010年8月26日，名称为“一种具有优异的高压氢环境脆化性的低合金高强度钢及其制造方法”的美国专利文献，其涉及一种高强度低合金钢种，该钢种的化学元素质量百分含量为：C：0.10～0.20％，Si：0.10～0.40％，Mn：0.50～1.20％，Cr：0.20～0.80％，Cu：0.10～0.50％，Mo：0.10～1.00％，V：0.01～0.10％，B：0.0005～0.005％，N：≤0.01％，余量由Fe和不可避免的杂质组成。在该技术方案中，虽然未添加Nb元素，但是在加入Mo元素的基础上，还添加了Cr，Cu，V及B这些贵重合金元素。

公开号为US20120247605A1，公开日为2012年10月4日，名称为“一种控温轧制无加速冷却的无钼低合金高强度钢板”的美国专利文献，其公开了一种不含钼元素的低合金高强度钢种。该钢种各化学元素的质量百分含量为：C：0.05～0.09%；Mn:1.70～1.95%；Ti：0.01～0.02%；Al：0.02-0.055%；Nb：0.075～0.1%；P：≤0.015%；S：≤0.003%；V：0.01～0.03%；Mo：≤0.003%；其余为Fe和不可避免的其他杂质。本专利虽然未添加Mo元素，但是在加入Nb元素的情况下，又添加了V元素。

公告号为KR1020060036559A，公开日为2006年6月2日，名称为“一种用于汽车结构部件的钢板”的韩国专利文献涉及一种结构用钢板，其各化学元素质量百分含量为：

0.08%～0.12%，Mn：1.4～1.7%，P：≤0.02%，S：≤0.005%，

≤0.005%，Si：≤0.1%，Als：0.03～0.07%，Ti：0.03～0.06%，Nb：0.03～0.06%，V：0.01～0.04%，Mo：≤0.2％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。该技术方案在添加了Nb元素的基础上，又加入了Mo元素和V元素。

上述三篇专利文献都公开了一种低合金高强度的钢板，但是公开的这些技术方案均是通过添加一定含量的昂贵合金元素来使得钢板获得较高的强度，较好的成型性能和较佳的冷弯性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低合金高强度钢板及其制造方法，该钢板通过添加廉价的合金元素，并与适当的轧后冷却工艺配合，利用以相变强化和析出强化为主的强化机制令钢板获得550MPa及以上的屈服强度，同时又具备较好的焊接性，优质的冷成形性，优良的冷弯性能及良好的塑性性能。

为达到上述发明目的，本发明提供了一种低合金高强度钢板，其化学元素质量百分含量为：

C：0.06～0.09%，

Si：0.15～0.30%，

Mn：1.55～1.65%，

Al：0.015～0.035%，

Nb：0.04～0.05%，

Ti：0.010～0.020%，

N：≤0.006%，

余量为Fe和其他不可避免的杂质。

进一步地，上述低合金高强度钢板还具有0.0015～0.0035wt%的Ca。

进一步地，所述低合金高强度钢板的微观组织为铁素体+珠光体，或者贝氏体。

本技术方案中的各化学元素对本发明所述的低合金高强度钢板所产生的影响及设计原理如下：

碳：碳元素是保证钢板强度的重要元素。钢板的强度和硬度随着碳含量升高而提高，而钢板的塑性则随着碳含量升高而降低。在本技术方案中，一方面钢板需要具备较高的强度及较高的塑性，另一方面钢板还需要具有优良的成形性能和冷弯性能，因此需将碳含量设计为0.06～0.09%。

硅：硅元素能提高钢质纯净度并脱除钢中的氧元素，且硅还在钢中起固溶强化的作用。当硅含量过高时，会使得钢板在加热时的氧化皮粘度较大而引起出炉后的除鳞困难，从而导致轧后钢板表面红色氧化皮严重，进而影响成品钢的表面质量。与此同时，当钢中的硅含量升高时，钢板的焊接性能也会降低。因此，在本技术方案中的硅含量设计为0.15～0.30%。

锰：锰是稳定钢中的奥氏体微观组织的关键元素，其能力仅弱于合金镍元素，是一种价格较为低廉，且又能稳定奥氏体与强化合金的金属元素。同时，锰还能增加钢的淬透性，降低马氏体形成的临界冷却速度。但是，锰元素具有较高的偏析倾向，所以需要控制其在钢板中的含量。经过各项因素的综合考虑，将本发明锰元素的含量控制在1.55～1.65%之间。

