CN109321818B - 一种易焊接高温热轧厚钢板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于低合金高强度钢技术领域，特别涉及一种易焊接高温热轧厚钢板及其制备方法。钢板化学成分按重量百分比包括：C 0.05～0.16％，Si 0.1～0.3％，Mn 1.0～2.0％，P 0.001～0.008％，S 0.001～0.008％，V 0.03～0.12％，Ti 0.005～0.025％，Mg 0.0005～0.005％，Ca 0.0005～0.005％，Al 0.001～0.025％，O 0.001～0.005％，N 0.004～0.01％，余量为Fe；钢板中尺寸为0.2～5μm的夹杂物中，MgAl2O4‑TiN‑V(C,N)‑(Ca,Mn)S型复合夹杂物的数量占10％以上，并促进晶内铁素体组织形成。冶炼过程中采用硅锰预脱氧，并先后加入Mg、Al、Ti、V、N、Ca进行脱氧合金化；采用高温连续轧制，终轧温度≥1000℃，钢板厚度10～100mm。本发明钢板在高温热轧条件下可获得良好的组织性能，并具备优良焊接性能。本发明方案生产成本低，性能改善效果显著，对厚钢板的生产具有突出的优势。

Description

一种易焊接高温热轧厚钢板及其制备方法
技术领域
本发明属于低合金高强度钢技术领域，特别涉及一种易焊接高温热轧厚钢板及其制备方法。
背景技术
控制轧制和控制冷却技术是提高热轧钢材综合力学性能的重要手段。为了实现奥氏体未再结晶区控制轧制，一般需要进行Nb微合金化以提高奥氏体未再结晶温度，并且需要在中间厚度进行待温，在较低的温度下完成大压下量轧制变形。但为了提高生产效率，特别是对于不适用于低温未再结晶区轧制的厚板、型材等产品，需要采用高温再结晶区轧制。但该工艺下奥氏体晶粒以及转变组织将发生粗化，降低钢材强韧性能。因此，人们对高温热轧条件下钢板组织性能的改善技术进行了研究。
公开号为CN103343209A的发明专利公开了一种改善Q235钢板性能的控轧控冷工艺，其特点是避免了钢板中间待温环节，而直接采用高温轧制，开轧温度1000～1100℃，终轧温度控制在900～950℃，轧后立即进行超快冷却，冷却速度＞100℃/s。公开号为CN101597673A的发明专利公开了一种低合金高强度厚钢板的减量化制造方法，其特点为采用高温奥氏体再结晶区轧制，终轧温度950～1050℃，完成轧制后轧件快速进入ACC水冷以3～10℃/s冷却到650～750℃，实现晶粒细化。公开号为CN1092470A的发明专利公开一种钛处理钢板高温再结晶轧制加速冷却代替中低温控轧工艺，其特点是采用0.005～0.025％的Ti处理在钢中形成TiN、Ti(CN)沉淀相来细化晶粒，采用高温再结晶轧制和加速冷却，终轧温度要求控制在900～1000℃。公开号为CN102828115A的发明专利公开了一种Q345B中厚钢板及其生产方法，其特点是采用钒氮微合金化和高温轧制工艺，利用高温轧制过程中析出的VN粒子诱导形成晶内铁素体，细化了晶粒尺寸。其要求钢中N含量为0.008～0.018％，终轧温度1070～1100℃，冷速为18～22℃/s，终冷温度在650～750℃。公开号为CN103966410A的发明专利公开了一种高温轧制生产Q420级别厚板的方法，其特点是取消Nb、Ti的加入，采用低成本的VN微合金化成分设计，采用高温轧制方式取消中间坯待温过程，粗轧和精轧温度均在1000℃以上，轧后冷却采用堆垛缓冷，所得到的组织为多边形铁素体加珠光体组织。公开号为CN105296855A的发明专利公开了一种可大线能量焊接的海洋平台用钢板及制备方法，其特征是钢板中含有(V,Ti)(C,N)和V(C,N)析出粒子，HAZ生成多边形铁素体组织，提高大线能量焊接低温韧性，在炉外精炼时依次喂入钙线、钛线，连铸前中间包喂入Mg线和钒氮合金。
