CN103911546B - 一种低成本中厚钢板及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢板及其生产方法，该生产方法包括：将钢水连铸得到板坯，对板坯依次进行再加热、粗轧、精轧和冷却，其中，以板坯的总重量为基准，板坯中含有：0.05-0.07重量%C、0.10-0.20重量%Si、1.75-1.85重量%Mn、0.05-0.08重量%V、0.15-0.25重量%Mo、0.01-0.013重量%N，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明的钢板的生产方法，无需使用昂贵的铌铁合金，且生产出的钢板具有较高的强度和塑性以及良好的低温韧性。

Description

一种低成本中厚钢板及其生产方法

技术领域

本发明涉及金属成分设计与热加工技术领域，具体地，涉及一种低成本中厚钢板及其生产方法。

背景技术

超低碳贝氏体（ULCB）钢是近20年研制的高强度、高韧性，并具有良好的成型性能及焊接性能的新钢系，被世界各国称为面向21世纪的新一代钢铁材料。

目前，ULCB钢主要通过在钢中加入提高淬透性的元素如Mn、Mo、B等，并通过微合金化元素Nb、Ti、Cu等，利用驰豫-析出控制相变（RCP）实现细小贝氏体板条组织及析出强化。厚钢板采用时效处理，充分发挥Cu的弥散析出。目前国内公开的关于热轧ULCB钢以Nb微合金化为主，同时添加Ti、B、Cr、Mo等元素以实现贝氏体组织或所需的强度水平，并且要求钢中N含量低。在目前市场情况下，铌的价格较高造成Nb微合金化的成本较高，并且，在对钢水连铸的过程中铸坯容易产生横向裂纹，且热加工工艺非常复杂。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有钢种合金成本高及铸坯横向裂纹倾向的缺点，提供一种低成本中厚钢板及其生产方法，该方法无需进行Nb微合金化（使用昂贵的铌铁合金），且生产出的钢板克服了铸坯横向裂纹倾向的缺点，具有较高的强度和塑性以及良好的低温韧性。

本发明的发明人在研究中意外发现，通过合理设计钢水的化学成分，适当提高V和N的含量，采用钒氮微合金化加Mo，无需使用昂贵的铌铁合金，即可生产出具有较高强度和塑性以及良好的低温韧性的钢板。

因此，为了实现上述目的，一方面，本发明提供了一种钢板，以所述钢板的总重量为基准，所述钢板中含有：0.05-0.07重量%C、0.10-0.20重量%Si、1.75-1.85重量%Mn、0.05-0.08重量%V、0.15-0.25重量%Mo、0.01-0.013重量%N，其余为Fe和不可避免的杂质。

另一方面，本发明还提供了一种钢板的生产方法，该方法包括：将钢水连铸得到板坯，对所述板坯依次进行再加热、粗轧、精轧和冷却，其中，以所述板坯的总重量为基准，所述板坯中含有：0.05-0.07重量%C、0.10-0.20重量%Si、1.75-1.85重量%Mn、0.05-0.08重量%V、0.15-0.25重量%Mo、0.01-0.013重量%N，其余为Fe和不可避免的杂质。

本发明通过合理设计钢水各种化学成分的质量比例，尤其是钒与氮的比例，采用钒氮微合金化加Mo，使生产出的钢板具有优良的力学性能。在设计好钢水化学成分的基础上，无需使用昂贵的铌铁合金，生产得到了一种降低微合金化成本的钒氮微合金化加Mo成分设计的新型钢种，克服了现有钢种合金成本高及铸坯横向裂纹倾向等缺点，同时可保证在较宽的温度范围内实现性能稳定。

