CN103602885A - 低合金高强度钢板及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低合金高强度钢板,其材料的化学成分的质量百分含量包括:C0.15~0.19%、Si0.2~0.4%、Mn1.3~1.55%、P≤0.02%、S≤0.012%、Als0.015~0.03%、Ca0.001~0.0025%,其余为铁和杂质。本发明还公开了一种低合金高强度钢板的生产方法,包括:连铸坯加热、轧制和冷却。本发明采用低成本成分设计,只使用了廉价的C、Si、Mn元素,通过固溶强化和细晶强化作用,使低合金高强度钢板的屈服强度和冲击韧性都满足要求,省去了热处理工艺和昂贵合金,工艺路线简单,成本低廉、钢板表面质量良好。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料领域,具体地说,涉及一种低合金高强度钢板及其生产方法。
背景技术
低合金高强度钢板,特别是Q345D、Q345E钢板,在国民经济各领域生产中广泛应用,如现在国家正在大力发展的清洁能源风电,其设备就大量使用了Q345D、Q345E钢板。Q345D、Q345E钢板是风力发电装备中支撑叶片转动的塔杆的主要材料。要求Q345D钢板的-20℃冲击功≥34J,Q345E钢板的-40℃冲击功≥34J。北方的冬天寒冷,气温常常在零下20℃以下,因此北方所用的风电塔杆材料一般都是Q345E钢板,以保证材料能满足低温环境的使用要求。
Q345系列钢板的常温及低温组织为铁素体和珠光体,为体心立方结构,当温度降低到一定的时候,材料就由韧性变为脆性。材料由韧性转变为脆性时的温度称为韧脆转变点。脆转变温度越低,材料的韧性就越好。Q345E钢板要求材料在-40℃的环境温度下仍有良好韧性,即要求其韧脆转变点低于-40℃。由于要求Q345E的韧脆转变点低于-40℃,是低合金高强度结构钢中的级别较高的钢级,材料的制造难度比较大,目前为保证Q345E钢板的韧性一般有两种方法,一是降低钢中的碳含量,钢中的碳含量越低,钢板的韧性越好,但是碳含量降低会带来强度的损失,使钢板的强度不容易满足要求;二是添加Nb、V、Ti等微量合金元素来细化晶粒,从而提高钢板的韧性,钢板的晶粒越细小,其韧性越好,但由于Nb、V、Ti等合金价格昂贵,即使少量添加,成本也会大幅上升。
现有技术通过淬火和回火的热处理方式来提高Q345低合金结构钢板冲击性能。由于采用淬火和回火的热处理方式来提高钢板的性能,使钢板的制造工艺复杂,管理难度加大,制造周期延长,同时采用热处理工艺会使钢板的制造成本大幅提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种低合金高强度钢板,钢板表面质量良好、韧性优良。
本发明的技术方案如下:
一种低合金高强度钢板,其材料的化学成分的质量百分含量包括:C0.15~0.19%、Si0.2~0.4%、Mn1.3~1.55%、P≤0.02%、S≤0.012%、酸溶铝Als0.015~0.03%、Ca0.001~0.0025%,其余为铁和杂质。
进一步,所述低合金高强度钢板的材料的化学成分的质量百分含量包括:C0.17%、Si0.32%、Mn1.45%、P0.009%、S0.005%、Als0.024%、Ca0.0018%;或者,C0.16%、Si0.28%、Mn1.47%、P0.009%、S0.006%、Als0.023%、Ca0.001%;或者,C0.15%、Si0.2%、Mn1.38%、P0.02%、S0.008%、Als0.023%、Ca0.0025%;或者,C0.19%、Si0.38%、Mn1.55%、P0.012%、S0.012%、Als0.015%、Ca0.0021%;或者,C0.18%、Si0.4%、Mn1.3%、P0.009%、S0.007%、Als0.03%、Ca0.0018%。
