CN107746919A - 薄规格高平直度q550e/f调质钢的生产方法 - Google Patents

薄规格高平直度q550e/f调质钢的生产方法 Download PDF

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Abstract

薄规格高平直度Q550E/F调质钢的生产方法，钢板的化学组成百分比如下：厚度＞10‑20 mm，C=0.13～0.15，Si=0.2～0.3，Mn=1.1～1.3，Al=0.02～0.05，Nb≤0.02，Ti=0.015～0.025，B≤0.0010，P<0.02，S<0.003；厚度≥6‑≤10mm，C=0.13～0.15，Si=0.2～0.3，Mn=1.0～1.2，Al=0.02～0.05，Nb=0.02～0.03，Ti=0.015～0.025，V≤0.05，B≤0.0010，P<0.02，S<0.003，余量为Fe和不可避免的杂质。工艺步骤包括工艺步骤包括轧制与调质工艺。生产厚度规格为6‑20 mm，抗拉强度大于680MPa，断后伸长率高于17%，‑40oC和‑60oC V型缺口夏比冲击功达到140J以上，钢板平直度满足任意方向小于4mm/m。

Description

薄规格高平直度Q550E/F调质钢的生产方法
技术领域
本发明属于炼钢技术领域，是一种薄规格高平直度Q550E/F调质钢的生产方法。
背景技术
高强度低合金钢主要应用于工程机械装备的底座、臂架等承压受力部位，对安全性的要求较高。除了要求钢材具有较高的强度外，还需具备良好的低温韧性以及焊接性。而随着服役条件越来越苛刻，对钢的低温韧性的要求越来越高。对于薄规格的钢板，除了强韧性的要求外，还对钢板的平直度作了规定。为防止钢板在切割和机加工过程中发生变形，或者在折弯过程中出现上拱上翘，从而影响正常生产，并会因为板形补救而增加人力成本，降低生产效率，为此需要薄规格的高强钢板具有较高的平直度。
目前，工程机械用550 MPa级别的钢板厚度规格主要为8～50 mm，其中以20 mm厚度以下的钢板的需求量最大。该强度级别的钢板组织主要以贝氏体为主，采用调质或TMCP+回火工艺生产。一般45 mm厚度以下的钢板采用热机械轧制（TMCP）+回火的工艺生产，45 mm厚度以上的钢板采用控制轧制（CR）+调质工艺生产。一般来讲，相较控轧+调质工艺，TMCP+回火工艺简单，成本低廉，适合批量化生产。但中厚板轧机在生产薄规格（<20 mm）钢板的过程中，常常会由于轧制过程中的应力分布不均或是冷却过程中的不均匀性导致钢板平直度较差。由于钢板强度较高，矫直起来比较困难，而矫平的钢板在后续的切割和机加工过程中也容易出现变形，影响钢板的使用性能，需要通过热处理来挽救板形，反而大大增加了成本。通过调质工艺生产的薄规格高强板，由于在淬火等温过程中轧态钢板内部的应力得到了充分的释放，而且回火温度较高，可以保证钢板具有良好的板形。
对中厚板轧机，TMCP+回火工艺生产薄规格的高强板板形不好，而采用调质工艺生产会因为多一道淬火工序导致工序和成本增加。因此，如何通过成分优化及工艺调整，既能通过调质工艺生产板形良好的薄规格高强板，又不导致成本增加，是急待解决的问题。
发明内容
本发明旨在提供一种中厚板轧机生产的低成本薄规格高平直度Q550E/F级调质钢的生产方法，厚度规格在6～20 mm，通过合理的成分设计及调质工艺获得屈服强度550 MPa级别的高平直度低合金钢，钢板平直度满足任意方向不平度＜4 mm/m。
本发明的技术方案：
薄规格高平直度Q550E调质钢的生产方法，钢板的化学组成质量百分比为：
厚度规格＞10～20 mm，则C=0.13～0.15，Si=0.2～0.3，Mn=1.1～1.3，Al=0.02～0.05，Nb≤0.02，Ti=0.015～0.025，B≤0.0010，P<0.02，S<0.003，余量为Fe和不可避免的杂质；
厚度规格≥6～≤10mm，则C=0.13～0.15，Si=0.2～0.3，Mn=1.0～1.2，Al=0.02～0.05，Nb=0.02～0.03，Ti=0.015～0.025，B≤0.0010，P<0.02，S<0.003，V≤0.05，余量为Fe和不可避免的杂质。工艺步骤包括：
（1）轧制工艺：厚度规格为≥6～≤10 mm，则轧制的出钢温度为1160±20℃，轧制采用热轧（即AR），不控制轧制温度，冷却方式为空冷；厚度规格为＞10～20 mm时，轧制的出钢温度为1180±20℃，轧制采用控制轧制（即CR）。分为粗轧和精轧两阶段，粗轧过程中保证展宽后连续三道次压下率不小于20%，中间坯厚度不小于3倍最终成品板厚；精轧开轧温度低于960oC，精轧终轧温度为800～830oC，冷却方式为空冷。
（2）调质工艺：厚度规格为≥6～≤10 mm时，则钢板的淬火温度为930±10oC，淬火时间为20 min，回火温度为660±10oC，回火时间为30 min，随后空冷至室温；厚度规格为＞10～20 mm时，钢板的淬火温度为930±10oC，淬火时间为2倍最终成品板厚，回火温度为550～570oC，回火时间为3倍最终成品板厚，随后空冷至室温。
最终获得以回火板条贝氏体组织为主的板材，其屈服强度达到550MPa以上，抗拉强度大于680MPa，断后伸长率高于17%，-40oC和-60oC V型缺口夏比冲击功都达到140J以上，钢板平直度满足任意方向小于4mm/m。
本发明中的淬火及回火时间指钢板从进炉到出炉这一过程的时间，并不是指均热段时间。
本发明的原理：
（1）合金设计 屈服强度550MPa级别的高强度钢板组织以低碳贝氏体为主。对调质钢板来说，需要在合金设计上保证钢板在淬火后奥氏体不能完全转变为马氏体，否则会导致轧态强度过高，而受限于回火设备能力，造成回火后强度降不下来，最终导致强度过高。因此，合金设计时对Mn、Ni等能明显提高钢材淬透性的元素要合理控制，不能添加过量。该强度级别的钢板通常用作于工程装备结构件，需要材料具备良好的焊接性，材料设计时碳含量不宜控制过高，碳当量也应保持在较低水平。为了减小中心偏析的影响，Mn含量也不能过高。在低碳低锰的条件下，为避免钢板在淬火后淬不透而引起强度偏低，需要添加适当的B元素来提高淬透性。由于力学性能主要通过后续热处理工艺调控，对轧制过程中奥氏体的热变形行为不需要进行严格控制，Nb、V、Ti等微合金元素含量可以不用添加太多。由此，形成C～Mn～B系的低碳低成本的合金体系。