本发明方法采用钒氮微合金化加Mo生产钢板，在本发明的一种优选的实施方式中，在钢中形成钒的碳、氮以及碳氮化合物，利用钒在基体中的溶解与析出机理，通过控制精轧温度在精轧过程中应变诱导析出氮化钒颗粒，阻止奥氏体再结晶以及奥氏体晶粒长大，特别是在精轧后的待温过程中，利用氮化钒中温析出产生沉淀强化作用。同时，采用超快冷技术并利用Mo促进贝氏体相变的作用，形成主要为贝氏体组成的金相组织并使碳化钒析出强化，生产得到了厚度为30-50mm、组织主要为贝氏体组成、屈服强度大于550MPa、抗拉强度大于700MPa、总伸长率大于24%、屈强比（即为屈服强度除以抗拉强度）不大于0.80、-20℃纵向冲击功大于90J的钢板。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例1得到的钢板的金相显微组织图。

图2是本发明实施例8得到的钢板的金相显微组织图。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供了一种钢板，以钢板的总重量为基准，钢板中含有：0.05-0.07重量%C、0.10-0.20重量%Si、1.75-1.85重量%Mn、0.05-0.08重量%V、0.15-0.25重量%Mo、0.01-0.013重量%N，其余为Fe和不可避免的杂质。

本发明中，钢板中含有的不可避免的杂质为本领域技术人员所公知，例如包括S、P和O等。

本发明中，钢板的厚度可以为30-50mm。

本发明还提供了一种钢板的生产方法，该方法包括：将钢水连铸得到板坯，对板坯依次进行再加热、粗轧、精轧和冷却，其中，以板坯的总重量为基准，板坯中含有：0.05-0.07重量%C、0.10-0.20重量%Si、1.75-1.85重量%Mn、0.05-0.08重量%V、0.15-0.25重量%Mo、0.01-0.013重量%N，其余为Fe和不可避免的杂质。

在本发明中，采用钒氮微合金化加Mo生产高强度钢板，在钢中形成钒的碳、氮以及碳氮化合物，利用钒在基体中的溶解与析出机理，特别是在精轧后的待温过程中，利用VN中温析出产生沉淀强化作用。氮元素不仅价格低廉，而且相比于VC，VN的稳定性较高，即VN具有更低的自由能，增加氮有利于钒的析出，在钢板的强度不变的情况下，通过添加廉价的氮可以降低钒的使用量，并且，该生产方法中，无需使用昂贵的铌铁合金，因而，利用该生产方法降低了高强度钢板的生产成本。

并且，本发明中，通过合理设计各种成分的化学质量比例，尤其是钒与氮的比例，采用钒氮微合金化加Mo，使生产出的钢板具有优良的力学性能。在设计好钢水化学成分的基础上，采用例如TMCP的控制轧制和控制冷却技术，达到优化钢板的金相组织和力学性能的目的。

在本发明中，首先炼好的钢水不经真空处理直接连铸（例如采用二冷水控制连铸），并且可以在结晶器的下端对铸坯施以轻压以防止枝晶偏析。

然后，将连铸得到的板坯在加热炉中再加热。板坯被加热至的温度需要考虑原始奥氏体晶粒的粗化程度和合金元素的固溶程度等，在能够保证合金元素固溶的较低的温度下对板坯进行适宜时长的热处理，从而保证合金元素固溶同时防止奥氏体晶粒粗化。优选情况下，对板坯再加热时，将板坯加热至1150-1200℃。

本发明中，对板坯采用两阶段控制轧制，即粗轧为在奥氏体再结晶区轧制、精轧为在奥氏体未结晶区轧制。

在粗轧（奥氏体再结晶区轧制）时，通过奥氏体反复再结晶使奥氏体晶粒细化，这样由奥氏体相变生成的最终组织也将是细化的，从而提高钢板的韧性。本发明中，为了与板坯在加热炉中到达的温度相对应，优选情况下，粗轧的开轧温度为1100-1130℃。粗轧的终轧温度为1040-1070℃。为了保证钢板沿整个厚度方向的晶粒均匀，并且保证后续的精轧过程中也能够有足够大的总压下率，从而不会导致组织粗大，因而，粗轧的总压下率优选为60-67%。

