CN109913750A

CN109913750A - 具有高表面质量的高强度薄钢板及其制备方法

Info

Publication number: CN109913750A
Application number: CN201910188060.3A
Authority: CN
Inventors: 王世森; 胡唐国; 张扬; 王建立; 洪霞; 邓伟; 芮晓龙; 黄大伟; 李德发; 雷廷; 杜明
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2019-03-13
Filing date: 2019-03-13
Publication date: 2019-06-21
Anticipated expiration: 2039-03-13
Also published as: CN109913750B

Abstract

本发明公开了一种具有高表面质量的高强度薄钢板及其制备方法，属于钢铁冶炼技术领域。按照质量百分比计，它包括如下化学组分：C：0.02～0.09、Si：0.03～0.09、Mn：1.71～1.99、P≤0.0010、S≤0.0005、Cr：0.10～0.20、Mo：0.08～0.17、Nb+Ti+V≤0.20、H≤0.0002，余量为Fe及不可避免杂质。且按照成分设计进行氧气顶底复吹转炉、LF精炼、RH精炼、连铸、轧制及热处理工艺，其中，热处理工艺包括采用真空辐射加热方式实施回火，回火温度控制在538～603℃之间，保温时间为101～147min；得到薄钢板的厚度最低可达3.98mm，屈服强度为751～892MPa之间，并且钢板的表面黑灰量小于10g/m²。

Description

具有高表面质量的高强度薄钢板及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种热轧钢板，属于钢铁冶炼技术领域，具体地涉及一种具有高表面质量的高强度薄钢板及其制备方法。

背景技术

热轧钢板主要用于制作结构零件，如工程机械、钢结构、汽车车架、车厢等零件，对钢板的强度、韧性、塑性要求较高，其抗拉强度范围在370～700MPa之间，其钢种的微合金化方式较多。目前，国内钢铁企业根据各自的资源特点和工艺装备条件，通常采用V、Ti、Nb作为微合金化化元素来生产汽车热轧钢板，在成品钢板表面均不同程度地存在红色氧化铁皮现象。根据研究表明，红色氧化铁皮本质是一种结构较为致密的难以去除的氧化铁皮，其产生与钢种化学成分、轧制工艺过程温度控制和带钢冷却过程等因素有关。

随着工程机械行业的发展，钢材使用的强度等级迅速提高的同时对钢板表面质量的要求也进入了交货的约束范围之内。高强钢除了强度指标是必要条件外，用户对热轧钢板表面质量提高尺寸精度外的“洁净度”要求也越来越高。

如中国发明专利申请(申请公开号：CN106566986A，申请公开日：2017-04-19)公开了一种用于制造挖掘机动臂的高表面质量热轧钢板；其化学成分重量百分比包括C：0.01～0.25％、Si：0.005～0.20％、Mn：0.1～2.0％、Nb：0.005～0.10％、V：0.005～0.20％、Ti：0.01～0.15％、Als：0.020～0.070％、P≤0.025％、S≤0.015％，其余为Fe及杂质。该高表面质量热轧钢板通过高炉铁水、铁水预脱硫、转炉冶炼、LF+RH精炼(喂Si-Ca线)、板坯连铸、铸坯缓冷、板坯加热、热连轧、层流冷却、卷取、开卷、7辊粗矫和11辊精矫、横切制备而成，本发明生产的挖掘机动臂用铜板屈服强度Rel：280～450MPa，抗拉强度Rm≥420MPa，延伸率A≥25％，横向试样-20℃夏比冲击吸收功KV2≥50J。具有较高的强度，良好的焊接性，完全可以满足所有挖掘机械生产厂家的性能要求。然而该申请在矫直时需要加装刷辊及吹扫装置，增加了设备使操作繁琐，同时，还增加了实际生产成本。

