CN111575592A

CN111575592A - 一种屈服强度460MPa级的低合金高强钢及生产方法

Info

Publication number: CN111575592A
Application number: CN202010597151.5A
Authority: CN
Inventors: 郑笑芳; 崔磊; 陈德顺; 肖洋洋; 刘永刚; 詹华; 闫伟; 何丹丹
Original assignee: Maanshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Maanshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2020-06-28
Filing date: 2020-06-28
Publication date: 2020-08-25
Anticipated expiration: 2040-06-28
Also published as: CN111575592B

Abstract

本发明公开了一种屈服强度460MPa级的低合金高强钢及生产方法，属于轧钢技术领域。针对现有中高等级强度的低合金高强钢强度波动大和性能不稳定的问题，本发明提供一种屈服强度460MPa级的低合金高强钢，它包括化学成分重量比为C:0.07～0.09％、Si≤0.05％、Mn:1.20～1.50％、P:0.03％～0.05％、Als:0.025～0.060％、Nb:0.045～0.055％、Ti:0.005～0.015％、Ca:0.001～0.003％、S≤0.006％、N≤0.0025％、O≤0.0025％，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明通过低O、低N、低Ti控制，实现微米级尺寸的碳氮化物数量密度不超过3个/mm²；通过精轧始末机架采用大压下、低温卷取、热轧保温罩缓冷以及退火工艺的厚度区分，实现产品强度的稳定控制；本发明所生产出的屈服强度460MPa级的低合金高强钢卷间强度极差≤70MPa，卷内头中部位强度差≤30MPa，屈强比≤0.85，具有成本低廉、成形性能优异和强度波动小的特点。

Description

一种屈服强度460MPa级的低合金高强钢及生产方法

技术领域

本发明属于轧钢技术领域，更具体地说，涉及一种屈服强度460MPa级的低合金高强钢及生产方法。

背景技术

低合金高强钢是通过在低碳钢中加入Nb、Ti、V等微合金元素，达到析出强化和细晶强化的目的，从而实现强度的提升。低合金高强钢具有成形性能优、焊接性能好、成本低廉的特点，被广泛应用于汽车结构件和加强件。市场上常见的是屈服强度260～420MPa的低合金高强钢。随着汽车轻量化的不断发展，屈服强度460MPa及以上级别的低合金高强钢必将逐渐崭露头角。现今汽车用冷轧低合金高强钢板大多采用控轧、控冷、酸轧、热处理的一体化控制工艺进行生产，从而实现了高强度和低成本。微合金化钢主要存在三个方面不易控制：(1)碳氮化物的析出数量和尺寸；(2)热轧过程中的奥氏体再结晶行为；(3)退火过程中的再结晶行为。因此，随着产品强度等级的升高，微合金元素含量增加，产品的强度波动往往越大，尤其是屈服强度420MPa级及以上级别，如何获得性能稳定性突出的低合金高强钢，一直是钢铁行业的热点问题。

针对上述问题也进行了相应的改进，如中国专利申请号CN201910412037.8，公开日为2019年8月2日，该专利公开了一种屈服强度460MPa级的冷轧低合金高强度钢及生产方法，其化学成分的重量百分数为：C：0.06～0.09％，Si：0.050～0.090％，Mn：1.10～1.30％，P：0.010～0.030％，S≤0.01％，Al：0.020～0.070％，Nb：0.010～0.040％，Ti：0.030～0.060％，余量为Fe和不可避免的杂质。该专利的不足之处在于：Ti化学成分较高势必导致产品工艺敏感性提高，仅仅通过常规的厚度区分卷取温度和790～810℃的高温退火技术手段，很难获得性能稳定性突出的产品，从而造成钢性能的不均匀和波动。

又如中国专利申请号CN201710124503.3，授权公告日为2018年6月19日，该专利公开了一种一钢多级冷轧低合金高强钢带及其生产方法，其包括板坯加热、热轧、层流冷却、酸轧、连退和平整工序；所述钢带化学成分的重量百分含量为：C 0.06～0.10％，Si 0.15～0.30％，Mn 1.10～1.30％，P≤0.020％，S≤0.015％，Als 0.020～0.060％，Nb 0.045～0.060％，N≤0.0060％，其余为铁和不可避免的微量元素。该专利的不足之处在于：Nb具有很强的再结晶抑制作用，720～760℃的低温退火势必导致再结晶不充分，从而残留纤维状的轧态组织，轧态组织明显容易导致产品性能不均和性能波动。

