CN109097664B

CN109097664B - 一种900MPa级厚规格高韧性热轧钢带及其制备方法

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Publication number: CN109097664B
Application number: CN201811176207.9A
Authority: CN
Inventors: 衣海龙; 周永康; 李鹏伟; 张新; 毕梦圆; 方明阳
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Tiantie Hot Rolled Plate Co ltd
Priority date: 2018-10-10
Filing date: 2018-10-10
Publication date: 2020-03-31
Anticipated expiration: 2038-10-10
Also published as: CN109097664A

Abstract

一种900MPa级厚规格高韧性热轧钢带及其制备方法，属于结构钢领域。该钢带包括的化学成分及各个成分的质量百分比为：C为0.06～0.08％，Si为0.15‑0.18％，Mn为1.4～1.6％，P≤0.012％，S≤0.008％，Cr为0.8～1.2％，B为0.005～0.012％，Ti为0.01～0.03％，余量为Fe以及不可避免的杂质。其制备通过冶炼浇铸、热轧粗轧、热轧精轧、冷却卷取过程，得到产品。该钢带通过合理的成分设计，以及通过控轧控冷工艺使钢带的屈服强度达到900MPa，用以代替同一级别经过TMCP+回火工艺或热处理工艺获得的钢板。

Description

一种900MPa级厚规格高韧性热轧钢带及其制备方法

技术领域

本发明属于结构钢领域，特别涉及一种900MPa级厚规格高韧性热轧钢带及其制备方法。

背景技术

随着煤矿机械行业机械化水平的不断提高，高端液压支架需求量不断增大。为了实现支架高强度和高可靠性要求，同时又要尽量减轻支架重量，方便井下运输和安装，对应支架用钢材的强度及韧性要求越来越高。目前，支架用钢的强度级别已经从屈服强度600MPa、700MPa提升到了屈服强度900MPa以上，同时，对钢材的韧性，尤其是低温韧性提出了更高的要求。目前，针对屈服强度在900MPa级的支架用钢，普遍采用热处理工艺来进行生产，

与热轧态产品相比，传统调质板由于碳含量高其低温韧性相应较低，其-40℃冲击功均在100J以下，如瑞典SSAB的WELDOX960和DOMEX960钢种，其-40℃冲击功仅能保证大于34J。

与控轧控冷工艺相比，热处理工艺不仅导致生产成本的增加，而且实物钢板低温冲击韧性普遍偏低，很难满足下游用户高标准产品质量的需求，迫切需要开发基于控轧控冷工艺下低成本的高韧性高强钢产品。

中国专利CN102699031A公开了一种900MPa级高韧性低合金钢及其制造方法，为了满足屈服强度达到900MPa的性能要求，在合金成分设计上添加了Ni、Cu、Nb、Mo、V等合金元素，导致钢板合金成本显著增加。同时，其采用的工艺为TMCP+离线回火，在控轧控冷工艺后必须进行回火处理，增加了工艺流程和制造成本，产品的成分设计及工艺路线满足不了低成本高性能的要求。

中国专利CN103526111A公开了屈服强度900MPa级热轧板钢带及其制备方法，该专利中设计的钢带尽管取消了调质热处理工艺，但在合金成分设计上仍然添加了Ti、Nb、Mo、Ni等合金元素，且Ti含量达到0.15～0.19％，增加了合金成本，与低成本的工艺路线有一定的差距，同时，由于添加了大量的微合金元素，对应的析出强化是其主要的强化机制之一，因此，导致最终产品的低温韧性值偏低，实物钢板-40℃冲击功最高仅为126J，很难满足高韧性钢的要求。

中国专利CN108004475A公开了一种900MPa级热轧纳米析出强化型高强高韧钢及其制造方法，该专利的主要设计思路为采用贝氏体和纳米级碳化物，通过添加Ti、Mo、V、Nb等微合金元素，控制其纳米碳化物的尺寸小于10nm。但从最终产品的性能指标上看，其屈服强度仅能达到800MPa，且由于析出强化量的增加会显著降低钢板的低温韧性，其-40℃的冲击功均小于100J，故采用该专利只能制造出屈服强度在800MPa级，且低温韧性值低于100J的高强钢，无法达到屈服强度900MPa以上。

