CN108193141B - 一种V-N-Cr微合金化的Q550级别热轧带钢及其制备方法 - Google Patents

一种V-N-Cr微合金化的Q550级别热轧带钢及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于热轧带钢制造领域，具体涉及一种V‑N‑Cr微合金化的Q550级别热轧带钢及其制备方法。一种V‑N‑Cr微合金化的Q550级别热轧带钢，所述热轧带钢的化学组成按重量百分比为：C：0.05～0.15％，Mn：1.5～2.0％，Si：0.10～0.50％，S：0.002～0.005％，P：0.005～0.015％，Al：0.01～0.05％，V：0.06～0.15％，N：0.008～0.020％，Cr：0.10～0.30％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。本发明所述热轧带钢的金相组织为多边形铁素体、针状铁素体及粒状贝氏体。该方法操作过程简单，生产成本低并且产品性能稳定，容易实现工业化生产。

Description

一种V-N-Cr微合金化的Q550级别热轧带钢及其制备方法
技术领域
本发明属于热轧带钢制造领域，具体涉及一种V-N-Cr微合金化的Q550级别热轧带钢及其制备方法。
背景技术
热轧带钢是产能占比较高的钢材品种，其用途极其广泛，发达国家热轧带钢产量甚至占热轧钢材的50％以上，主要应用于工程机械制造行业、汽车结构、建筑工程、石油管线、日用五金等诸多领域，其中Q550级低合金高强钢主要作为煤机支架、汽车车轮大梁、低温管线等焊接结构件，要求具有优异的强度、塑性、韧性等综合力学性能的同时，需兼备良好的焊接性能。
在工业化生产工程中，由于热轧带钢钢板宽且薄，而且整卷的头、尾部温度波动较大，因此变形、冷却分布不均匀，造成组织性能均匀性差异明显。目前Q550级热轧带钢主要采用Nb-Ti复合微合金化的成分设计思路。宝钢、鞍钢、首钢等国内知名钢铁企业均成功开发出Q550级Nb-Ti微合金化热轧带钢，但始终存在诸多工艺难点。主要体现为：(1)Nb-Ti微合金化高强钢的铌矿资源主要依赖进口，而且通常为了使厚规格钢板心部获得高强度与低温韧性的良好匹配，常需复合添加昂贵的Mo、Ni、Cu等合金元素，提高了钢材的制备成本。(2)含铌钢的连铸坯表面裂纹控制仍然是普遍存在的技术难题，由于铌的碳氮化物在原奥氏体晶界析出，降低了连铸坯矫直温度区间内的高温热塑性，因此常面临边裂、纵裂、星状裂纹等难题。(3)Nb-Ti微合金化钢为了获得高强度需依靠贝氏体组织强化的作用，因此需降低终轧温度以及卷取温度，对轧机及卷取机的装备水平要求极高，不但工艺窗口窄，而且钢卷的板形较差，内应力极大。(4)Nb-Ti微合金化钢中析出强化为主要强化方式，然而纳米尺度的TiC析出相具有很强的温度敏感性，因此钢卷的头部、中部、尾部由于温度差异，常产生整卷强度100MPa的波动，成型过程对于下游用户是极大的挑战。(5)Nb-Ti微合金化高强钢为了获得贝氏体组织，常需要添加Mo、Ni、Cu等合金元素，显著提高钢板焊接的碳当量，而且多道次焊接过程中，再加热临界粗晶热影响区冲击韧性大幅恶化，因此常需要焊前预热及焊后热处理。
我国攀枝花、承德地区钒矿资源储量丰富，目前V对于钢材的强化作用主要应用于棒线材、H型钢、非调质钢等品类。N是廉价的合金元素，N与V具有极强的亲和力，低碳V-N微合金化钢中添加0.10％的V元素即可提高屈服强度100MPa，并同时获得优异塑性及低温韧性，具有明显的合金成本优势。所采用的TMCP工艺具有工艺流程短、能耗低的特点，符合国家钢铁行业绿色化制造的要求。通过精轧过程奥氏体中形变诱导VN析出，实现了对自由N元素的充分固定，同时VN析出相显著促进终冷后卷取过程中针状铁素体晶内形核，提高钢板的组织性能均匀性。Cr的合金成本显著低于Ni、Mo、Cu，Cr在冶炼过程中具有固定N的作用，同时可提高钢板终轧后水冷前奥氏体的稳定性，抑制在低冷却速率的条件下大尺寸先共析铁素体的形成，提高钢卷的组织性能稳定性。卷取过程中形成的纳米尺度的VC析出相起到显著的析出强化作用，针状铁素体的组织强化作用、纳米尺度VC析出强化作用显著提高屈服强度，针状铁素体高密度大角度晶界增强低温韧性，而且M/A岛可通过TRIP效应提高延伸率，实现屈强比的调控。低碳V-N-Cr微合金化的成分设计有利于提高焊接性能，降低冶炼难度，工业应用前景广阔。
