CN103484764A - Ti析出强化型超高强热轧薄板及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种Ti析出强化型超高强热轧薄板，其化学成分包括：C：0.07-0.12wt%，Si：0.1-0.3wt%，Mn：1.0-2.0wt%，P：0-0.01wt%，S：0-0.003wt%，Al：0.02-0.05wt%，Ti：0.15-0.20wt%，B：0.0010-0.0020，余量为Fe及不可避免杂质。本发明还提供了一种生产上述Ti析出强化型超高强热轧薄板的方法，本发明提供的Ti析出强化型超高强热轧薄板及其生产方法，在生产工艺上充分利用了TiC的析出强化，提高热轧板屈服强度和抗拉强度，且在较低的强度条件下，钢内应力小，板型控制较易，板型良好。

Description

Ti析出强化型超高强热轧薄板及其生产方法

技术领域

本发明涉及轧钢技术领域，特别涉及一种Ti析出强化型超高强热轧薄板及其生产方法。

背景技术

近年来，Ti作为析出强化元素在热轧高强钢中得到广泛应用，当热轧钢板的抗拉强度超过900MPa时，在工业热轧过程中难以控制板型，因此，对于这种抗拉强度900MPa级以上的高强钢，国际市场以调质产品为主。

目前调质方式存在以下缺点：合金成本高，生产效率低，工艺成本高，成形性能差。由此，Ti在高强钢中的应用遇到了瓶颈。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能降低合金成本，板型好，钢材的冷成形性能高的Ti析出强化型超高强热轧薄板及其生产方法。

本发明的一个方面，提供了一种Ti析出强化型超高强热轧薄板，其化学成分包括：C：0.07-0.12wt%，Si：0.1-0.3wt%，Mn：1.0-2.0wt%，P：0-0.01wt%，S：0-0.003wt%，Al：0.02-0.05wt%，Ti：0.15-0.20wt%，B：0.0010-0.0020，余量为Fe及不可避免的杂质。

进一步地，上述Ti析出强化型超高强热轧薄板，其化学成分还包括以下的一种或几种：

Ni：0.1-0.5wt%，Cr：0.3-0.8wt%，Mo:0.2-0.5wt%，Cu:0.1-0.5wt%，Ca：0.005-0.03wt%，[N]：0-0.004wt%。

本发明的另一个方面，提供一种生产上述Ti析出强化型超高强热轧薄板的方法，包括：

将铁水经过转炉、电炉或感应炉冶炼获得半钢水，

将所述半钢水通过连铸获得权利要求1或2所述成分的铸坯，或通过模铸获得权利要求1或2所述成分的铸锭；

将所述铸坯或铸锭进行加热，加热温度为：1150-1350℃，保温1-5h，以保证80%的Ti实现固溶，再经过再结晶和未再结晶两个阶段轧制获得热轧板；

将所述热轧板进行层流冷却后卷取获得热轧卷；

将所述将热轧卷开平后，上热矫机矫平获得成品。

进一步地，所述再结晶阶段轧制温度≥1000℃，道次变形量控制在15%-30%，积累变形量控制在50-70%；所述未再结晶阶段轧制温度为980-820℃，积累变形量30-50%。

进一步地，将所述热轧板进行层流冷却时，先以30-50℃/s的冷速将所述热轧板冷至550-650℃，且空气中冷却2s-8s，以保证10%左右的针状铁素体生成，再以40-60℃/s的冷速快将所述热轧板冷至300-450℃，以保证贝氏体组织生成。

进一步地，将所述将热轧卷开平，加热至590-630℃，保温30-50min后，经过热矫机矫平获得成品。

本发明提供的Ti析出强化型超高强热轧薄板及其生产方法，通过对成分的有效改进，在C-Si-Mn-Ti-B的基础上选择性添加少量的1到2种贵重合金，合金成本较低，在生产工艺上充分利用了TiC的析出强化，提高热轧板屈服强度和抗拉强度，同时在热轧时采用层流冷却方式进行冷却，抑制TiC的析出，随后在贝氏体区内卷取，此时，钢板屈服强度在700MPa左右，较低的强度条件下，钢内应力小，板型控制较易，板型良好，此外，使得钢材的成形性能良好。