发明内容

1、要解决的问题

针对现有技术中高等级强度的低合金高强钢强度波动大和性能不稳定的问题，本发明提供一种屈服强度460MPa级的低合金高强钢及生产方法。通过在成分上以及生产工序上做出相应调整，使得所生产出的屈服强度460MPa级的低合金高强钢中微米级尺寸碳氮化物的数量密度不超过3个/mm²，卷间强度极差≤70MPa，卷内头中部位强度差≤30MPa，屈强比≤0.85，并且成本低廉，成形性能优异和强度波动小。

2、技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种屈服强度460MPa级的低合金高强钢，其化学成分的重量百分比为：C:0.07～0.09％、Si≤0.05％、Mn:1.20～1.50％、P:0.03％～0.05％、Als:0.025～0.060％、Nb:0.045～0.055％、Ti:0.005～0.015％、Ca:0.001～0.003％、S≤0.006％、N≤0.0025％、O≤0.0025％，其余为Fe和不可避免的杂质。

更进一步的，其化学成分的重量百分比为：C:0.07～0.09％、Si≤0.05％、Mn:1.20～1.50％、P:0.03％～0.05％、Als:0.025～0.060％、Nb:0.045～0.055％、Ti:0.005～0.015％、Ca:0.001～0.003％、S≤0.005％、N≤0.0020％、O≤0.0015％，其余为Fe和不可避免的杂质。

一种根据上述任一项所述的屈服强度460MPa级的低合金高强钢的生产方法，包括热轧、酸洗冷轧、连续退火和平整工序，热轧前还包括冶炼工序和连铸工序，所述冶炼工序采用LF-RH双联精炼工艺。

更进一步的，所述连铸工序中中间包的钢水过热度控制在10～15℃，拉坯速度为1.4～1.6m/min。

更进一步的，连铸工序采用直结晶器弧形连铸机完成，且结晶器和二次冷却区域均采用电磁搅拌。

更进一步的，所述热轧工序包括粗轧和精轧，粗轧为6～8个道次，精轧为7个道次，且精轧的第一个机架的压下率为40～45％，最后一个机架的压下率为15～20％。

更进一步的，精轧的开轧温度980～1080℃，终轧温度870～900℃；卷取温度为520～580℃。

更进一步的，精轧后的板材经卷取后放入保温罩中缓冷。

更进一步的，所述连续退火工序中，当0.6mm≤厚度<1.2mm时，退火温度为800±15℃，带钢速度150±20m/min；当1.2mm≤厚度<2.0mm时，退火温度为805±15℃，带钢速度130±20m/min；当2.0mm≤厚度≤2.5mm时，退火温度为815±15℃，带钢速度100±20m/min。

更进一步的，当0.6mm≤厚度<1.0mm时，平整延伸率为1.1±0.2％；当1.0mm≤厚度<1.5mm时，平整延伸率为1.4±0.2％；当1.5mm≤厚度≤2.5mm时，平整延伸率为1.6±0.2％。

3、有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明在低合金高强钢中加入了关键性控制元素氧，低氧含量的设置可以保证铸坯洁净度，减小碳氮化物以氧化物为核心的异质形核，并且配合低钛和低氮的设计，可以大幅度降低碳氮化物的析出温度，减小连铸凝固过程中由于溶质富集偏析所导致的碳氮化物液相析出，减少铸坯中碳氮化物的尺寸，有效降低大尺寸碳氮化物的占比波动导致的强度波动；低合金高强钢微米级尺寸的碳氮化物数量密度不超过3个/mm²，卷间强度极差≤70MPa，卷内头中部位强度差≤30MPa，屈强比≤0.85，并且成本低廉、成形性能优异和强度波动小；

(2)本发明在冶炼工序中采用LF-RH双联精炼工艺，LF精炼调铌，RH精炼调钛，RH终点钢水O、N可以分别控制在≤30ppm、≤25ppmm，减少氧化物夹杂，确保钢水纯净度，同时避免钛的氧化损耗；

