CN107904500A

CN107904500A - 一种折弯加工用低合金热轧卷板及其制备方法

Info

Publication number: CN107904500A
Application number: CN201711148619.7A
Authority: CN
Inventors: 韦弦; 李娜; 李静宇; 黄重; 万国喜; 于爱民; 温斌; 陈尹泽; 何晓波; 柴壵; 陈冬至; 邓杭州
Original assignee: Anyang Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Anyang Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2017-11-17
Filing date: 2017-11-17
Publication date: 2018-04-13

Abstract

本发明属于钢铁材料技术领域，尤其涉及一种折弯加工用低合金热轧卷板及其制备方法。所述卷板的化学成分组成按重量百分比为：C 0.08～0.12%，Mn 0.40～0.60%，Ti 0.040～0.060%，Si≤0.30%，S≤0.010%，P：≤0.025%，N≤0.0070%，余量为Fe和不可避免杂质，其采用铁水预处理—顶底复吹转炉冶炼—LF精炼—连铸—加热炉加热—粗轧—精轧—层流冷却—卷曲工艺流程制备。本发明公开的折弯加工用低合金热轧卷板具有优异的止裂性能和均匀塑性好等优点，可以满足用户的折弯加工不开裂的使用要求，同时其生产成本相对现有技术中的Q345B钢材的生产成本维持一致。

Description

一种折弯加工用低合金热轧卷板及其制备方法

技术领域

本发明属于钢铁材料技术领域，尤其涉及一种折弯加工用低合金热轧卷板及其制备方法。

背景技术

低合金钢是最为基础、应用最为广泛的钢种，也是各国企、民企板卷材产量最大的钢种之一。随着国民经济的快速发展，基础设施大力改善，结构工程钢的使用涉及到方方面面，加工方法也不仅仅限于结构焊接，在产业竞争白炽化的大环境下，各加工行业为了进一步提高生产效率和降低生产成本，对低合金钢也采用折弯、冲压、悬压等各种冷成型加工工艺，但因受限于低合金钢本身的性能，加之加工工艺和加工工具等外部条件的影响，造成低合金钢的折弯、冲压加工开裂率高，出现钢材合标不合用的情况。目前低合金Q345级别热轧卷板一般为中碳高锰加微合金化成分体系，加工过程采用连轧工艺，这就造成材料的横向性能明显较差，在后续折弯加工时造成折弯开裂率高。

根据申请人的市场和产品性能调研，折弯加工用低合金热轧卷板钢要求如下：材料性能方面，必须满足GB/T 1591 Q345级别钢的性能要求；用户使用要求方面，要保证材料良好的韧性、均匀塑性以及低的各向异性，以降低折弯加工开裂率；生产成本方面，必须考虑用户的接受度，必须与原低合金Q345B卷板成本相当或增加不多，否则用户不会接受；其他要求：规格厚度一般小于12mm，表面质量好，但是现有技术中的低合金Q345B卷板明显不符合用户需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种折弯加工用低合金热轧卷板及其制备方法，本发明公开的折弯加工用低合金热轧卷板具有优异的止裂性能和均匀塑性好等优点，可以满足用户的折弯加工不开裂的使用要求，同时其生产成本相对现有技术中的Q345B钢材的生产成本维持一致。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种折弯加工用低合金热轧卷板，其化学成分组成按重量百分比为： C 0.08～0.12%，Mn 0.40～0.60%，Ti 0.040～0.060%，Si≤0.30%，S ≤0.010%，P：≤0.025%， N ≤0.0070%，余量为Fe和不可避免杂质。

本发明所述折弯加工用低合金热轧卷板相比现有技术的低合金Q345B钢而言，其成分设计的原理如下：

1、相对降低了钢的C含量

碳是钢种必不可少的元素，加碳虽然强化作用很大，但却显著降低韧性。

所以本申请适当降低C含量，降低碳的间隙固溶强化对材料韧性的损害，可以提高钢整体的韧性和止裂性能。

2、相对降低了钢的Mn、S含量

锰为固溶强化元素，能提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度，能降低临界转变温度，起到细化珠光体的作用，同时锰元素的加入能消除或减弱由于硫元素所引起的钢的热脆性增加现象，从而改善钢的热加工性能。

