CN108914013A - 一种厚度为16mm的Q345D钢及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

一种厚度为16mm的Q345D钢及其生产方法，钢中各元素的质量百分比为：C：0.14～0.18，Mn：0.90‑1.03，Nb：0.012～0.020%；生产工艺中，铸坯加热终了时刻表面温度控制在1100～1150℃范围内，加热时间≥8min/cm；开轧温度1080～1100℃，一阶段终轧温度＞1000℃，二阶段开轧温度≤890℃，二阶段待温厚度大于等于钢板成品厚度的2.5倍，终轧温度控制在810～850℃范围内；开冷温度≥740℃，终冷温度650±20℃。本发明在保证较低生产成本的前提下，成功生产出Q345D低合金高强度钢，钢板的力学性能和内部质量满足GB/T1591要求。

Description

一种厚度为16mm的Q345D钢及其生产方法
技术领域
本发明涉及低合金高强钢及其生产方法，尤其涉及一种厚度为16mm的Q345D钢及其生产方法。
背景技术
Q345D属于低合金高强钢，具有良好的综合力学性能和工艺性能，广泛应用于诸如钢结构、风力塔筒等工程领域，16mm厚度产品属于常规使用。国内中板厂生产此规格钢种的钢板，成分设计主要采用C、Mn等元素，其中C含量约为0.11-0.17wt%，Mn含量约为1.30-1.60wt%；如舞阳钢铁公司16mm厚度Q345D钢种的成分为：C：0.15wt%、Mn：1.39wt%、Al：0.048wt%；酒泉钢铁公司16mm厚度Q345D钢种的成分为：C：0.11-0.17 wt%、Mn：1.30-1.60 wt%；安阳钢铁公司：C：0.12-0.14 wt%、Mn：1.35-1.45 wt%；控制轧制工艺参数通常为：待温温度≤930℃，待温厚度大于等于钢板成品厚度的2倍，终轧温度770-850℃，终冷温度约为680-740℃。
由以上数据可以看出，现有Q345D产品的设计思路在于通过C、Mn元素的固溶强化以及控轧控冷的细化晶粒作用来保证产品的强度；设计Mn含量在1.30-1.60%之间是为了保证固溶效果；设计终轧温度770-850℃是为了保证第二阶段控制轧制细化晶粒的效果；设计终冷温度≥680℃是为了进一步的细化晶粒，并防止出现W或B等异常组织恶化产品的韧塑性。现有的成分配比中Mn元素含量较高，从而导致生产成本居高不下，不利于企业效益的提升。为降低Q345D生产成本，部分企业采用降低Mn元素含量，同时加入Nb元素，通过Nb元素细化晶粒的作用保证产品性能；但为了提升细化晶粒效果，Nb元素的加入量普遍在0.020wt%以上，虽然降低了Mn元素含量，但0.020wt%以上Nb元素的加入却抵消了降低Mn元素含量下降的成本，导致生产成本仍然较高。
发明内容
本发明提供一种厚度为16mm的Q345D钢及其生产方法，通过降低Mn元素含量、添加微量Nb元素，并配合生产工艺的改进，实现Q345D的低成本生产，并能保证钢板力学性能符合国标要求。
解决上述技术问题的技术方案为：
一种厚度为16mm的Q345D钢，钢中各元素的质量百分比为：C：0.14～0.18，Mn：0.90-1.03，Nb：0.012～0.020%，Als：0.015-0.040，其它为Fe和生产过程中不可避免的残余元素和杂质。
上述的一种厚度为16mm的Q345D钢，钢中各元素的质量百分比也可以为：C：0.14～0.18，Mn：0.90-1.03，Nb：0.013～0.018，Als：0.015-0.040，其它为Fe和生产过程中不可避免的残余元素和杂质。
上述的一种厚度为16mm的Q345D钢，所述Q345D钢的晶粒度≥9.5级。
一种厚度为16mm的Q345D钢的生产方法，包括铸坯加热、控制轧制、控制冷却工艺步骤，其中：
铸坯加热工艺中加热终了时刻铸坯表面温度控制在1100～1150℃范围内，加热时间≥8min/cm；
上述的一种厚度为16mm的Q345D钢的生产方法，所述控制轧制工艺中开轧温度1080～1100℃，一阶段终轧温度＞1000℃，二阶段开轧温度≤890℃，二阶段待温厚度大于等于钢板成品厚度的2.5倍，终轧温度控制在810～850℃范围内；开冷温度≥740℃，终冷温度650±20℃。
本发明为确保Q345D钢板强度满足GB/T 1591的同时，实现低成本生产，向钢中加入了细化晶粒的微合金元素Nb，加入量和生产工艺参数的的设计主要基于以下原理：
