CN104561792B - 一种v-n合金化高强钢板及制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种V‑N合金化高强钢板及制造方法，化学成分按照重量百分比为：C0.075%～0.105%，Si0.1%～0.55%，Mn1.45%～2.5%，V0.03%～0.065%，Ti0.002%～0.008%，Cu0.2%～0.4%，Ni0%～0.15%，N0.008%～0.012%，P≤0.01%，S≤0.01%，Als0.015%～0.03%，余量为Fe及不可避免杂质，将上述成分的钢进行冶炼、连铸，铸坯加热至1100‑1250℃，保温0.5‑4.5h，轧制8～11道次，道次压下率控制在15%～35%，终轧900‑950℃，冷却速度15‑45℃/s，终冷370‑550℃。本发明的优点及效果在于：成分中添加成本较低的V、N元素，并采用低温加热，高温轧制工艺，提高了生产效率，降低生产成本，产品屈服强度520～560MPa、延伸率大于20%，‑60℃冲击功大于90J。
Description
技术领域
本发明属于金属材料生产技术领域，特别涉及到一种V-N合金化高强钢板及其制造方法。
背景技术
在工程机械制造、架设桥梁、造船、车辆制造、石油管道、航空等领域，高强度中厚钢板得到广泛的应用。它们对钢板共同的要求是具有高强度，较高的韧性或低温韧性；另外，从降低制造各种装备的成本及改善工艺性能的角度出发，通常还希望这类钢碳含量较低，合金元素含量不高，生产工艺简单。
目前，在高强钢板的生产中，广泛采用TMCP技术，通过设计合金元素的含量和控轧控冷参数等实现相变强化、细晶强化和亚晶强化等强化机制来提高钢的强度和韧性。主要存在以下问题，1）碳含量偏高，造成钢的低温韧性和焊接性能降低。如东北大学申请的一种屈服强度460MPa级低合金高强度结构钢板材的制造方法的专利，其含碳量按照重量百分比达到0.2%；2）含有贵金属元素较多，合金成本较高，增加生产过程难度。如日本株式会社神户制钢所申请的具有高屈服强度的非调质钢板的专利，其化学成分中含有Cr、Mo、Nb等元素，增加了吨钢成本，并且为连铸生产带来很大的技术难度；LYLES，Marcy等申请的HIGH-TENSILE-STRENGTH STEEL AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME的专利，该专利同样含有Cr、Mo、Nb等元素。3）轧制过程采用控制轧制，需要控制的因素较多，降低生产节奏，影响生产效率。如上述东北大学申请的专利，采用两阶段轧制，且其终轧温度较低，为780℃，增加了对轧机能力的要求；宝山钢铁股份有限公司申请的一种低屈服比易焊接结构钢厚板及其生产方法的专利，也同样采用两阶段轧制。
综上所述，现有高强钢板的生产工艺已经远不能满足降低钢板生产成本与提高生产效率的需求。
发明内容
针对以上问题，本发明的目的在于提供一种成分设计合理、工艺简单、少量合金元素的高强度钢板及制造方法，通过在化学成分中添加成本较低的V、N元素，充分发挥V、N元素在钢板中的联合强化作用，实现对合金元素存在形态、强化方式的全新控制，取消Nb元素的加入，降低吨钢成本及连铸生产的技术难度；同时实现钢的低温加热与高温轧制，提高其生产效率。
本发明的主要技术方案为：
一种V-N合金化高强钢板的化学成分，按照重量百分比为：C0.075%～0.105%，Si0.1%～0.55%，Mn1.45%～2.5%，V0.03%～0.065%，Ti0.002%～0.008%，Cu0.2%～0.4%，Ni0%～0.15%，N0.008%～0.012%，P≤0.01%，S≤0.01%，Als0.015%～0.03%，余量为Fe及不可避免杂质。
下面对本发明中各化学成分的作用做详细介绍。
C：合金钢中主要强化元素，是提高钢板淬透性的主要元素；其含量偏低时会使碳化物等的生成量降低，影响轧制时细化晶粒的效果。当含量偏高时，对钢板的低温韧性与焊接性能不利。因此综合考虑成本、性能等因素，本发明控制C的范围为0.075%～0.105%。
Si：炼钢脱氧的必要元素，在钢中固溶能力较强，可以起到一定的强化作用，但含量过高会严重损害钢的低温韧性和焊接性能。本发明控制Si的范围为0.1%～0.55%。
Mn：可以提高钢的强度，并且还能有效地提高钢的淬透性，。本发明控制Mn的范围为1.45%～2.5%。
V：强碳化物形成元素。对奥氏体再结晶影响较小，低温时V的碳、氮化物大量析出可以起到细化、强化晶粒的作用，进而提高钢板的强度。本发明控制V的范围为0.03%～0.065%。