(3)本发明将连铸中间包的钢水过热度控制在10～15℃，且拉坯速度控制在1.4～1.6m/min，在结晶器和二次冷却区域均采用电磁搅拌，减少铸坯柱状晶区，扩大等轴晶区，降低凝固前沿液相的成分偏析，避免碳氮化物的液相析出，抑制碳氮化物的形核及长大；

(4)本发明对精轧中的第一个机架和第七个机架的压下率进行分配控制，可以提高Nb的应变诱导析出，抑制奥氏体长大，获得均匀细小的组织；并且钢卷卷取以后放入保温罩中缓冷，减少由于内外圈冷却速率差异导致的碳氮化物析出不均匀，有效提高钢卷强度的通卷稳定性；

(5)本发明在连续退火工序中根据厚度区分退火温度和带钢速度，可以平衡不同厚度之间变形储能差异的影响，促进退火再结晶充分进行，显著提高钢卷强度的整体稳定性。

附图说明

图1为实施例1的横向金相组织。

图2为对比例2的横向金相组织。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明进一步进行描述。

本发明提供一种屈服强度460MPa级的低合金高强钢，其化学成分的重量百分比为：C:0.07～0.09％、Si≤0.05％、Mn:1.20～1.50％、P:0.03％～0.05％、Als:0.025～0.060％、Nb:0.045～0.055％、Ti:0.005～0.015％、Ca:0.001～0.003％、S≤0.006％、N≤0.0025％、O≤0.0025％，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明各元素作用如下：

C:钢中最经济和有效的强化元素；含量过高，降低塑性和韧性，含量过低，为了达到预定强度，需要添加大量合金元素，因此，C的重量百分比为0.07～0.09％；

Si：含量过高会影响钢板的表面质量，因此将其重量百分比控制在0.05％以下；

Mn:钢中固溶强化元素，易与S形成高熔点的MnS，降低热脆问题；但是含量过高容易引起带状组织，影响钢材的性能稳定性和焊接性能。因此，Mn的重量百分比为1.20～1.50％；

P：钢中仅次于C、N的固溶强化元素，含量过低，强化效果和成本优势并不显著；含量过高，晶界偏析的P含量增加，提高脆化温度。因此，P的重量百分比为0.03％～0.05％；

Al：钢中钢中常见的脱氧剂，Al含量过高，降低冶炼可浇性，含量过低，影响脱氧效果。因此，Als的重量百分比为0.025～0.060％；

Ca：在钢中既可以纯洁钢液，又可以对硫化物进行变性处理。添加量过高，降低钢质纯净度。因此Ca的重量百分比为0.001～0.003％；

Nb、Ti：均为微合金元素，能起到细晶强化和析出强化的作用，但有所不同。Ti是强固N元素，可以有效抑制连铸和热轧粗轧中奥氏体晶粒的过分长大，并且能够显著改善含Nb钢的铸坯裂纹敏感性；因此，本发明采用Nb-Ti复合微合金化的成分设计。连铸、热轧和连续退火过程中均存在碳氮化物的析出，工序不同，碳氮化物的尺寸有所不同。通过合理的成分和工艺设计，可以充分发挥Nb、Ti细化晶粒和析出强化的有益作用；

O：关键性控制元素，O含量越高，钢中没有去除的氧化物夹杂越多，会促进碳氮化物以氧化物为核心的异质形核，即降低碳氧化物析出的壁垒，这会导致连铸时大尺寸碳氮化物占比的不可控性，由于熔点高，大尺寸碳氮化物在后续的热轧加热时不易回溶。大尺寸碳氮化物的细化晶粒和析出强化作用非常有限，尺寸达到微米级时甚至有害。大尺寸碳氮化物占比波动容易导致强度波动，因此将O的重量百分比控制在0.0025％以下。

因低合金高强钢中形成的碳氮化物尺寸越大，细化晶粒和析出强化的作用越弱；因此，很有必要从成分设计这一源头上，减少碳氮化物的高温析出。本发明所述的屈服强度460MPa级的低合金高强钢在成分上采用低钛和低氮的设计，可以大幅度降低碳氮化物的析出温度，有效减小连铸凝固过程中由于溶质富集偏析所导致的碳氮化物液相析出，并且加入了关键性控制元素氧，低氧含量的设置可以保证铸坯洁净度，减小碳氮化物以氧化物为核心的异质形核，同时配合微量的铌和钛，二者均能够起到细化晶粒和析出强化的作用，进一步减小了低合金高强钢的强度波动，提高了低合金高强钢的性能稳定性。

