CN103484768B

CN103484768B - 一种长度≥30m的高强工程用钢板及生产方法

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Publication number: CN103484768B
Application number: CN201310457569.6A
Authority: CN
Inventors: 王世森; 余宏伟; 李德发; 张云燕; 卜勇; 熊涛; 陈勇; 洪君
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Current assignee: Baowu Group Echeng Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2013-09-30
Publication date: 2016-03-09
Anticipated expiration: 2033-09-30
Also published as: CN103484768A

Abstract

一种长度≥30m的高强工程用钢板，其组分及重量百分比含量为：C：0.07~0.11%、Si：0.25~0.50%、Mn：1.30~1.50%、P：≤0.020%、S：≤0.010%、Nb+Ti：0.05~0.08%、B：0.0007～0.0020%、Als：0.015~0.05%；生产步骤：冶炼并连铸成坯；对铸坯加热；采用TMCP工艺轧制；分四段进行冷却；进行矫直；空冷至室温；进行回火处理。本发明由于采用TMCP+回火生产，从而解决厚度为10~20mm，成品长度≥30m，单张重量8～12吨的钢板在生产过程中质量不稳定的问题，与国内外同等屈服强度级别钢种相比，-40℃冲击功≥200J，适用于制造在极端寒冷环境中工作的大型钢铁机械设备，并由于大大减少贵重合金的加入，使生产成本降低。

Description

一种长度≥30m的高强工程用钢板及生产方法

技术领域

本发明涉及一种工程用钢及其生产方法，具体地属于一种长度≥30m的高强工程用钢板及生产方法。

背景技术

随着我国经济的飞速发展，工程机械向大型化、轻型化发展，对工程机械钢板的需求越来越大。由于工程机械使用条件复杂，结构受力复杂，要求采用的钢板具有高强度，高韧性外，对于使用在极寒气候下的工程机械，还要求具有低温冲击韧性高等特点。目前Q460～Q690高强度已广泛使用于矿山机械、工程机械、港口机械等领域，在当前的高强度单张钢板生产中，已经实现通过TMCP工艺实施，代替传统的调质工艺，从而降低生产成本、减少能源消耗、提高生产效率，其不足在于为得到贝氏体组织，对生产过程中各工艺参数，如加热温度、各阶段轧制温度、压下率及轧后冷却参数等均有较严格的要求，工艺窗口较窄，尤其对于薄规格超长大单重钢板，主要问题在于钢板沿轧制方向温度均匀性较差，造成了钢板沿轧制方向性能差别很大，且单纯采用TMCP工艺生产薄规格（10-20mm）超长钢板板形合格率较低。

在本发明之前，国内有550-700MPa级高强度钢板的报道较多。如中国专利申请号为：201010237136.6的专利文献，公开了“一种600MPa级别高强度工程机械用钢及其生产方法”，其化学成分按照重量百分比为：C：0.06-0.09%、Si：0.15-0.25%、Mn：1.4-1.6%、P：≤0.020%、S：≤0.010%、Alt：0.020-0.060%、Nb：0.040-0.060%、Ti：0.09-0.12%，其余为Fe。其生产方法为两阶段控制轧制+层流水冷却的热轧卷生产方式。与本发明的不同之处在于：生产方法不同，且钢中加入较多的Ti，含量达到0.09-0.12%，其成本较高，且对钢的焊接性能不利。

中国专利申请号为：200810010899.X的专利文献，公开了“一种600MPa级热轧薄钢板及其制造方法”，其化学成分按照重量百分比为：C：0.02-0.09%、Si：0.1-0.35%、Mn：0.20-0.90%、P：≤0.040%、S：≤0.005%、Ni：≤0.20%、Cu：0.20-0.40%、Cr：0.30-0.45%、Als：0.005-0.050%、Ca：0.0005-0.005%、Ti：0.02-0.15%，且含有Nb：0-0.070%、Bs：0-0.003%中的一种或一种以上，其余为Fe。其发明方法所述钢连铸成120-300mm板坯后，采用控轧控冷工艺生产。其不足之处在于：添加了贵重合金Ni、Cu、Cr等，增加了生产成本，且生产的钢板的长度不超过20m。

中国专利申请号为：200710093978.7的专利文献，公开了一种“屈服强度550MPa级低裂纹敏感性钢板及其制造方法”，其化学成分按照重量百分比为：C：0.005-0.04%、Si：0.4-0.70%、Mn：1.40-1.85%、Cr：≤0.20%、Mo：≤0.20%、Cu：≤0.30%、Nb：0.04-0.08%、Al：0.02-0.06%、Ti：0.004-0.030%、Bs：0.0005-0.0020%，其余为Fe。其采用控轧和冷却技术，获得了以细化的贝氏体为主的基体组织，屈服强度大于550MPa、抗拉强度大于670MPa、夏比冲击功Akv（-20℃）≥150J的钢板。其不足在于：添加了贵重合金Mo、Cu、Cr等，增加了生产成本，且生产的钢板的长度不超过20m。