又如中国发明专利申请(申请公开号：CN105220077A，申请公开日：2016-01-06)公开了一种用于制造挖掘机挖斗的高表面质量热轧钢板及制造方法；它含有的化学元素成分及其重量百分比为碳0.01～0.15％、硅0.01～0.20％、锰0.20～2.0％、铌0.01～0.10％、钛0.01～0.15％、镍≤0.15％、铬≤0.20％、铜≤0.20％、磷≤0.015％、硫≤0.010％、余量为铁和不可避免的杂质；杂质锡≤0.03％、铅≤0.02％，同时镍、铬、铜的含量满足0.15％≤Ni+Cr+Cu≤0.35％。通过控制Ni+Cr+Cu的含量使制备的钢板具有良好的耐磨性、耐蚀性、抗弯能力和成型性，以及高强度性能，完全可以满足国内外挖掘机械生产厂家的性能要求；另外，通过对生产工艺过程中卷曲温度、以及层流冷却水的pH值、氯离子含量和电导率进行控制，制得的钢板表面呈淡蓝色、有光泽，钢板上下表面没有凹坑、麻点等缺陷，即钢板具有很高的表面质量。然而该申请只对钢板的化学成分和轧制工艺进行要求，至于钢板的强度等无从知晓。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种具有高表面质量的高强度薄钢板及其制备方法。该薄钢板的厚度最低可达3.98mm，屈服强度为751～892MPa之间，并且钢板的表面黑灰量小于10g/m²。

为实现上述目的，本发明公开了一种具有高表面质量的高强度薄钢板，按照质量百分比计，它包括如下化学组分：C：0.02～0.09；Si：0.03～0.09；Mn：1.71～1.99；P≤0.0010；S≤0.0005；Cr：0.10～0.20；Mo：0.08～0.17；Nb+Ti+V≤0.20；H≤2ppm，余量为Fe及不可避免杂质。

进一步地，它包括如下化学组分：C：0.03～0.07；Si：0.04～0.08；Mn：1.71～1.99；0.0002＜P≤0.0010；S≤0.0005；Cr：0.12～0.18；Mo：0.10～0.15；Nb+Ti+V≤0.19；H≤1.8ppm，余量为Fe及不可避免杂质。

进一步地，它包括如下化学组分：C：0.03～0.07；Si：0.04～0.08；Mn：1.71～1.99；0.0002＜P≤0.0007；S≤0.0004；Cr：0.12～0.18；Mo：0.10～0.15；Nb+Ti+V≤0.19；H≤1.5ppm，余量为Fe及不可避免杂质。

优选的，它包括如下化学组分：C：0.07；Si：0.08；Mn：1.71；P：0.010；S：0.005；Cr：0.20；Mo：0.15；Nb+Ti+V＝0.18；H：1.5ppm，余量为Fe及不可避免杂质。

优选的，它包括如下化学组分：C：0.02；Si：0.03；Mn：1.99；P：0.008；S：0.003；Cr：0.18；Mo：0.08；Nb+Ti+V＝0.16；H：1.8ppm，余量为Fe及不可避免杂质。

优选的，它包括如下化学组分：C：0.09；Si：0.09；Mn：1.88；P：0.009；S：0.001；Cr：0.10；Mo：0.17；Nb+Ti+V＝0.20；H：1.0ppm，余量为Fe及不可避免杂质。

进一步地，所述薄钢板的厚度最低为3.98mm，钢板的表面黑灰量小于10g/m²。

优选的，所述薄钢板的厚度为3.98～15.0mm。

优选的，所述薄钢板的厚度为3.98～10.0mm。

优选的，所述薄钢板的表面黑灰量为5.48～9.87g/m²。

优选的，所述薄钢板的表面黑灰量为5.48～8.45g/m²。

优选的，所述薄钢板的屈服强度为751～892MPa。

优选的，所述薄钢板的抗拉强度为935～978MPa。

优选的，所述薄钢板的延伸率为21.0％～28.0％。

为了更好的实现本发明的技术目的，本发明还公开了上述具有高表面质量的高强度薄钢板的制备方法，它包括氧气顶底复吹转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、连铸、轧制及热处理工艺，且所述热处理工艺包括采用真空辐射加热方式实施回火，回火温度控制在538～603℃之间，保温时间为101～147min。其中，真空辐射加热方式避免了与空气直接接触，减少钢板表面氧化铁皮的产生量。同时，钢板表面II次氧化铁皮厚度薄且均匀致密，与钢板基体附着力强，在后工艺过程中不发生剥落。