由于工程机械、重载汽车等行业飞速发展，Q550级热轧带钢的需求量猛增，各钢铁企业竞争加剧，急需开发出工艺简单且性能稳定的Q550级热轧带钢，利用现有生产设备开发出成本低廉且性能优良的V-N-Cr微合金化Q550级热轧带钢具有广阔的市场前景。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中Q550级热轧带钢使用昂贵合金用量多且组织性能波动大的情况，提供一种V-N-Cr微合金化热轧带钢及其制备方法。所述热轧带钢的组织为多边形铁素体、针状铁素体及粒状贝氏体。该方法操作过程简单，生产成本低并且产品性能稳定，容易实现工业化生产。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种V-N-Cr微合金化的Q550级别热轧带钢，所述热轧带钢的化学组成按重量百分比为：C：0.05～0.15％，Mn：1.5～2.0％，Si：0.10～0.50％，S：0.002～0.005％，P：0.005～0.015％，Al：0.01～0.05％，V：0.06～0.15％，N：0.008～0.020％，Cr：0.10～0.30％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。
本发明所述V-N-Cr微合金化的Q550级别热轧带钢，其金相组织为细晶的多边形铁素体、针状铁素体及粒状贝氏体。
进一步地，本发明所述V-N-Cr微合金化的Q550级别热轧带钢的屈服强度为565～625MPa，抗拉强度为690～730MPa，延伸率为18～26％。
进一步地，本发明所述V-N-Cr微合金化的Q550级别热轧带钢在-60℃时5mm厚试样冲击功≥55J，2.5mm厚试样冲击功为33J。
优选地，所述热轧带钢钢板厚度为2.5～20.0mm。
本发明的另一目的是提供上述V-N-Cr微合金化的Q550级别热轧带钢的制备方法。
一种V-N-Cr微合金化的Q550级别热轧带钢的制备方法，包括下述工艺步骤：
①将厚度为50～140mm的钢坯随炉加热至1100～1200℃并保温2～4h，钢坯的化学组成按重量百分比为：C：0.05～0.15％，Mn：1.5～2.0％，Si：0.10～0.50％，S：0.002～0.005％，P：0.005～0.015％，Al：0.01～0.05％，V：0.06～0.15％，N：0.008～0.020％，Cr：0.10～0.30％，余量为Fe和其他不可避免的杂质；
②将钢坯经粗轧和精轧两个阶段热轧轧制成2.5～20.0mm厚的热轧板，其中，粗轧阶段的开轧温度为1060～1160℃，终轧温度为980～1100℃；精轧阶段的开轧温度为870～955℃，终轧温度为805～890℃；
③热轧结束后将钢板水冷至520～585℃，将钢板放进与终冷温度相同的加热炉中随炉冷却至室温，得到产品。
优选地，所述步骤③中，所述水冷的冷却速率为15～45℃/s。
优选地，所述步骤③中，所述粗轧3～5道次，道次压下率为14～30％；所述精轧6道次，道次压下率为14～30％。
本发明的有益效果：本发明采用低碳成分设计，C重量百分含量为0.05～0.15％，低碳含量降低了焊接碳当量，提高了钢板的可焊性。在精轧过程中形变诱导VN析出相可以显著促进晶内铁素体形核，细化铁素体晶粒。终冷后等温过程中纳米尺度的VC析出相可发挥极强的析出强化作用。Cr可提高奥氏体稳定性，避免粗大先共析铁素体生成，因此控轧控冷V-N-Cr微合金化钢具有高强韧性、高组织性能均匀性等特质。所制备的低碳V-N-Cr微合金化Q550级热轧带钢屈服强度为565～625MPa，抗拉强度为690～730MPa，延伸率为18～26％，-60℃时5mm厚试样冲击功≥55J；此外，本发明方法操作过程简单，工艺流程短，我国钒矿资源储量丰富，合金成本低，容易实现工业化生产。
