CN103451520A - 一种q345工程用钢及其生产方法 - Google Patents

Abstract

一种Q345工程用钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.15～0.18%，Si：0.2～0.5%，Mn：1.25～1.45%，P≤0.03%，S≤0.03%，Als：0.015～0.06%；生产步骤：转炉冶炼并连铸成坯；对连铸坯加热；轧制，先进行宽展，再进行纵向轧制；冷却；进行矫直、精整。本发明在其仅以C、Si、Mn、Al为最基本元素下，其性能完全满足GB/T1591-2008标准要求，且塑性和韧性性还有较大的富余量，钢板的温度冲击符合E级板冲击要求，即屈服强度≥360Mpa，抗拉强度≥520Mpa，延伸率A≥25%，0℃以上温度平均冲击功不低于133J，且冷弯合格，并且生产流程短、能源消耗少，生产成本大大降低。

Description

一种Q345工程用钢及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种工程用钢及其生产方法，具体地属于一种Q345工程用钢及其生产方法。

背景技术

常规的低合金钢一般通过添加Nb、V等合金元素来达到晶粒细化和性能强化。随着钢铁行业进入微利时代，减量化生产势在必行。开发新一代钢铁生产工艺流程，提出在其主要环节的材料加工过程中，应实现添加合金元素减量化、在不添加或少添加合金元素的条件下，生产出高性能的钢材。国内高强度钢种的生产已经开始采用减量化的轧制工艺，从Q235向Q345的升级研究已经成熟，在工厂试轧成功并生产。

为了降低生产成本，不添加低合金化学成分中的合金Nb、V，仅依靠C、Mn达到钢板性能要求。但是由于合金元素的降低，会使钢板屈服、抗拉性能降低。武钢集团鄂钢4300mm宽厚板厂借助轧机先进工艺设备，通过不添加合金V，适当调整化学成分中的C、Mn含量，优化控轧控冷工艺，生产出质量优异的低合金钢板。

经检索，专利号为CN 1643174A“低合金钢”和专利号为CN 102899556 A“一种低合金中厚板的生产方法”分别对低合金系列钢的生产技术进行了公开，但是涉及的钢板实际化学成分合金元素有Nb、V、B、Ti、Mo等，成本昂贵；湘钢对于16mm及以下Q345D钢板不仅添加合金元素Nb，而且轧制工艺仍然采用控制轧制，导致炼钢和轧钢成本双重增加。

发明内容

本发明的目的在于在保证Q345的力学性能的前提下，提供一种不添加低合金化学成分中的Nb、V等微合金元素，仅依靠C、Mn达到钢板性能要求的Q345工程用钢及其生产方法。

实现上述目的的措施：

一种Q345工程用钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.15～0.18%，Si：0.2～0.5%，Mn：1.25～1.45%，P≤0.03%，S≤0.03%，Als：0.015～0.06%，其余为Fe及不可避免的杂质，并满足：CEV≤0.44%。

生产一种Q345工程用钢的方法，其步骤：

1）转炉冶炼并连铸成坯；

2）对连铸坯加热，控制加热温度在1150～1190℃，均热时间不低于30min，加热速率控制在8～11min/cm;

3) 进行轧制，先进行宽展，再进行纵向轧制；

当产品的厚度≤16mm时，控制其开轧温度不低于1070℃，平均道次压下率不低于15%，控制终轧温度在900～950℃；

当产品的厚度大于16mm时，粗轧进行分段轧制，控制其第一阶段开轧温度不低于1070℃，控制其第二阶段开轧温度在890～950℃，中间坯厚度按照成品板厚的2~4倍控制，控制精轧终轧温度在820～850℃；

4）进行冷却，当产品厚度≤20mm时，采用常规空冷即可；

当产品厚度大于20mm时，采用二次冷却方式冷却；冷却速度为3~8℃/S，返红温度控制在600～660℃；

5）进行矫直、精整。

本发明中各元素及主要工序的作用：

C：C用于提高钢板强度和淬火性，当C含量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此Q345工程用钢，含碳量一般不超过0.20%。

Si：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，但是如果Si含量超过0.5%，会降低钢的韧性和焊接性能，优选含量为0.2～0.5%。

Mn：是良好的脱氧剂和脱硫剂，工业用钢中一般均含有一定量的Mn。在碳素钢中加入0.70%以上Mn，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能。

P：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏，因此规定钢中含P量小于0.03%，并且P含量越低越好。

S：硫在通常情况下也是有害元素，使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在实际轧制时易造成裂纹；而且钢种硫化物夹杂影响钢的各向异性，对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性，所以要求S含量小于0.03%。

Als：铝是钢中常用的脱氧剂，文献表明：当Als在0.015%～0.030%的范围时，可以有效地降低钢种氧含量，提高钢的纯净度；另外钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性。

CEV：把钢中合金元素（包括碳）的含量按其作用换自成碳的相当含量，称为该种钢材的碳当量，可作为评定钢材焊接性的一种参考指标。碳钢中的元素除C外，主要是Mn和Si，它们的含量增加，焊接性变差，但其作用不及碳强烈。国际焊接学会推荐的碳当量公式为 CE(IIW)%=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15。对于Q345工程用钢，CEV优选0.44%以下。            

按照产品厚度进行不同轧制工艺的目的：

对于产品的厚度≤16mm采用普通轧制，主要目的是通过对加热粗化的初始奥氏体晶粒反复变形—再结晶，使之细化，并从γ→α相变后得到细小的α晶粒。在这种变形机制中，道次变形量对奥氏体再结晶晶粒的大小具有主要的影响。如果道次压下量较小，不足以使钢板被轧透，那么在钢板表面将发生奥氏体的再结晶过程，而内部原始晶粒非但没有被细化反而继续生长，导致由于钢板内外晶粒尺寸大小不一而出现混晶现象。所以在轧制的过程中，道次压下量要足够大，减少在奥氏体部分再结晶区的轧制道次。