进一步地，所述热处理工艺还包括采用多片叠加包装方式进行装炉，包装外用1根以上条钢带束紧，保证钢板间空隙在0.2mm以下。在此条件下钢板表面氧化铁皮不再发生转变和增厚。同时，钢板的内部组织内部无变化，Ti的氮化物和碳化物出现，第二相质点的弥散强化作用保证钢板的强度。

进一步地，所述轧制工艺包括采用两阶段控制轧制，I阶段轧制的终轧温度为832～897℃；II阶段轧制为1道次以上轧制。其中，I阶段轧制尽可能细化铸坯原始组织带来的粗大柱状晶保证钢板内部组织致密，一致性强，同时降低出现内部缺陷的风险，还可以保证钢板在全奥氏体区域内变形。而II阶段的各道次轧制使得钢板表面组织晶粒进一步细化，保证后序冷却过程中晶粒尺寸满足细晶强化的要求，II阶段轧制的各道次轧制速度需要根据板厚等进行调整，其在现有轧制速度的基础上有了20％的提升。

进一步地，I阶段轧制的终轧温度为840～880℃。

进一步地，所述连铸工艺包括采用过热度为20～30℃的钢水，控制铸坯拉速为1.0～1.6m/min的恒定速度。

进一步地，所述铸坯的低倍质量满足B、C类夹杂物不大于1.0级，中心偏析小于1.5级，且未出现中心裂纹。

要得到上述杂质含量较少且杂质分布均匀的铸坯，本发明还优选双渣法操作，挡渣出钢，控制钢中P含量≤0.0010％，合金化后保证其它合金的加入；LF炉进一步控制钢水中的S含量≤0.0005％；RH精炼去除钢中H含量，使得H尽可能的少，连铸“黑面”操作保证钢水纯净度。

优选的，所述氧气顶底复吹转炉冶炼为130t顶底复吹转炉冶炼。

本发明各合金元素及含量的选择原理如下：

碳(C)：是提高钢材强度最有效的元素，碳含量的增加钢的抗拉强度和屈服强度随之提高，但延伸率和冲击韧性下降，耐腐蚀能力也会下降，而且钢材的焊接热影响区还会出现淬硬现象，导致焊接冷裂纹的产生。为保证钢板获得良好的综合性能，因此，本发明的C含量优选为0.02～0.09％。

硅(Si)：能改善钢的耐腐蚀性能，常被添加到不锈钢、低合金钢、耐蚀合金中，以提高这些合金的耐蚀性，使它们具有耐氯化物应力腐蚀破裂、耐点蚀、耐热浓硝酸腐蚀、抗氧化、耐海水腐蚀等性能。Si还能提高低合金钢在海水中飞溅带的耐蚀性，本发明的Si含量优选为0.03～0.09％。

锰(Mn)：是重要的强韧化元素，随着Mn含量的增加，钢的强度明显增加，而冲击转变温度几乎不发生变化，含1％的Mn大约可提高抗拉强度100MPa，同时，Mn稍有提高钢的耐腐蚀性能，本发明的Mn含量优选为1.71～1.99％。

磷(P)、硫(S)是钢中的杂质元素，P具有一定的提高耐腐蚀性作用，但P是一种易于偏析的元素，在钢的局部产生严重偏析，降低塑性及韧性，对低温韧性极为有害，S元素在钢中易于偏析和富集，是对耐腐蚀性能用害的元素，因此控制P≤0.0010％，S≤0.0005％。

钛(Ti)、铌(Nb)是两种强烈的碳化物和氮化物形成元素，与氮、碳有极强的亲合力，可与之形成极其稳定的碳氮化物。弥散分布的Nb的碳氮化物第二相质点沿奥氏体晶界的分布，可大大提高原始奥氏体晶粒粗化温度，在轧制过程中的奥氏体再结晶温度区域内，Nb的碳氮化析出物可以作为奥氏体晶粒的形核核心，而在非再结晶温度范围内，弥散分布的Nb的碳氮化析出物可以有效钉扎奥氏体晶界，阻止奥氏体晶粒进一步长大，从而细化铁素体晶粒，达到提高强度和冲击韧性的目的；Ti的氮化物能有效地钉扎奥氏体晶界，有助于控制奥氏体晶粒的长大，大大改善焊接热影响区的低温韧性。因此，通过Nb、Ti微合金元素的细晶强化和沉淀强化作用，可以使钢板获得优良的强韧性。另一方面，Ti也是一种高钝化的元素，其只要暴露在空气或水溶液中，就会在表面形成一层牢固附着的致密氧化物保护膜，这使得Ti及Ti合金在淡水、以及富含Cl^-离子的海水中都具有良好的耐腐蚀性，本发明控制Nb+Ti+V≤0.20％。