Nb：该元素在钢中与氮、碳具有极强的亲和力，可与之形成稳定的Nb（C,N）化合物，在控制轧制过程中诱导析出，沿奥氏体晶界弥散分布，为相变提供形核质点，从而细化铁素体晶粒，Nb含量＞0.020wt%时通过以上机理细化晶粒的效果显著。本发明通过试验研究表明，钢中Nb元素含量在0.010-0.020wt%之间时也具有显著的细化晶粒作用， 0.010wt%的含Nb钢在1050℃时奥氏体组织的平均尺寸约为不含Nb的1/2，Nb含量增加至0.020%时，细化奥氏体的效果会更加显著；Nb元素除了细化再结晶温度的奥氏体晶粒外，还可以有效提升奥氏体未再结晶温度，当Nb含量约为0.025wt%时，未再结晶温度约为950℃，当Nb含量降至0.010wt%时，未再结晶温度降至约890℃；本发明设计二阶段开轧温度低于890℃，可保证产品在未再结晶温区发生累积变形，产生细化晶粒的效果；因此，为了发挥Nb的细化晶粒作用，并节约成本，设计Nb含量为0.012～0.020wt%,优选0.013-0.018wt%。
设计铸坯的加热温度为1100～1150℃原理为：加热温度越高，固溶Nb的含量越多，同时高的加热温度会促进原始晶粒的长大，从而不利于晶粒细化；因此，设计加热温度为1100～1150℃；设计加热时间≥8min/cm的原理：为了保证铸坯表面和中心的温度均匀，需要保证加热时间，实践证明针对本专利所使用的步进梁式加热炉，保证铸坯温度均匀的最短加热时间为8min/cm；第一阶段轧制主要通过高温低速大压下的工艺手段使得组织发生再结晶细化晶粒，因此为了保证再结晶的充分发生，设计第一阶段的终轧温度＞1000℃；第二阶段轧制主要是累积变形能，轧制过程必须在未再结晶温度范围内进行，因此设计二阶段的开轧温度≤890℃，同时为了方便操作和控制板形，设计终轧温度为810-850℃；设计开冷温度≥740℃是为了防止开冷温度过低，导致先共析的铁素体过多，不利于控制冷却的效果；终冷温度的设计是为了防止出现魏氏体和贝氏体等异常组织，而且开冷和终冷温度差太大也不利于产品的伸长率，开冷和终冷温降一般以100℃为宜，因此设计终冷温度为650±20℃。
本发明通过大幅降低Mn含量，并添加微量的Nb元素，可实现生产成本的降低，同时添加的微量Nb元素可细化晶粒、提升强度，弥补Mn含量降低造成的强度损失；本发明在成分优化的基础上，配合生产工艺参数的调整，生产的Q345D钢板完全满足GB/T1591要求。
本发明的有益效果为：
本发明采用C-Mn-Nb成分体系，通过添加微量的微合金元素Nb细化晶粒，采用控轧控冷工艺发挥Nb元素的细晶作用，提升强度的同时也保证韧塑性，从而确保钢板力学性能。通过上述措施的有效实施，在保证较低生产成本的前提下，成功生产出Q345D低合金高强度钢，钢板的力学性能和内部质量满足GB/T1591要求，内部组织为理想的珠光体+铁素体组织。
附图说明
图1为实施例1所生产的Q345D内部组织图(100倍)；
图2为实施例2所生产的Q345D内部组织图(100倍)；
图3为实施例3所生产的Q345D内部组织图(100倍)；
图4为实施例4所生产的Q345D内部组织图(100倍)；
图5为实施例5所生产的Q345D内部组织图(100倍)。
具体实施方式
本发明一种厚度为16mm的Q345D钢，钢中各元素的质量百分比分别为：C：0.14～0.18；Mn：0.90-1.030；Nb：0.012～0.020，优选0.013-0.018；Als：0.015-0.040，其它为Fe和生产过程中不可避免的残余元素和杂质。
本发明一种16mm厚的Q345D钢的生产方法，采用铸坯加热、控制轧制、控制冷却工艺步骤，其中：
铸坯在步进炉中进行加热；铸坯加热终了时刻表面温度控制在1100~1150℃范围内，加热时间≥8min/cm；
在3500mm四辊可逆轧机上进行控制轧制，控制轧制工艺中一阶段开轧温度1080～1100℃，一阶段终轧温度＞1000℃，二阶段的开轧温度≤890℃，二阶段的待温厚度≥2.5a(a为钢板成品厚度)，终轧温度控制在810~850℃范围内；开冷温度≥740℃，终冷温度为650±20℃。
以下通过具体实施例1～5对本发明做进一步说明：
实施例1～5选用260mm大断面连铸坯以保证压缩比，生产厚度规格为16mm的Q345D成品钢，表1列出了实施例1～5钢的化学成分质量百分比，表2列出了实施例1～5控轧+控冷工艺参数；表3列出了实施例1～5所生产的Q345D力学性能指标；表4列出了实施例1～5所生产的Q345D组织。
表1 实施例1～5的化学成分质量百分比，余量为Fe及不可避免的杂质（wt%）
表2 实施例1～5的控轧+控冷工艺
表3 实施例1～5的力学性能
表4 实施例1～5的组织和晶粒度
由以上实例及附图可以看出，按照本发明所设计的16mm厚度Q345D钢的力学性能符合GB/T 1591-2008的要求，尤其是在实例2-实例4的成分配比和控轧控冷工艺条件下的力学性能和晶粒度最佳。