本发明所述的一种屈服强度460MPa级的低合金高强钢生产步骤及工艺参数控制范围如下：

(1)按照铁水预处理→转炉冶炼→合金微调站→LF精炼→RH精炼→连铸的工艺路线冶炼浇注成坯，LF精炼调铌，RH精炼调钛，连铸时大包水口和中包浸入式水口进行氩封，结晶器和二次冷却区域投用电磁搅拌，中间包的钢水过热度12℃，拉坯速度1.5m/min，结晶器液面波动控制在±3mm；

(2)进行热轧，板坯加热温度1230～1260℃，在炉时间3～6h，除磷后进行8个道次的粗轧，轧至35～45mm，再经过7个道次的精轧，轧至2.3～5.0mm，精轧开轧温度980～1080℃，终轧温度870～900℃，层流冷却至520～580℃进行卷取，卷取后保温罩中缓冷至60℃以内；

(3)进行常规酸洗后冷轧，冷轧压下率为50～75％；

(4)进行连续退火，钢卷加热至785～830℃，带钢速度80～170/min，保温以后进行缓冷，以7～18℃/s的平均冷速冷至660～710℃，随后以20～55℃/s的平均冷速冷至340～390℃，并在340～390℃时进行5～12min的过时效处理；在这里值得说明的是在进行连续退火时，根据钢的厚度不同选择不同的退火温度和带钢速度，以便促进退火再结晶充分进行，消除冷轧态的纤维组织，实现不同厚度产品的性能稳定；具体为：当0.6mm≤厚度<1.2mm时，退火温度为800±15℃，带钢速度150±20m/min；当1.2mm≤厚度<2.0mm时，退火温度为805±15℃，带钢速度130±20m/min；当2.0mm≤厚度≤2.5mm时，退火温度为815±15℃，带钢速度100±20m/min；

(5)进行平整，平整延伸率为0.8～1.8％；为了减少不同厚度产品屈服强度的差异，平整延伸率也根据钢厚度不同而有所不同，具体如下：当0.6mm≤厚度<1.0mm时，平整延伸率为1.1±0.2％；当1.0mm≤厚度<1.5mm时，平整延伸率为1.4±0.2％；当1.5mm≤厚度≤2.5mm时，平整延伸率为1.6±0.2％。

采用本发明所述的生产方法制备的低合金高强钢微米级尺寸的碳氮化物数量密度不超过3个/mm²，卷间强度极差≤70MPa，卷内头中部位强度差≤30MPa，屈强比≤0.85，并且通过对精轧中始末机架的压下率进行分配，精轧过后的板材放入保温罩中缓冷，能够显著降低钢卷内头部和中部的强度差异，提高低合金高强钢的性能均匀性；整体操作简单，并且成本低廉、成形性能优异和强度波动小，具有良好的使用前景。

具体的，在本发明中设置了三组实施例和两组对比例，实施例1-3和对比例2的生产方法按照如下步骤进行：铁水预处理→转炉冶炼→合金微调站→LF精炼→RH精炼→连铸→板坯加热→粗轧→精轧→层流冷却→卷取→保温罩缓冷→酸轧→加热→均热→缓冷→快冷→过时效→终冷→水淬→平整；对比例1的生产方法按照如下步骤进行：铁水预处理→转炉冶炼→合金微调站→LF精炼→连铸→板坯加热→粗轧→精轧→层流冷却→卷取→酸轧→加热→均热→缓冷→快冷→过时效→终冷→水淬→平整。实施例1～3及对比例1～2的低合金高强钢的化学成分见表1，实施例1～3及对比例1～2的热轧工艺参数见表2，实施例1～3及对比例1～2的连续退火参数见表3，实施例1～3及对比例1～2制得的钢板力学性能见表4。

