CN103147004A

CN103147004A - 一种热轧低合金高强度钢板及其制造方法

Info

Publication number: CN103147004A
Application number: CN2013100934473A
Authority: CN
Inventors: 张爱文
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2013-03-21
Filing date: 2013-03-21
Publication date: 2013-06-12

Abstract

本发明公开了一种热轧低合金高强度钢板，其微观组织包括贝氏体，且其化学元素质量百分含量为：C：0.05～0.075%，Si：0.15～0.30%，Mn：1.85～1.95%，Al：0.015～0.035%，Nb：0.04～0.05%，Ti：0.010～0.020%，B：0.0006～0.0018%，N：≤0.006%，余量为Fe和其他不可避免的杂质。相应地，本发明还公开了该热轧低合金高强度钢板的制造方法，其包括步骤：冶炼、铸造、加热、轧制和轧后分段冷却，其中轧后分段冷却步骤采取水冷→空冷→水冷→空冷的分段冷却方式。该热轧低合金高强度钢板具有较高的强度，较好的塑性和冷弯性。

Description

一种热轧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，尤其涉及一种热轧合金钢板及其制造方法。

背景技术

随着社会对于汽车制造领域和工程机械行业减重节能及安全性能需求的日益增长，高强度钢在这些领域内得到了极大的发展。虽然低合金高强度钢的碳含量较低，加入的合金元素有限，但是这类钢具有良好的疲劳强度、良好的抗冲击性能、较高的强度、较好的冷成型性及优良的易焊接性能，适于制造机械钢结构和汽车的内部结构件及加强件。

现有技术在生产热轧低合金高强度钢板时，通常添加较多的Cu、Ni、Cr和Mo等贵重合金元素及Nb、Ti和V等微合金元素，以细晶强化或析出强化的强化机制为主，其生产成本较高。

公开号为US20120247606A1，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低钼低合金高强度的钢板”的美国专利文献，其公开了一种低钼低合金含量的钢板，该钢板的基本组成（以质量百分含量wt%计）为：C：0.05～0.07，Mn：1.5～1.7，Ti；0.01～0.025；Al：0.02～0.04；Nb：0.075～0.1，P：≤0.01，S：≤0.003，Mo：0.1～0.2，其余为Fe和不可避免的杂质。在该专利文献公开的钢板中添加了Mo和Nb两种较为贵重的合金元素。

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。该钢种的质量百分含量（wt.%）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。本专利文献虽然未添加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，该钢种的化学元素的质量百分含量为：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。在本篇专利文献中，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等贵重合金元素。

以上专利文献均涉及低合金高强度钢板，其都采用了一定含量的贵合金属以使钢板具有较高的强度和较好的塑性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热轧低合金高强度钢板及其制造方法，该钢板不添加贵重合金元素，而是仅适量添加廉价的合金元素，使之与其他元素进行适配，并结合轧后分段冷却工艺，使得钢板微观组织呈现贝氏体或贝氏体+马氏体，利用相变强化和析出强化使钢板的屈服强度能达到700MPa以上，且具备优质的成形性，优良的冷弯性能、良好的塑性性能和较好的焊接性能。

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

C：0.05～0.075%，

Si：0.15～0.30%，

Mn：1.85～1.95%，

Al：0.015～0.035%，

Nb：0.04～0.05%，

Ti：0.010～0.020%，

B：0.0006～0.0018%，

N：≤0.006%，

余量为Fe和其他不可避免的杂质。

上述热轧低合金高强度钢板还可以具有质量百分含量为0.0015～0.0035%的Ca。

进一步地，上述热轧低合金高强度钢板的微观组织可以为贝氏体。

进一步地，上述热轧低合金高强度钢板的微观组织也可以为贝氏体+马氏体。

在成分设计方面，本发明所述的热轧低合金高强度钢板，通过添加低廉的C、Si、Mn和Nb元素来保证钢板的强度级别，随后在工艺流程中采用轧后分段冷却工艺来控制钢板的相变组织类型，即控制钢板的微观组织为单相的贝氏体或是复相的贝氏体+马氏体，以使钢板具有较大的强度和硬度，较高的屈服强度和抗拉强度，较好的冷弯性能和焊接性能，良好的塑性和成型性。