Claims (6)

1.一种厚度为16mm的Q345D钢，其特征在于：钢中各元素的质量百分比为：C：0.14～0.18，Mn：0.90-1.03，Nb：0.012～0.020，Als：0.015-0.040，其它为Fe和生产过程中不可避免的残余元素和杂质。
2.如权利要求1所述的一种厚度为16mm的Q345D钢，其特征在于：钢中各元素的质量百分比也可以为：C：0.14～0.18，Mn：0.90-1.03，Nb：0.013～0.018，Als：0.015-0.040，其它为Fe和生产过程中不可避免的残余元素和杂质。
3.如权利要求1或2所述的一种厚度为16mm的Q345D钢，其特征在于：所述Q345D钢的晶粒度≥9.5级。
4.一种厚度为16mm的Q345D钢的生产方法，其特征在于：所述Q345D钢中各元素的质量百分比为：C：0.14～0.18；Mn：0.90-1.03；Nb：0.012～0.020，优选0.013～0.018；Als：0.015-0.040，其它为Fe和生产过程中不可避免的残余元素和杂质。
5.如权利要求4所述的厚度为16mm的Q345D钢的生产方法，包括铸坯加热、控制轧制、控制冷却工艺步骤，其特征在于：所述铸坯加热工艺中加热终了时刻铸坯表面温度控制在1100～1150℃范围内，加热时间≥8min/cm。
6.如权利要求5所述的厚度为16mm的Q345D钢的生产方法，其特征在于：所述控制轧制工艺中开轧温度1080～1100℃，一阶段终轧温度＞1000℃，二阶段开轧温度≤890℃，二阶段待温厚度大于等于钢板成品厚度的2.5倍，终轧温度控制在810～850℃范围内；开冷温度≥740℃，终冷温度650±20℃。
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