表1实施例和对比例的化学成分

表2实施例和对比例的轧制工艺参数

表3实施例和对比例的连续退火工艺参数

表4实施例和对比例的的力学性能

注：力学性能(屈服强度、抗拉强度、断后伸长率)的测定方法采用国家标准GB/T228.1-2010，试样类型编号为P6，试样方向为横向。

由表1-表4可知，对比例1的热轧工艺、退火工艺与实施例1基本相同，但对比例1冶炼时采用LF精炼，O、N含量较高，同时热轧卷采用空冷，尽管Ti含量较高，但仍然无法保证产品的屈服强度≥460MPa，并且卷内头中部位强度差>30MPa；对比例2的化学成分虽然和实施例2相同，但热轧时精轧第1机架压下率、精轧第7机架压下率、卷取温度和连续退火时退火温度有所不同，尽管对比例2的强度满足屈服强度460MPa级汽车用低合金高强钢的要求，但从图2来看，组织中存在明显的冷轧态纤维组织，卷内头中部位屈服强度差异明显，对实际使用有所不利。结果表明，本发明制备的屈服强度460MPa级含磷低合金高强钢如图1所示，微观组织主要由铁素体和细珠光体组成，退火再结晶比较充分，卷内头中部位强度差≤30MPa，屈服比(≤0.85)较低，断后伸长率(≥17％)较高，性能稳定。

本发明所述实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种屈服强度460MPa级的低合金高强钢，其特征在于：其化学成分的重量百分比为：C:0.07～0.09％、Si≤0.05％、Mn:1.20～1.50％、P:0.03％～0.05％、Als:0.025～0.060％、Nb:0.045～0.055％、Ti:0.005～0.015％、Ca:0.001～0.003％、S≤0.006％、N≤0.0025％、O≤0.0025％，其余为Fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的一种屈服强度460MPa级的低合金高强钢，其特征在于：其化学成分的重量百分比为：C:0.07～0.09％、Si≤0.05％、Mn:1.20～1.50％、P:0.03％～0.05％、Als:0.025～0.060％、Nb:0.045～0.055％、Ti:0.005～0.015％、Ca:0.001～0.003％、S≤0.005％、N≤0.0020％、O≤0.0015％，其余为Fe和不可避免的杂质。

3.一种根据权利要求1-2任一项权利要求所述的屈服强度460MPa级的低合金高强钢的生产方法，包括热轧、酸洗冷轧、连续退火和平整工序，其特征在于：热轧前还包括冶炼工序和连铸工序，所述冶炼工序采用LF-RH双联精炼工艺。

4.根据权利要求3所述的一种屈服强度460MPa级的低合金高强钢的生产方法，其特征在于：所述连铸工序中中间包的钢水过热度控制在10～15℃，拉坯速度为1.4～1.6m/min。

5.根据权利要求4所述的一种屈服强度460MPa级的低合金高强钢的生产方法，其特征在于：连铸工序采用直结晶器弧形连铸机完成，且结晶器和二次冷却区域均采用电磁搅拌。

6.根据权利要求3所述的一种屈服强度460MPa级的低合金高强钢的生产方法，其特征在于：所述热轧工序包括粗轧和精轧，粗轧为6～8个道次，精轧为7个道次，且精轧的第一个机架的压下率为40～45％，最后一个机架的压下率为15～20％。

7.根据权利要求6所述的一种屈服强度460MPa级的低合金高强钢的生产方法，其特征在于：精轧的开轧温度980～1080℃，终轧温度870～900℃；卷取温度为520～580℃。

8.根据权利要求7所述的一种屈服强度460MPa级的低合金高强钢的生产方法，其特征在于：精轧后的板材经卷取后放入保温罩中缓冷。

9.根据权利要求3所述的一种屈服强度460MPa级的低合金高强钢的生产方法，其特征在于：所述连续退火工序中，当0.6mm≤厚度<1.2mm时，退火温度为800±15℃，带钢速度150±20m/min；当1.2mm≤厚度<2.0mm时，退火温度为805±15℃，带钢速度130±20m/min；当2.0mm≤厚度≤2.5mm时，退火温度为815±15℃，带钢速度100±20m/min。

10.根据权利要求9所述的一种屈服强度460MPa级的低合金高强钢的生产方法，其特征在于：当0.6mm≤厚度<1.0mm时，平整延伸率为1.1±0.2％；当1.0mm≤厚度<1.5mm时，平整延伸率为1.4±0.2％；当1.5mm≤厚度≤2.5mm时，平整延伸率为1.6±0.2％。