CN103911552B - 一种钒钛微合金化热轧低碳贝氏体带钢及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钒钛微合金化热轧低碳贝氏体带钢及其生产方法，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、冷却和卷取，其中，以板坯的总重量为基准，板坯中含有：0.09-0.12重量%C、0.10-0.20重量%Si、1.75-1.85重量%Mn、0.06-0.10重量%V、0.035-0.050重量%Ti，其余为Fe和不可避免的杂质。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的钒钛微合金化热轧低碳贝氏体带钢。
Description
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，涉及一种钒钛微合金化热轧低碳贝氏体带钢及其生产方法。
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。但在带钢方面，由于需要采用低温卷取，若不能有效地控制温度，则会使强度和成形性出现较大波动。目前国内公开的关于热轧ULCB带钢以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，提供一种钒钛微合金化热轧低碳贝氏体带钢及其生产方法，该方法无需进行Nb微合金化（使用昂贵的铌铁合金），且生产出的钒钛微合金化热轧低碳贝氏体带钢克服了铸坯横向裂纹倾向的缺点，具有较高的强度和塑性。
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，适当降低C的含量并提高V和Ti的含量，采用低碳、钒+钛微合金化，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的钒钛微合金化热轧低碳贝氏体带钢。
因此，为了实现上述目的，一方面，本发明提供了一种钒钛微合金化热轧低碳贝氏体带钢，以所述钒钛微合金化热轧低碳贝氏体带钢的总重量为基准，所述钒钛微合金化热轧低碳贝氏体带钢中含有：0.09-0.12重量%C、0.10-0.20重量%Si、1.75-1.85重量%Mn、0.06-0.10重量%V、0.035-0.050重量%Ti，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钒钛微合金化热轧低碳贝氏体带钢的生产方法，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、冷却和卷取，其中，以所述板坯的总重量为基准，所述板坯中含有：0.09-0.12重量%C、0.10-0.20重量%Si、1.75-1.85重量%Mn、0.06-0.10重量%V、0.035-0.050重量%Ti，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，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低碳、钒钛微合金化新型钢种，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。
在本发明的一种优选的实施方式中，通过控制精轧温度在精轧阶段后期促进碳化钛析出，采用超快冷技术、利用固溶钛促进贝氏体相变以形成完全贝氏体组织，同时控制卷取温度以在卷取过程中强化碳化钒析出，生产得到了厚度为4-10mm、组织为全贝氏体、屈服强度大于600MPa、抗拉强度大于670MPa、总伸长率大于17%的钒钛微合金化热轧低碳贝氏体带钢。
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得到的钒钛微合金化热轧低碳贝氏体带钢的金相显微组织图。
图2是本发明实施例6得到的钒钛微合金化热轧低碳贝氏体带钢的金相显微组织图。
图3是本发明实施例8得到的钒钛微合金化热轧低碳贝氏体带钢的金相显微组织图。
图4是本发明实施例1得到的钒钛微合金化热轧低碳贝氏体带钢的透射电镜下析出物图。
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。
本发明提供了一种钒钛微合金化热轧低碳贝氏体带钢，以钒钛微合金化热轧低碳贝氏体带钢的总重量为基准，钒钛微合金化热轧低碳贝氏体带钢中含有：0.09-0.12重量%C、0.10-0.20重量%Si、1.75-1.85重量%Mn、0.06-0.10重量%V、0.035-0.050重量%Ti，其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明中，钒钛微合金化热轧低碳贝氏体带钢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，此外，本发明的钒钛微合金化热轧低碳贝氏体带钢中还含有杂质N，以钒钛微合金化热轧低碳贝氏体带钢的总重量为基准，钒钛微合金化热轧低碳贝氏体带钢中含有0.003-0.005重量%N。
本发明中，钒钛微合金化热轧低碳贝氏体带钢的厚度可以为4-10mm。
