CN111286673A

CN111286673A - 一种抗拉强度≥320MPa的高成形性含硼钢及生产方法

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Publication number: CN111286673A
Application number: CN202010226801.5A
Authority: CN
Inventors: 蔡珍; 周学俊; 彭畅; 梁文; 刘永前; 袁金; 刘中天; 李俊伟; 熊飞; 熊承阳
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2020-03-27
Filing date: 2020-03-27
Publication date: 2020-06-16
Anticipated expiration: 2040-03-27
Also published as: CN111286673B

Abstract

一种抗拉强度≥320MPa的高成形性含硼钢，其组分及wt%为：C:0.03~0.07%，Si:0.01~0.3%，Mn:0.4~0.9%，P≤0.020%，S≤0.010%，N≤0.006%，B：0.0005~0.003%，Ti：0.03~0.08%；方法：经冶炼后连铸成坯；分段加热；粗轧；精轧；层流冷却；卷取。本发明不仅屈服强度250‑350MPa、抗拉强度320‑460MPa，延伸率≥32%，且在二冷比水量不降低、不对N含量进行严格限制条件下，使铸坯下线后无需切角，可直接进行热轧，产品缺陷率可控制在0.5%以下。

Description

一种抗拉强度≥320MPa的高成形性含硼钢及生产方法

技术领域

本发明涉及一种热轧钢及其生产方法，确切地属于一种抗拉强度≥320MPa的高成形性含硼钢及生产方法。

背景技术

含硼钢是以锰、硼为基础的低合金结构钢，其中硼元素可显著提高钢的淬透性，常被用于替代Cr、Ni等贵金属，在降低合金成本的前提下，用于改善产品的综合性能和组织、性能均匀性。320-460MPa级高成形性含硼钢主要用于制造结构管、流体输送管和压力配管等零部件，用途十分广泛，年需求量≥1000万吨。

值得关注的是，硼元素的添加会提高钢的裂纹敏感性，在铸坯上表现为角部裂纹，在热轧卷上表现为边部裂纹和翘皮缺陷。为减少裂纹发生，常用的处理办法是在连铸坯下线后进行切角，该方法不仅提高了产品的制造成本、降低金属收得率，还会限制铸坯的热装热送，延长制造周期。

在降低含硼钢的裂纹发生率和含硼钢的产品开发上，经检索：目前所开展的主要研究工作如下：

中国专利申请号为CN201210319733.2的文献，其公开了《一种消除含硼钢连铸坯角部横裂纹缺陷的方法》，在工艺上：其采取控制浇铸时钢水的N含量≤50ppm，B含量≤80ppm；对连铸坯二次冷却的强度为比水量≤0.90l/kg；二次冷却在连铸的各阶段冷却水量占总水量的比分别是足辊区15～20％、竖直段区15～22％、弧形段区15％～40％，矫直区3％～5％；铸坯在弯曲区的窄面温度大于1000℃，矫直区的窄面温度大于870℃。该文献主要通过连铸工艺控制使裂纹发生率降低。其不足之处在于，二冷比水量过低会增加铸坯偏析，不利于改善产品的组织性能均匀性。

中国专利申请号为CN201210351796.6的文献，其公开了一种《采用低压脉冲电流改善含硼钢铸坯边部裂纹的方法》的文献，工艺上采取：当含硼钢铸坯在进入矫直区前，对上述的含硼钢铸坯施加一脉冲电流，所述的脉冲电流参数为：脉冲电压3～25V，脉冲电流130～200A，脉冲频率10～35Hz。其不足在于工业实施时需配备施加脉冲电流的装置，增加制造成本。

中国专利申请号为CN201110417373.5的文献，其公开了《一种低成本含硼钢及其制造方法》，其钢的化学成分重量百分比为：C0.05％～0.08％、Si0.10％～0.25％、Mn1.60％～1.80％、Als0.03％～0.045％、Ti0.030％～0.045％、B0.003％～0.009％，加热温度1150±30℃，加热时间90～120min；其工艺：热轧开轧温度1120±30℃，终轧温度820±30℃；开始冷却温度780±30℃；终止冷却温度(500～540)±30℃，获取强度级别为460MPa、500MPa、550MPa的低成本含硼钢。该专利主要用于生产屈服强度为480～605MPa，抗拉强度为625-800MPa，延伸率为16.5～21％的产品。其不足之处在于，产品延伸率较低，成形时容易开裂。