根据现有公开技术可知，采用再结晶区轧制和超快速冷却相结合，能够得到细化的相变组织，但是对设备能力要求较高。另外，采用钒氮微合金化，通过碳氮化钒的析出来促进晶内铁素体形成，但需要通过轧制和冷却工艺的特殊控制来达到改善效果。此外，钢板还需具备优良的焊接性能，以满足使用要求，而现有技术仍无法满足要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种易焊接高温热轧厚钢板及其制备方法，能够通过高温奥氏体再结晶区轧制即可获得优良的强韧性能和细化的显微组织，并具备可大线能量焊接的优良焊接性能。
本发明采取如下技术方案：
一种易焊接高温热轧厚钢板，按重量百分数计，钢板化学成分包括：C 0.05～0.16％，Si 0.1～0.3％，Mn 1.0～2.0％，P 0.001～0.008％，S 0.001～0.008％，V 0.03～0.12％，Ti 0.005～0.025％，Mg 0.0005～0.005％，Ca 0.0005～0.005％，Al 0.001～0.025％，O 0.001～0.005％，N 0.004～0.01％，余量为Fe；钢板中尺寸为0.2～5μm的夹杂物中，MgAl2O4-TiN-V(C,N)-(Ca,Mn)S型复合夹杂物的数量占10％以上。
所述的易焊接高温热轧厚钢板，MgAl2O4为夹杂物核心，TiN、V(C,N)、(Ca,Mn)S在MgAl2O4上复合析出。
所述的易焊接高温热轧厚钢板，钢板显微组织类型为晶内铁素体型组织，10％以上的晶内铁素体的形核位置为MgAl2O4-TiN-V(C,N)-(Ca,Mn)S夹杂物。
所述的易焊接高温热轧厚钢板，优选的，20～50％的晶内铁素体的形核位置为MgAl2O4-TiN-V(C,N)-(Ca,Mn)S夹杂物。
所述的易焊接高温热轧厚钢板，优选的，钢板中尺寸为0.2～5μm的夹杂物中，MgAl2O4-TiN-V(C,N)-(Ca,Mn)S型复合夹杂物的数量占20～50％。
所述的易焊接高温热轧厚钢板，钢板厚度10～100mm，屈服强度≥350MPa，抗拉强度≥460MPa，延伸率≥20％，-60℃冲击韧性≥100J，可承受200～800kJ/cm大线能量焊接。
所述的易焊接高温热轧厚钢板的制备方法，包括以下工艺步骤：
(1)冶炼：钢水采用转炉冶炼，转炉出钢量1/3～2/3时加入硅锰预脱氧，控制炉后氧含量为20～200ppm；LF炉精炼中造白渣脱硫≥10min，控制钢水硫含量≤0.008％，采用RH炉或VD炉真空精炼脱气；精炼中钢水定氧为10～100ppm时按先后顺序添加Mg→Al→Ti→V→N→Ca，各元素添加时间间隔2～30min，其中Mg、Al、Ti、Ca以喂线方式加入，V、N以氮化钒合金的形式添加；加入合金后软吹氩5～20min，使钢中尺寸为0.02～2μm的夹杂物中，含有MgAl2O4结构的夹杂物的数量占10％以上，5μm以上夹杂物数量≤100个/mm3，钢水定氧为0.1～10ppm；根据钢板成分要求调整其他各元素含量，成分合格钢水浇铸成连铸坯；
(2)轧制：连铸坯加热至1150～1260℃，保温60～180min，采用奥氏体再结晶区高温连续轧制，各道次压下率10～20％，终轧温度≥1000℃，钢板成品厚度10～100mm；轧制过程中对前2～4个道次进行轧前钢板表面短时快速喷水冷却，使钢板表面与心部温差达到100～300℃，同时使相应道次压下率达到15～20％；轧后钢板空冷至室温，或空冷至750～900℃后水冷至500～700℃再空冷至室温。
