CN104018071A

CN104018071A - 低碳当量高韧性q420e钢板及其生产方法

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Publication number: CN104018071A
Application number: CN201410272417.3A
Authority: CN
Inventors: 温利军; 薛越; 张大治; 李�浩; 刘海涛; 徐建东
Original assignee: Baotou Iron and Steel Group Co Ltd
Current assignee: Baotou Iron and Steel Group Co Ltd; Inner Mongolia Baotou Steel Union Co Ltd
Priority date: 2014-06-18
Filing date: 2014-06-18
Publication date: 2014-09-03
Anticipated expiration: 2034-06-18
Also published as: CN104018071B

Abstract

本发明公开了一种低碳当量高韧性Q420E钢板，按重量百分比计，其化学成分包括：C0.06～0.08％、Si0.35～0.45％、Mn1.3～1.5％、P≤0.02％、S≤0.005％、Nb0.025～0.035％、Ca0.0015～0.003％、Als0.017～0.03％，其余为铁和杂质。本发明还公开了一种低碳当量高韧性Q420E钢板的生产方法。本发明生产工艺简单、生产成本低、表面质量良好，只在传统C-Mn钢的基础上添加微量的Nb，通过合适的加热、控轧、控冷工艺就得到了表面质量良好的低碳当量高韧性Q420E钢板。

Description

低碳当量高韧性Q420E钢板及其生产方法

技术领域

本发明属于金属材料领域，特别涉及一种低碳当量高韧性Q420E钢板及其生产方法。

背景技术

Q420E低合金高强度结构钢板被广泛的应用在各种工程机械的制造及其它结构件制作领域。工程机械和结构件的制造时需要将大量的钢板焊接起来，同时工程机械和结构件使用时往往要承载动载荷，并在低温环境下使用。为了提高工作工作效率，保证焊接质量，要求材料的焊接性能良好，而焊接性能与材料的碳当量密切相关，碳当量越低，焊接性能越好，因此下游企业希望材料的碳当量越低越好；材料能承受较大的动载荷，并能在低温环境下使用，要求材料具有良好的低温韧性。现在的Q420E钢板生产面临生产工艺复杂，生产成本高，碳当量高；或者冲击韧性偏低等问题。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供一种低碳当量高韧性Q420E钢板，钢板的碳当量低，碳当量在0.27～0.33之间，具有优异的焊接性能。

技术方案如下：

一种低碳当量高韧性Q420E钢板，按重量百分比计，其化学成分包括：C0.06～0.08％、Si0.35～0.45％、Mn1.3～1.5％、P≤0.02％、S≤0.005％、Nb0.025～0.035％、Ca0.0015～0.003％、Als0.017～0.03％，其余为铁和杂质。

进一步，按重量百分比计，其化学成分包括：C0.08％、Si0.45％、Mn1.5％、P0.02％、S0.002％、Nb0.035％、Als0.017％、Ca0.0015％，余量为Fe和杂质。

进一步，按重量百分比计，其化学成分包括：C0.07％、Si0.35％～0.41％、Mn1.3％～1.45％、P0.009％～0.015％、S0.001％～0.004％、Nb0.03％～0.034％、Als0.023％～0.03％、Ca0.0024％～0.003％，余量为Fe和杂质。

进一步，按重量百分比计，其化学成分包括：C0.06％、Si0.42％、Mn1.41％、P0.011％、S0.002％、Nb0.025％、Als0.021％、Ca0.0023％，余量为Fe和杂质。

进一步，按重量百分比计，其化学成分包括：C0.065％、Si0.38％、Mn1.37％、P0.015％、S0.002％、Nb0.032％、Als0.019％、Ca0.0027％，余量为Fe和杂质。

本发明所解决的另一个技术问题是提供一种低碳当量高韧性Q420E钢板的生产方法，生产工艺简单、生产成本低、表面质量良好，只在传统C-Mn钢的基础上添加微量的Nb，通过合适的加热、控轧、控冷工艺就得到了表面质量良好的低碳当量高韧性Q420E钢板。

