CN104018062A - 低合金高强度q390c中厚钢板及其生产方法 - Google Patents

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张大治
刘海涛
丁晓志
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Abstract

本发明公开了一种低合金高强度Q390C中厚钢板,其化学成分按重量百分比计,包括:C0.15~0.17%、Si0.25~0.35%、Mn1.4~1.5%、P≤0.02%、S≤0.015%、Als0.015~0.03%;其余为铁和杂质。本发明还公开了一种低合金高强度Q390C中厚钢板的生产方法。本发明采用低成本成分设计,只使用了廉价的C、Si、Mn元素,主要通过固溶强化和细晶强化作用,Q390C钢板的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,制造成本低廉。

Description

低合金高强度Q390C中厚钢板及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种金属材料技术,具体说,涉及一种低合金高强度Q390C中厚钢板及其生产方法。
背景技术
低合金高强度钢板Q390C在工程机械用钢以及厂房结构件制作等领域广泛应用。Q390C要求0℃时钢板冲击功大于34J,要求钢板在具有较高强度的同时,还需要有较好的韧性。Q390C钢板的常温及低温组织为铁素体+珠光体,常常是在C-Mn成分基础上添加一定量的Nb、V、Ti等微合金来保证强韧性的匹配。或通过轧后钢板较大的冷却速度和很低的终冷温度,充分细化铁素体晶粒来提高钢板强度和韧性。
公开号CN102912229A的专利文件公开了一种390MPa级低成本热轧结构钢板及其制造方法。该方法生产的钢板韧塑性、焊接性能良好,但该方法只能生产2~12mm厚的热轧卷板,对于中厚钢板的生产没有涉及。
公开号CN101787490A的专利文件公开了一种微合金化的Q345R钢。其生产方法要添加微合金Nb、V、Ti,并需要正火,钢板的合金成本较高且制造工艺复杂。
发明内容
本发明所解决的技术问题是提供一种低合金高强度Q390C中厚钢板,以铁素体为主的组织,具有良好的塑性和韧性,0℃的冲击功达到150J以上,延伸率达到24%以上。
技术方案如下:
一种低合金高强度Q390C中厚钢板,其化学成分按重量百分比计,包括:C0.15~0.17%、Si0.25~0.35%、Mn1.4~1.5%、P≤0.02%、S≤0.015%、Als0.015~0.03%;其余为铁和杂质。
进一步,其化学成分按重量百分比计,包括:C0.15%、Si0.35%、Mn1.5%、P0.02%、S0.008%、Als0.015%,其余为铁和杂质。
进一步,其化学成分按重量百分比计,包括:C0.17、Si0.25%、Mn1.45%、P0.008%、S0.015%、Als0.03%,其余为铁和杂质。
进一步,其化学成分按重量百分比计,包括:C0.16%、Si0.28%、Mn1.4%、P0.012%、S0.009%、Als0.024%,其余为铁和杂质。
本发明所解决的另一个技术问题是提供一种低合金高强度Q390C中厚钢板的生产方法,采用低成本成分设计,只使用了廉价的C、Si、Mn元素,主要通过固溶强化和细晶强化作用,Q390C钢板的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,制造成本低廉。
技术方案如下:
一种低合金高强度Q390C中厚钢板的生产方法,其步骤包括冶炼、连铸、板坯再加热、轧制成型和冷却;
其中,板坯再加热过程中,采用250mm厚的连铸坯进行生产,连铸坯出炉温度1170-1200℃,加热时间300~430分钟;
轧制成型过程中,板坯再加热之后进行控制轧制,第一阶段开轧厚度为板坯的厚度,第一阶段开轧温度1160~1190℃,第一阶段终轧温度≥950℃,第一阶段轧制6~9道轧制;第二阶段钢板的开轧厚度为2.5-3倍成品钢板厚度,第二阶段钢板开轧温度为870~900℃,第二阶段终轧温度为780~820℃;第二阶段轧制5~6道次;