本发明的发明人在研究中发现，当精轧的开轧温度为850-920℃，优选为860-880℃时，精轧在奥氏体未结晶区内并且在氮化钒的析出温度范围内进行，且使得精轧能够在钒在奥氏体中析出的动力最大，并使奥氏体中较短时间内析出较多的氮化钒，可以延迟奥氏体再结晶。同时，精轧的终轧温度不仅对冷却速度产生影响，而且终轧温度不宜过高或过低。本发明的发明人进一步发现，当精轧的终轧温度为830-850℃，优选为830-840℃时，既能够避免终轧温度过高造成最终组织不能得到充分细化，使钢板韧性变差的缺陷，又能避免终轧温度过低造成铁素体加工变形，导致铁素体相过多而使强度不足的缺陷。基于其它的轧制条件，精轧的总压下率可以设置为55-75%，以使最终组织足够细小，生产出的钢板的力学性能优良。

本发明中，在轧制后，在开始加速冷却前进行适当的待温，以保证在待温过程中使VN充分析出，强化相变后的产物。因此，冷却开始温度控制在相变点温度附近，可以保证VN充分析出以及冷却后的组织主要为贝氏体组织。

本发明的发明人在研究中进一步发现，针对本成分钢，在冷却时，冷却入口温度（热轧板进入冷却段时的温度）为770-800℃，优选为780-790℃；冷却的速度为20-25℃/s，优选为22-24℃/s；冷却出口温度（热轧板离开冷却段时的温度）为450-500℃，优选为480-490℃时，能够使得钢板的最终组织为贝氏体+少量铁素体，不会出现其它如珠光体或马氏体的组织。而且，由于轧制之后的冷却过程中有VC析出，冷却的速度过慢时虽然会使VC析出量增加、有利于提高析出强化效果，但是却会生成过多的铁素体以及铁素体晶粒长大而造成强度和韧性恶化；冷却的速度过快则会造成钢板的组织不均匀，并且无法保证有足够的时间而使VC能够充分地析出，因而，冷却的速度为20-25℃/s，优选为22-24℃/s。

本发明中，在对板坯进行精轧时可以将板坯（即中间坯）精轧至30-50mm的厚度。即，本发明的方法生产的钢板的厚度可以为30-50mm，并且在本发明的一种优选的实施方式中，生产得到的钢板的金相组织主要为贝氏体组成（贝氏体+少量铁素体），屈服强度大于550MPa、抗拉强度大于700MPa、总伸长率大于24%，屈强比不大于0.80，-20℃纵向冲击功大于90J。

实施例

以下的实施例将对本发明作进一步的说明，但并不因此限制本发明。

以下实施例中，按照GB/T228规定的方法检测屈服强度、抗拉强度和总伸长率，按照GB/T229-2007规定的方法检测-20℃纵向冲击功。

进行显微组织观察所用光学显微镜购自德国莱卡公司，型号为LEICADM6000M。

成品钢板中贝氏体的含量根据金相显微组织图中贝氏体所占的面积百分比来确定。

实施例1-10

本实施例用于说明本发明的钢板及其生产方法。

在200吨转炉上炼好钢，得到组成如表1所示的钢水，并将该钢水连铸成300mm×1700mm×10020mm（厚度×宽度×长度）的板坯，将连铸得到的板坯依次进行再加热、粗轧、精轧和冷却，并最终制得钢板。其中，采用天然气加热炉对板坯加热、采用TMCP技术对板坯进行控制轧制得到热轧板并采用层流冷却方式对所述热轧板进行控制冷却得到最终的钢板，在天然气加热炉中将板坯加热至的温度（板坯加热温度）、粗轧的开轧温度、粗轧的终轧温度、精轧的开轧温度、精轧的终轧温度、冷却的速度、冷却入口温度和冷却出口温度分别如表2所示，粗轧的总压下率、精轧的总压下率、连铸得到的板坯的厚度、粗轧得到的中间坯的厚度以及成品钢板的厚度分别如表3所示。