技术方案如下：

一种低碳当量高韧性Q420E钢板的生产方法，包括冶炼、连铸、板坯再加热和轧制成型，其中，

板坯再加热过程中，采用250mm厚的连铸坯进行生产，板坯再加热的出炉温度1190-1220℃，加热时间290～430分钟；

钢板的轧制成型过程中，当轧制10mm～16mm厚钢板时，板坯再加热之后进行控制轧制，第一阶段开轧厚度为板坯厚度，第一阶段开轧温度1170～1200℃，第一阶段终轧温度≥1030℃，第一阶段高温延伸轧制时单道次压下率≥13％；第二阶段钢板的开轧厚度为3倍成品钢板厚度，第二阶段钢板开轧温度为890～980℃，第二阶段终轧温度为770～800℃；钢板轧完经热矫直机矫直后，自然空冷；

当轧制大于16mm～30mm厚钢时，板坯再加热之后进行控制轧制，第一阶段开轧厚度为板坯厚度，第一阶段开轧温度1170～1200℃，第一阶段终轧温度＞1020℃，第一阶段高温延伸轧制时单道次压下率≥12％；第二阶段钢板的开轧厚度为3倍成品钢板厚度，第二阶段钢板开轧温度为860～890℃，第二阶段终轧温度为770～800℃；钢板轧完后进行层流冷却，冷却速度为15～21℃/s，终冷温度为610～640℃；

成品低碳当量高韧性Q420E钢板按重量百分比计，包括：C0.06～0.08％、Si0.35～0.45％、Mn1.3～1.5％、P≤0.02％、S≤0.005％、Nb0.025～0.035％、Ca0.0015～0.003％、Als0.017～0.03％，其余为铁和杂质。

进一步，板坯出炉温度为1220℃，板坯加热时间为290分钟，第一阶段开轧温度1200℃，第一阶段高温延伸轧制最小单道次压下率为13％，第一阶段终轧温度1030℃，第二阶段开轧厚度30mm，第二阶段开轧温度980℃，第二阶段终轧温度800℃，轧制成厚度为10mm的钢板，成品低碳当量高韧性Q420E钢板按重量百分比计，包括：C0.08％、Si0.45％、Mn1.5％、P0.02％、S0.002％、Nb0.035％、Als0.017％、Ca0.0015％，余量为Fe和杂质。

进一步，板坯出炉温度为1190℃，板坯加热时间为430分钟，第一阶段开轧温度1170℃，第一阶段高温延伸轧制最小单道次压下率为14％，第一阶段终轧温度1042℃，第二阶段开轧厚度48mm，第二阶段开轧温度890℃，第二阶段终轧温度784℃，轧制成厚度为16mm的钢板，成品低碳当量高韧性Q420E钢板按重量百分比计，包括：C0.07％、Si0.35％、Mn1.3％、P0.015％、S0.001％、Nb0.03％、Als0.03％、Ca0.003％，余量为Fe和杂质。

进一步，板坯出炉温度为1205℃，板坯加热时间为352分钟，第一阶段开轧温度1185℃，第一阶段高温延伸轧制最小单道次压下率为12％，第一阶段终轧温度1058℃，第二阶段开轧厚度90mm，第二阶段开轧温度860℃，第二阶段终轧温度800℃，冷却速度15℃/s，终冷温度610℃，轧制成厚度为30mm的钢板，成品低碳当量高韧性Q420E钢板按重量百分比计，包括：C0.07％、Si0.41％、Mn1.38％、P0.009％、S0.004％、Nb0.031％、Als0.023％、Ca0.0024％，余量为Fe和杂质。

进一步，板坯出炉温度为1211℃，板坯加热时间为375分钟，第一阶段开轧温度1192℃，第一阶段高温延伸轧制最小单道次压下率为13％，第一阶段终轧温度1020℃，第二阶段开轧厚度54mm，第二阶段开轧温度890℃，第二阶段终轧温度770℃，冷却速度21℃/s，终冷温度640℃，轧制成厚度为18mm的钢板，成品低碳当量高韧性Q420E钢板按重量百分比计，包括：C0.065％、Si0.38％、Mn1.37％、P0.015％、S0.002％、Nb0.032％、Als0.019％、Ca0.0027％，余量为Fe和杂质。

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，生产工艺简单、生产成本低、表面质量良好，只在传统C-Mn钢的基础上添加微量的Nb，通过合适的加热、控轧、控冷工艺就得到了表面质量良好的低碳当量高韧性Q420E钢板。