对于16mm以上钢板采用常规的两阶段控制轧制，即奥氏体完全再结晶区域轧制阶段（粗轧）和奥氏体未再结晶区域轧制阶段（精轧）；中间坯厚度为成品厚度的2～4倍。一阶段轧制在1070℃以上进行，即在奥氏体再结晶区变形，晶粒不断细化；二阶段开轧温度要控制在890～950℃，即在奥氏体未再结晶区变形，变形后的奥氏体晶粒将不再发生再结晶。此时，随着压下量的增加，奥氏体晶粒将沿着轧制方向被压扁拉长，同时晶粒内部产生大量的变形带以及大量的位错、亚结构。钢板终轧温度控制在820～850℃，当轧制结束后发生γ→α相变时，在未变形的奥氏体晶界和变形带上都将产生形核点，这样就使形核点增多，从而使相变后的铁素体晶粒更加细化，使产品具有较好的拉伸性能，较好的低温韧性及焊接性能。

按照产品厚度进行不同冷却的目的：

轧后控制冷却是为了改善钢材的组织状态，细化奥氏体组织，阻止或延迟碳、氮化物在

冷却过程中过早析出，使其在铁素体中弥散析出，提高强度，同时减小珠光体团的尺寸，细化珠光体片层间距，改善钢材的综合力学性能。对于20mm以下钢板，由于钢板长度较长，温降快，钢板表面温度较低，采用常规空冷即可获得珠光体和铁素体组织；对于20mm以上钢板，须控制钢板冷却速率，达到既定冷却相变点，获得珠光体和铁素体组织。

本发明与现有技术相比，在其仅为C、Si、Mn、Al最基本元素下，其性能完全满足GB/T1591-2008标准要求的前提下，塑性和韧性性还有较大的富余量，钢板的温度冲击符合E级板冲击要求，即屈服强度≥360Mpa，抗拉强度≥520Mpa，延伸率A≥25%， 0℃以上温度平均冲击功不低于133J，且冷弯合格，并且生产流程短、能源消耗少，生产成本大大降低。

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述：

表1为本发明各实施例及对比例的取值列表；

表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表；

表3为本发明各实施例及对比例性能监测情况列表。

本发明各实施例按照以下步骤生产：

1）转炉冶炼并连铸成坯；

2）对连铸坯加热，控制加热温度在1150～1190℃，均热时间不低于30min，加热速率控制在8～11min/cm;

3) 进行轧制，先进行宽展，再进行纵向轧制；

当产品的厚度≤16mm时，控制其开轧温度不低于1070℃，平均道次压下率不低于15%，控制终轧温度在900～950℃；

当产品的厚度大于16mm时，粗轧进行分段轧制，控制其第一阶段开轧温度不低于1070℃，控制其第二阶段开轧温度在890～950℃，中间坯厚度按照成品板厚的2~4倍控制，控制精轧终轧温度在820～850℃；

4）进行冷却，当产品厚度≤20mm时，采用常规空冷即可；

当产品厚度大于20mm时，采用二次冷却方式冷却；冷却速度为3~8℃/S，返红温度控制在600～660℃；

5）进行矫直、精整。

表1 本发明各实施例及对比例冶炼化学成分（Wt％）

表2    本发明各实施例及对比例主要工艺参数取值列表（一）

表2  本发明各实施例及对比例主要工艺参数取值列表（二）

表3   本发明各实施例及对比例性能监测情况列表

从表3可以看出，钢板的力学性能均符合GB/T1591-2008标准要求，塑性和韧性性还有较大的富余量，而且成分和工艺调整前后性能没有明显波动。整体比较，屈服强度富余量在35～70Mpa，抗拉强度富余量55～90Mpa，伸长率富余量7%～11%，20℃冲击富余量130～190J。对12～30mm规格试验钢板做了20℃、0℃、-20℃系列温度冲击，钢板的温度冲击符合E级板冲击要求，即屈服强度≥360Mpa，抗拉强度≥520Mpa，延伸率A≥25%， 0℃以上温度平均冲击功不低于133J，且冷弯合格。

上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。

Claims (2)

1.一种Q345工程用钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.15～0.18%，Si：0.2～0.5%，Mn：1.25～1.45%，P≤0.03%，S≤0.03%，Als：0.015～0.06%，其余为Fe及不可避免的杂质，并满足：CEV≤0.44%。

2.生产如权利要求1所述的一种Q345工程用钢的方法，其步骤：

1）转炉冶炼并连铸成坯；

2）对连铸坯加热，控制加热温度在1150～1190℃，均热时间不低于30min，加热速率控制在8～11min/cm;

3) 进行轧制，先进行宽展，再进行纵向轧制；

当产品的厚度≤16mm时，控制其开轧温度不低于1070℃，平均道次压下率不低于15%，控制终轧温度在900～950℃；

当产品的厚度大于16mm时，粗轧进行分段轧制，控制其第一阶段开轧温度不低于1070℃，控制其第二阶段开轧温度在890～950℃，中间坯厚度按照成品板厚的2~4倍控制，控制精轧终轧温度在820～850℃；

4）进行冷却，当产品厚度≤20mm时，采用常规空冷即可；

当产品厚度大于20mm时，采用二次冷却方式冷却；冷却速度为3~8℃/S，返红温度控制在600～660℃；

5）进行矫直、精整。