附图说明
图1为本发明制备方法的工艺示意图；
图2为实施例1制得的热轧带钢的透射电镜形貌；
图3为实施例2制得的热轧带钢的金相组织；
图4为实施例3制得的热轧带钢的金相组织。
具体实施方式
下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
下述实施例中所述试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
下述实施例采用的热轧机为东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室的Φ450mm热轧机；
下述实施例中随炉冷却时采用的加热炉为高温箱式电阻炉，型号为RX4-85-13B；
下述实施例中所用透射电子显微镜为FEI Tecnai G2F20场发射透射电子显微镜；
下述实施例中所用光学显微镜为OLYMPUS BX53M多功能光学显微镜。
实施例1
制备厚度为20.0mm的V-N-Cr微合金热轧带钢，工艺步骤如下：
将厚度为140mm合金坯料随炉加热至1200℃并保温4h，其化学组成按重量百分比为：C：0.05％，Mn：2.0％，Si：0.50％，S：0.002％，P：0.010％，Al：0.05％，V：0.15％，N：0.020％，Cr：0.30％，余量为Fe和其他不可避免的杂质；随后经过11道次热轧成20.0mm厚的热轧板。粗轧阶段的开轧温度和终轧温度分别为1160℃和1100℃，5道次粗轧至56mm，道次压下率为14～18％；精轧阶段的开轧温度和终轧温度分别为955℃和890℃，6道次精轧至20.0mm，道次压下率为14～17％。热轧结束后以15℃/s的冷却速率水冷至585℃，如图1所示；
将热轧带钢放进与终冷温度585℃相同的加热炉中随炉冷却至室温，得到产品。板材中组织为细晶的多边形铁素体和针状铁素体，如图2的TEM形貌所示。经检测，该带钢屈服强度为565MPa，抗拉强度为690MPa，延伸率为26％，-60℃时5mm厚试样冲击功55J。
实施例2
制备厚度为10.0mm的V-N-Cr微合金热轧带钢，工艺步骤如下：
将厚度为80mm合金坯料随炉加热至1150℃并保温3h，其化学组成按重量百分比为：C：0.11％，Mn：1.8％，Si：0.30％，S：0.003％，P：0.005％，Al：0.01％，V：0.10％，N：0.013％，Cr：0.20％，余量为Fe和其他不可避免的杂质；随后经过9道次热轧成10.0mm厚的热轧板。粗轧阶段的开轧温度和终轧温度分别为1100℃和1060℃，3道次粗轧至40mm，道次压下率为19～23％；精轧阶段的开轧温度和终轧温度分别为915℃和850℃，6道次精轧至10.0mm，道次压下率为18～23％。热轧结束后以32℃/s的冷却速率水冷至566℃，如图1所示；
将热轧带钢放进与终冷温度566℃相同的加热炉中随炉冷却至室温，得到产品。板材中组织为细晶的多边形铁素体、针状铁素体及少量粒状贝氏体，如图3的OM形貌所示。经检测，该带钢屈服强度为598MPa，抗拉强度为706MPa，延伸率为22％，-60℃时5mm厚试样冲击功58J。
实施例3
制备厚度为2.5mm的V-N-Cr微合金热轧带钢，工艺步骤如下：
将厚度为50mm合金坯料随炉加热至1100℃并保温2h，其化学组成按重量百分比为：C：0.15％，Mn：1.5％，Si：0.10％，S：0.005％，P：0.015％，Al：0.04％，V：0.06％，N：0.008％，Cr：0.10％，余量为Fe和其他不可避免的杂质；随后经过9道次热轧成2.5mm厚的热轧板。粗轧阶段的开轧温度和终轧温度分别为1060℃和980℃，3道次粗轧至18mm，道次压下率为28～30％；精轧阶段的开轧温度和终轧温度分别为870℃和805℃，6道次精轧至2.5mm，道次压下率为28～30％。热轧结束后以45℃/s的冷却速率水冷至520℃，如图1所示。
