CN103643120A - 高韧性焊接气瓶用钢热轧板卷的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高韧性焊接气瓶用钢热轧板卷的制造方法，热轧板卷的成分配比按重量百分比计为：碳：0.045～0.095；硅：0.20～0.28；锰：1.30～1.50；磷：≤0.015；硫：≤0.005；铌：0.020～0.050；钛：0.015～0.030；铝：0.035～0.040；其余为铁和微量杂质；热轧板卷的制造工艺为：冶炼—铁水预处理—LF炉精炼—连铸—加热—轧制—卷取；本发明从成分设计、轧制和冶炼三个关键环节从严控制，得到的热轧板卷屈服强度为350～500MPa，抗拉强度为510～600MPa，屈服强度/抗拉强度≤0.80，-20℃夏比冲击功150J、-20℃夏比冲击剪切面积（SA%）100％。

Description

高韧性焊接气瓶用钢热轧板卷的制造方法

技术领域

本发明涉及高韧性低合金控轧控冷钢，主要用于制造液氯，液氨等各类钢质焊接气瓶，具体涉及高韧性焊接气瓶用钢热轧板卷的制造方法。

背景技术

焊瓶气瓶制造行业对焊瓶钢的强度、韧性、焊接性等不断提出更高的要求，这种发展势头在未来的几十年中仍将持续下去。

随着冶金技术的进步和微合金化钢的发展，使生产具有高强度、高韧性、良好的焊接性的焊瓶钢成为现实。

目前，普通等级焊接气瓶用钢主要化学成分为：碳、硅、锰、磷、硫，还加入较高含量Mo、B、V和稀土元素，Mo、B、V和稀土元素成本均较高，不利于降低焊接气瓶用钢成本，且钒元素的加入会显著降低低碳贝氏体钢的冲击韧性水平和稳定性。另目前普通焊接气瓶用钢制造工艺生产的钢卷强度和韧性性能较难控制，影响焊接气瓶用钢的市场竞争力。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能有效控制成本，且具有较好结构强度和韧性性能的高韧性焊接气瓶用钢热轧板卷的制造方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

该高韧性焊接气瓶用钢热轧板卷的制造方法，热轧板卷的成分配比按重量百分比计为：碳：0.045～0.095；硅：0.20～0.28；锰：1.30～1.50；磷：≤0.015；硫：≤0.005；铌：0.020～0.050；钛：0.015～0.030；铝：0.035～0.040；其余为铁和微量杂质；

热轧板卷的制造工艺为：冶炼—铁水预处理—LF炉精炼—连铸—加热—轧制—卷取。

进一步地，冶炼在转炉中进行，冶炼控制P≤0.013%，终点炉温为1620～1635℃。

进一步地，铁水预处理控制S≤0.005%。

进一步地，LF炉精炼控制S≤0.010%。

进一步地，加热温度为1190～1120℃。

进一步地，粗轧出口温度为1000～1020℃；精轧开轧温度为950℃～1000℃，精轧终轧温度为550℃～600℃；精轧终轧后层流冷却速度为15～30℃/S，卷曲温度为550～600℃。

进一步地，粗轧控制在高温奥氏体形变再结晶区进行，精轧在低温奥氏体未再结晶区进行。

进一步地，粗轧采用8道次轧制，8道次轧制压下率依次为0.05、0.13、0.13、0.16、0.17、0.19、0.23和0.26；精轧采用7道次轧制，7道次轧制压下率依次为0.26、0.28、0.24、0.22、0.17、0.13和0.08，精轧终轧后热轧板卷厚度为10～11mm。

进一步地，粗轧采用两机架连轧机组，精轧采用七机架热连轧机组。

进一步地，热轧板卷的力学性能为：屈服强度为350～500MPa，抗拉强度为510～600MPa，屈服强度/抗拉强度≤0.80，-20℃下比冲击功150J、-20℃下比冲击剪切面积为100％。

