CN109023021B - 一种通过调控Al元素提高强韧性的钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种通过调控Al元素提高强韧性钢板及其制造方法，该钢板通过铝元素来改善钢材的强韧性，通过调控铝元素的含量可显著细化晶粒和调控组织类型，不会对钢的其他性能带来不利的影响，相比现有通用的合金强化方式，其成本低廉，稳定性好，可以替代昂贵合金，降低成本。该方法通过在生产过程中微量调控钢水中铝元素的含量，有效避免了铝元素形成大量的三氧化二铝夹杂对生产造成影响，使得生产过程平稳，连铸顺行。同时采用铝元素替代昂贵的合金元素，降低成本的同时显著提高钢的力学性能，具有经济性好，性能改善效果明显、操作简单等特点。

Description

一种通过调控Al元素提高强韧性的钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种通过调控Al元素提高强韧性的钢板及其制造方法。
背景技术
为了提高钢材的性能，需要在炼钢的时候加入一定量一种或多种的金属或非金属元素，以改善钢的强度及韧性等各种性能。组成合金的化学元素多数是金属元素，如铌、钒、钛、铜、铝、锰、铬、钼、镍及稀有金属等，少数是非金属元素，如碳、硅等。
传统的成分设计思路里面，碳硅锰作为钢中最基本的元素，含量增加会提高钢的强度，但含量超过某一范围，或多或少都会对钢的韧性或者是焊接性能带来不利的影响。铌、钒、镍对强度或者韧性有较好的改善作用，但是其价格昂贵，添加造成钢的成本显著上升。
铝元素作为炼钢常用的脱氧剂，其价格低廉。通常认为其在钢中的含量如果过高，会产生大量的三氧化二铝夹杂，在连铸时聚集成簇团状，造成连铸水口的堵塞，不利于工业化生产。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种通过调控Al元素提高强韧性的钢板，该钢板通过精确微量调节铝含量，把钢中铝含量控制在一个合理的范围内，即通过提高铝含量改善了钢的强韧性，又不会因为铝含量过高而影响钢板的制造。
本发明的另一目的是提供一种采用上述钢板的制造方法，该方法能够实现生产过程的稳定顺行。
技术方案：本发明所述的一种通过调控Al元素提高强韧性的钢板，化学成分的质量百分比为C：0.10～0.20％；Si：0.15％～0.35％；Mn：1.10％～1.70％；P≤0.02％；S≤0.003％；Alt：0.05％～0.10％；Ti：0.01％～0.03％；Ca：0.0005％～0.004％，余量为Fe和杂质；且该钢板的Ceq为0.35％～0.45％。
为了获得具有更好强韧性能的钢板，同时提升生产的顺行度，该钢板进一步限定的化学成分的质量百分比为C：0.14～0.16％；Si：0.20％～0.26％；Mn：1.43％～1.50％；P≤0.02％；S≤0.003％；Alt：0.079％～0.09％；Ti：0.016％～0.025％；Ca：0.0016％～0.0039％，余量为Fe和杂质。
而本发明所述上述钢板的制造方法的技术方案是：所采用的工艺路线为铁水脱硫预处理→转炉冶炼→LF精炼→RH精炼→连铸→铸坯检验、判定→铸坯验收→连铸坯加热→除鳞→轧制→冷却→探伤→切割、取样→喷印标识→入库；
生产时，转炉冶炼终点碳控制在0.08％～0.18％，出钢采用Al块脱氧方式脱氧；
LF炉精炼采用喂入Al线的方式脱氧合金化，LF炉精炼结束后喂入纯钙线150-200米/炉，喂丝后静搅时间≥10分钟；LF炉精炼后钢水中Al含量命中目标值；
LF炉精炼造白渣中铝粒分若干次添加，成分调整次数少于3次；
RH炉真空处理在高真空度≤5.0mbar条件下保持时间15分钟以上；破真空后取样测定成分，若Al元素经烧损后低于目标值，则补喂Al线保障成分命中。以使铝含量处于合理的范围，在不影响生产顺行的前提下提高钢的强韧性。
