CN111020375A - 一种v-n微合金化钢中厚板及其生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种V‑N微合金化钢中厚板及其生产工艺，按重要百分比计，所述中厚板的化学成分包括：C：0.08‑0.20％，Si：0.1‑0.6％，Mn：1.0‑2.0％，P：0.001‑0.020％，S：0.001‑0.010％，Cr：0.10‑0.40％，Nb：0.01‑0.08％，V：0.01‑0.15％，Al：0.01‑0.06％，N：0.01‑0.02％，余量为Fe和少量部分不可避免的杂质元素；该生产工艺包括以下步骤：1)连铸坯加热：出炉温度1190～1220℃，在炉时间3～5h；2)粗轧：纵轧道次压下率10～15％，总压下率不低于40％；3)精轧：开轧温度850～920℃，精轧终轧温度790～840℃；4)冷却：冷却入口温度750～790℃，冷却出口温度550～600℃，最后堆垛冷却到室温。本发明的钢板组织为细小的铁素体、贝氏体以及少量的珠光体和针状铁素体；具有头、中、尾部的性能差异小，组织均匀性好，可减少切头切尾的量，提高成材率2.0％以上。

Description

一种V-N微合金化钢中厚板及其生产工艺
技术领域
本发明属于热轧钢板制造领域，具体涉及一种V-N微合金化钢中厚板及其生产工艺。
背景技术
成材率是企业生产技术水平和产品质量的重要衡量指标，提高成材率是钢铁工业节能减排，提高经济效益的一重要途径。具有高强度和出色的低温韧性的中厚板材在桥梁、建筑、压力容器和海洋平台等方面用钢的首选。对于中厚板生产，日本在各个方面都走在世界前列，在21世纪初期其成材率都平均高达96.2％。为发展我国中厚板生产事业，提高成材率，各行各业都采取相应的措施，比如改造轧机提高装配水平、负公差轧制和平面形状控制技术等。其中大都是从加工方法、工程机械等方面入手，减少其切损，但是对轧后钢板的头、中、尾部的性能的均匀性没有保证，除了一般轧制产生的舌头和鱼尾要切除之外，还需切除头尾部分性能不理想的区域，这是不利于提高成材率的一点。
平面形状控制技术是典型的利用轧制设备的改进进行板形的调控，该技术可针对影响中厚板板形矩形化的缺陷合理制定轧制方法来改善板形，从而通过减小舌头和鱼尾的面积来提高成材率，但是该过程只能应用于控制轧制的过程，在控制冷却的过程中无法发挥作用，不能解决组织性能不均匀化的问题。随着时代的发展，设备的先进性逐步提高，设备因素带来的成材率的差距也逐渐减小，需从另一方面来考虑，推进中厚板材成材率的提高。
通过V-N微合金化工艺生产的中厚板相对于传统工艺所生产的中厚板有更高的组织性能均匀性，纵向和厚度方向上都有显著提升。与传统工艺相比，该工艺下特厚板在原奥氏体晶粒尺寸较大的情况下，通过控制轧制过程中形变诱导奥氏体中形成VN析出物，结合控制冷却工艺，获得良好强韧性的针状铁素体组织，大幅度促进了板材的组织性能均匀性，并且这种工艺路线具有极强的可行性。V-N微合金化制备工艺中，随着等温温度的降低，纳米尺度VN析出物促进晶内铁素体形核的作用增强。在过冷度较大的中温转变区等温过程中，纳米尺度析出物能够促进晶内针状铁素体的形核而消耗韧性较差的魏氏体和贝氏体，而且提高了针状铁素体的相变速率，细化了针状铁素体的板条。VN促进晶内铁素体形核最重要的因素为低能共格界面，铁素体依附于VN析出物表面形核，析出物与奥氏体之间的界面降低了铁素体的形核能，加之VN析出物与铁素体晶格错配度极低时，铁素体在析出物表面形核所增大的界面能很低，因此也显著减小了形核的难度。所以VN析出物界面对晶内铁素体形核在热力学上呈促进关系，对于提高钢材组织性能均匀性方面是一个不错的选择。
对于中厚板的生产一方面要考虑成材率，另一方面还得兼顾成本和性能，以Q550D中厚板为例，典型的Q550D钢板，为提高中厚板厚度方向的组织均匀性往往会添加较为昂贵的合金元素，如Ni、Cu等，但是这些元素虽能提高组织均匀性但是会拉低中厚板的可焊性。目前，纵观国内的生产情况，只有少数钢铁企业能够生产质量达标的Q550D中厚板材。针对目前的状况，继续研发一种低成本，性能达标，在长度方向上组织性能均匀的中厚板生产工艺用来提高中厚板材的成材率。
发明内容