中国专利申请号为：201110074144.8的专利文献，公开了“一种屈服强度550MPa低碳贝氏体工程机械用钢及其制备方法”，其化学成分按照重量百分比为：C：0.05-0.10%、Si：0.2-0.50%、Mn：1.50-1.80%、S：≤0.010%、P：≤0.018%、Cr：0.20-0.50%、Mo：≤0.10%、Nb：≤0.10%、Al：0.015-0.050%、Ti：0.010-0.040%、Bs：0.0010-0.0020%，其余为Fe。其制造方法为经铁水预处理、复吹转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、板坯连铸，通过调整部分元素含量、微合金化处理、TMCP工艺生产、生产出具有高强度、低温韧性良好的贝氏体工程机械用钢。其不足在于：添加了贵重合金Mo、Cr等，增加了生产成本，且生产的钢板的长度不超过20m。。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种钢板厚度规格范围为10~20mm，成品长度≥30m，R_eL≥550~700MPa，R_m≥670~850MPa，延伸率A≥18%，-40℃Akv≥200J的工程用钢板及其生产方法。

实现上述目的的措施：

一种长度≥30m的高强工程用钢板，其组分及重量百分比含量为：C：0.07~0.11%、Si：0.25~0.50%、Mn：1.30~1.50%、P：≤0.020%、S：≤0.010%、Nb+Ti：0.05~0.08%、B：0.0007～0.0020%、Als：0.015~0.05%，其余为Fe和微量杂质元素，并满足Pcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Mo/15+Ni/60+V/10+5B≤0.22%；力学性能：屈服强度在550~700MPa，抗拉强度670~850MPa，延伸率A≥18%，-40℃Akv≥200J，成品长度≥30m，钢板厚度在10~20mm。

生产一种长度≥30m的高强工程用钢板的方法，其步骤：

1）冶炼并连铸成坯；

2）对铸坯加热，控制均热温度在1160～1250℃，均热时间不低于45min；并采用高压水除鳞；

3）采用TMCP工艺进行轧制：控制粗轧开轧温度不低于1100℃，并采用先进行宽展，后纵轧至成品厚度的2~3倍的厚度中间板，控制每道次压下率不低于10%，且道次压下率为递增方式；控制精轧开轧温度不超过960℃，轧制道次为4~6道次，道次压下率为递减方式；轧制结束后的温度在A_r3+10～60℃；

4）分A、B、C、D四段进行冷却，控制A段水流量为20~30L/S，B~D三段的水流量为120~180L/S，钢板上下水量之比在1.2~1.5，冷却速度为20~30℃/S，终冷温度在80~400℃；

5）进行矫直；

6）空冷至室温；

7）进行回火处理，控制回火温度在400～600℃，保温时间根据以下公式确定：

t=h×K+10～20min

式中：t—表示保温时间，单位为min

h—表示钢板的厚度，单位为mm

K—表示保温系数，取值为1.5～2.0。

本发明中各元素及主要工序的作用

C、Mn是最有效的固溶强化元素，增加钢中Mn的含量将降低钢的相变温度，细化晶粒，当Mn的含量超过1.5%时，还具有促进钢贝氏体化的作用，并且钢中的贝氏体生产率，随Mn的增加而提高，综合考虑焊接性能因素，因此本发明C控制在0.07~0.11%，Mn控制在1.30~1.50%。

在钢中加入Nb，可以通过Nb(CN)未溶质点及应变诱导析出抑制高温变形过程的再结晶，扩大未再结晶区范围，以便TMCP工艺的施行，从而达到细化铁素体晶粒的目的。

Ti的添加，可起到抑制加热过程中奥氏体晶粒的长大作用，同时，微合金低温区析出物也能起到析出强化的作用。

B：由于B具有小的原子半径，且在Fe中的溶解度很小，基本上是沿着基体组织的晶界富集，而在晶界处几乎集中了组织的各种结构缺陷，分布在缺陷处的B原子降低界面能，提高了钢的淬透性。微量B可提高钢的淬透性，而对其他性能无明显影响。但当B含量大于0.003%时，提高淬透性的作用不再明显，而会降低晶界结合力，引发热脆。因此，本发明B含量为0.0007～0.0020。

钢中Al的加入则会形成酸溶铝（Als）和酸不溶铝，而Als包括固溶铝和AlN，弥散的AlN粒子能阻止奥氏体晶粒的长大，细化晶粒。

钢中S、P是有害杂质元素，钢中P、S含量越低越好。当钢中S含量较多时，热轧时容易产生热脆等问题；而钢中P含量较多时，钢容易发生冷脆，此外，磷还容易发生偏析。

采用四段式层流加速冷却方式，其中A段水量20～30L/S，B、C、D各段水量120～180L/s，钢板上下水量比为1.2～1.5，选择一段开启侧喷，保证水冷却均匀，轨道传送速度为0.8～1.2m/s，钢板进入冷却装置过程中逐渐加速，降低沿轧制方向温度梯度，保证均匀性，冷却速率为20～30℃/s，终冷温度控制在80℃～400℃之间，经过热矫直机进行矫直；而后空冷至室温。该工艺优点在于，设计了较大的冷速范围，提供层流水冷却水量、辊速、水比调整空间，可以通过水量、水比、辊速协调配置，保证钢板均匀冷却，从而避免钢板在冷却过程出现瓢曲等板形不良问题。