冷却过程中,将轧制后的钢板进行层流冷却,冷却速度为8~12℃/s,终冷温度为650~680℃;成品低合金高强度Q390C中厚钢板的化学成分按重量百分比计,包括:C0.15~0.17%、Si0.25~0.35%、Mn1.4~1.5%、P≤0.02%、S≤0.015%、Als0.015~0.03%;其余为铁和杂质。
进一步,板坯出炉温度为1170℃,板坯加热时间为300分钟;第一阶段开轧温度1160℃,第一阶段终轧轧温度950℃,第一阶段轧制9道次,第二阶段开轧厚度45mm,第二阶段开轧温度900℃,第二阶段终轧温度820℃,终冷温度680℃,第二阶段轧制5道次,冷却速率12℃/s;轧制成厚度为15mm的钢板,其化学成分按重量百分比计,包括:C0.15%、Si0.35%、Mn1.5%、P0.02%、S0.008%、Als0.015%,余量为Fe和杂质。
进一步,板坯出炉温度为1200℃,板坯加热时间为410分钟;第一阶段开轧温度1190℃,第一阶段终轧轧温度1120℃,第一阶段轧制6道次,第二阶段开轧厚度100mm,第二阶段开轧温度870℃,第二阶段终轧温度792℃,终冷温度650℃,第二阶段轧制6道次,冷却速率8℃/s;轧制成厚度为40mm的钢板,其化学成分按重量百分比计,包括:C0.17、Si0.25%、Mn1.45%、P0.008%、S0.015%、Als0.03%,余量为Fe和杂质。
进一步,板坯出炉温度为1185℃,板坯加热时间为430分钟;第一阶段开轧温度1175℃,第一阶段终轧轧温度1108℃,第一阶段轧制8道次,第二阶段开轧厚度70mm,第二阶段开轧温度880℃,第二阶段终轧温度780℃,终冷温度670℃,第二阶段轧制6道次,冷却速率10℃/s;轧制成厚度为25mm的钢板,其化学成分按重量百分比计,包括:C0.16%、Si0.28%、Mn1.4%、P0.012%、S0.009%、Als0.024%,余量为Fe和杂质。
进一步,冶炼和连铸过程中,铁水采用镁基脱硫,在转炉采用顶底复合吹炼;钢水经LF炉精炼,要求钢水中的S≤0.008%;钢水进行RH炉处理,在真空度不超过133Pa下处理时间不低于15分钟;连铸坯的厚度为250mm,连铸时采用电磁搅拌和轻压下,电磁搅拌频率为6Hz,电流275A,压下位置为6、7、8段,压下量为2mm、2mm、2mm。
与现有技术相比,本发明技术效果包括:
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,主要通过固溶强化和细晶强化作用,Q390C钢板的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,制造成本低廉。
2、本发明钢板是以铁素体为主的组织,具有良好的塑性和韧性,0℃的冲击功达到150J以上,延伸率达到24%以上。
3、钢板的成分和工艺设计合理,工艺简单、生产周期短,工艺制度比较宽松,可在宽厚板线上稳定生产。
4、以1年生产8000吨Q390C钢板,每吨利润250元计算。一年可增加利润200万元,具有良好的经济效益。同时生产工艺简单,能耗少,燃料消耗少,对环境污染少,具有积极的社会效益。
附图说明
图1为本发明实施例1的钢板的金相组织图;
图2为本发明实施例2的钢板的金相组织图;
图3为本发明实施例3的钢板的金相组织图。
具体实施方式
本发明采用低成本成分设计,只使用了廉价的C、Si、Mn元素,主要通过固溶强化和细晶强化作用,使得成品Q390C钢板的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,制造成本低廉。
低合金高强度Q390C中厚钢板的生产方法,具体步骤如下:
步骤1:冶炼和连铸;
(1)铁水采用镁基脱硫,在转炉采用顶底复合吹炼;
(2)钢水经LF炉精炼,要求钢水中的S≤0.008%;
(3)钢水进行RH炉处理,在真空度不超过133Pa下处理时间不低于15分钟。
(4)连铸坯的厚度为250mm,连铸时采用电磁搅拌和轻压下,电磁搅拌频率为6Hz,电流275A,压下位置为6、7、8段,压下量为2mm、2mm、2mm。采用电磁搅拌和轻压下技术,目的是减少钢板中心偏析,改善板坯内部质量。
步骤2:板坯再加热工艺;
采用250mm厚的连铸坯(板坯)进行生产,连铸坯出炉温度1170-1200℃,加热时间300~430分钟。250mm的板坯就是规格和型号,宽厚板的板坯一般都是按厚度来定义的,一般的宽厚板板坯都只有几种固定的规格,如200mm、250mm、300mm厚板坯。
