CN110578095A

CN110578095A - 一种1200MPa级热轧超高强钢板及其制造方法

Info

Publication number: CN110578095A
Application number: CN201911006174.8A
Authority: CN
Inventors: 胡学文; 朱涛; 程鼎; 张建; 彭欢; 王海波; 游慧超; 司小明; 闻成才; 王泉; 王承剑; 吴志文; 林苏华
Original assignee: Maanshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Maanshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2019-10-22
Filing date: 2019-10-22
Publication date: 2019-12-17

Abstract

本发明公布了一种1200MPa级热轧超高强钢板，所述热轧高强钢板的化学成分重量百分比含量为：C：0.10～0.20％；Si：0.80～1.60％；Mn：1.50～2.50％；P：≤0.015％；S：≤0.008％；Nb：0.010～0.040％，Ti：0.010～0.040％；V：0.010～0.040％；Als：0.20～0.60％；其余为Fe及不可避免的夹杂。所述的1200MPa级热轧超高强钢板的显微组织为铁素体+马氏体，其中铁素体体积分数为20～30％，马氏体体积分数为70～80％，产品的屈服强度≥700MPa，抗拉强度≥1200MPa，屈强比≤0.65，延伸率A₅₀≥16％，冷弯性能180°，D＝5a合格，具有较高的强度、较低的屈强比、较好的成形性能。

Description

一种1200MPa级热轧超高强钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及先进高强钢生产工艺技术领域，特别涉及到一种1200MPa级热轧超高强钢板及其制造方法。

背景技术

作为轻量化最直接、最有效的手段之一，高强钢一直是国内外钢铁企业和科研院校的研究热点，按照产品交货状态，高强钢可分为热轧高强钢和冷轧高强钢；近年来，冷轧高强钢的研究发展很快，1000MPa及以上强度级别冷轧高强钢已实现工业化生产；目前热轧高强钢的强度主要集中在700～1100MPa级别，随着国家倡导低碳排放、节能减排、绿色环保等政策，以及工程机械设备大型化、商用车轻量化的发展趋势，1200MPa及以上强度级别热轧超高强钢板的需求量日趋增加；因此，开发1200MPa级热轧超高强钢板对于促进工程机械、商用车轻量化和节能减排等具有重要意义。

目前关于1200MPa级热轧超高强钢板申报的专利，一方面，其化学成分设计思路基本为低碳、低Si、高Mn、高Cr、高Mo、高Ni，并添加适量微合金元素Nb、V、Ti、B，化学成分设计较为复杂，合金成本较高。如专利CN 102618800 A公开的“一种屈服强度1150MPa级钢板及其制造方法”、CN 105950971 B授权的“一种屈服强度≥960MPa级工程机械用钢及生产方法”等。另一方面，其主流生产工艺为热轧+淬火+回火或者热轧+回火，不仅工艺流程较长、能耗高，而且产品组织为马氏体或马氏体+残余奥氏体，组织内应力大，屈强比>0.80，屈强比较高，冷弯成形性能受限。如专利CN 108559917 A公开的“一种屈服强度1100MPa级超细晶高强钢板及其制造方法”、CN 106498296 A公开的“一种屈服强度1100MPa级高强钢的制造方法”等，其生产工艺均为热轧+淬火+回火，最终生产的产品抗拉强度≥1200Mpa；公开号CN 102618800 A的专利公开的“一种屈服强度1150MPa级钢板及其制造方法”，其生产工艺为热轧+回火，其生产的产品抗拉强度≥1230MPa。

以上关于1200MPa级热轧超高强钢申报的专利，一方面，其化学成分设计添加大量Cr、Mo、Ni等贵重合金元素，合金成本较高；另一方面，其生产工艺基本为热轧+淬火+回火或者热轧+回火，不仅工艺流程较长、产品能耗高，而且产品组织为马氏体或马氏体+残余奥氏体，组织内应力大，屈强比高，冷弯成形性能受限，目前仍未有专利涉及通过合金节约型成分设计，并结合相匹配的TMCP工艺技术，无需调质热处理或回火工艺，实现1200MPa级热轧超高强钢板的工业生产。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种1200MPa级热轧超高强钢板及其制造方法，通过合金节约型成分设计、冶炼、连铸、加热、热轧、冷却及卷取工艺的优化，可以使热轧超高强钢的抗拉强度达到1200MPa的同时，具有良好的成形性能，这种热轧超高强钢可适用于工程机械设备、商用车等结构减薄件的制造。

本发明的具体技术方案如下：

一种1200MPa级热轧超高强钢板，所述热轧高强钢板的化学成分重量百分比含量为：C：0.10～0.20％；Si：0.80～1.60％；Mn：1.50～2.50％；P：≤0.015％；S：≤0.008％；Nb：0.010～0.040％，Ti：0.010～0.040％；V：0.010～0.040％；Als：0.20～0.60％；其余为Fe及不可避免的夹杂。