但是锰元素的加入，增加了钢的过热敏感性，易形成带状纤维组织，造成钢的纵横向性能差较大，且当锰的质量分数超过1％时，会使钢的焊接性能变坏；而硫元素在高温下会引起热脆，同时使钢的塑性降低。因此，降低Mn、S含量，能够减轻高锰钢在轧制后产生的带状组织和条状MnS夹杂物对钢材性能的影响。

3、相对适量的增加了钢中微合金元素Ti含量

由于本发明所述卷板降低了钢中锰、碳元素的含量，所以钢的强度无法达到低合金Q345级别，在考虑用户成本承受能力的情况下，本发明使用更加经济的钛作为微合金强化元素，弥补钢的强度损失。

钛作为微合金元素，具有加热时阻止奥氏体晶粒长大、控制奥氏体再结晶和析出强化的作用。本发明中主要利用钛与碳在低温条件下形成的细小而弥散的TiC粒子达到析出强化作用。但申请人发现，钢中钛元素先会与N元素形成TiN粒子，当钢中氮含量偏高时，钢中TiN粒子显著粗化，降低钢的韧性。同时由于钛本身的高活性特点，其与硫结合形成颗粒状的Ti4C2S2化合物，MnS将全部被Ti4C2S2取代，从而改变硫化物夹杂物形态，改善钢的纵横性能差。

因此，通过加入钛和控制钢的氮含量，弥补钢的强度损失，同时改善材料韧性、横纵向性能差和提高低合金钢的焊接性能。

本发明所述折弯加工用低合金热轧卷板相比现有技术的低合金Q345B钢而言，其生产成本变化主要是增加了铁水预处理工序、钛元素的加入和锰含量的降低。本发明Q345B钢相比现有Q345B钢降低Mn含量约0.7%，增加Ti含量约0.06%，按照2017年硅锰合金和钛铁合金价格，吨钢合金成本降低约30元，一般低合金钢铁水预处理工序成本小于20元/t，所以总的生产成本没有增加，反而降低10元/t。

所述折弯加工用低合金热轧卷板的制备方法，步骤如下：铁水预处理—顶底复吹转炉冶炼—LF精炼—连铸—加热炉加热—粗轧—精轧—层流冷却—卷曲，制成厚度为4mm-12mm的卷板。

优选的，所述铁水预处理步骤在铁水硫含量控制不稳定或较高的情况下采用，目的旨在控制铁水脱硫终点[S]≤0.005%。

关于本发明制备方法中，轧制工艺的设计原理如下：

钢坯加热到充分高的温度使奥氏体组织均匀化，细小的氮化钛不溶解，可以阻止原始奥氏体晶粒的长大。

其中粗轧轧制是在奥氏体再结晶区的温度范围内，对加热后的钢坯进行多道次轧制，使得奥氏体累计变形量达到70-80%，通过反复的高温形变再结晶充分细化奥氏体晶粒。

其中精轧连轧是在奥氏体未再结晶温度范围内，进行多道次轧制，奥氏体累计变形量达到50%以上，且终轧即最后一架压下率通常应不低于10%，这样可以阻止奥氏体晶粒过度长大。

同时钢铁在加热炉的热加工过程中析出的碳氮化物粒子，通过粒子的钉扎抑制再结晶的效应，提高了再结晶温度，加大了未再结晶区的温度范围，有条件在相变前对奥氏体晶粒进行多道次的变形积累，为通过形变和相变充分细化铁素体晶粒创造条件。

具体的，所述加热炉加热步骤中，加热温度为1150℃-1280℃，加热时间≥130min。

具体的，所述粗轧轧制步骤中，于1100℃～1000℃下采用双机架6道次轧制，道次压下率≥15%，总压下率≥50%，粗轧变形量占总变形量70～80%。

具体的，所述精轧轧制步骤中，采用7道次连轧且开轧温度≤1080℃，道次压下率≥10%，总压下率≥60%。

优选的，上述精轧轧制步骤中，终轧温度根据目标成品厚度的不同控制在800℃-900℃：目标成品厚度为2mm-4mm，精轧的终轧温度为880±20℃；目标成品厚度为4mm-8mm，精轧的终轧温度为860±20℃；目标成品厚度为8mm-12mm，精轧的终轧温度为820±20℃。

具体的，所述层流冷却步骤加大冷却速度，冷却方式采用前段集中冷却，冷却代码18（1～17组从前往后开，18～20组关闭）。层流冷却采用前段冷却模式，采用相对较大冷却速度，抑制碳在原始带状组织上的长距离扩散，避免高温下形变诱导析出相的长大，同时也可消除或减轻珠光体带状组织的影响。