本发明所要解决的另一技术问题是提供一种低合金高强度钢板的生产方法,生产工艺简单、生产周期短,生产成本低。
本发明的另一技术方案如下:
一种低合金高强度钢板的生产方法,包括:连铸坯加热、板坯轧制和冷却,生产得到的低合金高强度钢板的材料的质量百分含量包括:C0.15~0.19%、Si0.2~0.4%、Mn1.3~1.55%、P≤0.02%、S≤0.012%、Als0.015~0.03%、Ca0.001~0.0025%,其余为铁和杂质。
进一步:所述连铸坯加热的出炉温度为1170-1210℃,加热时间为250~440分钟。
进一步:所述板坯轧制包括第一阶段轧制和第二阶段轧制。
进一步:所述第一阶段轧制开轧时板坯的厚度为所述连铸坯的厚度,所述第一阶段轧制的开轧温度为1160~1195℃,所述第一阶段轧制的终轧温度≥980℃,所述第一阶段轧制的轧制道次数为5~10。
进一步:所述第二阶段轧制开轧时板坯的厚度为2-3.5倍所述生产得到的低合金高强度钢板的厚度,所述第二阶段轧制的开轧温度为870~940℃,所述第二阶段轧制的终轧温度为820~840℃,所述第二阶段轧制的轧制道次数为5~7。
进一步:所述冷却为层流冷却,冷却速度为10~20℃/s,终冷温度为640~700℃。
进一步:生产得到的厚规格钢板的材料的质量百分含量包括:C0.17%、Si0.32%、Mn1.45%、P0.009%、S0.005%、Als0.024%、Ca0.0018%;或者,C0.16%、Si0.28%、Mn1.47%、P0.009%、S0.006%、Als0.023%、Ca0.001%;或者,C0.15%、Si0.2%、Mn1.38%、P0.02%、S0.008%、Als0.023%、Ca0.0025%;或者,C0.19%、Si0.38%、Mn1.55%、P0.012%、S0.012%、Als0.015%、Ca0.0021%;或者,C0.18%、Si0.4%、Mn1.3%、P0.009%、S0.007%、Als0.03%、Ca0.0018%。
本发明的技术效果如下:
1、本发明采用低成本成分设计,只使用了廉价的C、Si、Mn元素,通过固溶强化和细晶强化作用,使低合金高强度钢板的屈服强度和冲击韧性都满足要求,省去了热处理工艺和昂贵合金,工艺路线简单,成本低廉、钢板表面质量良好。
2、本发明的钢板以铁素体为主的组织,铁素体具有良好的塑性和韧性。
3、本发明的钢板的材料低温冲击韧性良好,-40℃冲击功可以达到132J以上。
4、本发明的钢板的的屈服强度在395~418MPa之间,抗拉强度在546~560MPa之间,延伸率≥25%。
5、本发明的钢板表面质量良好,没有裂纹、麻坑等表面质量缺陷。
6、本发明的钢板的成分和工艺设计合理,工艺制度比较宽松,可在宽厚板线上稳定生产,特别适合Q345E钢板的生产。
附图说明
图1为本发明的实施例1的钢板的金相组织图;
图2为本发明的实施例2的钢板的金相组织图;
图3为本发明的实施例3的钢板的金相组织图;
图4为本发明的实施例4的钢板的金相组织图;
图5为本发明的实施例5的钢板的金相组织图。
具体实施方式
本发明的低合金高强度钢板在连铸坯的基础上制备。要求所用的连铸坯的化学成分的质量百分含量的如下:C0.15~0.19%、Si0.2~0.4%、Mn1.3~1.55%、P≤0.02%、S≤0.012%、Als0.015~0.03%、Ca0.001~0.0025%,其余为铁和杂质。
本发明的低合金高强度钢板的生产方法的流程如下:
步骤S1:连铸坯加热
连铸坯加热的出炉温度为1170-1210℃,加热时间为250~440分钟。
步骤S2:板坯轧制
轧制包括第一阶段轧制和第二阶段轧制。
第一阶段轧制开轧时板坯的厚度为连铸坯的厚度。第一阶段轧制的开轧温度为1160~1195℃。第一阶段轧制的终轧温度≥980℃。第一阶段轧制的轧制道次数为5~10。