该回火工艺的优点为：可分别根据TMCP工艺参数的实际值选择不同的保温系数，一方面保证钢板达到预期的性能级别，另一方面可解决由于TMCP工艺异常造成的板形不良问题。

本发明与现有技术相比，由于采用TMCP+回火工艺生产的超长超单重薄钢板，从而解决厚度规格范围为10~20mm，成品长度≥30m，单张重量8～12吨的钢板在实际生产过程中质量不稳定的问题，与国内外同等屈服强度级别钢种相比，具有更优良的低温冲击韧性（-40℃冲击功≥200J），适用于制造在极端寒冷环境中工作的大型钢铁机械设备，扩大了产品应用领域，并还能大大减少贵重合金的加入，使生产成本降低。

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成分对比例的取值列表；

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）冶炼并连铸成坯；

2）对铸坯加热，控制均热温度在1160～1250℃，均热时间不低于45min；

3）采用TMCP工艺进行轧制：控制粗轧开轧温度不低于1100℃，并采用先进行宽展，后纵轧至成品厚度的2~3倍的厚度中间板，控制每道次压下率不低于10%，且道次压下率为递增方式；控制精轧开轧温度不超过960℃，轧制道次为4~6道次，道次压下率为递减方式；并采用高压水除鳞；轧制结束后的温度在A_r3+10～60℃；

4）分A、B、C、D四段进行冷却，控制A段水流量为20~30L/S，B、C、D各段的水流量为120~180L/S，钢板上下水量之比在1.2~1.5，冷却速度为20~30℃/S，终冷温度在80~400℃；

5）进行矫直；

6）空冷至室温；

t=h×K+10～20min

式中：t—表示保温时间，单位为min

h—表示钢板的厚度，单位为mm

K—表示保温系数，取值为1.5～2.0。

表1本发明各实施例及对比例冶炼化学成分（Wt％）

实施例	C	Si	Mn	P	S	Nb	Ti	B	Als	Pcm
											1	0.08	0.40	1.47	0.015	0.002	0.05	0.011	0.0014	0.035	0.20
2	0.07	0.35	1.40	0.010	0.003	0.043	0.013	0.0012	0.020	0.16
											3	0.073	0.25	1.30	0.012	0.006	0.040	0.010	0.0008	0.025	0.15
4	0.11	0.26	1.35	0.019	0.005	0.06	0.009	0.0015	0.040	0.21
											5	0.10	0.30	1.32	0.015	0.008	0.038	0.016	0.0010	0.028	0.18
6	0.09	0.45	1.35	0.009	0.009	0.055	0.008	0.0019	0.042	0.18
											对比例1	0.10	0.30	1.55	0.012	0.008	0.040	0.013	0.0010	0.025	0.21
对比例2	0.14	0.32	1.45	0.015	0.005	0.022	0.012	0	0.025	-

表2本发明各实施例及对比例工艺参数列表（一）

表2本发明各实施例及对比例工艺参数列表（二）

表2本发明各实施例及对比例工艺参数列表（三）

表3本发明各实施例及对比例力学性能检验结果列表

从表3中可直接看出，本发明所获得的10-20mm内的长度超过30m的工程用钢板，得到的钢板头尾强度性能和冲击性能差别很小，而对比例看出，采用明显有别于本发明的轧制冷却工艺进行生产后，钢板强度级别较低，且头尾性能很不均匀，严重降低了钢板的使用安全性。

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

1.生产一种长度≥30m的高强工程用钢板的方法，其特征在于：钢板的组分及重量百分比含量为：C：0.10~0.11%、Si：0.25~0.50%、Mn：1.30~1.50%、P：≤0.020%、S：≤0.010%、Nb+Ti：0.05~0.08%、B：0.0007～0.0020%、Als：0.015~0.05%，其余为Fe和微量杂质元素，并满足：Pcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Mo/15+Ni/60+V/10+5B≤0.22%；力学性能：屈服强度在550~700MPa，抗拉强度670~850MPa，延伸率A≥18%，-40℃Akv≥200J，成品长度≥30m，钢板厚度在10~20mm；其生产步骤：

1）冶炼并连铸成坯；

3）采用TMCP工艺进行轧制：控制粗轧开轧温度不低于1100℃，并采用先进行宽展，后纵轧至成品厚度的2~3倍的厚度中间板，控制每道次压下率不低于10%，且道次压下率为递增方式；控制精轧开轧温度不超过960℃，轧制道次为4~6道次，道次压下率为递减方式；并采用高压水除鳞；轧制结束后的温度在A_r3+（10～60）℃；

5）进行矫直；

6）空冷至室温；

7）进行回火处理，控制回火温度在520～600℃，保温时间根据以下公式确定：

t=h×K+(10～20)min

式中：t—表示保温时间，单位为min

h—表示钢板的厚度，单位为mm

K—表示保温系数，取值为1.5～2.0。