CN109825766A

CN109825766A - 一种可减少纵裂缺陷的460MPa高强钢及其生产方法

Info

Publication number: CN109825766A
Application number: CN201910152158.3A
Authority: CN
Inventors: 张卫攀; 吕德文; 杜琦铭; 张瑞超; 孙电强; 刘红艳; 成旭东
Original assignee: Handan Iron and Steel Group Co Ltd; HBIS Co Ltd Handan Branch
Current assignee: Handan Iron and Steel Group Co Ltd; HBIS Co Ltd Handan Branch
Priority date: 2019-02-28
Filing date: 2019-02-28
Publication date: 2019-05-31

Abstract

本发明涉及一种可减少纵裂缺陷的460MPa高强钢及其生产方法，钢中各元素的质量百分比为：C：0.14～0.18%，Si：0.10~0.25%，Mn：1.40‑1.70%，P≤0.025%，S≤0.020%，Als≥0.015%，Nb：0.020～0.035%，V：0.040～0.060%，其它为Fe和生产过程中不可避免的残余元素和杂质。在本发明的生产方法中，连铸生产工序采用保护浇注，使用碱度为1.45～1.57的专用保护渣，钢水过热度10～35℃，保证恒拉速为0.75～0.95m/min，结晶器液面波动控制在±4mm。本发明在保证钢板力学性能的同时，可大幅减少铸坯表面纵裂出现的几率。

Description

一种可减少纵裂缺陷的460MPa高强钢及其生产方法

技术领域

本发明涉及460MPa高强钢及其生产方法，尤其涉及一种可减少纵裂缺陷的460MPa高强钢及其生产方法。

背景技术

460MPa级高强钢即Q460C，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、工程机械等工程领域，20mm厚度产品属于常规使用，但此类钢生产常常伴随着较为严重的表面纵裂缺陷。国内中板厂生产该钢种的钢板，成分设计主要采用C、Mn、Nb、V等元素，其中C含量约为0.11～0.17wt%，Mn含量约为1.50～1.70wt%，Nb含量约为0.020～0.040wt%，V含量约为0.040～0.060wt%；控制轧制及控制冷却工艺参数通常为：待温温度≤900℃，待温厚度大于等于钢板成品厚度的2倍加5mm，终轧温度800～850℃，终冷温度约为580～620℃。

现有Q460C产品的设计思路在于通过C、Mn元素的固溶强化以及Nb、V和控轧控冷的细化晶粒作用来保证产品的强度，但是0.11～0.17wt%的C含量使得板坯表面裂纹敏感性增加，这是因为钢水在凝固过程中发生包晶反应，由δ铁转变为γ铁，使钢的凝固收缩不仅有热收缩，还伴有相变产生的体积收缩，因此使气隙较早形成，加剧了坯壳凝固的不均匀性，从而导致裂纹的产生。

连铸坯表面纵裂纹是生产过程中一种常见且较为严重的表面缺陷，轻微的纵裂纹经表面清理后对之后的轧制影响不大，严重的纵裂会导致板坯判废，影响金属的收得率和增加生产成本，纵裂还会引起漏钢，扰乱生产计划安排和损坏连铸机设备。

发明内容

本发明提供一种460MPa高强钢及其生产方法，通过适量提高C元素与V元素含量、开发专用保护渣、优化生产工艺的措施，在保证钢板力学性能的同时，大幅减少铸坯表面纵裂出现的几率。

解决上述技术问题的技术方案为：

一种可减少纵裂缺陷的460MPa高强钢，钢中各元素的质量百分比为：C：0.14～0.18%，Si：0.10~0.25%，Mn：1.40-1.70%，P≤0.025%，S≤0.020%，Als≥0.015%，Nb：0.020～0.035%，V：0.040～0.060%，其它为Fe和生产过程中不可避免的残余元素和杂质。

上述的一种可减少纵裂缺陷的460MPa高强钢，钢中各元素的质量百分比优选为：C：0.15～0.17%，Si：0.10~0.20%，Mn：1.50-1.60%，P≤0.020%，S≤0.015%，Als：0.020～0.040%，Nb：0.020～0.030%，V：0.045～0.060%，其它为Fe和生产过程中不可避免的残余元素和杂质。