本发明的目的是针对现有的中厚板生产工艺头尾组织性能不均匀，切头尾损失较大，成材率较低的情况，提供了一种V-N微合金化钢中厚板及其生产工艺，通过改善组织均匀性提高中厚板材成材率的生产工艺，该钢板为V-N微合金化钢中厚板，组织为细小的铁素体、贝氏体以及少量的珠光体和针状铁素体；该方法操作简单，无需后期淬火、回火处理，便于实现工业化。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案如下：
本发明提供一种V-N微合金化钢中厚板，按重要百分比计，所述中厚板的化学成分包括：C：0.08-0.20％，Si：0.1-0.6％，Mn：1.0-2.0％，P：0.001-0.020％，S：0.001-0.010％，Cr：0.10-0.40％，Nb：0.01-0.08％，V：0.01-0.15％，Al：0.01-0.06％，N：0.01-0.02％，余量为Fe和少量部分不可避免的杂质元素。
作为优选，按重要百分比计，所述中厚板的化学成分包括C：0.08-0.13％，Si：0.1-0.4％，Mn：1.0-1.6％，P：0.010-0.020％，S：0.001-0.010％，Cr：0.10-0.40％，Nb：0.01-0.05％，V：0.07-0.15％，Al：0.01-0.06％，N：0.01-0.015％，其余为Fe和少量部分不可避免的杂质元素。
作为优选，所述中厚板的厚度范围为20～80mm。
作为优选，所述中厚板的金相组织为细小的铁素体、贝氏体以及少量的珠光体和针状铁素体。
作为优选，所述中厚板的屈服强度为570～630MPa，抗拉强度为660～720MPa，延伸率的范围在16％～25％，-20℃条件下的冲击功≥140J，其头、中、尾部的性能差异小，组织均匀性好，可减少切头切尾的量，提高成材率，可将成材率提高2.0％以上。
本发明提供一种V-N微合金化钢中厚板的生产工艺，图1为工艺示意图，包括以下步骤：
1)加热：将连铸坯随炉加热，装炉温度为室温，出炉温度为1190～1220℃，在炉时间为3～5h；
2)粗轧：纵轧道次压下率10～15％，总压下率不低于40％；
3)精轧：精轧的开轧温度850～920℃，终轧温度790～840℃，最少三个道次压下率不低于15％，该过程促使奥氏体中生成足够的V(C,N)，使得V(C,N)在厚度和程度方向上分布均匀，提升产品的组织均匀性；
4)冷却：热轧过程结束后将钢板水冷至目标温度，冷却入口温度750～790℃，冷却出口温度550～600℃，最后堆垛冷却到室温，所得钢材的组织为细小的铁素体、贝氏体以及少量的珠光体和针状铁素体。
作为优选，所述步骤4)中的冷却速度为6～30℃/s。
作为优选，所述步骤4)中的冷却系统采用Mulpic多功能间歇式冷却装置，水投射到产品上进行冷却，通过射流的冲击获得高度震颤的层流，获得高效的冷却能力。层流冷却线工作布置为上层流冷却集管与下喷水冷却集管成对布置。冷却系统其具体工作详细为：冷却框架高度500～600mm；冷却时A、B、C、D四个冷却区域全部投入使用，其中A区流量180～320L/s，B、C、D流量200～280L/s；冷却辊道速度0.9～2.0m/s；投入头尾遮挡，头尾遮挡长度为0.5～1.0m，水流量修正为40～60％。
经检测，按照上述方法生产的中厚板性能较好，屈服强度为570～630MPa，抗拉强度为660～720MPa，延伸率的范围在16％～25％，-20℃条件下的冲击功≥140J，其头、中、尾部的性能差异小，组织均匀性好，可减少切头切尾的量，提高成材率2.0％以上。
与现有的技术相比，本发明的优势：
1)传统的提高成材率的方法大都从板形制度入手，通过改善板形减少舌头和鱼尾的大小来减少切损，但是该方法只能用于控制轧制的过程，在控制冷却过程中无法应用，不能很好的控制组织性能的均匀性，切头尾时还需切去性能差异大的头尾，材料利用率提升有限，本发明结合成分设计和相应的TMCP工艺，在精轧过程中的奥氏体内形变会诱导VN的析出，利用含量较高的VN促进铁素体的形核，细化组织晶粒，同时起到析出强化的作用，使中厚板的组织性能均匀性提高，头、尾和中部的性能差异大大减小，显著提高了中厚板的成材率；