铬(Cr)：能显著改善钢的抗氧化作用，增加钢的抗腐蚀能力，同时，随着铬含量的增加，合金的抗拉强度和硬度也会显著的上升，本发明综合考虑钢的耐腐蚀、冲击韧性以及合金成本，本发明控制Cr：0.10～0.20％。

钼(Mo)：钼对铁素体有固溶强化作用，同时也能提高碳化物的稳定性，因此对钢的强度产生有利的作用；同时对钢的耐磨性也会有所提高，本发明优选其含量为0.08～0.17％。

同时，为了控制钢水纯净度，还要尽量控制H元素含量。

本发明工艺选择的原理如下：

本发明优选在采用上述合金成分进行冶炼时，通过铸坯气体含量控制，以及LF精炼、RH精炼操作等尽可能的控制钢水中P含量、S含量等，去除钢中H含量，保证钢水的纯净度比较高。

本发明在连铸工艺操作时，通过控制合理的钢水过热度及铸坯恒定的拉速，使得铸坯中夹杂物级别尽可能的低，尽量不出现中心裂纹等。

本发明的轧制工艺为两阶段控制轧制，其中，控制I阶段轧制的终轧温度，尽可能细化铸坯原始组织带来的粗大柱状晶保证钢板内部组织致密，一致性强；而在II阶段控制轧制时，要控制各道次的轧制速度，及道次变形量，使得铸坯内部组织晶粒进一步细化。

本发明还优选采用真空辐射加热方式实施回火，以隔绝与空气接触，且采用多片叠加包装方式进行装炉，包装外采用多条钢带进行束紧，控制钢板间的间隙在0.2mm以下，使得钢板表面氧化铁皮不再发生转变和增厚。以减少钢板表面黑灰量，同时，钢板的内部组织内部无变化，Ti的氮化物和碳化物出现，第二相质点的弥散强化作用以保证钢板具备足够的强度。

本发明的有益效果主要体现在如下几个方面：

1、本发明设计的热轧钢板产品质量比较好，主要体现在钢板的厚度最低可低至3.98mm，抗拉强度可达892Mpa，屈服强度可达978Mpa，而钢板的表面黑灰重量可小于10g/m²；

2、本发明设计的热轧钢板制备方法采用真空辐射加热方式实施回火，装炉方式采用多片叠加包装，包装外用多条钢带束紧；钢板间的空隙在0.2mm以下，保证了钢板强度的基础上，使得钢板表面氧化铁皮不再发生转变和增厚。

具体实施方式

为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。

本发明公开了一种具有高表面质量的高强度薄钢板的制备方法，它按照如下表1所述的成分设计要求控制各组分化学元素及气体含量；

表1主要化学成分/wt％

实施例	C	Si	Mn	Cr	Mo	P	S	Nb+V+Ti	H/ppm
										1	0.07	0.08	1.71	0.20	0.15	0.010	0.005	0.18	1.5
2	0.02	0.03	1.99	0.18	0.08	0.008	0.003	0.16	1.8
										3	0.09	0.09	1.88	0.10	0.17	0.009	0.001	0.20	1.0
4	0.02	0.03	1.99	0.18	0.08	0.008	0.003	0.16	1.8

它还包括氧气顶底复吹转炉、LF精炼、RH精炼、连铸、轧制及热处理工艺，其中，铸坯经过加热、除鳞后经过冷却和表面检查进入轧制工序，所述轧制工序包括两阶段的控制轧制工艺，其中，第II阶段轧制包括七道次轧制，各道次的轧制速度和道次压下量分别如下表2和表3所示：