中国专利申请号为CN201310564748.X的文献，其公开了《一种控制含硼低合金钢边裂的方法》，适用于B含量20～40ppm的低合金钢，经转炉冶炼并全过程吹氩，在冶炼中不提升烟罩；出钢至大包进行不完全脱氧；进行RH真空处理,无需吹氧；在浇铸过程中，控制二冷段的比水量不超过0.7升/公斤钢；常规进行后工序。工艺特点为：真空处理控制N含量≤28ppm，B/N≥0.7，并控制二冷段的比水量不超过0.7升/公斤钢。该发明的不足之处在于对N含量限制较严，需进行较长时间的真空处理，使生产成本提高。

中国专利申请号为CN201410311812.8的文献，其公开了《一种防止铸坯角裂含硼钢的制备方法》，该含硼钢的成分为：C：0.17～0.18，Si：0.02～0.20，Mn：0.23～1.26，P<0.017，S<0.014，N<0.0052，B：0.0005～0.0010，AI：0.015～0.034，余量为Fe，在炉外精炼过程中加入按照质量百分比含量0.01～0.035加入Ti。采用本发明热轧加硼钢添加钛后，铸坯质量有有明显改观，下线清理率降至15.06％，统计结果表明，其缺陷率虽然已经降低至1.39％，但存在不足之处在于，仍有15.06％铸坯下线后需要清理。

中国专利申请号为CN201611216153.5的文献，其公开了《一种含硼钢板坯角部裂纹的控制方法》，其为解决含硼钢板坯角部裂纹的问题，采取控制连铸过程中控制结晶器水量与铸坯断面尺寸和拉速乘积的比值为0.02～0.03，同时控制结晶器宽面水量/宽面尺寸与窄面水量/窄面尺寸的比值为1～1.5；二次冷却方式采取全幅覆盖喷淋的方式，控制二次冷却的总水量与铸坯断面尺寸和拉速乘积的比值≤0.0075，各段的水量占总水量的比例分别是足辊区占10％～15％、零段区占35％～45％、弧形段区占25％～35％、矫直区占5％～10％。其也是通过连铸工艺控制使裂纹发生率降低。其不足之处在于，二次冷却水量过低会增加铸坯偏析，不利于改善产品的组织性能均匀性。

中国专利申请号为CN201710640124.X的文献，其公开了《一种基于全无头薄板坯连铸连轧流程生产A572Gr50加硼钢的方法》，其原材料按质量百分比包括：C：0.04～0.10％，Si：0.10～0.50％，Mn：1.0～1.35％，Ti：0.02～0.04％，B：0.0008～0.0030％，N≤0.005％；其工艺：钢水依次经过连铸机、粗轧机、摆剪、推废、转毂剪、感应加热炉、精轧机、层流冷却、高速飞剪以及卷取机；其中，粗轧入口的温度不低于900℃，感应加热出口的温度1100～1180℃，精轧出口的温度820～880℃，卷取温度560～620℃。该文献的力学性能为：屈服强度为394-433MPa、抗拉强度为484-509MPa、延伸率为28-30.5％的产品。其不足之处在于，产品延伸率较低，成形时容易开裂。

综上可以看出，目前控制含硼钢裂纹发生率的措施：

一、降低连铸二冷比水量，提高矫直温度，该措施的缺点在于，二冷比水量过低会增加铸坯偏析，不利于改善产品的组织性能均匀性。

二、控制钢中N含量≤28ppm，该措施的缺点在于，需进行较长时间的真空处理，使生产成本显著提高。

三、含硼钢铸坯在矫直区前施加一脉冲电流，该措施的缺点在于，工业实施时需配备施加脉冲电流的装置，增加制造成本。

在含硼钢产品开发上，已有的文献均为针对延伸率<32％的产品。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种屈服强度250-350MPa、抗拉强度320-460MPa，延伸率≥32％，在二冷比水量不降低、不对N含量进行严格限制条件下，使铸坯下线后无需切角，可直接进行热轧，产品缺陷率可控制在0.5％以下的高成形性含硼钢及生产方法。

实现上述目的的措施：

一种抗拉强度≥320MPa的高成形性含硼钢，其组分及重量百分比含量为：C:0.03～0.07％，Si:0.01～0.3％，Mn:0.4～0.9％，P≤0.020％，S≤0.010％，N≤0.006％，B：0.0005～0.003％，Ti：0.03～0.08％，其余为铁和不可避免的杂质。