本发明还提供了一种钒钛微合金化热轧低碳贝氏体带钢的生产方法，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、冷却和卷取，其中，以板坯的总重量为基准，板坯中含有：0.09-0.12重量%C、0.10-0.20重量%Si、1.75-1.85重量%Mn、0.06-0.10重量%V、0.035-0.050重量%Ti，其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明中，通过合理设计钢水的各种化学成分冶炼钢水，炼好的钢水可以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天然气加热炉中再加热。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1180-1230℃。
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。
本发明中，为了与板坯在天然气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1150-1180℃。粗轧的终轧温度为1000-1040℃。
本发明的发明人在研究中发现，当精轧的开轧温度为850-900℃，优选为870-890℃时，精轧在奥氏体未结晶区内并且在碳化钛的析出温度范围内进行，且使得精轧能够在钛在奥氏体中析出的动力最大，并使得在精轧后期奥氏体中较短时间内析出较多的碳化钛。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770-810℃，优选为780-800℃时，既能够避免终轧温度过高时由于冷却能力不足造成的最终组织得不到完全贝氏体的缺陷，又能够避免由于终轧温度过低时在轧制过程中就已经有奥氏体应变诱导产生铁素体的缺陷。
本发明中，在轧制后，进行冷却以控制热变形后的奥氏体晶粒状态，不降低钢板韧性而进一步优化钢板的强度。本发明的发明人在研究中发现，当冷却的速度为20-40℃/s，优选为25-35℃/s时，能够保证钢板的最终组织为全贝氏体（不会出现其它的组织如铁素体），且能够避免由于冷却速度过慢导致出现少量铁素体组织的缺陷，又能避免由于冷却速度过快造成的局部过冷、组织不均匀的缺陷。其中，可以采用层流冷却方式对轧制得到的热轧带钢进行冷却。
本发明的发明人在研究中还发现，在冷却后进行卷取，当卷取温度为480-560℃，优选为500-530℃时，能够进一步保证钢板的最终组织为全贝氏体，不会出现其它的组织，且能够避免由于卷取的温度过高造成的组织中出现铁素体以及获得粗大的贝氏体造成强度不足的缺陷，又能够避免由于卷取的温度过低造成碳化钒析出不充分造成强度不足的缺陷。
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4-10mm的厚度。即，本发明的方法生产的钒钛微合金化热轧低碳贝氏体带钢的厚度可以为4-10mm，并且在本发明的一种优选的实施方式中，生产得到的钒钛微合金化热轧低碳贝氏体带钢的金相组织由100%贝氏体组成，屈服强度大于600MPa、抗拉强度大于670MPa、总伸长率大于17%。
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。
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，析出物观察所用透射电镜购自日本电子公司，型号为JEM-2100F。
成品钒钛微合金化热轧低碳贝氏体带钢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
本实施例用于说明本发明的钒钛微合金化热轧低碳贝氏体带钢及其生产方法。
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200mm×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、冷却和卷取，并最终制得带钢。其中，将板坯放在天然气加热炉中加热至1200℃，然后在2050mm热连轧机上轧制，粗轧的开轧温度控制为1170℃，粗轧的终轧温度控制为1020℃，粗轧5道次，得到厚度为50mm的中间坯，此后对中间坯进行精轧，精轧的开轧温度控制为880℃，精轧的终轧温度控制为790℃，精轧7道次，得到厚度为6.0mm的热轧带钢，精轧机架间采用水冷；此后采用层流冷却方式对热轧带钢进行冷却，冷却速度为30℃/秒，然后将冷却后的带钢进行卷取，卷取温度为510℃。
具体地，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、冷却速度和卷取温度分别如表2所示，连铸得到的板坯的厚度、粗轧得到的中间坯的厚度以及热轧带钢的厚度分别如表3所示。
表1
表2
表3
实施例2-9
按照实施例1的方法，不同的是，钢水组成如表1所示，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、冷却速度和卷取温度分别如表2所示，连铸得到的板坯的厚度、粗轧得到的中间坯的厚度以及热轧带钢的厚度分别如表3所示。
从实施例1-9得到的钒钛微合金化热轧低碳贝氏体带钢上取金相样，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，并采用透射电镜对析出物进行观察。