该高韧性焊接气瓶用钢热轧板卷的制造方法，从成分设计、轧制和冶炼三个关键环节从严控制。第一，采用低碳，并添加Nb、Ti等元素而进行微合金化设计；第二，设计轧制、冷却工艺，综合微合金化、固溶强化和组织强化等方法，获得较为均匀的铁素体+细珠光体+适量粒状贝氏体的复相组织，同时提高强度、塑性和韧性；第三，通过超纯净冶炼最大限度降低S和P的含量，减少硫化锰夹杂来提高韧性。

与现有的焊接气瓶用钢相比，本发明得到的高韧性焊接气瓶用钢热轧板卷的优点在于：

1）极好的性能稳定性，各向异性较小，板卷纵横向、45°方向强度波动在10MPa之内。

2）提高材料的韧性性能采用铁素体+细珠光体+适量粒状贝氏体。粒状贝氏体组织是一种混合型组织形态，由准多边形铁素体、超细铁素体、贝氏体铁素体、M/A组元等组成，它具有更高韧性和更好的焊接性能。制得高等级焊接气瓶用钢，且钢具有极好的性能的稳定性和低温冲击韧性。

3）节约资源，秉持经济适用原则，不采用Mo、B、V和稀土元素加入，而是充分发挥热连轧机组突出的控制轧制和控制冷却能力来提高材料的强韧性能。

4）本发明的高等级焊接气瓶用钢组织均匀，无择优取向，性能优良。

5）本发明的高等级焊接气瓶用钢的综合性能：屈服强度为350～500MPa，抗拉强度为510～600MPa，屈服强度/抗拉强度≤0.80，-20℃夏比冲击功150J、-20℃夏比冲击剪切面积（SA%）100％。

6）焊接气瓶用钢热轧板卷焊接成瓶合格率达到100%。

附图说明

下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明高韧性焊接气瓶用钢热轧板卷的制造方法的实施例1得到的热轧板卷的金相组织图。

图2为本发明高韧性焊接气瓶用钢热轧板卷的制造方法的实施例2得到的热轧板卷的金相组织图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

实施例1

该高韧性焊接气瓶用钢热轧板卷的制造方法，热轧板卷的成分配比如表1所示；

热轧板卷的制造工艺为：冶炼—铁水预处理—LF炉精炼—连铸—加热—轧制—卷取；

冶炼在转炉中进行，冶炼控制P为0.013%，终点炉温为1620℃，冶炼过程中加强出钢挡渣操作，下渣量为4kg/t；

铁水预处理控制S为0.005%，前扒渣和后扒渣，后扒渣亮面为88%；

LF炉精炼控制S为0.010%，白渣操作，保证钢包顶渣充分还原。保证喂钙线前后总弱搅时间为12min；

加热温度和轧制工艺参数如表2所示；

粗轧采用8道次轧制，8道次轧制压下率依次为0.05、0.13、0.13、0.16、0.17、0.19、0.23和0.26；精轧采用7道次轧制，7道次轧制压下率依次为0.26、0.28、0.24、0.22、0.17、0.13和0.08，精轧终轧后热轧板卷厚度为10mm。

实施例1得到的热轧板卷的力学性能如表3所示；

实施例1得到的热轧板卷的冲击性能如表4所示。

实施例2

该高韧性焊接气瓶用钢热轧板卷的制造方法，热轧板卷的成分配比如表1所示；

热轧板卷的制造工艺为：冶炼—铁水预处理—LF炉精炼—连铸—加热—轧制—卷取；

冶炼在转炉中进行，冶炼控制P为0.012%，终点炉温为1635℃，冶炼过程中加强出钢挡渣操作，下渣量3.5kg/t；

铁水预处理控制S为0.004%，前扒渣和后扒渣，后扒渣亮面为90%；

LF炉精炼控制S为0.008%，白渣操作，保证钢包顶渣充分还原。保证喂钙线前后总弱搅时间为13min；

加热温度和轧制工艺参数如表2所示；

粗轧采用8道次轧制，8道次轧制压下率依次为0.05、0.13、0.13、0.16、0.17、0.19、0.23和0.26；精轧采用7道次轧制，7道次轧制压下率依次为0.26、0.28、0.24、0.22、0.17、0.13和0.08，精轧终轧后热轧板卷厚度为11mm。