优选地：C的重量百分比含量为0.03～0.063％。

优选地：Ti的重量百分比含量为0.049～0.076％。

生产一种抗拉强度≥320MPa的高成形性含硼钢的方法，其步骤：

1)经冶炼后连铸成坯，期间结晶器锥度为0.8～0.9％/m，拉速为0.8～1.4m/min，二次冷却水比在0.9～1.1l/kg，矫直温度在800～950℃；

2)对铸坯进行分段加热：控制入炉温度不低于600℃，预热段温度在900～1100℃，一加段温度在1150～1250℃，二加段温度在1250～1350℃，均热段温度在1200～1300℃，

总在炉时间在120～160min；

3)进行粗轧：按常规工艺进行粗轧；

4)进行精轧：控制终轧温度在850～890℃；

5)进行层流冷却，在冷却速度为25～45m/s下冷却至卷取温度；

6)进行卷取，控制卷取温度在560～620℃。

优选地：所述二冷冷却水比在1.0～1.1l/kg，矫直温度在800～880℃；

优选地：所述终轧温度在870～890℃。

优选地：所述卷取温度在560～590℃。

优选地：所述层流冷却速度在33～45m/s。

本发明中各元素及主要工艺的机理及作用：

C：是提高钢材强度最有效的元素，C含量的增加使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，当碳含量超过0.09％时，凝固过程中将发生δ(铁素体)+L(液相)→γ(奥氏体)的包晶反应，伴随较大的体积收缩和线收缩，凝固收缩和钢水静压力不均衡作用使薄的坯壳表面粗糙、折皱，严重时会形成凹陷，凹陷部位凝固冷却比其它部位慢，组织粗化，导致铸坯延伸率低，易产生裂纹。为平衡钢板强度及铸坯延伸率，本发明钢碳元素含量控制为0.03-0.07％，优选地在0.03～0.063％。

Si：Si固溶于铁素体和奥氏体中，可提高强度，但钢在加热的过程中，Si与O结合产生SiO₂，再与FeO发生一系列复杂的固相反应生成铁橄榄石Fe₂SiO₄，影响表面质量，综合考虑，Si重量百分含量控制为0.01～0.3％。

Mn：Mn固溶于铁素体和奥氏体中，可提高强度，但Mn含量太高，会导致延伸率下降和发生严重的中心偏析，综合考虑，Mn重量百分含量控制为0.4～0.9％。

P、S是钢中有害的杂质元素，钢中P易在钢中形成偏析，降低钢的韧性和焊接性能，S易形成塑性硫化物，使钢板产生分层，恶化钢板性能，故P、S含量越低越好，综合考虑，P含量≤0.020％、S含量≤0.010％为宜。

B：B硼元素可显著提高钢的淬透性，但硼含量过高将与N结合，形成BN，并在奥氏体晶界间析出聚集长大，阻碍了晶界的移动引起晶界的脆化和晶间断裂，引发热裂纹产生，综合考虑，B重量百分含量控制为0.0005～0.003％。

N：N可使钢材的强度显著提高，但塑性特别是韧性显著降低，可焊性变差，冷脆性加剧，同时增加实效倾向，综合考虑，N重量百分含量控制为不超过0.006％。

Ti：Ti可固定钢中的N，减少晶界BN的生成，且TiC的弥散析出会提高钢材的屈服强度和抗拉强度，但Ti含量过高时会导致塑性变差，综合考虑，Ti重量百分含量控制为0.03～0.08％，优选地在0.049～0.076％。

本发明之所以二次冷却水比在0.9～1.1l/kg，矫直温度在800～950℃，是由于在该温度范围内，通过本发明的成分设计，使得铸坯的断面收缩率≥80％，具有良好的高温塑性，因此可以采用较高的二次冷却水比，以控制铸坯的偏析，提高产品组织均匀性。

本发明之所以终轧温度在850～890℃，是为了提高带钢的F7出口速度，从而在层流段获得较高的冷却速度。

本发明之所以控制层流冷却速度在33～45m/s，是由于以该速度进行冷却时，奥氏体向铁素体相变温度降低，形成的铁素体更细小。

本发明之所以控制卷取温度在560～620℃，是由于在该温度范围内卷取时，TiC析出物更为细小弥散。

本发明与现有技术相比：

1)其通过采用低碳+钛微合金化的化学成分设计，一方面避免铸坯在凝固过程中发生δ(铁素体)+L(液相)→γ(奥氏体)的包晶反应，另一方面通过Ti固定钢中的N，减少晶界BN的生成，使铸坯的高温塑性显著提高，在800～950℃矫直温度范围内，铸坯断面收缩率≥80％，使铸坯裂纹缺陷发生率显著降低。