所述的易焊接高温热轧厚钢板的制备方法，优选的，控制炉后氧含量为50～100ppm；LF炉精炼中造白渣脱硫10～20min，控制钢水硫含量≤0.005％，5μm以上夹杂物数量10～50个/mm3。
所述的易焊接高温热轧厚钢板的制备方法，优选的，步骤(2)中，连铸坯加热至1220～1250℃，保温90～150min，终轧温度1050～1100℃，钢板成品厚度40～80mm。
所述的易焊接高温热轧厚钢板的制备方法，优选的，钢板屈服强度400～500MPa，抗拉强度500～700MPa，延伸率20～30％，-60℃冲击韧性150～300J，可承受200～800kJ/cm大线能量焊接。
本发明的设计思想是：
现有技术中通过在钢中引入含有氧化钛的氧化物或夹杂物，可促进晶内铁素体转变，细化焊接HAZ组织，提高焊接性能。但在钢板热轧条件下，现有技术中采用的夹杂物难以发挥组织细化效果，不能实现夹杂物对热轧钢板组织性能的改善。针对这一问题，本发明通过冶炼方法的改进，在钢中引入特殊类型的夹杂物和复合析出粒子，使其不仅可改善钢板焊接性能，并能显著改善高温热轧态组织和性能；同时，采用特殊轧制和冷却工艺，以发挥夹杂物的组织性能改善效果。通过冶炼和轧制工艺的协同控制，实现高温热轧厚钢板基体力学性能和焊接性能的显著提高。
本发明的优点及有益效果是：
1、本发明中通过成分优化设计以及冶炼和轧制工艺的控制，在钢中形成特殊类型夹杂物分布。所形成的MgAl2O4-TiN-V(C,N)-(Ca,Mn)S型复合夹杂物在钢板热轧过程中可有效抑制奥氏体晶粒的粗化，并显著促进晶内铁素体的生成，在高温热轧条件下可获得细化的显微组织和优良的强韧性能。并且在大线能量焊接条件下，可形成细化的热影响区显微组织，实现焊接性能的提高。
2、本发明克服了现有技术手段的不足，生产成本低，效果显著，对厚钢板的生产具有特殊的意义，并且可推广应用至其他高温热轧钢材产品的生产。
附图说明
图1-图2为实施例钢在高温热轧后冷却过程中夹杂物促进晶内铁素体形核的形貌。其中，图1为光学显微组织；图2为SEM组织。
具体实施方式
下面，通过实施例和附图对本发明进一步详细阐述。
实施例1
本实施例中，易焊接高温热轧厚钢板，其化学成分按重量百分比包括C 0.08％，Si0.15％，Mn 1.2％，P 0.008％，S 0.005％，V 0.1％，Ti 0.01％，Mg 0.0015％，Ca0.0012％，Al 0.015％，O 0.002％，N 0.005％，余量为Fe；钢板中尺寸为0.2～5μm的夹杂物中，MgAl2O4-TiN-V(C,N)-(Ca,Mn)S型复合夹杂物的数量占20％，其中MgAl2O4为夹杂物核心，TiN、V(C,N)、(Ca,Mn)S在其上复合析出；钢板显微组织类型为晶内铁素体型组织，20～50％数量的晶内铁素体的形核位置为MgAl2O4-TiN-V(C,N)-(Ca,Mn)S夹杂物。
上述钢板的制备方法：(1)冶炼：钢水采用转炉冶炼，转炉出钢量1/3～2/3时加入硅锰预脱氧，控制炉后氧含量为150ppm；LF炉精炼中造白渣脱硫15min，控制钢水硫含量0.005wt％，采用RH炉真空精炼脱气；精炼中钢水定氧为20ppm时按先后顺序添加Mg→Al→Ti→V→N→Ca，各元素添加时间间隔2～30min，其中Mg、Al、Ti、Ca以喂线方式加入，V、N以氮化钒合金的形式添加；加入合金后软吹氩15min，使钢中尺寸为0.02～2μm的夹杂物中，含有MgAl2O4结构的夹杂物的数量占10％以上，5μm以上夹杂物数量10～30个/mm3，钢水定氧为0.5ppm；根据钢板成分要求调整其他各元素含量，成分合格钢水浇铸成连铸坯；(2)轧制：连铸坯加热至1260℃，保温100min，采用奥氏体再结晶区高温连续轧制，各道次压下率10～20％，终轧温度1100℃，钢板厚度50mm；轧制过程中对前2～4个道次进行轧前钢板表面短时快速喷水冷却，使钢板表面与心部温差达100～200℃，同时使相应道次压下率达15～20％；轧后钢板空冷至室温。