铝和氮：铝是一种强脱氧元素。进行脱氧后多余的铝能和钢中的氮形成AlN析出物，该析出物可以提高钢板的强度并且能在热处理加热时细化钢中的奥氏体晶粒度。然而，为了保证钢中的氧含量尽可能的低，铝的含量应控制在合适范围，即0.015～0.035%。

铌：铌对于现代微合金钢而言是不可或缺的重要元素之一，其原因在于铌元素能够显著提高钢的再结晶温度并起到细化晶粒的作用。热轧过程中铌的碳化物应变诱导析出可阻碍形变奥氏体的回复和再结晶，并经过控轧控冷工艺后的形变奥氏体组织得到细小的相变产物。因而，本发明中的铌含量控制为0.04～0.05%。

钛：钛是一种强碳化物形成元素，在钢中加入微量的Ti有利于固定钢中的N元素，形成的TiN能使钢坯加热时奥氏体晶粒不过分长大，细化原始奥氏体晶粒度。钛在钢中还可分别与碳和硫生成TiC、TiS、Ti₄C₂S₂等化合物，它们以夹杂物和第二相粒子的形式存在于钢中。钛的这些化合析出物在焊接时还可阻止热影响区内的晶粒长大从而改善成品钢板的焊接性能。在本技术方案中钛含量需控制在0.010～0.020%的范围之间。

钙：钙元素的主要作用是改变钢中硫化物形态，改善钢的厚向、横向性能和冷弯性能。对于硫含量很低的钢板也可不采取钙处理。在实际生产过程中，可以根据硫含量的高低情况进行钙处理操作。因此，在本发明的优选方案中，可以将钢中的钙含量设计为0.0015～0.0035%。

本技术方案中不可避免的杂质主要是S、P和O元素。

相应地，本发明还提供了上述低合金高强度钢板的制造方法，其依次包括步骤：冶炼、铸造、加热、轧制和轧后冷却，其中轧后冷却步骤中的平均水冷速度为15～25℃/s。

进一步地，在所述轧后冷却步骤中，当2.0mm≤钢板厚度＜5.0mm时，终冷温度控制在560～600℃，以获得铁素体+珠光体的微观组织。

进一步地，在所述轧后冷却步骤中，当5.0mm≤钢板厚度≤8.0mm时，终冷温度控制在480～520℃，以获得贝氏体的微观组织。

本发明所述的低合金高强度钢板的制造方法在工艺流程方面特别采用了轧后加速冷却技术，即控制平均冷却速度为15～25℃/s。另外，针对不同厚度的钢板来控制终冷温度，使得上述的低合金高强度钢板在2.0mm≤厚度＜5.0mm时形成铁素体+珠光体的复相微观组织，在5.0mm≤厚度≤8.0mm时形成贝氏体单相微观组织，这也是实现钢板强度级别的关键之处。

进一步地，在上述加热步骤中，将板坯在1180～1220℃的温度下加热。将加热温度控制在1180至1220℃的范围之间，一方面是为了获得均匀的奥氏体化组织，另一方面可以使铝、钛及铌等合金元素的化合物部分或充分溶解。

进一步地，在所述轧制步骤中，进行多道次轧制，控制轧制总压下率≥70%，且终轧温度820～860℃。

进一步地，在上述低合金高强度钢板的制造方法中，在所述轧后冷却步骤后还具有卷取步骤，卷取后的钢板空冷至室温。

本技术方案通过添加少量低廉的合金元素，配合以轧后加速冷却的工艺，控制钢板的微观组织呈现铁素体+珠光体或贝氏体，与现有技术相比较，本发明所述的低合金高强度钢板及其制造方法具有以下优点：