2、钢板的强度、塑性、韧性良好。钢板的屈服强度在450MPa～500MPa之间，抗拉强度在530～570MPa之间，延伸率在24％～30％之间，-40℃冲击功在210J～350J之间。

3、钢板的碳当量低，碳当量在0.27～0.33之间。

4、以1年生产10-30mm厚的该Q420E钢板4000吨，每吨利润300元计算。一年可增加利润120万元，具有良好的经济效益。该钢板碳当量低，低温冲击韧性和焊接性能优异，便于后续工序加工，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；

图4为本发明实施例4的钢板的金相组织图；

图5为本发明实施例5的钢板的金相组织图；

图6为本发明实施例6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，只在传统C-Mn钢的基础上添加微量的Nb，通过合适的加热、控轧、控冷工艺就得到了表面质量良好的低碳当量高韧性Q420E钢板。钢板的碳当量低，碳当量在0.27～0.33之间，具有优异的焊接性能。

低碳当量高韧性Q420E钢板，按重量百分比计，包括：C0.06～0.08％、Si0.35～0.45％、Mn1.3～1.5％、P≤0.02％、S≤0.005％、Nb0.025～0.035％、Ca0.0015～0.003％、Als(酸溶铝)0.017～0.03％，其余为铁和不可避免杂质。

低碳当量高韧性Q420E钢板及其生产方法的生产方法，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≤0.003％；

(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30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280A，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：采用250mm厚的连铸坯进行生产，连铸坯(板坯)再加热的出炉温度1190-1220℃，加热时间290～430分钟。

步骤3：钢板的轧制成型；

当轧制10mm～16mm厚钢板时，板坯再加热之后进行控制轧制，第一阶段(粗轧)开轧厚度为板坯厚度，第一阶段开轧温度1170～1200℃，第一阶段终轧温度≥1030℃，第一阶段高温延伸轧制时单道次压下率≥13％；第二阶段(精轧)钢板的开轧厚度为3倍成品钢板厚度，第二阶段钢板开轧温度为890～980℃，第二阶段终轧温度为770～800℃；钢板轧完经热矫直机矫直后，自然空冷。

当轧制大于16mm～30mm厚钢时，板坯再加热之后进行控制轧制，第一阶段开轧厚度为板坯厚度，第一阶段开轧温度1170～1200℃，第一阶段终轧温度＞1020℃，第一阶段高温延伸轧制时单道次压下率≥12％；第二阶段钢板的开轧厚度为3倍成品钢板厚度，第二阶段钢板开轧温度为860～890℃，第二阶段终轧温度为770～800℃；钢板轧完后进行层流冷却，冷却速度为15～21℃/s，终冷温度为610～640℃。

对上述加热好的连铸坯在奥氏体再结晶区进行控制轧制。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。大的单道次压下率能使变形充分渗透至钢板中心，充分细化奥氏体晶粒并均匀奥氏体组织，同时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；低速轧制使每一道次轧制完的温度低于上一道次轧制时的温度，由于钢板再结晶后晶粒的大小主要取决于当时的温度，这样每轧制一道次就会对晶粒进行不同程度细化，最终达到充分细化奥氏体晶粒的目的；还有轧制时轧制速度低，变形抗力小，容易实现较大的单道次压下率。钢板的终轧温度主要基于两点考虑，一是能充分保证第二阶段的开轧温度满足要求，二是保证第一阶段轧完的钢板能充分完成再结晶。

第二阶段的轧制属于非再结晶控轧，第二阶段的轧制温度较低，钢板在较低的温度下轧制变形，形变诱导Nb的碳氮化物析出，钉扎位错，阻碍晶粒再结晶，这样晶粒内部在轧制变形下产生应变，通过多道次轧制，晶粒内部积累了大量的形变能和相变形核位置；相变后最终得到细小的铁素体晶粒组织。