附图说明

图1为本发明实施例提供的Ti析出强化型超高强热轧薄板金相组织示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种Ti析出强化型超高强热轧薄板，其化学成分包括：

C：0.07-0.12wt%，Si：0.1-0.3wt%，Mn：1.0-2.0wt%，P：0-0.01wt%，S：0-0.003wt%，Al：0.02-0.05wt%，Ti：0.15-0.20wt%，B：0.0010-0.0020，余量为Fe及不可避免杂质。

本发明主要合金元素的作用如下：

碳：碳是提高材料强度最经济有效的元素，能有效提高钢材的强度；但碳含量过高，也导致钢材焊接性能、韧性和冷弯性能的下降。为了使钢材具有良好的综合机械性能，本发明采用的碳含量为0.07-0.12wt%。

硅：硅为固溶强化元素，同时还能够促进奥氏体中碳的扩散，从而促进针状铁素体的相变。但是添加硅含量过高，一方面会对钢材表面质量产生影响，另一方面会增加组织中的针状铁素体，使强度降低，本发明添加硅含量为0.10%～0.30%。

锰：锰具有固溶强化作用，同时提高材料淬透性，是提高材料强度的重要元素之一。但锰含量超过2.00%时很容易产生偏析，同时淬透性的提高降低材料韧性，同时本发明添加较多的碳、钛保证了材料具有足够的淬透性，本发明添加锰含量为1.00%～2.00%。

硫和磷：硫和磷是杂质元素，硫含量过高会产生夹杂，磷含量过高会产生偏析，对材料的疲劳寿命产生不利影响。由于此类钢材可应用于起重机吊臂或者其他汽车部件上，对疲劳性能要求较高，本发明限定了硫含量应控制在0.003%以内，磷含量应控制在0.01%以内。

铝：铝为脱氧元素，在钢中作为残余元素存在。本发明限定了铝含量为0.02%～0.05%。

硼：添加一定量的B显著提高材料的淬透性，保证在线冷却过程中可以在较小的冷速下得到理想的组织。替代贵重合金元素的应用以降低成本。当B添加量大于20ppm时，即使保温条件下也难以避免铸坯存放时产生裂纹；当B添加量小于10ppm时，难以保证有足够的酸溶硼提高淬透性，本发明中添加B含量10-20ppm。

钛：添加0.03%以下的钛具有细晶强化作用，添加钛含量大于0.03%时不仅具有细晶强化作用，还有提高淬透性和析出强化作用。Ti与C结合成为碳化钛，纳米尺寸的碳化钛可以提高强度200-300MPa。基于本发明的碳含量，为了实现最优碳钛比，选择钛含量范围0.15-0.20%。

除上述成分外，本发明实施例提供的Ti析出强化型超高强热轧薄板也可以在以上基础上添加下述一种或多种元素，Ni：0.1-0.5wt%，Cr：0.3-0.8wt%，Mo:0.2-0.5wt%，Cu:0.1-0.5wt%，Ca：0.005-0.03wt%，[N]：0.-0.004wt%。

镍、铬、钼、铜均具有固溶强化作用。此外，镍能通过增加钢材变形中的滑移面提高钢材的塑性;钼能抑制磷元素的偏析，并与碳化钛结合提高纳米析出相的热稳定性，铜也具有析出强化作用。但这些元素较贵重，含量过高一方面会造成成本大大增加，另外一方面，本发明中硼的添加带来的强化效应已经很明显，在此基础上如果贵重合金添加过量会造成韧性和成形性能下降。因此，本发明中也可以添加这些贵重合金的一种或多种，以弥补强度或者塑性的不足。氮是炼钢过程中产生的残量。

镍有固溶强化作用，此外能通过增加滑移面有效提高钢的塑性，通常钢中添加Ni是为了提高钢的塑性，考虑到钢的成本及其对钢的强化作用，本发明中如果添加镍，范围将控制在0.1-0.5%。铬有固溶强化和提高淬透性作用，铬添加量过高容易造成拉伸分层和韧性下降，本发明中如果添加铬考虑范围是0.3-0.8%。钼含量过高，一方面成本过高，另一方面对钢的成形性不利，本发明如果添加钼，范围将控制在0.2-0.5%。铜是稳定的析出强化元素，弥补Ti纳米级析出量不足，考虑到成本，本发明如果添加铜，范围将控制在0.1-0.5%。氮是冶炼过程中的残量，会与钢中的B结合生成BN，还会与钢中的钛结合生成较大尺寸的TiN，因此，应严格控制钢中的氮含量在40ppm以下。