第二阶段轧制开轧时板坯的厚度为2-3.5倍生产得到的低合金高强度钢板的厚度。第二阶段轧制的开轧温度为870~940℃。第二阶段轧制的终轧温度为820~840℃。第二阶段轧制的轧制道次数为5~7。
对上述加热好的连铸坯在奥氏体再结晶区进行控制轧制。由于该低合金高强度钢板的化学成分不含Nb等能在第二阶段轧制析出第二相粒子的合金元素,因此上述第一、第二阶段的轧制都是属于奥氏体再结晶区控制轧制。第一阶段控制轧制属于高温区的奥氏体再结晶控制轧制,这一阶段采用低速、大压下的轧制策略,要求轧制速度不大于2m/s,至少有两道压下率大于15%,充分细化奥氏体晶粒,轧制产生的高温焊合作用很大程度上消除了铸坯内部的疏松、微裂纹等缺陷,使钢板的致密度提高。第一阶段控轧结束后,中间坯在辊道上摆动降温,降温方式为自然空冷,降温至第二阶段开轧温度开始轧制。第二阶段的轧制属于低温再结晶控轧,这一阶段对中间坯进行5~7道次的轧制,奥氏体晶粒被反复破碎、再结晶细化,这样奥氏体晶粒最终在第一阶段轧制细化的基础上,再次被进一步细化,且由于第二阶段轧完后,终轧温度较低,奥氏体晶粒基本不再长大,最终得到细小的奥氏体晶粒。奥氏体晶粒越细小,其晶界面积越大,由奥氏体向铁素体转变时的形核位置就越多,形核率就越高,最终得到的铁素体晶粒就越细小,钢板的强度越高,冲击韧性越好。
步骤S3:冷却
冷却采用层流冷却,冷却速度为10~20℃/s,终冷温度为640~700℃。
轧后采用层流冷却,将钢板由终轧温度快速冷却至640~700℃,进一步降低了奥氏体向铁素体的转变温度,进一步细化了铁素体晶粒,从而提高了钢板的强度和韧性。
经过上述工艺生产的得到的低合金高强度钢板的材料的化学成分的质量百分含量为:C0.15~0.19%、Si0.2~0.4%、Mn1.3~1.55%、P≤0.02%、S≤0.012%、Als0.015~0.03%、Ca0.001~0.0025%,其余为铁和杂质。
实施例1
实施例1选用的连铸坯的厚度为250mm。
连铸坯加热过程中,连铸坯的出炉温度为1198℃,加热时间为365分钟。连铸坯的化学成分的质量百分含量包括:C0.17%、Si0.32%、Mn1.45%、P0.009%、S0.005%、Als0.024%、Ca0.0018%,余量为Fe和不可避免的杂质。
然后将加热后的板坯进行第一阶段轧制和第二阶段轧制,两段轧制工序结束后得到厚度为20mm的钢板。再将该钢板进行冷却。
轧制和冷却工序对钢板的材料的化学成分的含量影响不大,因此,生产的得到的实施例1的钢板的材料的化学成分的质量百分含量包括:C0.17%、Si0.32%、Mn1.45%、P0.009%、S0.005%、Als0.024%、Ca0.0018%,余量为Fe和不可避免的杂质。
详细的轧制及冷却的工艺参数见表1。生产得到的实施例1的钢板的力学性能见表2。
如图1所示,为本发明的实施例1的钢板的金相组织图。从图1可以看出,钢板的组织为铁素体和珠光体,晶粒大小均匀,晶粒较细小,钢板的机械性能较好,并比较稳定。
实施例2
实施例2选用的连铸坯的厚度为250mm。
连铸坯加热过程中,连铸坯的出炉温度为1201℃,加热时间为373分钟。连铸坯的化学成分的质量百分含量包括:C0.16%、Si0.28%、Mn1.47%、P0.009%、S0.006%、Als0.023%、Ca0.001%,余量为Fe和不可避免的杂质。
然后将加热后的板坯进行第一阶段轧制和第二阶段轧制,两段轧制工序结束后得到厚度为36mm的钢板。再将该钢板进行冷却。
轧制和冷却工序对钢板的材料的化学成分的含量影响不大,因此,生产的得到的实施例2的钢板的材料的化学成分的质量百分含量包括:C0.16%、Si0.28%、Mn1.47%、P0.009%、S0.006%、Als0.023%、Ca0.001%,余量为Fe和不可避免的杂质。