表1

表2

表3

从实施例1-10得到的钢板上取金相样，经磨制、抛光、浸蚀后采用光学显微镜进行显微组织观察分析。

其中，实施例1的钢板的金相显微组织图见图1，其金相组织为95%贝氏体+5%铁素体%（图1中白亮块为铁素体，其余为贝氏体）；实施例8的钢板的金相显微组织图见图2，其金相组织为80%铁素体+15%贝氏体+5%珠光体（图2中白亮块为铁素体，完全黑色部分为珠光体，其余为贝氏体）；实施例2-7和实施例9-10的钢板的金相显微组织图与图1一致，其金相组织均为95%贝氏体+5%铁素体%。

性能测试

在以上实施例1-10制得的成品带钢上取样，并按照GB/T228规定的方法检测屈服强度、抗拉强度和总伸长率，按照GB/T229-2007规定的方法检测-20℃纵向冲击功，检测结果示于表4中。

表4

由上可知，本发明的方法无需进行Nb微合金化，即可生产出具有较高的强度和塑性以及良好的低温韧性的钢板。当精轧的开轧温度为850-920℃，精轧的终轧温度为830-850℃，冷却入口温度为770-800℃，冷却的速度为20-25℃/s，冷却出口温度为450-500℃，粗轧的总压下率为60-67%，精轧的总压下率为55-75%时，生产的钢板，组织主要为贝氏体组成、屈服强度大于550MPa、抗拉强度大于700MPa、总伸长率大于24%、屈强比为不大于0.80、-20℃纵向冲击功大于90J。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (11)

1.一种钢板，其特征在于，以所述钢板的总重量为基准，所述钢板中含有：0.05-0.07重量％C、0.10-0.20重量％Si、1.75-1.85重量％Mn、0.05-0.08重量％V、0.15-0.25重量％Mo、0.01-0.013重量％N，其余为Fe和不可避免的杂质；

所述钢板由以下方法生产得到，该方法包括：将钢水连铸得到板坯，对所述板坯依次进行再加热、粗轧、精轧和冷却，其中，以所述板坯的总重量为基准，所述板坯中含有：0.05-0.07重量％C、0.10-0.20重量％Si、1.75-1.85重量％Mn、0.05-0.08重量％V、0.15-0.25重量％Mo、0.01-0.013重量％N，其余为Fe和不可避免的杂质；其中，所述精轧的开轧温度为850-920℃，所述精轧的终轧温度为830-850℃。

2.根据权利要求1所述的钢板，其中，所述钢板的厚度为30-50mm。

3.一种钢板的生产方法，其特征在于，该方法包括：将钢水连铸得到板坯，对所述板坯依次进行再加热、粗轧、精轧和冷却，其中，以所述板坯的总重量为基准，所述板坯中含有：0.05-0.07重量％C、0.10-0.20重量％Si、1.75-1.85重量％Mn、0.05-0.08重量％V、0.15-0.25重量％Mo、0.01-0.013重量％N，其余为Fe和不可避免的杂质；

其中，所述精轧的开轧温度为850-920℃，所述精轧的终轧温度为830-850℃。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述精轧的开轧温度为860-880℃，所述精轧的终轧温度为830-840℃。

5.根据权利要求3所述的方法，其中，在冷却时，冷却入口温度为770-800℃，冷却的速度为20-25℃/s，冷却出口温度为450-500℃。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，冷却入口温度为780-790℃，冷却的速度为22-24℃/s，冷却出口温度为480-490℃。

7.根据权利要求3所述的方法，其中，对所述板坯再加热时，将所述板坯加热至1150-1200℃。

8.根据权利要求3所述的方法，其中，所述粗轧的总压下率为60-67％。

9.根据权利要求3所述的方法，其中，所述精轧的总压下率为55-75％。

10.根据权利要求3所述的方法，其中，所述粗轧的开轧温度为1100-1130℃，粗轧的终轧温度为1040-1070℃。

11.根据权利要求3所述的方法，其中，在对板坯进行精轧时将板坯精轧至30-50mm的厚度。