本实施例中，钢板的屈服强度450MPa，抗拉强度560MPa，延伸率26％，-60℃冲击韧性210J，并可承受200kJ/cm大线能量焊接。
实施例2
本实施例中，易焊接高温热轧厚钢板，其化学成分按重量百分比包括C 0.05％，Si0.3％，Mn 1.8％，P 0.002％，S 0.003％，V 0.04％，Ti 0.02％，Mg 0.003％，Ca 0.004％，Al 0.005％，O 0.005％，N 0.01％，余量为Fe；钢板中尺寸为0.2～5μm的夹杂物中，MgAl2O4-TiN-V(C,N)-(Ca,Mn)S型复合夹杂物的数量占50％，其中MgAl2O4为夹杂物核心，TiN、V(C,N)、(Ca,Mn)S在其上复合析出；钢板显微组织类型为晶内铁素体型组织，30～60％数量的晶内铁素体的形核位置为MgAl2O4-TiN-V(C,N)-(Ca,Mn)S夹杂物。
上述钢板的制备方法：(1)冶炼：钢水采用转炉冶炼，转炉出钢量1/3～2/3时加入硅锰预脱氧，控制炉后氧含量为20ppm；LF炉精炼中造白渣脱硫20min，控制钢水硫含量0.003％，采用VD炉真空精炼脱气；精炼中钢水定氧为90ppm时按先后顺序添加Mg→Al→Ti→V→N→Ca，各元素添加时间间隔2～30min，其中Mg、Al、Ti、Ca以喂线方式加入，V、N以氮化钒合金的形式添加；加入合金后软吹氩10min，使钢中尺寸为0.02～2μm的夹杂物中，含有MgAl2O4结构的夹杂物的数量占10％以上，5μm以上夹杂物数量50～70个/mm3，钢水定氧为5ppm；根据钢板成分要求调整其他各元素含量，成分合格钢水浇铸成连铸坯；(2)轧制：铸坯加热至1200℃，保温180min，采用奥氏体再结晶区高温连续轧制，各道次压下率10～20％，终轧温度1050℃，钢板厚度100mm；轧制过程中对前2～4个道次进行轧前钢板表面短时快速喷水冷却，使钢板表面与心部温差达200～300℃，同时使相应道次压下率达15～20％；轧后钢板空冷至850℃后再水冷至600℃，然后空冷至室温。
本实施例中，钢板的屈服强度440MPa，抗拉强度570MPa，延伸率28％，-60℃冲击韧性180J，并可承受200kJ/cm大线能量焊接。
如图1-图2所示，实施例钢在高温热轧后冷却过程中，钢中特殊夹杂物可有效促进晶内铁素体形核，通过晶内铁素体组织的形成，高温热轧厚钢板转变组织得到显著细化，强韧性能大幅提高。
实施例结果表明，本发明所生产钢板的组织类型为微细晶内多边形铁素体和针状铁素体组织，具备优良的强韧性能和耐大线能量的易焊接性能，性能改善效果显著，与常规钢相比具有突出的优势。

Claims (2)

1.一种易焊接高温热轧厚钢板的制备方法，其特征在于，易焊接高温热轧厚钢板，其化学成分按重量百分比包括C 0.08％，Si 0.15％，Mn 1.2％，P 0.008％，S 0.005％，V0.1％，Ti 0.01％，Mg 0.0015％，Ca 0.0012％，Al 0.015％，O 0.002％，N 0.005％，余量为Fe；钢板中尺寸为0.2～5μm的夹杂物中，MgAl2O4-TiN-V(C,N)-(Ca,Mn)S型复合夹杂物的数量占20％，其中MgAl2O4为夹杂物核心，TiN、V(C,N)、(Ca,Mn)S在其上复合析出；钢板显微组织类型为晶内铁素体型组织，20～50％数量的晶内铁素体的形核位置为MgAl2O4-TiN-V(C,N)-(Ca,Mn)S夹杂物；