（1）屈服强度达到550MPa及以上；

（2）延伸率A₈₀≥15%；

（3）具有较高的硬度、较好的成形性、优良的塑性和冷弯性，还具有良好的焊接性；

（3）不添加昂贵合金元素，生产成本降低；

（4）轧后加速冷却工艺实施简单。

附图说明

图1显示了本发明所述的低合金高强度钢板实施例1的微观组织。

图2显示了本发明所述的低合金高强度钢板实施例5的微观组织。

具体实施方式

下面将根据具体实施例和说明书附图对本发明所述的低合金高强度钢板及其制造方法作进一步说明，但是具体实施例和相关说明并不构成对于本发明的技术方案的不当限定。

实施例1-5

按照下述步骤制造本发明所述的低合金高强度钢板：

1）冶炼：转炉吹炼和真空脱气，控制各化学元素的配比如表1所示；

2）连铸：连铸成钢坯以保证铸坯内部成分均匀和表面质量良好；

3）加热：将板坯在1180～1220℃的温度下加热；

4）轧制：在奥氏体再结晶和未结晶温度范围内进行多道次轧制，控制总压下率≥70%，且终轧温度820～860℃，轧制后的钢板厚度为2.0～8.0mm；

5）轧后加速冷却：平均水冷速度为15～25℃/s，当2.0mm≤钢板厚度＜5.0mm时，终冷温度控制在560～600℃，当5.0mm≤钢板厚度≤8.0mm时，终冷温度控制在480～520℃；

6）将冷却后的钢板卷取，卷取后空冷至室温。

表1实施例1-5中的低合金高强度钢板的各化学元素的质量百分配比

（wt.%，余量为Fe和其他不可避免的杂质）

表2显示了本案实施例1-5中各项工艺参数以及轧制后的钢板厚度。

表2

表3显示了本案实施例1-5中的低合金高强度钢板的力学性能和微观组织。

表3

*表3中的屈服强度、抗拉强度及延伸率参数是按照GB/T228-2002金属材料室温拉伸试验方法而获得。

从表3可以看出，实施例1-5中的低合金高强度钢板的屈服强度＞550MPa，抗拉强度≥630MPa，延伸率A₈₀＞15%，横向冷弯（d=2a，180°）均合格。由此可见，该钢板具有较大的屈服强度和抗拉强度，优良的延伸率和冷弯性、较好的塑性和成形性，因此尤其适合工程机械中的钢结构及汽车领域中的结构件、加强件、安全件等一系列构件的生产制造，既能满足相关行业对高强度钢板的较高要求，又顺应了当下有效利用能源及减轻钢结构自重的节能减排的发展趋势，具有广泛的应用价值和市场前景。

图1显示了本案实施例1的低合金高强度钢板的微观组织，图2显示了本案实施例5的低合金高强度钢板的微观组织。从图1和图2可以看出，实施例1中的热轧低合金高强度钢板的最终微观组织为铁素体+珠光体的复相微观组织，实施例5中的低合金高强度钢板的最终微观组织为贝氏体单相微观组织。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质范围内，对以上所述实施例的变化或变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (10)

1.一种低合金高强度钢板，其特征在于，其化学元素质量百分含量为：

C：0.06～0.09%，

Si：0.15～0.30%，

Mn：1.55～1.65%，

Al：0.015～0.035%，

Nb：0.04～0.05%，

Ti：0.010～0.020%，

N：≤0.006%，

余量为Fe和其他不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的低合金高强度钢板，其特征在于，其还具有0.0015～0.0035wt%的Ca。

3.如权利要求1或2所述的低合金高强度钢板，其特征在于，其微观组织为铁素体+珠光体。

4.如权利要求1或2所述的低合金高强度钢板，其特征在于，其微观组织为贝氏体。

5.如权利要求1或2所述的低合金高强度钢板的制造方法，其特征在于，依次包括步骤：冶炼、铸造、加热、轧制和轧后冷却，其中轧后冷却的平均水冷速度为15～25℃/s。

6.如权利要求5所述的低合金高强度钢板的制造方法，其特征在于，在所述轧后冷却步骤中，当2.0mm≤钢板厚度＜5.0mm时，终冷温度控制在560～600℃，以获得铁素体+珠光体的微观组织。

7.如权利要求5所述的低合金高强度钢板的制造方法，其特征在于，在所述轧后冷却步骤中，当5.0mm≤钢板厚度≤8.0mm时，终冷温度控制在480～520℃，以获得贝氏体的微观组织。

8.如权利要求5所述的低合金高强度钢板的制造方法，其特征在于，在加热步骤中：将板坯在1180～1220℃的温度下加热。

9.如权利要求5所述的低合金高强度钢板的制造方法，其特征在于，在轧制步骤中：进行多道次轧制，控制轧制总压下率≥70%，且终轧温度为820～860℃。

10.如权利要求5所述的低合金高强度钢板的制造方法，其特征在于，在所述轧后冷却步骤后还具有卷取步骤，卷取后的钢板空冷至室温。