进一步地，所述的1200MPa级热轧超高强钢板的显微组织为铁素体+马氏体，其中铁素体体积分数为20～30％，马氏体体积分数为70～80％，产品的屈服强度≥700MPa，抗拉强度≥1200MPa，屈强比≤0.65，延伸率A50≥16％，冷弯性能180°，D＝5a合格。

一种1200MPa级热轧高强钢板的制造方法，包括以下步骤：

1)冶炼、精炼；

2)连铸，连铸采用全保护浇注，并投用动态轻压下，出连铸机经切割后的铸坯进入保温坑缓冷或直接热装进入加热炉；

3)加热，铸坯进入加热炉中进行加热；

4)轧制，采用两阶段控制轧制工艺；

5)冷却：采用三段控制冷却工艺。

进一步地，所述的步骤3)中，加热温度为1150～1200℃，保温时间为1.5-2h。

进一步地，所述的步骤4)中，粗轧累积压下率为≥70％，精轧累积压下率为≥80％；粗轧开轧温度为1100～1150℃，精轧终轧温度为850～900℃。

进一步地，所述的步骤5)中，轧后钢板以50～80℃/s的冷却速度冷却至670～720℃进行空冷，空冷6～10s冷却至620-670℃，再将钢板以≥100℃/s的冷却速度冷却至≤250℃进行卷取，最后空冷至室温。

本发明化学成分添加较高含量的Si、Mn、Als，以及少量Nb、V、Ti微合金元素，并严格控制P、S等杂质元素的含量。

C：0.10～0.20％，C作为钢中的基本元素，对提高钢的强度起着非常重要的作用，为了获得较高的强度，必须保证C的含量在0.10％以上，但C含量也不能高于0.20％，否则在热轧后冷却过程中难以获得所一定比例的铁素体，导致钢的塑形、成形性能较差。

Si：0.80～1.60％，添加适量的Si，不仅可以起到脱氧、固溶强化的效果，增加钢的强度，而且可扩大铁素体形成的工艺窗口，促进铁素体形成；相关研究表明，Si的这种作用在其含量达到0.8％以上时才表现出来，但Si的含量也不能太高，Si含量过高容易在钢表面生成大量红色氧化铁皮，增加氧化铁皮去除难度，影响产品的表面质量。

Mn：1.50～2.50％，Mn作为钢的强化元素，可以提高钢的强度并提高其淬透性，为了保证钢的强度，Mn含量应控制在1.50％以上，但Mn含量不能过高，Mn含量过高铸坯偏析的可能性显著增加，而且轧后不易形成所需数量的铁素体，对钢的成形性能产生不利影响。

P、S作为杂质元素，会对钢的塑性、成形、韧性等性能产生不利影响，应该严格控制，其含量越低越好，考虑生产成本因素，实际生产中控制P：≤0.015％，S：≤0.008％。

Nb：是强烈的碳、氮化合物形成元素，主要通过细化晶粒来提高钢的强度。一方面，固溶Nb对奥氏体晶粒长大起到溶质拖曳作用，起到阻止奥氏体晶粒长大的作用；另一方面，未溶解的Nb，与C、N元素形成的Nb(C、N)可以显著钉扎奥氏体晶界，细化奥氏体晶粒，并对最终产品组织起到细化作用，有利于产品强度和冷弯成形性能的提高。

Ti：0.010～0.040％，Ti在钢中的作用主要起三个作用，一是细化奥氏体晶粒，提高钢的强度，与Nb、V配合，并对最终转变的铁素体和马氏体组织起到最佳细化作用；二是与N元素结合形成TiN，起到固氮作用；三是提高材料焊接性能，Ti与N结合形成TiN对焊接过程中奥氏体晶粒粗化有明显抑制作用。

V：0.010～0.040％，一方面，V作为强碳化物形成元素，与C、N元素形成的V(C、N)弥散分布在钢的基体中主要起到析出强化的作用，提高钢的强度；另一方面，V在加热过程中还可以钉扎晶界，阻碍奥氏体晶粒长大，起到细化晶粒的作用。

Als：0.10～0.60％，Als主要用于提高铁素体相变开始温度，促进一定比例铁素体组织的形成，但Als不能过高，Als过高会对连铸过程中钢水的可浇性产生不利影响。

本发明在热轧工艺设计上，加热温度控制在1150～1200℃，其主要目的是防止加热温度过高，Si在高温条件下与FeO发生反应生成铁橄榄石Fe₂SiO4，铁橄榄石会钉轧氧化铁皮，增加其与基体的粘附性，导致氧化铁皮难以去除，带钢表面产生的红锈增多，影响带钢的表面质量；终轧温度控制在850～900℃，在保证轧制稳定性的前提下，以较低的终轧温度有利于细化原始奥氏体晶粒尺寸和终轧后迅速地进入铁素体相区以析出部分铁素体。