步骤3:轧制成型工艺;
板坯再加热之后进行控制轧制,第一阶段(粗轧)开轧厚度为板坯的厚度,第一阶段开轧温度1160~1190℃,第一阶段终轧温度≥950℃,第一阶段轧制6~9道轧制;第二阶段(精轧)钢板的开轧厚度为2.5-3倍成品钢板厚度,第二阶段钢板开轧温度为870~900℃,第二阶段终轧温度为780~820℃;第二阶段轧制5~6道次。
步骤4:将上述轧制后的钢板进行层流冷却,冷却速度为8~12℃/s,终冷温度为650~680℃。
成品低合金高强度Q390C中厚钢板的化学成分按重量百分比计,包括:C0.15~0.17%、Si0.25~0.35%、Mn1.4~1.5%、P≤0.02%、S≤0.015%、Als(酸溶铝)0.015~0.03%;其余为铁和不可避免杂质。
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Q390C的化学成分不含Nb、V等能在第二阶段轧制析出第二项粒子的合金元素,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,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5~6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。轧后采用层流冷却,将钢板由终轧温度快速冷却至650~680℃,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。层流冷却的冷却速度不能太大,也不能太小;冷却速度太大,一是层流冷却设备能力达不到,二是冷却到终冷温度时,钢板温度梯度太大,导致钢板沿厚度方向组织差异大;冷却速度太小,则对钢板的晶粒细化作用有限。
以下结合实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
采用厚度为250mm板坯,板坯出炉温度为1170℃,板坯加热时间为300分钟,板坯的(重量百分比)化学成分为:C0.15%、Si0.35%、Mn1.5%、P0.02%、S0.008%、Als0.015%,余量为Fe和不可避免的杂质。轧制成厚度为15mm的钢板,详细的轧制及冷去工艺见表1,其力学性能见表2。
如图1所示,为本发明中实施例1的钢板的金相组织图。从该金相图可以看出,钢板的组织为铁素体+珠光体,以铁素体为主,钢板的晶粒大小均匀,没有混晶现象,由于铁素体占大多数,且铁素体具有良好的塑性、韧性,因此该组织的钢板具有良好的韧性。
表1轧制及冷却工艺
表2钢板力学性能
实施例2
采用厚度为250mm板坯,板坯出炉温度为1200℃,板坯加热时间为410分钟,板坯的(重量百分比)化学成分为:C0.17、Si0.25%、Mn1.45%、P0.008%、S0.015%、Als0.03%,余量为Fe和不可避免的杂质。轧制成厚度为40mm的钢板,详细的轧制及冷却工艺见表3,其力学性能见表4。
如图2所示,为本发明中实施例2的钢板的金相组织图。从该金相图可以看出,钢板的组织为铁素体+珠光体,以铁素体为主,钢板的晶粒大小均匀,没有混晶现象,没有带状组织。由于铁素体占大多数,分布均匀,且铁素体具有良好的塑性、韧性,因此该组织的钢板具有良好的韧性。
表3轧制及冷却工艺
表4钢板力学性能
实施例3
采用厚度为250mm板坯,板坯出炉温度为1185℃,板坯加热时间为430分钟,板坯的(重量百分比)化学成分为:C0.16%、Si0.28%、Mn1.4%、P0.012%、S0.009%、Als0.024%,余量为Fe和不可避免的杂质。轧制成厚度为25mm的钢板,详细的轧制及冷却工艺见表5,其力学性能见表6。
如图3所示,为本发明中实施例3的钢板的金相组织图。从该金相图可以看出,钢板的组织为铁素体+珠光体,以铁素体为主,钢板的晶粒大小均匀,没有混晶现象。由于铁素体占大多数,分布均匀,且铁素体具有良好的塑性、韧性,因此该组织的钢板具有良好的韧性。
表5轧制及冷却工艺
表6钢板力学性能

Claims (9)