本技术方案所涉及的各化学元素对于本发明所述的热轧低合金高强度钢板所产生的影响及设计原理如下：

碳：碳元素是确保钢板强度的关键元素。当碳含量升高时，一方面能提高钢板的强度和硬度，但是另一方面会降低钢板的塑性。为了使钢板兼具较高的强度及较高的塑性，同时保证优良的成形性能和冷弯性能，且保证其屈服强度达到700Mpa及以上，结合各项综合因素，将本发明中的碳含量控制在0.05～0.075%的范围之间。

硅：在钢中加入硅元素能提高钢质纯净度并起到脱氧作用，且硅元素还能在钢中起固溶强化的作用。不过，过高的硅含量会使得钢板加热时的氧化皮粘度较大，出炉后面临除鳞困难的问题，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。同时，较高的硅含量也不利于钢板获得优良的焊接性能。因此将本技术方案中的硅含量设计为0.15～0.30%。

锰：锰元素能够稳定钢中的奥氏体组织，其能力仅次于合金镍元素，是一种廉价的稳定奥氏体与强化合金的元素。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，锰具有较高的偏析倾向，故其在钢板中的含量也不能太高，在低合金高强度钢中锰含量不能超过2.0%。在钢板中含有铝元素的情况下，锰还可以和铝元素共同起到脱氧的作用。综合考虑，本发明中锰元素的含量应控制在1.85～1.95%。

铝和氮：铝是一种强脱氧元素。进行脱氧后多余的铝和钢中的氮能形成AlN析出物，该析出物能够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地低，铝的含量应控制在合适范围，即0.015～0.035%，同时将氮元素控制在≤0.006%。

铌：铌是现代微合金钢中不可或缺的重要元素之一，能够显著提高钢的再结晶温度，同时细化晶粒。热轧过程中铌的碳化物应变诱导析出能阻碍形变奥氏体的回复和再结晶，经控轧和控冷，形变奥氏体组织得到细小的相变产物。本发明中的铌含量应控制为0.04～0.05%。

钛：钛是一种强碳化物的形成元素，在钢中加入微量的Ti有利于固定钢中的N元素，所形成的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，改善钢板的焊接性能。在本发明中钛含量需控制为0.010～0.020%。

硼：钢中加入硼元素能提高钢的淬透性，从而避免钢中铁素体的析出。在本技术方案中，添加硼元素是为了促进贝氏体的析出以提高钢板的强度。本发明中将硼的含量控制在0.0006～0.0018%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。在本技术方案的优选方案中，将钢中的钙含量控制在0.0015至0.0035%的范围之内。

相应地，本发明还提供了上述热轧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、轧制和轧后分段冷却，其中轧后分段冷却步骤采取水冷→空冷→水冷→空冷的方式进行。

进一步地，在上述的热轧低合金高强度钢板的制造方法中，当2.5mm≤钢板厚度＜5.0mm时，第一段水冷速度≥75℃/s，第一段空冷温度控制在650～695℃，第一段空冷时间为3～5s，第二段水冷速度≥50℃/s，第二段空冷温度为380～420℃，以获得微观组织为贝氏体的钢板。

进一步地，在上述的热轧低合金高强度钢板的制造方法中，当5.0mm≤钢板厚度≤8.0mm时，第一段水冷速度≥75℃/s，第一段空冷温度控制在650～695℃，第一段空冷时间为3～5s，第二段水冷速度≥50℃/s，第二段空冷温度控制在110～200℃，以获得微观组织为贝氏体+马氏体的钢板。

进一步地，在上述的热轧低合金高强度钢板的制造方法中，在轧后分段冷却步骤后还具有卷取步骤，卷取后的钢板空冷至室温。

进一步地，在上述的热轧低合金高强度钢板的制造方法中，在加热步骤中：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全部溶解。

进一步地，在上述的热轧低合金高强度钢板的制造方法中，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810～850℃。

在制造工艺方面，本技术方案采用了轧后分段冷却工艺，即水冷-空冷-水冷-空冷，并进一步地在冷却时严格控制冷却速度和温度精度，这是使得热轧低合金高强度钢板在2.5mm≤厚度＜5.0mm时形成贝氏体单相微观组织，在5.0mm≤厚度≤8.0mm时形成贝氏体+马氏体复相微观组织的关键所在，也是实现钢板强度级别的关键之处。