Ti：能产生强烈的强烈的沉淀强化作用，提高钢的强度，还能阻止奥氏体再结晶；同时，能够产生晶粒细化的作用，提高钢材的屈服强度；另外，钛的加入可以阻止钢坯在加热、轧制、焊接过程中晶粒的长大，改善母材和焊接热影响区的韧性。综合考虑，本发明控制Ti的范围为0.002%～0.008%。
Cu：不仅对焊接热影响区硬化性和韧性没有不良影响，又可使母材的强度提高，并使低温韧性大大提高，在一定温度500～650℃下会析出ε-Cu，从而对钢产生沉淀强化；但是Cu含量较高时会使钢坯在加热或者轧制时产生裂纹，本发明控制Cu的范围为0.2%～0.4%。
Ni：对钢的焊接热影响区硬化性和韧性没有不良影响，并且能提高钢的韧性，另外Ni的加入可以阻止Cu含量高时由于加热及轧制时产生裂纹的倾向，本发明控制Ni的范围为0%～0.15%。
N：本发明的主要强韧化元素，在钢中N主要以游离态和化合物两种状态存在，前者的存在对钢板的韧性不利，后者的存在则对钢板的综合性能有好的影响作用。对于含V的钢中，钢中缺氮的情况下，大部分的V没有充分发挥其析出强化作用。另外，含氮钢不仅消除了炼钢过程中因脱气和精炼去氮引起的成本增加，而且钢中增氮更能充分发挥微合金元素的作用，节约合金化元素的用量，从而大大降低生产成本。本发明控制N的范围为0.008%～0.012%。
2、本发明具体工艺方法为：包括冶炼、连铸、加热炉加热和轧制，其特征在于：
（1）将上述成分的钢进行冶炼，采用冶炼工艺路线为：铁水预处理—转炉冶炼—LF—RH—连铸，在转炉或RH进行吹氮处理，以控制冶炼钢中的氮含量。
（2）将步骤（1）所得钢水经连铸制得所需铸坯。
（3）将步骤（2）所得铸坯加热至1100-1250℃，保温0.5-4.5h。
（4）将铸坯在轧机上经8～11道次轧制得到热轧钢板，道次压下率控制在15%～35%，总压下率大于80%，终轧温度为900-950℃。
（5）采用控制冷却的方式对所得钢板进行冷却，开冷温度为840-940℃。冷却速度控制在15-45℃/s，终冷温度为370-550℃。
本发明与现有技术相比的优点及效果在于：
1、实现低温加热，高温轧制，降低生产成本。
2、实现钢的低温加热，高温轧制，提高生产效率。
3、化学成分中添加成本较低的V、N元素。通过充分发挥V、N元素在钢中的联合强化作用，实现对合金元素存在形态、强化方式的全新控制，取消Nb元素的加入，实现产品屈服强度520～560MPa、延伸率大于20%，-60℃冲击功大于90J。
附图说明
附图为本发明的金相图
具体实施方式
以下实施例仅为本发明的一些最优实施方式。
根据本发明所设计的化学成分，即重量百分比为：C0.075%～0.105%，Si0.1%～0.55%，Mn1.45%～2.5%，V0.03%～0.065%，Ti0.002%～0.008%，Cu0.2%～0.4%，Ni0%～0.15%，N0.008%～0.012%，P≤0.01%，S≤0.01%，Als0.015%～0.03%，余量为Fe及不可避免杂质。按上述成分采用本发明工艺冶炼5罐。具体化学成分如表1所示。
表1 本发明实施例的化学成分（%）
将表1中所示的化学成分的钢按照铁水预处理—转炉冶炼—LF—RH—连铸，得到轧制用铸坯。将铸坯进行加热、轧制，具体轧制工艺和力学性能如表2和表3所示。本发明的典型金相组织如附图所示。
表2 本发明实施例的轧制工艺
表3 本发明实施例的力学性能
Claims (2)
1.一种V-N合金化高强钢板，其特征在于，化学成分按照重量百分比为：C0.084％～0.105％，Si0.38％～0.55％，Mn 2.0％～2.5％，V0.03％～0.035％，Ti0.002％～0.008％，Cu 0.2％～0.4％，Ni0.11％～0.13％，N0.008％～0.0098％，P≤0.0093％，S≤0.0046％，Als0.015％～0.03％，余量为Fe及不可避免杂质。
2.一种权利要求1所述V-N合金化高强钢板的制造方法，工艺方法包括冶炼、连铸、加热炉加热和轧制，其特征在于：
(1)将上述成分的钢进行冶炼，采用的工艺路线为：铁水预处理—转炉冶炼—LF—RH—连铸，在转炉或RH进行吹氮处理，以控制冶炼钢中的氮含量；
(2)将步骤(1)所得钢水经连铸制得所需铸坯；
(3)将步骤(2)所得铸坯加热至1100-1250℃，保温0.5-4.5h；
(4)将铸坯在轧机上经8～11道次轧制得到热轧钢板，道次压下率控制在15％～35％，总压下率大于80％，终轧温度为900-950℃；
(5)采用控制冷却的方式对所得钢板进行冷却，开冷温度为840-940℃，冷却速度控制在15-45℃/s，终冷温度为370-550℃。
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