发明内容

针对以上技术问题，本发明提供一种900MPa级厚规格高韧性热轧钢带及其制备方法，目的是通过合理的成分设计，以及通过控轧控冷工艺使钢带的屈服强度达到900MPa，用以代替同一级别经过TMCP+回火工艺或热处理工艺获得的钢板。

本发明的一种900MPa级厚规格高韧性热轧钢带，其包括的化学成分及各个成分的质量百分比为：C为0.06～0.08％，Si为0.15-0.18％，Mn为1.4～1.6％，P≤0.012％，S≤0.008％，Cr为0.8～1.2％，B为0.005～0.012％，Ti为0.01～0.03％，余量为Fe以及不可避免的杂质。

所述的900MPa级厚规格高韧性热轧钢带，厚规格为厚度为12～20mm。

所述的900MPa级厚规格高韧性热轧钢带，其屈服强度≥900MPa，抗拉强度≥960MPa，断后伸长率≥12％，-40℃时的冲击功≥180J。

所述的900MPa级厚规格高韧性热轧钢带，其金相组织为板条马氏体束，并且板条马氏体束呈交错分布。

本发明的一种900MPa级厚规格高韧性热轧钢带的制备方法，按以下步骤进行：

步骤1：冶炼浇铸

按900MPa级厚规格高韧性热轧钢带的成分称量原料，冶炼钢水，铸造得到铸坯；

其中，900MPa级厚规格高韧性热轧钢带包括的化学成分及各个成分的质量百分比为：C为0.06～0.08％，Si为0.15-0.18％，Mn为1.4～1.6％，P≤0.012％，S≤0.008％，Cr为0.8～1.2％，B为0.005～0.012％，Ti为0.01～0.03％，余量为Fe以及不可避免的杂质；

步骤2：热轧粗轧

将铸坯加热至1180～1220℃，进行多道次粗轧，其中，粗轧的开轧温度为1080～1150℃，粗轧的终轧温度为980～1070℃，得到厚度为48～58mm的中间坯；

步骤3：热轧精轧

将中间坯进行多道次精轧，精轧的开轧温度为950～1000℃，精轧的终轧温度为850～880℃，得到厚度为12～20mm的精轧钢带；

步骤4：冷却卷取

将精轧钢带，以15～20℃/s的冷却速度，冷却至300℃，进行卷取，得到精轧钢带卷，将精轧钢带卷空冷至室温，得到900MPa级厚规格高韧性热轧钢带。

所述的步骤1中，所述的铸坯的厚度为250mm。

所述的步骤2中，粗轧道次优选为5～7道次。

所述的步骤3中，精轧道次优选为5～7道次，每道次的压下量为15～40％。

本发明的一种900MPa级厚规格高韧性热轧钢带及其制备方法，其采用低碳成分设计思路，通过Ti细化奥氏体晶粒尺寸，通过Cr、B提高淬透性，利用热连轧工艺，通过低温卷取工艺获得12～20mm厚的屈服强度可达900MPa级的热轧钢带，其-40℃冲击功可达180J以上，其金相组织为马氏体。