具体的，所述卷曲步骤中，卷曲温度为550℃-610℃。

优选的，所述卷曲步骤中，卷曲的温度根据目标成品的厚度进行控制：如果目标成品厚度2mm-4mm，那么终冷温度为590±20℃；如果厚度4mm-12mm，那么终冷温度为570±20℃。由于在层流冷却步骤中加大冷却速度，碳氮化物析出过程受到抑制，在铁素体中达不到平衡转变时的析出量，因此在冷却至铁素体区后采采用卷曲缓冷。缓冷时在铁素体区析出的微合金碳氮化物尺寸细小，而且尺寸的均匀性也好，分布也较均匀。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1）成分设计合理，本发明提供的折弯加工用低合金热轧卷板晶粒细小，具有优异的止裂性能、良好的均匀塑性和焊接性能；

2）性能优异，本发明提供的折弯加工用低合金热轧卷板可以很好地承受于折弯、冲压等冷成型加工工艺，能够解决低合金钢折弯加工开裂的现象，能够帮助下游用户提高加工效率、降低加工成本。

附图说明

图1为实施例1所得5.75mm的折弯加工用低合金热轧卷板的板厚1/4 处组织晶体图；

图2为实施例1所得厚度规格5.75mm的钢板在模拟用户折弯加工试验后的外观形貌。

图3为现有Q345B厚度规格5.75mm钢板在模拟用户厚度横向折弯加工试验后的外观形貌。

图4为实施例2所得厚度规格11.75mm的钢板在模拟用户折弯加工试验后的外观形貌。

图5为现有Q345B厚度规格11.75mm钢板在模拟用户厚度横向折弯加工试验后的外观形貌。

具体实施方式

一般来说，同钢种厚规格钢板相比薄规格钢板折弯开裂倾向更大，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，选取两个具有代表性厚度规格5.75mm和11.75mm钢板生产工艺过程实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

采用热连轧生产线生产厚度规格为5.75mm的折弯加工用低合金热轧卷板。

所述的折弯加工用低合金热轧卷板包括以下组成成分（重量百分比配比）：C：0.09%，Si：0.19% ，Mn：0.44%，P：0.017%，S：0.008%，Ti：0.050%，N：0.0047%，余量为Fe和不可避免杂质。

工艺路线包括铁水预处理、顶底复吹转炉、LF精炼、连铸、加热炉加热、粗轧轧制、精轧连轧、层流冷却、卷曲工序。

其中，所述铁水预处理步骤在铁水硫含量控制不稳定或较高的情况下采用，控制铁水脱硫终点[S] 0.003%；加热炉加热温度为1230℃，在炉加热时间167min；粗轧采用双机架6道次轧制，道次压下率≥15%，总压下率78.5%，粗轧温度为1040℃；精轧采用7道次连轧，道次压下率≥10%，总压下率86.5%，开轧温度为1072℃，终轧温度为859℃；层流冷却采用冷却代码18；卷曲温度为567℃。

本实施例制得的折弯加工用低合金热轧卷板性能检验结果见表1，拉伸试验按照国标GB/T 228-2002试验方法执行，冲击功试验按照国标GB/T 19748-2005试验方法执行，冷弯试验按照GB/T 232-2010执行。

注：厚度5.75mm冲击功检测试样尺寸为5mm×10mm×55mm，冲击值为实测值。

由表1可得，实施例1所得折弯加工用低合金热轧卷板屈服强度R_eL和抗拉强度R_m富余量大，夏比V型缺口冲击功和180º冷弯试验也远远满足GB/T 1591 Q345级别钢的性能要求。

图1为实施例1所得折弯加工用低合金热轧卷板的板厚1/4 处组织晶体图，为珠光体+铁素体，晶粒度9.5级。

图2为实施例1所得折弯加工用低合金热轧卷板在模拟用户厚度横向折弯加工试验后的外观形貌，基本杜绝了钢板下切口折弯开裂严重的现象。

图3为现有低合金Q345B钢在模拟用户厚度横向折弯加工试验后的外观形貌，折弯加工开裂率较高。

实施例2

采用热连轧生产线生产厚度规格为11.75mm的折弯加工用低合金热轧卷板。

其中，所述铁水预处理步骤在铁水硫含量控制不稳定或较高的情况下采用，控制铁水脱硫终点[S] 0.003%；加热炉加热温度为1240℃，在炉加热时间150min；粗轧采用双机架6道次轧制，道次压下率≥15%，总压下率75.8%，粗轧温度为1040℃；精轧采用7道次连轧，道次压下率≥10%，总压下率78.6%，开轧温度为1068℃，终轧温度为827℃；层流冷却采用冷却代码18；卷曲温度为579℃。

