CN103484764B - 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

[0001] 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

[0002] 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 以上的尚强钢，国际市场以调质广品为主。

[0003]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

[0004] 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。

[0005] 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. Owt%，P :0-0• Olwt%，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。

[0006] 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：

[0007] 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%。

[0008] 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：

[0009] 将铁水经过转炉、电炉或感应炉冶炼获得半钢水，

[0010] 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；

[0011] 将所述铸坯或铸锭进行加热，加热温度为：1150-1350°C，保温l_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；

[0012] 将所述热轧板进行层流冷却后卷取获得热轧卷；

[0013] 将所述将热轧卷开平后，上热矫机矫平获得成品。

[0014]进一步地，所述再结晶阶段轧制温度彡1000°C，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°C，积累变形量30-50%。

[0015] 进一步地，将所述热轧板进行层流冷却时，先以30-50°C /s的冷速将所述热轧板 冷至550-650°C，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°C /s 的冷速快将所述热轧板冷至300-450°C，以保证贝氏体组织生成。

[0016]进一步地，将所述将热轧卷开平，加热至590-630°C，保温30-50min后，经过热矫 机矫平获得成品。

[0017] 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

[0018] 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

[0019] 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：

[0020] C ：0. 07-0. 12wt°/〇, Si ：0. l-〇. 3wt%,Mn ：1. 0-2. 0wt%,P ：〇-〇. Olwt%, S ：〇-〇. 003wt°/〇, 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。

[0021] 本发明主要合金元素的作用如下：

[0022] 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〇. 07-0. 12wt%。

[0023] 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%。

[0024] 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. 〇〇%~2. 00%。

[0025] 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〇. 003%以内，磷含量应控制在0. 01% 以内。

[0026] 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%〇

[0027] 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IOppm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。

[0028] 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%〇

[0029] 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%。

[0030] 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。

[0031] 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。

[0032] 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。

[0033] 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：

[0034] 步骤Sl:将铁水经过转炉、电炉或感应炉冶炼获得的半钢水。

[0035] 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。

[0036] 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. Owt%，P :〇-〇• Olwt%，S :〇-〇• 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%〇

[0037] 步骤S3:将所述铸坯或铸锭进行加热，加热温度为：1150-1350°C，保温l_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。

[0038] 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l〇〇〇°C -980°c。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。

[0039] 再结晶阶段轧制温度多1000°C，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°C，积累变形量30-50%。

[0040] 步骤S4 :将所述热轧板进行层流冷却后卷取获得热轧卷。

[0041] 将所述热轧板进行层流冷却时，先以30-50 °C /s的冷速将所述热轧板冷至 550-650°C，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°C /s的冷 速快将所述热轧板冷至300-450°C，以保证贝氏体组织生成。

[0042] 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°C / s的冷速将所述热轧板冷至550-650°C"，30-50°C /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°C /s的冷速快将所述热轧板冷至 300-450°C "，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。

[0043] 步骤S5 :将所述将热轧卷开平，加热至590-630°C，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°C，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〇

[0044] 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。

[0045] 下面通过具体实施例对本发明进行进一步说明。

[0046] 实施例一：

[0047] 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，乳 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。

[0048] 表1实验钢成分(质量分数，％)

[0049]

[0050] 表2热轧工艺

[0057] 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 (4)

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. 08-0. 12wt %, Si ：0. 1-0. 3wt % , Mn ： I. 0-2. Owt %,P：〇-〇. Olwt%,S：0-0• 003wt%，Al :0• 02-0. 05wt%，Ti :0• 15-0. 20wt%，B :0• 0010-0. 0020,余量为 Fe、不可 避免杂质及以下化学成分的一种或几种： Ni ：0. 1-0. 5wt%,Cr ：0. 3-0. 8wt %, Mo :0. 2-0. 5wt%,Cu :0. l-〇. 5wt%, Ca：0.005-0.03wt%，[N] :0-0.004wt%。

2. -种生产如权利要求1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所述成分的铸坯，或通过模铸获得权利要求1 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°C，保温l_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； 将所述热轧卷开平，加热至590-630°C，保温30-50min后，经过热矫机矫平获得成品。

3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于： 所述再结晶阶段轧制温度多1000°C，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°C，积累变形量30-50%。

4. 如权利要求2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°C /s的冷速将所述热轧板冷至550-650°C， 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°C /s的冷速快将所述 热轧板冷至300-450°C，以保证贝氏体组织生成。