2)针对低碳+微钛的化学成分设计，结合高温终轧、低温卷取工艺，获得细小的铁素体晶粒以及细小弥散的TiC析出物，控制产品的力学性能为：屈服强度250-350MPa、抗拉强度320-460MPa，延伸率≥32％。

3)通过合理的结晶器锥度、拉速和二冷比水量设定，获得成分均匀、组织致密的连铸坯，热轧产品带状组织控制在1级以下，铸坯质量提高使含硼钢的热送热装得以实现，结合加热工艺控制可显著缩短在炉时间，节约加热能耗≥0.7GJ/t。

4)其屈服强度250-350MPa、抗拉强度320-460MPa，延伸率≥32％，在二冷比水量不降低、不对N含量进行严格限制条件下，使铸坯下线后无需切角，可直接进行热轧，产品缺陷率可控制在0.5％以下。

附图说明

图1为本发明的金相组织；晶粒度为10级。

图2为本发明钢的组织中细小的TiC析出物图；

图3为本发明钢的边部质量情况；

图4为对比钢的边部质量情况。

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述：

表1为本发明各实施例及对比例的化学组分取值列表；

表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表；

表3为本发明各实施例及对比例性能检测情况列表；

表4为本发明各实施例及对比例耐蚀性检测情况列表。

本发明各实施例按照以下制备方法进行生产：

总在炉时间在120～160min；

3)进行粗轧：按常规工艺进行粗轧；

4)进行精轧：控制终轧温度在850～890℃；

5)进行层流冷却，在冷却速度为25～45m/s下冷却至卷取温度；

6)进行卷取，控制卷取温度在560～620℃。

表1本发明各实施例及对比例的钢坯化学成分(wt％)

表2本发明各实施例及对比例的主要连铸工艺参数列表

优选地：所述终轧温度在870～890℃。

优选地：所述卷取温度在560～590℃。

优选地：所述层流冷却速度在33～45m/s。

表3本发明各实施例及对比例的加热工艺参数取值列表

表4本发明各实施例及对比例的精轧工艺及力学性能

从表4可以看出，本发明各实施例的力学性能：屈服强度在250-350MPa、抗拉强度在320-460MPa，延伸率在32～40％；未发现产品存在缺陷情况。

上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。

Claims

1.一种抗拉强度≥320MPa的高成形性含硼钢，其组分及重量百分比含量为：C:0.03~0.07%，Si: 0.01~0.3%， Mn:0.4~0.9%，P≤0.020%，S≤0.010%，N≤0.006%，B：0.0005~0.003%，Ti：0.03~0.08%，其余为铁和不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的一种抗拉强度≥320MPa的高成形性含硼钢，其特征在于： C的重量百分比含量为0.03～0.063%。

3.如权利要求1所述的一种抗拉强度≥320MPa的高成形性含硼钢，其特征在于：Ti的重量百分比含量为0.049～0.076%。

4.生产如权利要求1所述的一种抗拉强度≥320MPa的高成形性含硼钢的方法，其步骤：

1）经冶炼后连铸成坯，期间结晶器锥度为0.8~0.9 %/m，拉速为0.8~1.4 m/min，二次冷却水比在0.9~1.1 l/kg，矫直温度在800~950℃；

2）对铸坯进行分段加热：控制入炉温度不低于600℃，预热段温度在900~1100℃，一加段温度在1150~1250℃，二加段温度在1250~1350℃，均热段温度在1200~1300℃，总在炉时间在120~160min；

3）进行粗轧：按常规工艺进行粗轧；

4）进行精轧：控制终轧温度在850~890℃；

5）进行层流冷却，在冷却速度为25~45m/s下冷却至卷取温度；

6）进行卷取，控制卷取温度在560~620℃。

5.如权利要求4所述的一种抗拉强度≥320MPa的高成形性含硼钢的生产方法，其特征在于：所述二冷冷却水比在1.0~1.1 l/kg，矫直温度在800~880℃。

6.如权利要求4所述的一种抗拉强度≥320MPa的高成形性含硼钢的生产方法，其特征在于：所述终轧温度在870~890℃。

7.如权利要求4所述的一种抗拉强度≥320MPa的高成形性含硼钢的生产方法，其特征在于：所述卷取温度在560~590℃。

8.如权利要求4所述的一种抗拉强度≥320MPa的高成形性含硼钢的生产方法，其特征在于：所述层流冷却速度在33~45m/s。