进一步的，连铸时，连铸中包烘烤在温度＞900℃条件下保持时间≥3小时，提供保护性浇注，氮控制在30ppm～50ppm。保证钢中的酸溶铝能尽可能的少氧化，有效控制钢中Al2O3的含量，保证连铸顺行。同时连铸采用吹Ar塞棒，防止Al2O3夹杂物吸附在塞棒头和水口内壁上堵塞水口。
在连铸坯加热时，连铸坯加热温度为1150～1250℃，出炉温度为1130～1230℃。
轧制采用奥氏体再结晶区和未再结晶区两阶段轧制；粗轧采用道次大压下量破碎奥氏体晶粒，道次压下量≥30mm，粗轧开轧温度≥1050℃，粗轧成≥2.0倍成品厚度的中间坯，粗轧终轧温度控制在900～1050℃；精轧开轧温度为780～880℃，每道次压下率为10～15％；轧后控制冷却，采用层流冷却，返红温度为600～700℃，随后空冷。
有益效果：该钢板通过铝元素来改善钢材的强韧性，通过调控铝元素的含量可显著细化晶粒和调控组织类型，不会对钢的其他性能带来不利的影响，相比现有通用的合金强化方式，其成本低廉，稳定性好，可以替代昂贵合金，降低成本同时，该方法通过在生产过程中微量调控钢水中铝元素的含量，有效避免了铝元素形成大量的Al2O3杂对生产造成影响，使得生产过程平稳，连铸顺行。同时采用铝元素替代昂贵的合金元素，降低成本的同时显著提高钢的力学性能，具有经济性好，性能改善效果明显、操作简单等特点。
附图说明
图1是本发明实施例1的钢板的组织金相图；
图2是对比例1的组织金相图。
具体实施方式
下面，结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
本实施方式公开了一种通过调控Al元素提高强韧性的钢板，该钢板的制造方法采用的工艺路线为铁水脱硫预处理→150t转炉冶炼→150tLF精炼→150tRH精炼→150mm厚板坯连铸机连铸→铸坯检验、判定→铸坯验收→连铸坯加热→除鳞→轧制→冷却→探伤→切割、取样→喷印标识→入库。
转炉冶炼时，为达到好的脱磷、控氮效果，采用底吹氩模式，底吹后期大流量强搅拌，转炉冶炼终点碳控制在0.08％～0.18％，出钢采用添加Al块脱氧的方式。
LF炉精炼时，使用喂Al线的方式脱氧合金化，LF结束后喂入纯钙线150-200米/炉，喂丝后静搅时间不得少于10分钟。通过取样测定成分，保障钢水中Al含量命中目标值，如果Al含量偏低则需要补喂铝线到目标值。
RH精炼时，为保证处理效果，在高真空度≤5.0mbar条件下保持时间15分钟以上；破真空后取样测定成分，若Al元素经烧损后低于目标值，则补喂Al线保障成分命中。
在连铸时，连铸中包烘烤在温度＞900℃条件下保持时间≥3小时，且采用保护性浇注，氮控制在30ppm～50ppm。同时连铸采用吹Ar塞棒，防止Al2O3夹杂物吸附在塞棒头和水口内壁上堵塞水口。测定连铸中包的钢水成分中铝元素含量。
在对连铸坯加热时，连铸坯加热温度为1150～1250℃，出炉温度为1130～1230℃。
在轧钢时，采用奥氏体再结晶区和未再结晶区两阶段轧制；粗轧采用道次大压下量破碎奥氏体晶粒，道次压下量≥30mm，粗轧开轧温度≥1050℃，粗轧成≥2.0倍成品厚度的中间坯，粗轧终轧温度控制在900～1050℃；精轧开轧温度为780～880℃，每道次压下率为10～15％；轧后控制冷却，采用层流冷却，返红温度为600～700℃，随后空冷。
具体的，提供了以下五组实施例和与之一一对应的对比例，实施例和对比例成分控制如表1所示，可见在其他成分基本相当的情况下，实施例的铝含量控制在较高水平：
表1实施例和对比例的成分％(余量为Fe和杂质)
Figure BDA0001781830070000041
通过本发明方法制备以上各实施例的钢板时，严格按照本发明的工艺要求操作。对实施例和对比例通过相同的加热、轧制工艺后，对得到的钢板进行力学性能检验，结果如表2所示：
表2实施例和对比例的钢板力学性能
Figure BDA0001781830070000042
Figure BDA0001781830070000051