一种可减少纵裂缺陷的460MPa高强钢的生产方法，包括连铸生产、铸坯加热、控制轧制、控制冷却工艺步骤，所述连铸生产工序中，采用保护浇注，使用碱度为1.45～1.57的专用保护渣，钢水过热度10～35℃，保证恒拉速为0.75～0.95m/min，结晶器液面波动控制在±4mm。

上述的一种可减少纵裂缺陷的460MPa高强钢的生产方法，所述铸坯加热工序中加热终了时刻铸坯表面温度控制在1150～1200℃范围内，加热时间≥210min。

上述的一种可减少纵裂缺陷的460MPa高强钢的生产方法，所述控制轧制工序中开轧温度1050～1120℃，设计为两阶段轧程，待温厚度≥2a+5mm：a为钢板成品厚度，待温终了温度为≤900℃，终轧温度控制在800～850℃范围内；所述控制冷却工序中，开冷温度≥740℃，终冷温度600±20℃。

本发明在确保Q460C钢板强度满足GB/T 1591的同时，显著改善了钢板纵裂缺陷，成分体系调整及生产工艺参数的的设计主要基于以下原理：

C含量的提高有利于避开钢液凝固的包晶区域，降低坯壳的线收缩，减少初生坯壳与结晶器热面之间的空隙；实验研究和生产实践表明，C含量控制在0.14～0.18wt%之间可避开裂纹敏感的范围；Nb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，但Nb易导致出现钢板表面裂纹，所以加入量不能过大，经过实验，Nb含量在0.02～0.035 wt%之间可在保证性能的基础上，减少裂纹敏感性，V在钢中起到析出强化的作用，和Nb组合加入能更好保证钢种的性能。

保护渣在连铸生产中起到润滑板坯和调节铸坯传往结晶器热流的重要作用；高碱度保护渣能在铸坯和结晶器之间形成热阻较高的渣膜，降低热传导，达到结晶器缓冷的效果，最终保证初生坯壳的均匀长大，但是过高的碱度易导致粘结漏钢，因此需要合理设计碱度范围；根据现场连铸机的特点，经过不断优化试验，通过调整保护渣成分，碱度在1.45～1.57效果最优。结晶器液面波动稳定可以减小流场的改变以及保证保护渣的三层结构；过热度和拉速决定了初生坯壳的厚度，另外恒拉速能够稳定结晶器液面波动，保护钢液的弯月面。

设计铸坯的加热温度为1150～1200℃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1150～1200℃；加热时间的设定是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式加热炉，保证铸坯温度均匀的最短加热时间为210min；

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；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≤900℃，同时为了方便操作和控制板形，设计终轧温度为800～850℃；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，因此设计终冷温度为600±20℃。

本发明通过调整钢种成分体系，设计专用保护渣，优化板坯连铸工艺，控制轧制及控制冷却工艺，在保证力学性能的基础上，大大改善了钢板的纵裂缺陷；生产的Q460C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-V成分体系，通过添加微合金元素Nb细化晶粒及V析出强化，采用控轧控冷工艺发挥Nb和V元素的作用，提升强度的同时也保证韧塑性，从而确保钢板力学性能；通过调整成分，设计专用保护渣以及优化生产工艺，较好的改善了纵裂问题。通过上述措施的有效实施，成功生产出可显著降低纵裂缺陷的460MPa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Q460C放大200倍的内部组织图；

图2为实施例2所生产的Q460C放大200倍内部组织图；

图3为实施例3所生产的Q460C放大200倍内部组织图；

图4为实施例4所生产的Q460C放大200倍内部组织图；

图5为实施例5所生产的Q460C放大200倍内部组织图。

具体实施方式

本发明一种可减少纵裂缺陷的460MPa高强钢，钢中各元素的质量百分比分别为：C：0.14～0.18，优选0.15～0.17；Si：0.10～0.25，优选0.10~0.20；Mn：1.40～1.70，优选1.50-1.60，P≤0.025，优选P≤0.020；S≤0.020，优选S≤0.015，Als≥0.015，优选Als：0.020～0.040，Nb：0.020≥0.0150.035，优选Nb：0.020～0.030，V：0.040≥0.0150.060，优选V：0.045～0.060，其它为Fe和生产过程中不可避免的残余元素和杂质。