实施例2得到的热轧板卷的力学性能如表3所示；

实施例2得到的热轧板卷的冲击性能如表4所示。

实施例3

该高韧性焊接气瓶用钢热轧板卷的制造方法，热轧板卷的成分配比如表1所示；

热轧板卷的制造工艺为：冶炼—铁水预处理—LF炉精炼—连铸—加热—轧制—卷取；

冶炼在转炉中进行，冶炼控制P为0.012%，终点炉温为1630℃，冶炼过程中加强出钢挡渣操作，下渣量为3.2kg/t；

铁水预处理控制S为0.004%，前扒渣和后扒渣，后扒渣亮面大于85%；

LF炉精炼控制S为0.007%，白渣操作，保证钢包顶渣充分还原。保证喂钙线前后总弱搅时间为14min；

加热温度和轧制工艺参数如表2所示；

粗轧采用8道次轧制，8道次轧制压下率依次为0.05、0.13、0.13、0.16、0.17、0.19、0.23和0.26；精轧采用7道次轧制，7道次轧制压下率依次为0.26、0.28、0.24、0.22、0.17、0.13和0.08，精轧终轧后热轧板卷厚度为1.5mm。

实施例3得到的热轧板卷的力学性能如表3所示；

实施例3得到的热轧板卷的冲击性能如表4所示。

以上实施例1至实施例3中，粗轧采用两机架连轧机组，精轧采用七机架热连轧机组；粗轧控制在高温奥氏体形变再结晶区进行，精轧在低温奥氏体未再结晶区进行。

表1焊接气瓶钢的化学成分（%）

实施例	C	Si	Mn	P	S	Als	Nb	Ti
									1	0.085	0.22	1.42	0.0144	0.0047	0.035	0.024	0.018
2	0.083	0.26	1.44	0.0144	0.0038	0.032	0.021	0.017
									3	0.084	0.023	1.45	0.0142	0.0032	0.036	0.023	0.019

表2焊接气瓶钢TMCP工艺参数

表3焊接气瓶钢HP345力学性能检验结果

如表3所示，实施例1至实施例3得到的热轧板卷具有极好的性能稳定性，各向异性较小，板卷纵横向、45°方向强度波动在10MPa之内。

表4焊接气瓶钢HP345冲击性能检验结果（5×10×55mm试样，KV2/J）

如表4所示，实施例1至实施例3得到的热轧板卷具有极好的抗冲击韧性。

图1及图2为本发明实施例一和实施例二的内部金相结构：

实施例一和实施例二得到的热轧板卷内部组织主要为铁素体（65%）+珠光体（20%）+贝氏体（15%），且分布均匀。

本发明高韧性焊接气瓶用钢热轧板卷的制造方法的依据是：

热机械轧制（TMCP）是以再结晶、相变等冶金工艺为基础，在规定的变形和温度条件下完成固溶强化、沉淀强化、位错强化和晶粒细化等硬化处理，从而使轧制状态钢板性能达到最佳化。为获得强度和韧性的合理匹配，充分发挥七机架热连轧机组的轧制和冷却能力；采用控制轧制和加速冷却的方式生产，它通过高温奥氏体区形变再结晶、低温奥氏体未再结晶区的变形以及轧后的加速冷却来获得最佳效果。