本发明中钢种成分的设置考虑了以下几点：

碳，对强化钢板是有效的，但同时会降低了钢板的成型性及焊接性，这些性能对其使用性能来说是必不可少的，因此碳的含量控制在低碳钢范围内；锰，能够通过固溶强化及相变强化来有效的提高钢材的性能，但过高的锰会产生成分偏析，影响最终产品的低温韧性，所以锰的含量控制在1.5％左右；硅是钢中的基本元素，在炼钢过程中起到一定的脱氧作用，本发明主要利用硅的脱氧作用，其含量范围控制在0.15％左右。磷和硫是钢中的夹杂元素，对于P来说，其易于偏聚在晶界处，降低钢的塑性和韧性，因此需要控制在较低水平；硫，容易与锰形成塑性较好的MnS夹杂，但长条状的MnS降低钢板的横向拉伸性能，因此，为了保证钢板良好的力学性能，需要将其控制在0.005％以内。铬是本发明中的重要元素之一，其加入后会显著提高钢板的淬透性，保证了在不添加Mo元素的情况下，获得马氏体组织，同时，当铬含量在0.8～1.2％范围内时，钢板在快冷获得的马氏体组织更加细小，板条束呈交错分布，在提高钢板强度的同时，显著提高其低温冲击韧性，因此，铬含量控制在0.8～1.2％。硼是本发明中的重要元素之一，硼加入钢中可以显著提高钢板获得马氏体或贝氏体的临界冷速，加入微量的硼元素可以使钢的临界冷却速度提高3倍以上，从而保证了不添加高附加值元素的情况下钢板可以获得马氏体组织。从硼的添加量来说，硼含量大于5ppm时，其淬透性的作用较为明显，但过多的硼会与氮形成脆性的BN析出物，降低晶界强度，显著降低钢板的低温韧性，因此，这里将其控制在5～12ppm可获得较好的强韧性效果。

本发明对一种900MPa级厚规格高韧性热轧钢带提供了单一的TMCP工艺路线，取消了目前生产该级别钢材的调质热处理工艺，并且省去了TMCP工艺后的离线回火工艺，实现了工艺的减量化，其组织为马氏体组织，板条马氏体束呈交错分布，产品具有较高的力学性能及良好的低温韧性。

本发明900MPa级厚规格高韧性热轧钢带与现有的同强度级别的低合金高强度钢相比具有如下优点：本发明热轧钢带由于取消了调质热处理工艺，并且省去了TMCP工艺后的离线回火工艺，实现了工艺的减量化，降低了生产成本，采用本发明热轧钢带，每吨可降低成本几百元，可以产生较大的经济效益。同时，本发明热轧钢带成分设计上采用低碳成分路线，在保证力学性能要求的基础上，产品具有较好的焊接性能，保证了后续良好的使用性能。

附图说明

图1为实施例1中制备的900MPa级厚规格高韧性热轧钢带钢板的典型光学显微图。

图2为实施例1中制备的900MPa级厚规格高韧性热轧钢带钢板的典型透射电镜图。

图3为实施例2中制备的900MPa级厚规格高韧性热轧钢带钢板的典型透射电镜图。

图4为实施例1中制备的900MPa级厚规格高韧性热轧钢带钢板的典型冲击实验曲线。

图5为实施例1中制备的900MPa级厚规格高韧性热轧钢带钢板的典型应力应变曲线。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明。

本发明实施例中900MPa级厚规格高韧性热轧钢带的成分的参见表1，表2为本发明钢实施例的制造工艺，表3为本发明实施例制备的900MPa级厚规格高韧性热轧钢带的力学性能。

实施例

一种900MPa级厚规格高韧性热轧钢带包括的化学成分及各个成分的质量百分比见表1。

本发明实施例900MPa级厚规格高韧性热轧钢带的工艺流程为：

转炉冶炼→LF→(真空循环脱气精炼炉)RH→铸坯→铸坯加热→热轧粗轧→热轧精轧→冷却→卷取，其中铸坯加热：1180～1220℃，均热时间1h，粗轧开轧温度为1080～1150℃，终轧温度为980～1070℃，获得厚度为48～58mm的中间坯。随后对中间坯进行5～7道次精轧，精轧开轧温度为950～1000℃，终轧温度为850～880℃，精轧每道次压下量控制在15～40％，精轧后钢带厚度为12～20mm。精轧后以15～20℃/s的速度将钢带冷却至300℃，进行卷取。

表1 单位：重量百分比

实施例	C	Si	Mn	P	S	Cr	B	Ti
									1	0.06	0.15	1.4	0.008	0.005	1.2	0.005	0.015
2	0.08	0.18	1.6	0.009	0.004	0.9	0.008	0.02
									3	0.07	0.17	1.5	0.010	0.004	0.8	0.012	0.03
4	0.08	0.15	1.5	0.007	0.003	1.0	0.0010	0.025
									5	0.06	0.15	1.6	0.008	0.003	1.1	0.0011	0.02