本发明可减少纵裂缺陷的460MPa高强钢的生产方法，包括连铸生产、铸坯加热、控制轧制、控制冷却工艺步骤，其中：连铸采用保护浇注，使用碱度为1.45～1.57的专用保护渣，钢水过热度10～35℃，保证恒拉速且在0.75-0.95m/min之间，结晶器液面波动控制在±4mm。

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1150～1200℃范围内，加热时间≥210min；

在3500mm四辊可逆轧机上进行控制轧制，设计为两阶段轧程，一阶段开轧温度1050～1120℃，二阶段的开轧温度≤900℃，二阶段的待温厚度≥2.0a+5(a为钢板成品厚度)，终轧温度控制在800~850℃范围内；控制冷却工序中，开冷温度≥740℃，终冷温度为600±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20mm的Q460C成品钢，表1列出了设计前后及实施例1～5钢保护渣成分和性能；表2列出了实施例1～5钢的板坯连铸工艺参数；表3列出了实施例1～5钢的化学成分质量百分比；表4列出了实施例1～5加热表面温度及加热时间工艺参数；表5列出了实施例1～5控轧+控冷工艺参数；表6列出了实施例1～5所生产的Q460C力学性能指标；表7列出了实施例1～5所生产的Q460C组织；表8为实施例1～5铸坯成品表面纵裂缺陷发生情况。

表1 专用保护渣成分及性能

表2 板坯连铸工艺参数

表3 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4 实施例1～5的加热表面温度及加热时间工艺

表5 实施例1～5的控轧+控冷工艺

表6 实施例1～5的力学性能

表7 实施例1～5的金相组织和晶粒度

表8 实施例1～5铸坯成品表面纵裂缺陷情况

从表6、表7和表8可以看到，实施例1-5生产的Q460高强钢的力学性能完全满足GB/T1591-2008的要求，内部组织为良好的铁素体+珠光体，且成品表面质量情况良好，无纵裂缺陷产生。

Claims

1.一种可减少纵裂缺陷的460MPa高强钢，其特征在于：钢中各元素的质量百分比为：C：0.14～0.18%，Si：0.10~0.25%，Mn：1.40-1.70%，P≤0.025%，S≤0.020%，Als≥0.015%，Nb：0.020～0.035%，V：0.040～0.060%，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所述的一种可减少纵裂缺陷的460MPa高强钢，其特征在于：钢中各元素的质量百分比优选为：C：0.15～0.17%，Si：0.10~0.20%，Mn：1.50-1.60%，P≤0.020%，S≤0.015%，Als：0.020～0.040%，Nb：0.020～0.030%，V：0.045～0.060%，其它为Fe和生产过程中不可避免的残余元素和杂质。

3.一种可减少纵裂缺陷的460MPa高强钢的生产方法，包括连铸生产、铸坯加热、控制轧制、控制冷却工艺步骤，其特征在于：所述连铸生产工序中，采用保护浇注，使用碱度为1.45～1.57的专用保护渣，钢水过热度10～35℃，保证恒拉速为0.75～0.95m/min，结晶器液面波动控制在±4mm。

4.如权利要求3所述的一种可减少纵裂缺陷的460MPa高强钢的生产方法，其特征在于：所述铸坯加热工序中加热终了时刻铸坯表面温度控制在1150～1200℃范围内，加热时间≥210min。

5.如权利要求3或4所述的一种可减少纵裂缺陷的460MPa高强钢的生产方法，其特征在于：所述控制轧制工序中开轧温度1050～1120℃，设计为两阶段轧程，待温厚度≥2a+5mm：a为钢板成品厚度，待温终了温度为≤900℃，终轧温度控制在800～850℃范围内；所述控制冷却工序中，开冷温度≥740℃，终冷温度600±20℃。