其中，实施例1的钒钛微合金化热轧低碳贝氏体带钢的金相显微组织图见图1，其金相组织为100%贝氏体；实施例6的钒钛微合金化热轧低碳贝氏体带钢的金相显微组织图见图2，其金相组织为80%贝氏体+20%铁素体（图2中白亮块为铁素体，其余为贝氏体）；实施例8的钒钛微合金化热轧低碳贝氏体带钢的金相显微组织图见图3，其金相组织为50%贝氏体+50%铁素体（图3中白亮块为铁素体，其余为贝氏体）；实施例2-5、实施例7和实施例9的钒钛微合金化热轧低碳贝氏体带钢的金相显微组织图与图1一致，其金相组织均为100%贝氏体。
其中，实施例1得到的钒钛微合金化热轧低碳贝氏体带钢采用透射电镜观察到的贝氏体上析出物图如图4所示，经透射电镜观察，贝氏体上有大量尺寸在7nm左右的析出物。实施例2-9得到的钒钛微合金化热轧低碳贝氏体带钢，经透射电镜观察，贝氏体上分别有大量尺寸在6nm、7nm、7nm、6nm、9nm、8nm、10nm和9nm左右的析出物。
性能测试
在以上实施例1-9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，检测结果示于表4中。
表4
| 屈服强度（MPa） | 抗拉强度（MPa） | 总伸长率（%） | |
| 实施例1 | 640 | 700 | 17.5 |
| 实施例2 | 630 | 695 | 18.0 |
| 实施例3 | 620 | 690 | 19.0 |
| 实施例4 | 605 | 680 | 20.0 |
| 实施例5 | 640 | 695 | 18.0 |
| 实施例6 | 555 | 615 | 23.0 |
| 实施例7 | 570 | 640 | 22.0 |
| 实施例8 | 530 | 610 | 24.0 |
| 实施例9 | 590 | 660 | 21.0 |
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的钒钛微合金化热轧低碳贝氏体带钢。当精轧的开轧温度为850-900℃，精轧的终轧温度为770-810℃，冷却的速度为20-40℃/s，卷取温度为480-560℃时，生产的钒钛微合金化热轧低碳贝氏体带钢，金相组织由100%贝氏体组成，带钢的屈服强度大于600MPa、抗拉强度大于670MPa、总伸长率大于17%。
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 (10)
1.一种钒钛微合金化热轧低碳贝氏体带钢，其特征在于，以所述钒钛微合金化热轧低碳贝氏体带钢的总重量为基准，所述钒钛微合金化热轧低碳贝氏体带钢中含有：0.09-0.12重量％C、0.10-0.20重量％Si、1.75-1.85重量％Mn、0.06-0.10重量％V、0.035-0.050重量％Ti，其余为Fe和不可避免的杂质；
其中，所述钒钛微合金化热轧低碳贝氏体带钢的生产方法包括：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、冷却和卷取，其中，以所述板坯的总重量为基准，所述板坯中含有：0.09-0.12重量％C、0.10-0.20重量％Si、1.75-1.85重量％Mn、0.06-0.10重量％V、0.035-0.050重量％Ti，其余为Fe和不可避免的杂质；所述精轧的开轧温度为850-900℃，所述精轧的终轧温度为770-810℃，所述冷却的速度为20-40℃/s，所述卷取温度为480-560℃。
2.根据权利要求1所述的钒钛微合金化热轧低碳贝氏体带钢，其中，所述钒钛微合金化热轧低碳贝氏体带钢的厚度为4-10mm。
3.一种钒钛微合金化热轧低碳贝氏体带钢的生产方法，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、冷却和卷取，其中，以所述板坯的总重量为基准，所述板坯中含有：0.09-0.12重量％C、0.10-0.20重量％Si、1.75-1.85重量％Mn、0.06-0.10重量％V、0.035-0.050重量％Ti，其余为Fe和不可避免的杂质；所述精轧的开轧温度为850-900℃，所述精轧的终轧温度为770-810℃，所述冷却的速度为20-40℃/s，所述卷取温度为480-560℃。
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870-890℃。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述精轧的终轧温度为780-800℃。
6.根据权利要求3所述的方法，其中，所述冷却的速度为25-35℃/s。
7.根据权利要求3所述的方法，其中，所述卷取温度为500-530℃。
8.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1180-1230℃。
9.根据权利要求3所述的方法，其中，所述粗轧的开轧温度为1150-1180℃，粗轧的终轧温度为1000-1040℃。
10.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4-10mm的厚度。
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