在合金元素设计时，降低碳含量，这样可显著提高相变温度，有利于适量的贝氏体组织的形成；较低含量的碳可有效减少偏析以保证钢板组织的均匀性，减少后期固态相变带来的有害组织。低的碳含量可以使δ相温度区间扩大，由于溶质元素在δ相区扩散速度是γ区的100倍，因此成分更加均匀。减少了碳含量的加入，可以提高奥氏体中固溶铌的含量，从而可实现高温轧制，保证高温时奥氏体再结晶的充分程度，改善非再结晶区高温控轧效果，使高温高压下厚钢板中心组织得到细化。

在合金元素设计时，采用低碳，并添加Nb、Ti等元素而进行微合金化设计，不加入钒，钢中仅含有残余钒元素，尽量降低钒对钢的冲击韧性水平和稳定性的影响。

在组织上，采用铁素体+细珠光体+适量粒状贝氏体。通过控制TMCP工艺及其他有利于贝氏体组织形成的因素，沿奥氏体晶界或奥氏体晶内先期产生少量贝氏体，分割奥氏体晶粒为若干小空间，在随后的相变中，由于转变速度很快，分割后的空间限制了贝氏体的长大，从而得到进一步细化的组织。由于低碳贝氏体组织的生长位置和方向不具有选择性，界面间残余奥氏体量很少，因此组织均匀性好，各向异性较小。另外，铁素体+细珠光体+少量粒状贝氏体组织更接近平衡组织而转变更加充分，冲击韧性的稳定性更好。

显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.高韧性焊接气瓶用钢热轧板卷的制造方法，其特征在于：热轧板卷的成分配比按重量百分比计为：碳：0.045～0.095；硅：0.20～0.28；锰：1.30～1.50；磷：≤0.015；硫：≤0.005；铌：0.020～0.050；钛：0.015～0.030；铝：0.035～0.040；其余为铁和微量杂质；

热轧板卷的制造工艺为：冶炼—铁水预处理—LF炉精炼—连铸—加热—轧制—卷取。

2.如权利要求1所述的高韧性焊接气瓶用钢热轧板卷的制造方法，其特征在于：冶炼在转炉中进行，冶炼控制P≤0.013%，终点炉温为1620～1635℃。

3.如权利要求1所述的高韧性焊接气瓶用钢热轧板卷的制造方法，其特征在于：铁水预处理控制S≤0.005%。

4.如权利要求1所述的高韧性焊接气瓶用钢热轧板卷的制造方法，其特征在于：LF炉精炼控制S≤0.010%。

5.如权利要求1或2或3或4所述的高韧性焊接气瓶用钢热轧板卷的制造方法，其特征在于：加热温度为1190～1120℃。

6.如权利要求5所述的高韧性焊接气瓶用钢热轧板卷的制造方法，其特征在于：粗轧出口温度为1000～1020℃；精轧开轧温度为950℃～1000℃，精轧终轧温度为550℃～600℃；精轧终轧后层流冷却速度为15～30℃/S，卷曲温度为550～600℃。

7.如权利要求6所述的高韧性焊接气瓶用钢热轧板卷的制造方法，其特征在于：粗轧控制在高温奥氏体形变再结晶区进行，精轧在低温奥氏体未再结晶区进行。

8.如权利要求7所述的高韧性焊接气瓶用钢热轧板卷的制造方法，其特征在于：粗轧采用8道次轧制，8道次轧制压下率依次为0.05、0.13、0.13、0.16、0.17、0.19、0.23和0.26；精轧采用7道次轧制，7道次轧制压下率依次为0.26、0.28、0.24、0.22、0.17、0.13和0.08，精轧终轧后热轧板卷厚度为10～11mm。

9.如权利要求8所述的焊接气瓶用钢热轧板卷的制造方法，其特征在于：粗轧采用两机架连轧机组，精轧采用七机架热连轧机组。

10.如权利要求9所述的高韧性焊接气瓶用钢热轧板卷的制造方法，其特征在于：热轧板卷的力学性能为：屈服强度为350～500MPa，抗拉强度为510～600MPa，屈服强度/抗拉强度≤0.80，-20℃夏比冲击功150J、-20℃夏比冲击剪切面积为100％。

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