采用上述化学成分组合，可以实现屈服强度900MPa级以上高强钢的热连轧和低成本，并保证高强钢的良好的板型和使用过程中的冷成形性。

本发明提供的一种生产上述Ti析出强化型超高强热轧薄板的方法，包括：

步骤S1：将铁水经过转炉、电炉或感应炉冶炼获得的半钢水。

步骤S2：将所述半钢水通过连铸获得铸坯，或通过模铸获得铸锭。

所述铸坯或铸锭的化学成分质量百分比为：C：0.07-0.12wt%，Si：0.1-0.3wt%，Mn：1.0-2.0wt%，P：0-0.01wt%，S：0-0.003wt%，Al：0.02-0.05wt%，Ti：0.15-0.20wt%，B：0.0010-0.0020，余量为Fe及不可避免杂质。也可以在此基础上增加下述一种或多种元素：Ni：0.1-0.5wt%，Cr：0.3-0.8wt%，Mo:0.2-0.5wt%，Cu:0.1-0.5wt%，Ca：0.005-0.03wt%，[N]：0.002-0.005wt%。

步骤S3：将所述铸坯或铸锭进行加热，加热温度为：1150-1350℃，保温1-5h，以保证80%的Ti实现固溶，再经过再结晶和未再结晶两个阶段轧制获得热轧板。

再结晶区在高温阶段，本阶段轧制抗力较小，应采用大变形量，一方面降低能耗，另一方面使奥氏体晶粒在该阶段得到充分细化。再结晶和未再结晶区中间有混晶区，应避免在混晶区轧制，造成最终的组织不均匀。该成分体系的混晶区范围是1000℃-980℃。未再结晶区的轧制目的是使晶粒产生拉长变形，并增加位错，晶界和位错都是新相形核的核心，形核点增加，从而随后的针铁和贝氏体组织都得到细化。

再结晶阶段轧制温度≥1000℃，道次变形量控制在15%-30%，积累变形量控制在50-70%；所述未再结晶阶段轧制温度为980-820℃，积累变形量30-50%。

步骤S4：将所述热轧板进行层流冷却后卷取获得热轧卷。

将所述热轧板进行层流冷却时，先以30-50℃/s的冷速将所述热轧板冷至550-650℃，且空气中冷却2s-8s，以保证10%左右的针状铁素体生成，再以40-60℃/s的冷速快将所述热轧板冷至300-450℃，以保证贝氏体组织生成。

针状铁素体的生成保证了钢的冷成形性能，同时针铁相变过程中促进碳向奥氏体中扩散，奥氏体中碳含量增加，贝氏体相变时强度增加。冷却过程中，“先以30-50℃/s的冷速将所述热轧板冷至550-650℃”，30-50℃/s的冷速能够抑制钛的碳氮化物析出，同时保证原始奥氏体晶粒细化；“空气中冷却2s-8s，以保证10%左右的针状铁素体生成”，该过程中会有少量钛的纳米级析出产生。“再以40-60℃/s的冷速快将所述热轧板冷至300-450℃“，保证得到细化贝氏体的同时，也抑制了含钛纳米析出相的析出和长大。即在此过程中只保证目标组织的实现，但抑制了含钛的纳米析出强化。使钢在此时屈服强度和抗拉强度比较低，有利于板型的控制。

步骤S5：将所述将热轧卷开平，加热至590-630℃，保温30-50min后，经过热矫机矫平获得成品。成品为开平板，平坦度为2，屈服强度900MPa以上，并具有良好的成形性能，d=2a，180°时合格。“加热至590-630℃，保温30-50min“，该温度区间是碳化钛能够充分析出的温度区间，保温30-50min能保证碳化钛在该温度区间析出充分，并且尺寸保持在纳米级别，将析出强化作用发挥到极致，此时，屈服强度能提高200-350MPa，抗拉强度能提高100-200MPa。