2)本发明所制备的中厚板性能优异：屈服强度为570～630MPa，抗拉强度为660～720MPa，延伸率的范围在16％～25％，-20℃条件下的冲击功≥140J，组织均匀性好；
3)本发明具有成本低，操作简单，易工业化的优点。
附图说明
图1为本发明的工艺示意图；
图2为本发明实施例1中厚板显微组织；
图3为本发明实施例2中厚板显微组织；
图4为本发明实施例3中厚板显微组织。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
本发明中实施采用光学显微镜为OLYMPUS BX53M多功能光学显微镜。
实施例1
一种厚度为80mmV-N微合金化中厚板，其化学组成按照质量百分比分布为：C：0.091％，Si：0.6％，Mn：2.0％，P：0.013％，S：0.005％，Cr：0.25％，Nb：0.06％，V：0.094％，Al：0.04％，N：0.015％，余量为Fe和微量不可避免杂质，组织为细小的铁素体、贝氏体和针状铁素体；
其制备方法如下：
(1)加热：将连铸坯随炉加热，装炉温度室温，出炉温度为1190℃，在炉时间为280min；
(2)粗轧：粗轧5道次，纵轧道次压下率11％以上，总压下率为40％；
(3)精轧：精轧的开轧温度在850℃，终轧温度为820℃，精轧最大三个道次压下率16～18％，精轧总压下率为55.55％，该过程促使奥氏体中生成足够的V(C,N)，使得V(C,N)在厚度和程度方向上分布均匀，提升产品的组织均匀性；
(4)冷却：采用Mulpic多功能间歇式冷却装置，冷却系统其具体工作详细为：MULPIC冷却框架高度500mm；冷却时A、B、C、D四个冷却区域全部投入使用，其中A区流量225L/s，B、C、D流量220L/s；冷却辊道速度0.9～1.1m/s；投入头尾遮挡，头尾遮挡长度为0.5m，水流量修正为50％。使得冷却入口温度790℃，冷却出口温度为550℃，冷却速度为6℃/s，最后堆垛冷却到室温，所得钢材的组织为细小的铁素体、贝氏体以及少量的珠光体和针状铁素体，头部、中部、尾部组织均匀性好；图3为中厚板显微组织；
经检测，用以上方法制得的中厚板屈服强度为570MPa，抗拉强度为660MPa，延伸率22.5％，-20℃条件下的头部冲击功平均值为217J，尾部为232J，中部为208J，性能均匀，既满足国标要求，也可减少切头尾的量，提高成材率3.3％。
实施例2
一种厚度为50mmV-N微合金化中厚板，其化学组成按照质量百分比分布为：C：0.2％，Si：0.1％，Mn：1.3％，P：0.018％，S：0.003％，Cr：0.10％，Nb：0.021％，V：0.10％，Al：0.015％，N：0.011％，余量为Fe和微量不可避免杂质，组织为细小的铁素体、贝氏体和针状铁素体；
其制备方法如下：
(1)加热：将连铸坯随炉加热，装炉温度室温，出炉温度为1200℃，在炉时间为245min；
(2)粗轧：纵道次压下率13％以上，总压下率为56.78％；
(3)精轧：精轧的开轧温度在885℃，终轧温度为825℃，精轧最大三个道次压下率18～22％，精轧总压下率为72.51％，该过程促使奥氏体中生成足够的V(C,N)，使得V(C,N)在厚度和程度方向上分布均匀，提升产品的组织均匀性；
(4)冷却：采用Mulpic多功能间歇式冷却装置，冷却系统其具体工作详细为：MULPIC冷却框架高度500mm；冷却时A、B、C、D四个冷却区域全部投入使用，其中A区流量210L/s，B、C、D流量240L/s；冷却辊道速度1.2～1.4m/s；投入头尾遮挡，头尾遮挡长度为0.7m，水流量修正为60％。使得冷却入口温度为775℃，冷却出口温度为590℃，冷却速度为12℃/s，最后堆垛冷却到室温，所得钢材的组织为细小的铁素体、贝氏体和针状铁素体，头部、中部、尾部组织均匀性好；图3为中厚板显微组织；
经检测，用以上方法制得的中厚板屈服强度为610MPa，抗拉强度为690MPa，延伸率17％，-20℃条件下的头部冲击功平均值为171J，尾部为204J，中部为187J，性能均匀，既满足国标要求，也可减少切头尾的量，提高成材率2.5％。
实施例3