可见实施例相比于对比例，微量提高钢中铝含量后，在不改变其它成分及工艺的前提下，钢的强度、韧性及延伸率均有显著的提高。并且，还能看出当化学成分的质量百分比为C：0.14～0.16％；Si：0.20％～0.26％；Mn：1.43％～1.50％；P≤0.02％；S≤0.003％；Alt：0.079％～0.09％；Ti：0.016％～0.025％；Ca：0.0016％～0.0039％，余量为Fe和杂质，此时的钢板具有更佳的强韧性能。
图1及图2分别是本发明高铝含量结构钢的钢板和常规铝含量结构钢的金相组织图，由图可知，常规铝含量结构钢的组织类型为铁素体和珠光体，在铝含量提高之后，钢的铁素体组织明显变的细小，同时组织中铁素体的比例增大。这样一种组织类型相比于常规的铁素体加珠光体组织，具有更优的力学性能。

Claims (6)

1.一种通过调控Al元素提高强韧性的钢板，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：C：0.14～0.16%；Si：0.20%～0.26%；Mn：1.43%～1.50%；P≤0.02%；S≤0.003%；Alt：0.079%～0.09%；Ti：0.016%～0.025%；Ca：0.0016%～0.0039%，余量的Fe和杂质；且该钢板的Ceq为0.35%～0.45%；
制造该钢板采用的工艺路线为铁水脱硫预处理→转炉冶炼→LF精炼→RH精炼→连铸→铸坯检验、判定→铸坯验收→连铸坯加热→除鳞→轧制→冷却→探伤→切割、取样→喷印标识→入库；
生产时，转炉冶炼终点碳控制在0.08%~0.18%，出钢采用Al块脱氧方式脱氧；
LF炉精炼采用喂入Al线的方式脱氧合金化，LF炉精炼结束后喂入纯钙线150-200米/炉，喂丝后静搅时间≥10分钟；LF炉精炼后钢水中Al含量命中目标值；
LF炉精炼造白渣中铝粒分若干次添加，成分调整次数少于3次；
RH炉真空处理在高真空度≤5.0mbar条件下保持时间15分钟以上；破真空后取样测定成分，若Al元素经烧损后低于目标值，则补喂Al线保障成分命中。
2.一种根据权利要求1所述通过调控Al元素提高强韧性的钢板的制造方法，采用的工艺路线为铁水脱硫预处理→转炉冶炼→LF精炼→RH精炼→连铸→铸坯检验、判定→铸坯验收→连铸坯加热→除鳞→轧制→冷却→探伤→切割、取样→喷印标识→入库；其特征在于：
生产时，转炉冶炼终点碳控制在0.08%~0.18%，出钢采用Al块脱氧方式脱氧；
LF炉精炼采用喂入Al线的方式脱氧合金化，LF炉精炼结束后喂入纯钙线150-200米/炉，喂丝后静搅时间≥10分钟；LF炉精炼后钢水中Al含量命中目标值；
LF炉精炼造白渣中铝粒分若干次添加，成分调整次数少于3次；
RH炉真空处理在高真空度≤5.0mbar条件下保持时间15分钟以上；破真空后取样测定成分，若Al元素经烧损后低于目标值，则补喂Al线保障成分命中。
3.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于，连铸时，连铸中包烘烤在温度＞900℃条件下保持时间≥3小时，提供保护性浇注，氮控制在30ppm～50ppm。
4.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述连铸过程采用吹Ar塞棒技术。
5.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于，连铸坯加热温度为1150～1250℃，出炉温度为1130～1230℃。
6.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于，轧制采用奥氏体再结晶区和未再结晶区两阶段轧制；粗轧采用道次大压下量破碎奥氏体晶粒，道次压下量≥30mm，粗轧开轧温度≥1050℃，粗轧成≥2.0倍成品厚度的中间坯，粗轧终轧温度控制在900～1050℃；精轧开轧温度为780～880℃，每道次压下率为10～15%；轧后控制冷却，采用层流冷却，返红温度为600～700℃，随后空冷。
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