详细的轧制和冷却的工艺参数见表1。生产得到的实施例2的钢板的力学性能见表2。
如图2所示,为本发明的实施例2的钢板的金相组织图。从图2可以看出,钢板的组织为铁素体和珠光体,晶粒大小均匀,晶粒较细小,钢板的机械性能较好,并比较稳定。
实施例3
实施例3选用的连铸坯的厚度为250mm。
连铸坯加热过程中,连铸坯的出炉温度为1170℃,加热时间为250分钟。连铸坯的化学成分的质量百分含量包括:C0.15%、Si0.2%、Mn1.38%、P0.02%、S0.008%、Als0.023%、Ca0.0025%,余量为Fe和不可避免的杂质。
然后将加热后的板坯进行第一阶段轧制和第二阶段轧制,两段轧制工序结束后得到厚度为25mm的钢板。再将该钢板进行冷却。
轧制和冷却工序对钢板的材料的化学成分的含量影响不大,因此,生产的得到的实施例3的钢板的材料的化学成分的质量百分含量包括:C0.15%、Si0.2%、Mn1.38%、P0.02%、S0.008%、Als0.023%、Ca0.0025%,余量为Fe和不可避免的杂质。
详细的轧制和冷却的工艺参数见表1。生产得到的实施例3的钢板的力学性能见表2。
如图3所示,为本发明的实施例3的钢板的金相组织图。从图3可以看出,钢板的组织为铁素体和珠光体,晶粒大小均匀,晶粒较细小,钢板的机械性能较好,并比较稳定。
实施例4
实施例4选用的连铸坯的厚度为250mm。
连铸坯加热过程中,连铸坯的出炉温度为1198℃,加热时间为440分钟。连铸坯的化学成分的质量百分含量包括:C0.19%、Si0.38%、Mn1.55%、P0.012%、S0.012%、Als0.015%、Ca0.0021%,余量为Fe和不可避免的杂质。
然后将加热后的板坯进行第一阶段轧制和第二阶段轧制,两段轧制工序结束后得到厚度为20mm的钢板。再将该钢板进行冷却。
轧制和冷却工序对钢板的材料的化学成分的含量影响不大,因此,生产的得到的实施例4的钢板的材料的化学成分的质量百分含量包括:C0.19%、Si0.38%、Mn1.55%、P0.012%、S0.012%、Als0.015%、Ca0.0021%,余量为Fe和不可避免的杂质。
详细的轧制和冷却的工艺参数见表1。生产得到的实施例4的钢板的力学性能见表2。
如图4所示,为本发明的实施例4的钢板的金相组织图。从图4可以看出,钢板的组织为铁素体和珠光体,晶粒大小均匀,晶粒较细小,钢板的机械性能较好,并比较稳定。
实施例5
实施例5选用的连铸坯的厚度为250mm。
连铸坯加热过程中,连铸坯的出炉温度为1210℃,加热时间为385分钟。连铸坯的化学成分的质量百分含量包括:C0.18%、Si0.4%、Mn1.3%、P0.009%、S0.007%、Als0.03%、Ca0.0018%,余量为Fe和不可避免的杂质。
然后将加热后的板坯进行第一阶段轧制和第二阶段轧制,两段轧制工序结束后得到厚度为30mm的钢板。再将该钢板进行冷却。
轧制和冷却工序对钢板的材料的化学成分的含量影响不大,因此,生产的得到的实施例5的钢板的材料的化学成分的质量百分含量包括:C0.18%、Si0.4%、Mn1.3%、P0.009%、S0.007%、Als0.03%、Ca0.0018%,余量为Fe和不可避免的杂质。
详细的轧制和冷却的工艺参数见表1。生产得到的实施例5的钢板的力学性能见表2。
如图5所示,为本发明的实施例5的钢板的金相组织图。从图5可以看出,钢板的组织为铁素体和珠光体,晶粒大小均匀,晶粒较细小,钢板的机械性能较好,并比较稳定。
表1本发明的各实施例的轧制及冷却的工艺参数
表2本发明的各实施例的力学性能测试结果
本发明的低合金高强度钢板不需热处理工艺,只采用控轧和控冷工艺生产,工艺路线简单;不添加Nb、V、Ti等昂贵的合金元素,成本低廉;只要控制好出炉温度、第一阶段和第二阶段的开轧温度、终轧温度、终轧厚度和终冷温度等参数,可以生产出性能优良的钢板。钢板的屈服强度为395~418MPa,抗拉强度为546~560MPa,延伸率≥25%,-40℃的冲击功在132J以上,适合在北方冬天的低温环境下使用。