（2）板形控制 利用中厚板轧机轧制薄规格的钢板，主要通过轧制工艺的优化来改善板形。钢板越薄，越容易造成轧制过程中的应力分布和冷却不均匀，引起板形问题。因此，轧制工艺的设计应尽量避免轧后钢板内部应力累积过大，以及冷却过程中的相变不均匀。轧制过程中应尽量提高终轧温度，使轧制过程中累积的应力能有效地释放。轧制后的冷却过程中采用空冷的冷却方式，避免因水冷引起钢板表面温度分布不均，同时也保证冷却过程中的整板相变均匀性，获得良好的板形。
（3）热处理工艺 热处理工艺是调控力学性能的手段，也可以对轧制后的板形进行微调改进。淬火过程要保证钢板完全奥氏体化，并且内应力得到充分的释放，冷却过程中要保证冷却均匀，相变充分，应力分布均匀。回火进一步去应力，回火时间要充分，保证最终钢板内部应力分布均匀。钢板越薄，冷速越快，越容易引起钢板表面的温度分布不均匀，淬火后的板形也较厚板差，因此，后续的回火过程中需要适当地提高回火温度，改善板形。
本发明通过合理的化学成分、轧制和热处理工艺设计，对不同厚度规格的钢板，在中厚板轧机上采用热轧或控轧的轧制工艺以及调质热处理工艺获得具有高强度高韧性以及高平直度的Q550E/F级钢板，钢板厚度规格为6～20 mm。本发明的优点：（1）合金设计上采用低碳设计，通过微量的B含量来提高材料淬透性，降低Mn、Nb等合金元素的含量，比传统的该强度级别的钢板大大降低了合金成本，其合金成本与Q345级别钢种相当；（2）轧制工艺上通过热轧和控轧，终轧温度较传统TMCP工艺的高强钢显著提高，并采用轧后空冷不开水，没有或减少了传统高强钢轧制过程中的中间坯待温时间，不仅加快了生产节奏，提高了轧制效率，而且使轧态钢板具有良好的板形；（3）相较传统的高强板，该发明的6～20mm厚钢板性能稳定，板形有大幅度提升，其不平度小于4 mm/m。
附图说明
图1 为6～10mm厚的Q550E/F高强度钢板的轧制以及热处理示意图。
图2 为10～-20mm厚的Q550E/F高强度钢板的轧制以及热处理示意图。
图3 为实施例1中的Q550E/F钢板在光学显微下观察的显微组织。
图4 为实施例3中的Q550E/F钢板在扫描电镜下观察的显微组织。
具体实施方式
下面结合实施例进一步说明。
实施例一，16 mm厚Q550E/F钢板的生产：
低合金中厚板钢材的冶炼质量百分成分为C= 0.13，Si= 0.22，Mn= 1.13，Nb =0.022，Ti= 0.016， B= 0.0008，P =0.013，S =0.002，余量为Fe和不可避免的杂质元素。工艺步骤包括：
（1）轧制工艺：连铸坯经加热炉加热后，出钢温度为1180oC，粗轧7道次后中间坯厚度为55 mm，其中粗轧最后三道次压下率均在20%以上，精轧开轧温度为950oC，精轧终轧温度为820oC，随后空冷至室温，轧制成厚度为16 mm的钢板。
（2）调质工艺：轧后的钢板进行调质处理，淬火温度为930oC，淬火时间为32min，回火温度为550oC，回火时间为48 min，回火后钢板空冷至室温。
经调质处理后钢板的屈服强度为712 MPa，抗拉强度为756 MPa，回火后钢的断后伸长率为21%，～40oC全厚度V型缺口夏比冲击功均值为241J（221J，259J，243J），～60oC全厚度V型缺口夏比冲击功均值为164J （161J，189J，143J），钢板不平度小于4mm/m，强韧性匹配良好，符合Q550E/F级别钢板性能需求。
实施例二，19 mm厚钢板的生产：
低合金中厚板钢的冶炼质量百分成分为：C= 0.14，Si= 0.26，Mn= 1.11，Nb =0.023，Ti=0.015， B= 0.0007，P =0.011，S= 0.002，余量为Fe和不可避免的杂质元素。工艺步骤包括：
（1）轧制工艺：连铸坯经加热炉加热后，出钢温度为1180oC，粗轧7道次后中间坯厚度为60 mm，其中粗轧最后三道次压下率均在20%以上，精轧开轧温度为960oC，精轧终轧温度为810oC，随后空冷至室温，轧制成厚度为19 mm的钢板。
（2）调质工艺：轧后的钢板进行调质处理，淬火温度为930oC，淬火时间为38min，回火温度为560oC，回火时间为57 min，回火后钢板空冷至室温。
经调质处理后钢板的屈服强度为712 MPa，抗拉强度为756 MPa，回火后钢的断后伸长率为21%，-40oC全厚度V型缺口夏比冲击功均值为279J（285J，273J，279J），-60oC全厚度V型缺口夏比冲击功均值为175J （174J，168J，183J），钢板不平度小于4mm/m，强韧性匹配良好，符合Q550E/F级别钢板性能需求。
施例三，8 mm厚钢板的生产：
低合金中厚板钢材的冶炼质量百分成分为C= 0.14，Si= 0.22，Mn =1.06，Nb= 0.029，V= 0.048，Ti= 0.018， B= 0.0009，Cr= 0.18，P= 0.011，S= 0.002，余量为Fe和不可避免的杂质元素。工艺步骤包括：
（1）轧制工艺：连铸坯经加热炉加热后，出钢温度为1180oC，经热轧后空冷至室温，轧制成厚度为8 mm的钢板。
（2）调质工艺：轧后的钢板进行调质处理，淬火温度为930oC，淬火时间为20 min，回火温度为660oC，回火时间为30 min，回火后钢板空冷至室温。
经调质处理后钢板的屈服强度为686 MPa，抗拉强度为727 MPa，回火后钢的断后伸长率为20%，-40oC 3/4厚度V型缺口夏比冲击功均值为200J（204J，205J，191J），-60oC 3/4厚度V型缺口夏比冲击功均值为147J （158J，143J，140J），强韧性匹配良好，且板形优良，不平度小于4mm/m，符合Q550E/F级别钢板性能需求。