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1220℃，板坯加热时间为290分钟，板坯的(重量百分比)化学成分为：C0.08％、Si0.45％、Mn1.5％、P0.02％、S0.002％、Nb0.035％、Als0.017％、Ca0.0015％，余量为Fe和不可避免的杂质。轧制成厚度为10mm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，钢板的组织以多边形铁素体为主，并有少量的针状铁素体和珠光体，晶粒细小。由于多边形铁素体和针状铁素体都具有良好的塑性和韧性，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1190℃，板坯加热时间为430分钟，板坯的(重量百分比)化学成分为：C0.07％、Si0.35％、Mn1.3％、P0.015％、S0.001％、Nb0.03％、Als0.03％、Ca0.003％，余量为Fe和不可避免的杂质。轧制成厚度为16mm的钢板，详细的轧制及冷去工艺见表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，钢板的组织以多边形铁素体为主，并有少量的针状铁素体和珠光体，晶粒细小。由于多边形铁素体和针状铁素体都具有良好的塑性和韧性，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1190℃，板坯加热时间为430分钟，板坯的(重量百分比)化学成分为：C0.06％、Si0.42％、Mn1.41％、P0.011％、S0.002％、Nb0.025％、Als0.021％、Ca0.0023％，余量为Fe和不可避免的杂质。轧制成厚度为12mm的钢板，详细的轧制及冷去工艺见表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，钢板的组织以多边形铁素体为主，并有少量的针状铁素体和珠光体，晶粒细小。由于多边形铁素体和针状铁素体都具有良好的塑性和韧性，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

实施例4

采用厚度为250mm板坯，板坯出炉温度为1205℃，板坯加热时间为352分钟，板坯的(重量百分比)化学成分为：C0.07％、Si0.41％、Mn1.38％、P0.009％、S0.004％、Nb0.031％、Als0.023％、Ca0.0024％，余量为Fe和不可避免的杂质。轧制成厚度为30mm的钢板，详细的轧制及冷去工艺见表7，其力学性能见表8。

如图4所示，为本发明中实施例4的钢板的金相组织图。从该金相图可以看出，钢板的组织以多边形铁素体为主，并有少量的针状铁素体和珠光体，晶粒细小。由于多边形铁素体和针状铁素体都具有良好的塑性和韧性，因此该组织的钢板具有良好的韧性。

表7轧制及冷却工艺

表8钢板力学性能

实施例5

采用厚度为250mm板坯，板坯出炉温度为1211℃，板坯加热时间为375分钟，板坯的(重量百分比)化学成分为：C0.065％、Si0.38％、Mn1.37％、P0.015％、S0.002％、Nb0.032％、Als0.019％、Ca0.0027％，余量为Fe和不可避免的杂质。轧制成厚度为18mm的钢板，详细的轧制及冷去工艺见表9，其力学性能见表10。

如图5所示，为本发明中实施例5的钢板的金相组织图。从该金相图可以看出，钢板的组织以多边形铁素体为主，并有少量的针状铁素体和珠光体，晶粒细小。由于多边形铁素体和针状铁素体都具有良好的塑性和韧性，因此该组织的钢板具有良好的韧性。

表9轧制及冷却工艺

表10钢板力学性能

实施例6

采用厚度为250mm板坯，板坯出炉温度为1213℃，板坯加热时间为383分钟，板坯的(重量百分比)化学成分为：C0.07％、Si0.37％、Mn1.45％、P0.012％、S0.002％、Nb0.034％、Als0.025％、Ca0.0021％，余量为Fe和不可避免的杂质。轧制成厚度为22mm的钢板，详细的轧制及冷去工艺见表11，其力学性能见表12。

如图6所示，为本发明中实施例6的钢板的金相组织图。从该金相图可以看出，钢板的组织以多边形铁素体为主，并有少量的针状铁素体和珠光体，晶粒细小。由于多边形铁素体和针状铁素体都具有良好的塑性和韧性，因此该组织的钢板具有良好的韧性。

表11轧制及冷却工艺

表12钢板力学性能

Claims

1.一种低碳当量高韧性Q420E钢板，其特征在于，按重量百分比计，其化学成分包括：C0.06～0.08％、Si0.35～0.45％、Mn1.3～1.5％、P≤0.02％、S≤0.005％、Nb0.025～0.035％、Ca0.0015～0.003％、Als0.017～0.03％，其余为铁和杂质。