上述钢板的制备方法：(1)冶炼：钢水采用转炉冶炼，转炉出钢量1/3～2/3时加入硅锰预脱氧，控制炉后氧含量为150ppm；LF炉精炼中造白渣脱硫15min，控制钢水硫含量0.005wt％，采用RH炉真空精炼脱气；精炼中钢水定氧为20ppm时按先后顺序添加Mg→Al→Ti→V→N→Ca，各元素添加时间间隔2～30min，其中Mg、Al、Ti、Ca以喂线方式加入，V、N以氮化钒合金的形式添加；加入合金后软吹氩15min，使钢中尺寸为0.02～2μm的夹杂物中，含有MgAl2O4结构的夹杂物的数量占10％以上，5μm以上夹杂物数量10～30个/mm3，钢水定氧为0.5ppm；根据钢板成分要求调整其他各元素含量，成分合格钢水浇铸成连铸坯；(2)轧制：连铸坯加热至1260℃，保温100min，采用奥氏体再结晶区高温连续轧制，各道次压下率10～20％，终轧温度1100℃，钢板厚度50mm；轧制过程中对前2～4个道次进行轧前钢板表面短时快速喷水冷却，使钢板表面与心部温差达100～200℃，同时使相应道次压下率达15～20％；轧后钢板空冷至室温；
钢板的屈服强度450MPa，抗拉强度560MPa，延伸率26％，-60℃冲击韧性210J，并承受200kJ/cm大线能量焊接。
2.一种易焊接高温热轧厚钢板的制备方法，其特征在于，易焊接高温热轧厚钢板，其化学成分按重量百分比包括C 0.05％，Si 0.3％，Mn 1.8％，P 0.002％，S 0.003％，V0.04％，Ti 0.02％，Mg 0.003％，Ca 0.004％，Al 0.005％，O 0.005％，N 0.01％，余量为Fe；钢板中尺寸为0.2～5μm的夹杂物中，MgAl2O4-TiN-V(C,N)-(Ca,Mn)S型复合夹杂物的数量占50％，其中MgAl2O4为夹杂物核心，TiN、V(C,N)、(Ca,Mn)S在其上复合析出；钢板显微组织类型为晶内铁素体型组织，30～60％数量的晶内铁素体的形核位置为MgAl2O4-TiN-V(C,N)-(Ca,Mn)S夹杂物；
上述钢板的制备方法：(1)冶炼：钢水采用转炉冶炼，转炉出钢量1/3～2/3时加入硅锰预脱氧，控制炉后氧含量为20ppm；LF炉精炼中造白渣脱硫20min，控制钢水硫含量0.003％，采用VD炉真空精炼脱气；精炼中钢水定氧为90ppm时按先后顺序添加Mg→Al→Ti→V→N→Ca，各元素添加时间间隔2～30min，其中Mg、Al、Ti、Ca以喂线方式加入，V、N以氮化钒合金的形式添加；加入合金后软吹氩10min，使钢中尺寸为0.02～2μm的夹杂物中，含有MgAl2O4结构的夹杂物的数量占10％以上，5μm以上夹杂物数量50～70个/mm3，钢水定氧为5ppm；根据钢板成分要求调整其他各元素含量，成分合格钢水浇铸成连铸坯；(2)轧制：铸坯加热至1200℃，保温180min，采用奥氏体再结晶区高温连续轧制，各道次压下率10～20％，终轧温度1050℃，钢板厚度100mm；轧制过程中对前2～4个道次进行轧前钢板表面短时快速喷水冷却，使钢板表面与心部温差达200～300℃，同时使相应道次压下率达15～20％；轧后钢板空冷至850℃后再水冷至600℃，然后空冷至室温；
钢板的屈服强度440MPa，抗拉强度570MPa，延伸率28％，-60℃冲击韧性180J，并承受200kJ/cm大线能量焊接。
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