本发明以1年生产20万吨钢板,每吨钢板降低成本60元计算,可增加经济效益1200万元,特别适合Q345E钢板的生产。
Claims (9)
1.一种低合金高强度钢板,其特征在于,其材料的化学成分的质量百分含量包括:C0.15~0.19%、Si0.2~0.4%、Mn1.3~1.55%、P≤0.02%、S≤0.012%、Als0.015~0.03%、Ca0.001~0.0025%,其余为铁和杂质。
2.如权利要求1所述的低合金高强度钢板,其特征在于,其材料的化学成分的质量百分含量包括:C0.17%、Si0.32%、Mn1.45%、P0.009%、S0.005%、Als0.024%、Ca0.0018%;或者,C0.16%、Si0.28%、Mn1.47%、P0.009%、S0.006%、Als0.023%、Ca0.001%;或者,C0.15%、Si0.2%、Mn1.38%、P0.02%、S0.008%、Als0.023%、Ca0.0025%;或者,C0.19%、Si0.38%、Mn1.55%、P0.012%、S0.012%、Als0.015%、Ca0.0021%;或者,C0.18%、Si0.4%、Mn1.3%、P0.009%、S0.007%、Als0.03%、Ca0.0018%。
3.一种低合金高强度钢板的生产方法,其特征在于,包括:连铸坯加热、板坯轧制和冷却,生产得到的低合金高强度钢板的材料的质量百分含量包括:C0.15~0.19%、Si0.2~0.4%、Mn1.3~1.55%、P≤0.02%、S≤0.012%、Als0.015~0.03%、Ca0.001~0.0025%,其余为铁和杂质。
4.如权利要求3所述的低合金高强度钢板的生产方法,其特征在于:所述连铸坯加热的出炉温度为1170-1210℃,加热时间为250~440分钟。
5.如权利要求3所述的低合金高强度钢板的生产方法,其特征在于:所述板坯轧制包括第一阶段轧制和第二阶段轧制。
6.如权利要求5所述的低合金高强度钢板的生产方法,其特征在于:所述第一阶段轧制开轧时板坯的厚度为所述连铸坯的厚度,所述第一阶段轧制的开轧温度为1160~1195℃,所述第一阶段轧制的终轧温度≥980℃,所述第一阶段轧制的轧制道次数为5~10。
7.如权利要求5所述的低合金高强度钢板的生产方法,其特征在于:所述第二阶段轧制开轧时板坯的厚度为2-3.5倍所述生产得到的低合金高强度钢板的厚度,所述第二阶段轧制的开轧温度为870~940℃,所述第二阶段轧制的终轧温度为820~840℃,所述第二阶段轧制的轧制道次数为5~7。
8.如权利要求3所述的低合金高强度钢板的生产方法,其特征在于:所述冷却为层流冷却,冷却速度为10~20℃/s,终冷温度为640~700℃。
9.如权利要求3所述的低合金高强度钢板的生产方法,其特征在于:生产得到的厚规格钢板的材料的质量百分含量包括:C0.17%、Si0.32%、Mn1.45%、P0.009%、S0.005%、Als0.024%、Ca0.0018%;或者,C0.16%、Si0.28%、Mn1.47%、P0.009%、S0.006%、Als0.023%、Ca0.001%;或者,C0.15%、Si0.2%、Mn1.38%、P0.02%、S0.008%、Als0.023%、Ca0.0025%;或者,C0.19%、Si0.38%、Mn1.55%、P0.012%、S0.012%、Als0.015%、Ca0.0021%;或者,C0.18%、Si0.4%、Mn1.3%、P0.009%、S0.007%、Als0.03%、Ca0.0018%。
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