表2本发明实施例1-5的钢板热轧工艺参数及对应的产品厚度

注：铸坯厚度250mm

表3本发明实施例1-5的钢板厚度及对应的力学性能

图1为实施例1制备的900MPa级厚规格高韧性热轧钢带钢板的典型光学显微图，可以看出其典型光学金相组织，图2为实施例1制备的900MPa级厚规格高韧性热轧钢带钢板的透射电镜图，可以看出透射电镜组织。从金相照片(图1)上可以看出，钢板的组织为细小的板条马氏体，组织细小均匀。通过透射电镜(图2)观察马氏体的微细结构可以看出，马氏体板条束尺寸细小，有效提高了实验钢的低温冲击韧性。这种组织类型有效保证了实验钢获得高强度的同时，具有优良的低温冲击韧性。

实施例2中制备的900MPa级厚规格高韧性热轧钢带钢板的典型透射电镜照片见图3。实施例1中制备的900MPa级厚规格高韧性热轧钢带钢板的典型冲击实验曲线见图4，从图4中可以看出制备的900MPa级厚规格高韧性热轧钢带钢板-40℃时的冲击功≥180J。

实施例1中制备的900MPa级厚规格高韧性热轧钢带钢板的典型应力应变曲线见图5，可以得出制备的900MPa级厚规格高韧性热轧钢带钢板屈服强度为950MPa。

Claims

1.一种900MPa级厚规格高韧性热轧钢带，其特征在于，该900MPa级厚规格高韧性热轧钢带由以下化学成分组成，并且各个成分的质量百分比为：C为0.06~0.08%，Si为0.15-0.18%，Mn为1.4~1.6%，P≤0.012%，S≤0.008%，Cr为0.8~1.2%，B为0.005~0.012%，Ti为0.01~0.03%，余量为Fe以及不可避免的杂质；

所述的900MPa级厚规格高韧性热轧钢带，其屈服强度≥900MPa，抗拉强度≥960MPa，断后伸长率≥12%，-40℃时的冲击功≥180J；

2.如权利要求1所述的900MPa级厚规格高韧性热轧钢带，其特征在于，所述的900MPa级厚规格高韧性热轧钢带，厚规格为厚度为12~20mm。

3.权利要求1所述的900MPa级厚规格高韧性热轧钢带的制备方法，其特征在于，按以下步骤进行：

步骤1：冶炼浇铸

其中，900MPa级厚规格高韧性热轧钢带包括的化学成分及各个成分的质量百分比为：C为0.06~0.08%，Si为0.15-0.18%，Mn为1.4~1.6%，P≤0.012%，S≤0.008%，Cr为0.8~1.2%，B为0.005~0.012%，Ti为0.01~0.03%，余量为Fe以及不可避免的杂质；

步骤2：热轧粗轧

将铸坯加热至1180~1200℃，进行多道次粗轧，其中，粗轧的开轧温度为1080~1150℃，粗轧的终轧温度为980~1070℃，得到厚度为48~58mm的中间坯；

步骤3：热轧精轧

将中间坯进行多道次精轧，精轧的开轧温度为950~1000℃，精轧的终轧温度为850~880℃，得到厚度为12~20mm的精轧钢带；

步骤4：冷却卷取

将精轧钢带，以15~20℃/s的冷却速度，冷却至300℃，进行卷取，得到精轧钢带卷，将精轧钢带卷空冷至室温，得到900MPa级厚规格高韧性热轧钢带。

4.如权利要求3所述的900MPa级厚规格高韧性热轧钢带的制备方法，其特征在于，所述的步骤1中，所述的铸坯的厚度为250mm。

5.如权利要求3所述的900MPa级厚规格高韧性热轧钢带的制备方法，其特征在于，所述的步骤2中，粗轧道次为5~7道次。

6.如权利要求3所述的900MPa级厚规格高韧性热轧钢带的制备方法，其特征在于，所述的步骤3中，精轧道次为5~7道次，每道次的压下量为15~40%。