2.如权利要求1所述低碳当量高韧性Q420E钢板，其特征在于，按重量百分比计，其化学成分包括：C0.08％、Si0.45％、Mn1.5％、P0.02％、S0.002％、Nb0.035％、Als0.017％、Ca0.0015％，余量为Fe和杂质。

3.如权利要求1所述低碳当量高韧性Q420E钢板，其特征在于，按重量百分比计，其化学成分包括：C0.07％、Si0.35％～0.41％、Mn1.3％～1.45％、P0.009％～0.015％、S0.001％～0.004％、Nb0.03％～0.034％、Als0.023％～0.03％、Ca0.0024％～0.003％，余量为Fe和杂质。

4.如权利要求1所述低碳当量高韧性Q420E钢板，其特征在于，按重量百分比计，其化学成分包括：C0.06％、Si0.42％、Mn1.41％、P0.011％、S0.002％、Nb0.025％、Als0.021％、Ca0.0023％，余量为Fe和杂质。

5.如权利要求1所述低碳当量高韧性Q420E钢板，其特征在于，按重量百分比计，其化学成分包括：C0.065％、Si0.38％、Mn1.37％、P0.015％、S0.002％、Nb0.032％、Als0.019％、Ca0.0027％，余量为Fe和杂质。

6.一种低碳当量高韧性Q420E钢板的生产方法，其特征在于，包括冶炼、连铸、板坯再加热和轧制成型，其中，

7.如权利要求6所述低碳当量高韧性Q420E钢板的生产方法，其特征在于，板坯出炉温度为1220℃，板坯加热时间为290分钟，第一阶段开轧温度1200℃，第一阶段高温延伸轧制最小单道次压下率为13％，第一阶段终轧温度1030℃，第二阶段开轧厚度30mm，第二阶段开轧温度980℃，第二阶段终轧温度800℃，轧制成厚度为10mm的钢板，成品低碳当量高韧性Q420E钢板按重量百分比计，包括：C0.08％、Si0.45％、Mn1.5％、P0.02％、S0.002％、Nb0.035％、Als0.017％、Ca0.0015％，余量为Fe和杂质。

8.如权利要求6所述低碳当量高韧性Q420E钢板的生产方法，其特征在于，板坯出炉温度为1190℃，板坯加热时间为430分钟，第一阶段开轧温度1170℃，第一阶段高温延伸轧制最小单道次压下率为14％，第一阶段终轧温度1042℃，第二阶段开轧厚度48mm，第二阶段开轧温度890℃，第二阶段终轧温度784℃，轧制成厚度为16mm的钢板，成品低碳当量高韧性Q420E钢板按重量百分比计，包括：C0.07％、Si0.35％、Mn1.3％、P0.015％、S0.001％、Nb0.03％、Als0.03％、Ca0.003％，余量为Fe和杂质。

9.如权利要求6所述低碳当量高韧性Q420E钢板的生产方法，其特征在于，板坯出炉温度为1205℃，板坯加热时间为352分钟，第一阶段开轧温度1185℃，第一阶段高温延伸轧制最小单道次压下率为12％，第一阶段终轧温度1058℃，第二阶段开轧厚度90mm，第二阶段开轧温度860℃，第二阶段终轧温度800℃，冷却速度15℃/s，终冷温度610℃，轧制成厚度为30mm的钢板，成品低碳当量高韧性Q420E钢板按重量百分比计，包括：C0.07％、Si0.41％、Mn1.38％、P0.009％、S0.004％、Nb0.031％、Als0.023％、Ca0.0024％，余量为Fe和杂质。

10.如权利要求6所述低碳当量高韧性Q420E钢板的生产方法，其特征在于，板坯出炉温度为1211℃，板坯加热时间为375分钟，第一阶段开轧温度1192℃，第一阶段高温延伸轧制最小单道次压下率为13％，第一阶段终轧温度1020℃，第二阶段开轧厚度54mm，第二阶段开轧温度890℃，第二阶段终轧温度770℃，冷却速度21℃/s，终冷温度640℃，轧制成厚度为18mm的钢板，成品低碳当量高韧性Q420E钢板按重量百分比计，包括：C0.065％、Si0.38％、Mn1.37％、P0.015％、S0.002％、Nb0.032％、Als0.019％、Ca0.0027％，余量为Fe和杂质。