一种厚度为20mmV-N微合金化中厚板，其化学组成按照质量百分比分布为：C：0.08％，Si：0.22％，Mn：1.56％，P：0.011％，S：0.010％，Cr：0.23％，Nb：0.02％，V：0.091％，Al：0.033％，N：0.019％，余量为Fe和微量不可避免杂质，组织为细小的铁素体、贝氏体及少量珠光体；
其制备方法如下：
(1)加热：将连铸坯随炉加热，装炉温度为20℃，出炉温度为1210℃，在炉时间为180min；
(2)粗轧：纵轧道次压下率14％以上，总压下率为70.4％；
(3)精轧：精轧9道次，精轧的开轧温度在920℃，终轧温度为820℃，，精轧最大三个道次压下率20～25％，精轧总压下率为73.4％。该过程促使奥氏体中生成足够的V(C,N)，使得V(C,N)在厚度和程度方向上分布均匀，提升产品的组织均匀性；
(4)冷却：采用Mulpic多功能间歇式冷却装置，冷却系统其具体工作详细为：MULPIC冷却框架高度600mm；冷却时A、B、C、D四个冷却区域全部投入使用，其中A区流量180L/s，B、C、D流量200L/s；冷却辊道速度1.5～1.8m/s；投入头尾遮挡，头尾遮挡长度为1m,水流量修正为40％。使得冷却入口温度为750℃，冷却出口温度为560℃，冷却速度30℃/s，最后堆垛冷却到室温，所得钢材的组织为细小的铁素体、贝氏体及少量珠光体，头部、中部、尾部组织均匀性好；图4为中厚板显微组织；
经检测，用以上方法制得的中厚板屈服强度为580MPa，抗拉强度为700MPa，延伸率18.5％，-20℃条件下的冲击功平均值为189J，头尾差异下，性能均匀，既满足国标要求，也可减少切头尾的量，提高成材率1.6％以上。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种V-N微合金化钢中厚板，其特征在于，按重要百分比计，所述中厚板的化学成分包括：C：0.08-0.20％，Si：0.1-0.6％，Mn：1.0-2.0％，P：0.001-0.020％，S：0.001-0.010％，Cr：0.10-0.40％，Nb：0.01-0.08％，V：0.01-0.15％，Al：0.01-0.06％，N：0.01-0.02％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
2.根据权利要求1所述的V-N微合金化钢中厚板，其特征在于，按重要百分比计，所述中厚板的化学成分包括：C：0.08-0.13％，Si：0.1-0.4％，Mn：1.0-1.6％，P：0.010-0.020％，S：0.001-0.010％，Cr：0.10-0.40％，Nb：0.01-0.05％，V：0.07-0.15％，Al：0.01-0.06％，N：0.01-0.015％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
3.根据权利要求1或2所述的V-N微合金化钢中厚板，其特征在于，所述中厚板的厚度范围为20～80mm。
4.一种V-N微合金化钢中厚板的生产工艺，包括以下步骤：
1)连铸坯加热：装炉温度为室温，出炉温度为1190～1220℃，在炉时间为3～5h；
2)粗轧：纵轧道次压下率10～15％，总压下率不低于40％；
3)精轧：精轧的开轧温度850～920℃，终轧温度790～840℃，最少三个道次压下率不低于15％；
4)冷却：冷却入口温度750～790℃，冷却出口温度为550～600℃，～最后堆垛冷却到室温。
5.根据权利要求4所述的生产工艺，其特征在于，所述步骤4)中的冷却速度为6～30℃/s。
6.根据权利要求4所述的生产工艺，其特征在于，所述步骤4)中的冷却系统采用Mulpic多功能间歇式冷却装置，水投射到产品上进行冷却，通过射流的冲击获得高度震颤的层流；层流冷却线工作布置为上层流冷却集管与下喷水冷却集管成对布置。
7.根据权利要求6所述的生产工艺，其特征在于，冷却框架高度500～600mm；A区流量180～320L/s，B、C、D流量200～280L/s，冷却辊道速度0.9～2.0m/s；投入头尾遮挡，头尾遮挡长度为0.5～1.0m，水流量修正为40～60％。
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