1.一种低合金高强度Q390C中厚钢板,其特征在于,其化学成分按重量百分比计,包括:C0.15~0.17%、Si0.25~0.35%、Mn1.4~1.5%、P≤0.02%、S≤0.015%、Als0.015~0.03%;其余为铁和杂质。
2.如权利要求1所述低合金高强度Q390C中厚钢板,其特征在于,其化学成分按重量百分比计,包括:C0.15%、Si0.35%、Mn1.5%、P0.02%、S0.008%、Als0.015%,其余为铁和杂质。
3.如权利要求1所述低合金高强度Q390C中厚钢板,其特征在于,其化学成分按重量百分比计,包括:C0.17、Si0.25%、Mn1.45%、P0.008%、S0.015%、Als0.03%,其余为铁和杂质。
4.如权利要求1所述低合金高强度Q390C中厚钢板,其特征在于,其化学成分按重量百分比计,包括:C0.16%、Si0.28%、Mn1.4%、P0.012%、S0.009%、Als0.024%,其余为铁和杂质。
5.一种低合金高强度Q390C中厚钢板的生产方法,其特征在于,其步骤包括冶炼、连铸、板坯再加热、轧制成型和冷却;
其中,板坯再加热过程中,采用250mm厚的连铸坯进行生产,连铸坯出炉温度1170-1200℃,加热时间300~430分钟;
轧制成型过程中,板坯再加热之后进行控制轧制,第一阶段开轧厚度为板坯的厚度,第一阶段开轧温度1160~1190℃,第一阶段终轧温度≥950℃,第一阶段轧制6~9道轧制;第二阶段钢板的开轧厚度为2.5-3倍成品钢板厚度,第二阶段钢板开轧温度为870~900℃,第二阶段终轧温度为780~820℃;第二阶段轧制5~6道次;
冷却过程中,将轧制后的钢板进行层流冷却,冷却速度为8~12℃/s,终冷温度为650~680℃;成品低合金高强度Q390C中厚钢板的化学成分按重量百分比计,包括:C0.15~0.17%、Si0.25~0.35%、Mn1.4~1.5%、P≤0.02%、S≤0.015%、Als0.015~0.03%;其余为铁和杂质。
6.如权利要求5所述低合金高强度Q390C中厚钢板的生产方法,其特征在于,板坯出炉温度为1170℃,板坯加热时间为300分钟;第一阶段开轧温度1160℃,第一阶段终轧轧温度950℃,第一阶段轧制9道次,第二阶段开轧厚度45mm,第二阶段开轧温度900℃,第二阶段终轧温度820℃,终冷温度680℃,第二阶段轧制5道次,冷却速率12℃/s;轧制成厚度为15mm的钢板,其化学成分按重量百分比计,包括:C0.15%、Si0.35%、Mn1.5%、P0.02%、S0.008%、Als0.015%,余量为Fe和杂质。
7.如权利要求5所述低合金高强度Q390C中厚钢板的生产方法,其特征在于,板坯出炉温度为1200℃,板坯加热时间为410分钟;第一阶段开轧温度1190℃,第一阶段终轧轧温度1120℃,第一阶段轧制6道次,第二阶段开轧厚度100mm,第二阶段开轧温度870℃,第二阶段终轧温度792℃,终冷温度650℃,第二阶段轧制6道次,冷却速率8℃/s;轧制成厚度为40mm的钢板,其化学成分按重量百分比计,包括:C0.17、Si0.25%、Mn1.45%、P0.008%、S0.015%、Als0.03%,余量为Fe和杂质。
8.如权利要求5所述低合金高强度Q390C中厚钢板的生产方法,其特征在于,板坯出炉温度为1185℃,板坯加热时间为430分钟;第一阶段开轧温度1175℃,第一阶段终轧轧温度1108℃,第一阶段轧制8道次,第二阶段开轧厚度70mm,第二阶段开轧温度880℃,第二阶段终轧温度780℃,终冷温度670℃,第二阶段轧制6道次,冷却速率10℃/s;轧制成厚度为25mm的钢板,其化学成分按重量百分比计,包括:C0.16%、Si0.28%、Mn1.4%、P0.012%、S0.009%、Als0.024%,余量为Fe和杂质。
9.如权利要求5所述低合金高强度Q390C中厚钢板的生产方法,其特征在于,冶炼和连铸过程中,铁水采用镁基脱硫,在转炉采用顶底复合吹炼;钢水经LF炉精炼,要求钢水中的S≤0.008%;钢水进行RH炉处理,在真空度不超过133Pa下处理时间不低于15分钟;连铸坯的厚度为250mm,连铸时采用电磁搅拌和轻压下,电磁搅拌频率为6Hz,电流275A,压下位置为6、7、8段,压下量为2mm、2mm、2mm。
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