本技术方案利用钢板的相变强化及析出强化的效果，以水代金改变了热轧低合金高强度钢的成分体系，以相对较少的合金元素，使钢板获得了更好的强度、硬度、塑性、成形性及冷弯性等综合力学性能。具体来说，本发明所述的热轧低合金高强度钢板具有以下优点：

（1）屈服强度达到700MPa及以上；

（2）延伸率A₈₀≥10%；

（3）具有优良的塑性和冷弯性，及良好的焊接性和抗冲击性；

（4）由于不添加昂贵合金元素，因此生产成本低；

（5）制造方法相对简单。

附图说明

图1显示了本发明所述的热轧低合金高强度钢板的制造方法中主要工艺步骤与温度之间的关系。

图2显示了本发明所述的热轧低合金高强度钢板实施例1的微观组织。

图3显示了本发明所述的热轧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热轧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热轧低合金高强度钢板：

1）冶炼：转炉吹炼和真空脱气处理，控制各化学元素的配比如表1所示；

2）连铸成钢坯；

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810～850℃，轧制后的钢板厚度为2.5～8.0mm；

5）轧后分段冷却：采取水冷→空冷→水冷→空冷的分段式冷却方式，第一段水冷速度≥75℃/s，第一段空冷温度控制在650～695℃，空冷时间为3～5s，第二段水冷速度≥50℃/s，当2.5mm≤钢板厚度＜5.0mm时，第二段空冷温度（即终冷温度）控制在380～420℃，当5.0mm≤钢板厚度≤8.0mm时，第二段空冷温度（即终冷温度）控制在110～200℃；

6）卷取，卷取后空冷至室温。

表1显示了实施例1-5中的热轧低合金高强度钢板的各化学元素的质量百分配比。

表1.（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的各项工艺参数以及轧制后的钢板厚度。

表2.

表3显示了实施例1-5所涉及的热轧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中的热轧低合金高强度钢板的屈服强度＞700MPa，抗拉强度≥875MPa，延伸率A₈₀＞10%，横向冷弯（d=2a，180°）均合格。

图1显示了本发明所述的制造方法中主要工艺步骤与温度之间的关系。从图1中可以很明显地看出本技术方案中的分段冷却工艺分为第一段水冷，第一段空冷，接着在第二段水冷后存在两段温度曲线，其代表了不同钢板厚度的第二段空冷温度（也即终冷温度），最后将终冷后的钢板进行卷取。

图2显示了本案实施例1的热轧低合金高强度钢板的微观组织，图3显示了本案实施例5的热轧低合金高强度钢板的微观组织。从图2和图3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贝氏体单相微观组织，实施例5中的热轧低合金高强度钢板的最终微观组织为贝氏体+马氏体的双相微观组织。

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

1.一种热轧低合金高强度钢板，其特征在于，其化学元素质量百分含量为：

C：0.05～0.075%，

Si：0.15～0.30%，

Mn：1.85～1.95%，

Al：0.015～0.035%，

Nb：0.04～0.05%，

Ti：0.010～0.020%，

B：0.0006～0.0018%，

N：≤0.006%，

余量为Fe和其他不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的热轧低合金高强度钢板，其特征在于，还具有质量百分含量为0.0015～0.0035%的Ca。

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

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

5.如权利要求1或2所述的热轧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、轧制和轧后分段冷却；其中轧后分段冷却为水冷→空冷→水冷→空冷。

6.如权利要求5所述的热轧低合金高强度钢板的制造方法，其特征在于，当2.5mm≤钢板厚度＜5.0mm时，第一段水冷速度≥50℃/s，第一段空冷温度控制在650～695℃，第一段空冷时间为3～5s，第二段水冷速度≥75℃/s，第二段空冷温度为380～420℃，以获得微观组织为贝氏体的钢板。

7.如权利要求5所述的热轧低合金高强度钢板的制造方法，其特征在于，当当5.0mm≤钢板厚度≤8.0mm时，第一段水冷速度≥75℃/s，第一段空冷温度控制在650～695℃，第一段空冷时间为3～5s，第二段水冷速度≥50℃/s，第二段空冷温度控制在110～200℃，以获得微观组织为贝氏体+马氏体的钢板。

8.如权利要求5所述的热轧低合金高强度钢板的制造方法，其特征在于，在轧后分段冷却步骤后还具有卷取步骤，卷取后的钢板空冷至室温。

9.如权利要求5所述的热轧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。

10.如权利要求5所述的热轧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810～850℃。