将热轧带钢放进与终冷温度520℃相同的加热炉中随炉冷却至室温，得到产品。板材中组织为细晶的多边形铁素体、针状铁素体及粒状贝氏体，如图4的OM形貌所示。经检测，该带钢屈服强度为625MPa，抗拉强度为730MPa，延伸率为18％，-60℃时2.5mm厚试样冲击功33J。

Claims (7)

1.一种V-N-Cr微合金化的Q550级别热轧带钢，其特征在于：所述热轧带钢的化学组成按重量百分比为：C：0.05～0.15％，Mn：1.5～2.0％，Si：0.10～0.50％，S：0.002～0.005％，P：0.005～0.015％，Al：0.01～0.05％，V：0.06～0.15％，N：0.008～0.020％，Cr：0.10～0.30％，余量为Fe和其他不可避免的杂质，所述热轧带钢的组织为细晶的多边形铁素体、针状铁素体及粒状贝氏体，
所述热轧带钢按下述方法制得：
①将厚度为50～140mm的钢坯随炉加热至1100～1200℃并保温2～4h，钢坯的化学组成按重量百分比为：C：0.05～0.15％，Mn：1.5～2.0％，Si：0.10～0.50％，S：0.002～0.005％，P：0.005～0.015％，Al：0.01～0.05％，V：0.06～0.15％，N：0.008～0.020％，Cr：0.10～0.30％，余量为Fe和其他不可避免的杂质；
②将钢坯经粗轧和精轧两个阶段热轧轧制成2.5～20.0mm厚的热轧板，其中，粗轧阶段的开轧温度为1060～1160℃，终轧温度为980～1100℃；精轧阶段的开轧温度为870～955℃，终轧温度为805～890℃；
③热轧结束后将钢板水冷至520～585℃，将钢板放进与终冷温度相同的加热炉中随炉冷却至室温，得到产品。
2.根据权利要求1所述的热轧带钢，其特征在于：所述热轧带钢钢板厚度为2.5～20.0mm。
3.根据权利要求1所述的热轧带钢，其特征在于：所述热轧带钢的屈服强度为565～625MPa，抗拉强度为690～730MPa，延伸率为18～26％。
4.根据权利要求3所述的热轧带钢，其特征在于：所述热轧带钢在-60℃时5mm厚试样冲击功≥55J，2.5mm厚试样冲击功为33J。
5.权利要求1所述V-N-Cr微合金化的Q550级别热轧带钢的制备方法，其特征在于：包括下述工艺步骤：
①将厚度为50～140mm的钢坯随炉加热至1100～1200℃并保温2～4h，钢坯的化学组成按重量百分比为：C：0.05～0.15％，Mn：1.5～2.0％，Si：0.10～0.50％，S：0.002～0.005％，P：0.005～0.015％，Al：0.01～0.05％，V：0.06～0.15％，N：0.008～0.020％，Cr：0.10～0.30％，余量为Fe和其他不可避免的杂质；
②将钢坯经粗轧和精轧两个阶段热轧轧制成2.5～20.0mm厚的热轧板，其中，粗轧阶段的开轧温度为1060～1160℃，终轧温度为980～1100℃；精轧阶段的开轧温度为870～955℃，终轧温度为805～890℃；
③热轧结束后将钢板水冷至520～585℃，将钢板放进与终冷温度相同的加热炉中随炉冷却至室温，得到产品。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述步骤③中，所述粗轧3～5道次，道次压下率为14～30％；所述精轧6道次，道次压下率为14～30％。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述步骤③中，所述水冷的冷却速率为15～45℃/s。
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