轧后采用三段式控制冷却工艺：第一段冷却速度控制在50-80℃/s，终冷温度控制至670-720℃，其目的是使材料迅速进入铁素体相变区域，并细化铁素体晶粒；第二段空冷时间控制在6-10s，终冷温度控制至620-670℃，其目的是为了获得一定比例的铁素体组织；第三段冷却速度控制在100℃/s以上，卷取温度控制在250℃以下，其目的是使未转变的奥氏体组织快速转变为马氏体组织，从而使钢材最终获得铁素体+马氏体的组织。

采用本发明生产的热轧钢板，其显微组织为铁素体+马氏体，其中铁素体的体积分数为20～30％，马氏体体积分数为70～80％，产品的屈服强度≥700MPa，抗拉强度≥1200MPa，屈强比≤0.65，延伸率A₅₀≥16％，冷弯性能180°，D＝5a合格，具有较高的强度、较低的屈强比、较好的成形性能。

附图说明

图1为本发明生产的1200MPa级热轧高强钢板的金相组织图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的技术方案予以说明。

按照本发明1200MPa级热轧超高强钢板提供的化学成分及重量百分比含量为：

C：0.10～0.20％；Si：0.80～1.60％；Mn：1.50～2.50％；P：≤0.015％；S：≤0.008％；Nb：0.010～0.040％，Ti：0.010～0.040％；V：0.010～0.040％；Als：0.20～0.60％；其余为Fe及不可避免的夹杂；本发明一种1200MPa级热轧高强钢板的制造方法，包括转炉冶炼、精炼、连铸、加热、轧制、冷却以及卷取工艺。

如图1所示，采用本发明生产的热轧钢板的金相组织为铁素体+马氏体，其中铁素体体积分数为20～30％，马氏体体积分数为70～80％，白色为马氏体组织，灰色为铁素体组织。

实施例的化学成分如表1所示，轧制工艺参数如表2所示，力学性能如表3所示。

表1实施例的实测化学成分(质量百分数，wt％)

编号	C	Si	Mn	P	S	Nb	V	Ti	Als
										实施例1	0.17	1.10	1.77	0.012	0.005	0.020	0.030	0.013	0.27
实施例2	0.15	1.25	1.89	0.008	0.007	0.028	0.015	0.024	0.52
										实施例3	0.14	1.45	2.23	0.007	0.006	0.035	0.027	0.031	0.45
实施例4	0.12	1.50	2.44	0.010	0.007	0.022	0.036	0.037	0.40

表2实施例的主要轧制工艺参数

表3实施例的力学性能

结合上述实施例可以看出，结合本发明的一种1200MPa级热轧高强钢板的给出的化学成分重量百分比进行原料选取，再按照本发明给出的制造方法生产，就可以得到具有较高的强度、较低的屈强比、较好的成形性能的热轧钢板，这种热轧高强钢主要用于工程机械、汽车等结构减薄件的制造。

Claims

1.一种1200MPa级热轧超高强钢板，其特征在于，所述热轧高强钢板的化学成分重量百分比含量为：C：0.10～0.20％；Si：0.80～1.60％；Mn：1.50～2.50％；P：≤0.015％；S：≤0.008％；Nb：0.010～0.040％，Ti：0.010～0.040％；V：0.010～0.040％；Als：0.20～0.60％；其余为Fe及不可避免的夹杂。

2.根据权利要求1所述的一种1200MPa级热轧超高强钢板，其特征在于，所述的1200MPa级热轧超高强钢板的显微组织为铁素体+马氏体，其中铁素体体积分数为20～30％，马氏体体积分数为70～80％，产品的屈服强度≥700MPa，抗拉强度≥1200MPa，屈强比≤0.65，延伸率A50≥16％，冷弯性能180°，D＝5a合格。

3.权利要求1-2任一项所述的一种1200MPa级热轧高强钢板的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)冶炼、精炼；

3)加热，铸坯进入加热炉中进行加热；

4)轧制，采用两阶段控制轧制工艺；

5)冷却：采用三段控制冷却工艺。

4.根据权利要求3所述的一种1200MPa级热轧高强钢板的制造方法，其特征在于，所述的步骤3)中，加热温度为1150～1200℃，保温时间为1.5-2h。

5.根据权利要求3所述的一种1200MPa级热轧高强钢板的制造方法，其特征在于，所述的步骤4)中，粗轧累积压下率为≥70％，精轧累积压下率为≥80％；粗轧开轧温度为1100～1150℃，精轧终轧温度为850～900℃。

6.根据权利要求3所述的一种1200MPa级热轧高强钢板的制造方法，其特征在于，所述的步骤5)中，轧后钢板以50～80℃/s的冷却速度冷却至670～720℃进行空冷，空冷6～10s冷却至620-670℃，再将钢板以≥100℃/s的冷却速度冷却至≤250℃进行卷取，最后空冷至室温。