表2各道次轧制速度

结合表2可知，由于板坯厚度不一样，各道次的轧制速度也不一样，对于同一板坯，随着轧制道次的进行，轧制速度会越来越快。同时，本发

明采用的各道次轧制速度相对于现有轧制速度都有了20％的提升。

表3各道次压下量

将上述轧制后的铸坯进行淬火及回火处理，其中，回火工艺如下表4；

表4回火处理

实施例	厚度/mm	回火温度/℃	保温时间/min
				1-1	3.98	582	101
1-2	5.02	603	116
				2-1	7.99	575	119
2-2	10.0	550	133
				3-1	12.0	543	145
3-2	15.0	538	147
				4-1	6.0	590	105
4-2	6.52	590	105

回火后的钢板进行自然冷却，然后按照标准规定进行取样检验，其中，钢板的力学性能及厚度方向性能如表5所示；

表5钢板性能列表

由上述表5可知，采用本发明设计的合金元素，再结合表面质量检查及进入连铸、轧制工艺，通过控制轧制温度、轧制速度、道次变形量等，还采取真空辐射加热方式实施回火等工艺，使得制得钢板最薄可低至3.98mm，而最厚也不超过15.0mm，该钢板的屈服强度和抗拉伸强度都较好，在保证上述质量的基础上，钢板的表面质量也比较好，表面黑灰质量最低低至5.48g/m²。

结合表5的实施例4，还可知，通过采用本发明设计的真空辐射加热方式及控制轧制方式，有利于减少钢板表面氧化铁皮的产生量。

以上实施例仅为最佳举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。除上述实施例外，本发明还有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims

1.一种具有高表面质量的高强度薄钢板，按照质量百分比计，它包括如下化学组分：C：0.02～0.09、Si：0.03～0.09、Mn：1.71～1.99、P≤0.0010、S≤0.0005、Cr：0.10～0.20、Mo：0.08～0.17、Nb+Ti+V≤0.20、H≤2ppm，余量为Fe及不可避免杂质。

2.根据权利要求1所述具有高表面质量的高强度薄钢板，其特征在于：它包括如下化学组分：C：0.03～0.07、Si：0.04～0.08、Mn：1.71～1.99、0.0002＜P≤0.0010、S≤0.0005、Cr：0.12～0.18、Mo：0.10～0.15、Nb+Ti+V≤0.19、H≤1.8ppm，余量为Fe及不可避免杂质。

3.根据权利要求1或2所述具有高表面质量的高强度薄钢板，其特征在于：它包括如下化学组分：C：0.03～0.07、Si：0.04～0.08、Mn：1.71～1.99、0.0002＜P≤0.0007、S≤0.0004、Cr：0.12～0.18、Mo：0.10～0.15、Nb+Ti+V≤0.19、H≤1.5ppm，余量为Fe及不可避免杂质。

4.根据权利要求1或2所述具有高表面质量的高强度薄钢板，其特征在于：所述薄钢板的厚度最低为3.98mm，钢板的表面黑灰量小于10g/m²。

5.一种权利要求1所述具有高表面质量的高强度薄钢板的制备方法，它包括氧气顶底复吹转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、连铸、轧制及热处理工艺，且所述热处理工艺包括采用真空辐射加热方式实施回火，回火温度控制在538～603℃之间，保温时间为101～147min。

6.根据权利要求5所述具有高表面质量的高强度薄钢板的制备方法，其特征在于：所述热处理工艺还包括采用多片叠加包装方式进行装炉，包装外采用1根以上条钢带束紧，保证钢板间空隙在0.2mm以下。

7.根据权利要求5或6所述具有高表面质量的高强度薄钢板的制备方法，其特征在于：所述轧制工艺包括采用两阶段控制轧制，I阶段轧制的终轧温度为832～897℃；II阶段轧制为1道次以上轧制。

8.根据权利要求7所述具有高表面质量的高强度薄钢板的制备方法，其特征在于：所述I阶段轧制的终轧温度为840～880℃。

9.根据权利要求5或6所述具有高表面质量的高强度薄钢板的制备方法，其特征在于：所述连铸工艺包括采用过热度为20～30℃的钢水，控制铸坯拉速为1.0～1.6m/min的恒定速度。

10.根据权利要求9所述具有高表面质量的高强度薄钢板的制备方法，其特征在于：所述铸坯的低倍质量满足B、C类夹杂物不大于1.0级，中心偏析小于1.5级，且未出现中心裂纹。