本实施例制得的折弯加工用低合金热轧卷板性能检验结果见表2，拉伸试验按照国标GB/T 228-2002试验方法执行，冲击功试验按照国标GB/T 19748-2005试验方法执行，冷弯试验按照GB/T 232-2010执行。

由表2可得，实施例1所得折弯加工用低合金热轧卷板屈服强度R_eL和抗拉强度R_m富余量大，夏比V型缺口冲击功和180º冷弯试验也远远满足GB/T 1591 Q345级别钢的性能要求。

图5为现有低合金Q345B钢在模拟用户厚度横向折弯加工试验后的外观形貌，折弯加工开裂率较高。

图4为实施例2所得折弯加工用低合金热轧卷板在模拟用户厚度横向折弯加工试验后的外观形貌，基本杜绝了钢板下切口折弯开裂严重的现象。

注：规格厚度11.75mm钢板冲击功检测试样尺寸为7.5mm×10mm×55mm，冲击值为实测值。

由表2可得，实施例2所得折弯加工用低合金热轧卷板的塑性、韧性指标比同规格厚度原有Q345B钢的好，且性能指标均满足GB/T 1591 Q345级别钢的性能要求。

综上所述，通过材料性能检测和模拟用户加工试验，采用本发明生产的一种低成本折弯加工用低合金热轧卷板，能够有效解决现有Q345级别低合金钢折弯加工开裂问题。

Claims

1.一种折弯加工用低合金热轧卷板，其特征在于，其化学成分组成按重量百分比为： C0.08～0.12%，Mn 0.40～0.60%，Ti 0.040～0.060%，Si≤0.30%，S ≤0.010%，P：≤0.025%，N ≤0.0070%，余量为Fe和不可避免杂质。

2.如权利要求1所述的折弯加工用低合金热轧卷板的制备方法，其特征在于，步骤如下：铁水预处理—顶底复吹转炉冶炼—LF精炼—连铸—加热炉加热—粗轧—精轧—层流冷却—卷曲。

3.如权利要求1所述的折弯加工用低合金热轧卷板的制备方法，其特征在于，所述铁水预处理步骤中，铁水脱硫终点[S]≤0.005%。

4.如权利要求1所述的折弯加工用低合金热轧卷板的制备方法，其特征在于，所述加热炉加热步骤中，加热温度为1150-1280℃，加热时间≥130min。

5.如权利要求1所述的折弯加工用低合金热轧卷板的制备方法，其特征在于，所述粗轧轧制步骤中，于1100℃～1000℃下采用双机架6道次轧制，道次压下率≥15%，总压下率≥50%，粗轧变形量占总变形量70～80%。

6.如权利要求1所述的折弯加工用低合金热轧卷板的制备方法，其特征在于，所述精轧轧制步骤中，采用7道次连轧且开轧温度≤1080℃、终轧温度为800-900℃，道次压下率≥10%，总压下率≥60%。

7.如权利要求6所述的折弯加工用低合金热轧卷板的制备方法，其特征在于，所述精轧轧制步骤中，目标成品厚度为2mm-4mm，终轧温度为880±20℃；目标成品厚度为4mm-8mm，精轧的终轧温度为860±20℃；目标成品厚度为8mm-12mm，精轧的终轧温度为820±20℃。

8.如权利要求1所述的折弯加工用低合金热轧卷板的制备方法，其特征在于，所述层流冷却步骤采用层流前段冷却模式。

9.如权利要求1所述的折弯加工用低合金热轧卷板的制备方法，其特征在于，所述卷曲步骤中，卷曲温度为550℃-610℃。

10.如权利要求9所述的折弯加工用低合金热轧卷板的制备方法，其特征在于，所述卷曲步骤中，目标成品厚度2-4mm，终冷温度为590±20℃；厚度4-12mm，终冷温度为570±20℃。