Claims (1)

1.薄规格高平直度Q550E调质钢的生产方法，其特征在于：钢板的化学组成质量百分比为：
厚度规格＞10～20 mm，C=0.13～0.15，Si=0.2～0.3，Mn=1.1～1.3，Al=0.02～0.05，Nb≤0.02，Ti=0.015～0.025，B≤0.0010，P<0.02，S<0.003，余量为Fe和不可避免的杂质；
厚度规格≥6～≤10mm，C=0.13～0.15，Si=0.2～0.3，Mn=1.0～1.2，Al=0.02～0.05，Nb=0.02～0.03，Ti=0.015～0.025，B≤0.0010，P<0.02，S<0.003，V≤0.05，余量为Fe和不可避免的杂质；工艺步骤包括：
（1）轧制工艺：厚度规格为≥6～≤10 mm时，轧制的出钢温度为1160±20℃，轧制采用热轧，不控制轧制温度，冷却方式为空冷；厚度规格为＞10～20 mm时，轧制的出钢温度为1180±20℃，轧制采用控制轧制；分为粗轧和精轧两阶段，粗轧保证展宽后连续三道次压下率不小于20%，中间坯厚度不小于3倍最终成品板厚；精轧开轧温度低于960oC，精轧终轧温度为800～830oC，冷却方式为空冷；
（2）调质工艺：厚度规格为≥6～≤10 mm时，钢板的淬火温度为930±10oC，淬火时间为20 min，回火温度为660±10oC，回火时间为30 min，随后空冷至室温；厚度规格为＞10～20mm时，钢板的淬火温度为930±10oC，淬火时间为2倍最终成品板厚，回火温度为550～570oC，回火时间为3倍最终成品板厚，随后空冷至室温。
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