本发明提供的Ti析出强化型超高强热轧薄板及其生产方法，通过对成分的有效改进，在C-Si-Mn-Ti-B的基础上选择性添加少量的1到2种贵重合金，合金成本较低，在生产工艺上充分利用了TiC的析出强化，提高热轧板屈服强度和抗拉强度，同时在热轧时采用分段冷却，终轧后快冷，抑制TiC的析出，随后在贝氏体区内卷取，此时，钢板屈服强度在700MPa左右，较低的强度条件下，钢内应力小，板型控制较易，板型良好，此外，使得钢材的成形性能良好。

下面通过具体实施例对本发明进行进一步说明。

实施例一：

本发明实施例提供的Ti析出强化型超高强热轧薄板，其成分体系如表1所示，轧制工艺如表2所示，热轧后的力学性能如表3所示，开平并热矫后的力学性能如表4所示。

表1实验钢成分（质量分数，%）

实施例	C	Si	Mn	P≤	S≤	Ti	B	Alt	Ni	Mo	Cr	Cu
													1	0.07	0.24	1.9	0.01	0.003	0.20	0.0017	0.03	0.40	-	-	-
2	0.09	0.20	1.8	0.01	0.003	0.18	0.0014	0.03	0.30	-	-	-
													3	0.12	0.14	1.5	0.01	0.003	0.15	0.0010	0.03	0.20	-	-	-
4	0.10	0.30	1.7	0.01	0.003	0.16	0.0012	0.024	-	0.35	-	-
													5	0.08	0.30	1.6	0.01	0.003	0.18	0.0013	0.032	-	-	0.60	-
6	0.11	0.22	1.3	0.01	0.003	0.19	0.0016	0.033	-	-	-	0.40

表2热轧工艺

表3热轧卷力学性能和平坦度

表4开平热处理后实验钢力学性能和平坦度

实施例	Rp0.2，MPa	Rm，MPa	A，%	d=2a，180°	平坦度，mm
						1	900	980	28	合格	2
2	920	950	33	合格	2
						3	960	970	29	合格	2
4	930	960	27	合格	2
						5	940	990	28	合格	2
6	910	970	29	合格	2

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种Ti析出强化型超高强热轧薄板，其特征在于，其化学成分包括：

C：0.07-0.12wt%，Si：0.1-0.3wt%，Mn：1.0-2.0wt%，P：0-0.01wt%，S：0-0.003wt%，Al：0.02-0.05wt%，Ti：0.15-0.20wt%，B：0.0010-0.0020，余量为Fe及不可避免杂质。

2.如权利要求1所述的Ti析出强化型超高强热轧薄板，其特征在于，其化学成分还包括以下的一种或几种：

Ni：0.1-0.5wt%，Cr：0.3-0.8wt%，Mo:0.2-0.5wt%，Cu:0.1-0.5wt%，Ca：0.005-0.03wt%，[N]：0-0.004wt%。

3.一种生产如权利要求1或2所述的Ti析出强化型超高强热轧薄板的方法，其特征在于，包括：

将铁水经过转炉、电炉或感应炉冶炼获得半钢水，

将所述半钢水通过连铸获得权利要求1或2所述成分的铸坯，或通过模铸获得权利要求1或2所述成分的铸锭；

将所述铸坯或铸锭进行加热，加热温度为：1150-1350℃，保温1-5h，以保证80%的Ti实现固溶，再经过再结晶和未再结晶两个阶段轧制获得热轧板；

将所述热轧板进行层流冷却后卷取获得热轧卷；

将所述将热轧卷开平后，上热矫机矫平获得成品。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：

所述再结晶阶段轧制温度≥1000℃，道次变形量控制在15%-30%，积累变形量控制在50-70%；所述未再结晶阶段轧制温度为980-820℃，积累变形量30-50%。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于：

将所述热轧板进行层流冷却时，先以30-50℃/s的冷速将所述热轧板冷至550-650℃，且空气中冷却2s-8s，以保证10%左右的针状铁素体生成，再以40-60℃/s的冷速快将所述热轧板冷至300-450℃，以保证贝氏体组织生成。

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于：

将所述将热轧卷开平，加热至590-630℃，保温30-50min后，经过热矫机矫平获得成品。

Images