CN112111690B - 薄规格高强集装箱板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供了一种薄规格高强度集装箱板，以质量百分数计，薄规格高强度集装箱板钢包括：C:0.050～0.065、Si:0.30～0.40、Mn:0.90～1.0、Ti:0.11～0.13、Cr:0.40～0.60、V:0.030～0.050、S≤0.004、P≤0.018，余量为Fe及其它不可避免的杂质。上述薄规格高强度集装箱板，组成元素中不包含贵重的Nb、Mo和Cu等其他合金元素，V元素代替Nb元素可以大幅度降低钢的制造成本。微量的V能使得其和Ti、Cr元素共同作用，形成10nm以下的细小的(TiCrV)(CN)的M(CN)析出物，大大增加强度增量。
Description
技术领域
本申请涉及集装箱板技术领域，更具体地说，涉及一种薄规格高强度集装箱板及其制备方法。
背景技术
集装箱板作为热轧商品卷中一大产品，年需求量约数百万吨，其显著特点是规格薄、强度高和耐候性高，其常用最薄规格厚度为1.6mm，约占各规格需求比例的16%，并要求抗拉强度大于490MPa，与普碳钢Q235B比较，72h周期浸润腐蚀的相对腐蚀速率小于60%。为保证钢材的强度性能，加入了大量昂贵的Nb、Mo和Cu合金元素，也显著增加其合金成本。因此，利用薄板坯连铸连轧开展薄规格高强度集装箱板生产工艺技术研究，实现其经济、稳定地大批量生产具有非常重要的意义。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种薄规格高强度集装箱板及其制备方法，以解决现有技术中薄规格高强度集装箱板加入大量昂贵Cu、Ni耐蚀合金元素，成本较高的技术问题。
为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：提供一种薄规格高强度集装箱板，以质量百分数计，薄规格高强度集装箱板钢包括：C:0.050～0.065、Si:0.30～0.40、Mn :0.90～1.0、Ti :0.11～0.13、Cr:0.40～0.60、V:0.030~0.050、S≤0.004、P≤0.018，余量为Fe及其它不可避免的杂质。
可选地，以质量百分数计，薄规格高强度集装箱板钢包括：C:0.050～0.065、Si:0.30～0.40、Mn :0.90～1.0、Ti :0.11～0.13、Cr:0.40～0.60、V:0.030~0.050、S≤0.004、P≤0.018，余量为Fe及其它不可避免的杂质。
本申请还提供了一种薄规格高强度集装箱板的制备方法，包括以下步骤：
将组成上述的钢坯进行加热，均热炉或加热炉前4区炉温控制在1200~1300℃，加热炉的空气过剩系数为0.95～1.02，钢坯的出炉温度为1150~1200℃，且在炉时间在30min以上；
将加热后的钢坯进行连轧得到钢板，卷取得到钢卷；连轧的初轧温度为1130~1160℃，终轧温度为820～920℃。
可选地，钢板在560～660℃的条件下卷取成钢卷。
可选地，所述终轧后的钢板以冷却速度100～300℃/s进行超快速冷却，然后以10～25℃/s层流冷却的方式把钢板冷却到560～660℃。
可选地，钢坯加热和钢坯连轧之间还包括：
将加热后的钢坯进行除鳞，除鳞压力不小于200bar。
可选地，连轧采用7机架连轧，轧制后的钢板的厚度为1.2～4.0mm。
可选地，钢坯的制备方法包括：将高炉铁水依次进行脱硫预处理、转炉冶炼、吹氩及加钙处理，连铸后得到组成如权利要求1的钢坯，连铸保护渣采用集装箱板专用的保护渣，保护渣碱度为0.95～1.05，粘度为1.9-2.2泊。
可选地，连铸的拉速为4.2~5m/min，钢坯的厚度为55~70mm。
可选地，连铸的温度为900～1000℃。
本申请实施例提供的薄规格高强度集装箱板，组成元素及相应的含量合理，各组成元素相互配合。组成元素中不包含贵重的Nb、Mo和Cu等其他合金元素，V元素代替 Cu元素可以大幅度降低钢的制造成本。微量的V能使得其和Ti、Cr元素共同作用，形成10nm以下的细小的（TiCrV）(CN)的M(CN)析出物，大大增加强度增量。上述薄规格高强度集装箱板不包含贵重的Nb、Mo和Cu等其他合金元素，可以大幅度降低钢的制造成本，同时，兼具较好的力学性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
附图说明
图1为本发明实施例1的薄规格高强度集装箱板的金相图；
图2为实施例1的薄规格高强度集装箱板的M(CN)析出相尺寸分布图。
具体实施方式
为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请提供一种薄规格高强度集装箱板，以质量百分数计，薄规格高强度集装箱板钢包括：C:0.050～0.065、Si:0.30～0.40、Mn :0.90～1.0、Ti :0.11～0.13、Cr:0.40～0.60、V:0.030~0.050、S≤0.004、P≤0.018，余量为Fe及其它不可避免的杂质。
本发明中化学元素的添加原理如下。
C：C含量不同对钢板在冷却过程的相变有着重要的影响：C含量较高的钢种，在同样的冷却条件下，冷却过程中容易形成贝氏体或马氏体等强度较高的组织，可以显著提高钢材的强度；但C含量太高，则会形成较脆的组织，降低钢板的低温冲击韧性，另一方面，C含量太低，容易形成铁素体等强度较低的组织。适量的C与Ti、V形成稳定的纳米级析出物，可产生强烈的沉淀强化作用和细晶强化的作用，大幅度提高钢板强度；另外当C含量大于0.065%时，容易进入包晶钢范围，引起连铸过程的漏钢。综合考虑，为达到屈服强度355Mpa以上及综合其他力学性能和加工性能等方面的考虑，本发明将C含量控制在0.05～0.065wt%范围内。
Si:Si元素固溶在钢中，提高钢板的强度。Si含量过高，会抑制渗碳体的形成，同时较高的Si含量会恶化钢板的焊接性能。因此，本发明中的Si含量控制为0.30～0.40wt%。
Mn:Mn是弱碳化物形成元素，通常固溶在钢中，起到固溶强化的效果。采用控轧控冷方式生产的高强度钢板，Mn元素通过跨越扩散界面耗散自由能，抑制片状相端面的扩散控制长大，形成细化的片层状贝氏体板条，从而提高钢板的强度和韧性等综合性能。Mn含量过高会导致板坯开裂倾向加大，容易在板坯生产过程中形成纵裂等缺陷，而Mn含量较低则对强度的贡献较小，因此须添加C元素或者其它贵重合金元素以保证钢板的强 度。添加C元素会恶化钢板的焊接性能，添加其它贵重元素会提高钢板成本。因此，本发明中 加入0.90～1.0wt%Mn元素，使钢板具有良好的强韧性。
Ti：Ti与N在高温时形成TiN，板坯加热奥氏体化时，TiN会抑制奥氏体晶粒长大。热轧过程中，Ti与C在较低温度区间形成纳米级的TiC，细小的TiC颗粒具有显著的沉淀强化和细晶强化作用，有利于提高钢板的强度和低温冲击性能。但当Ti含量过高，一方面则会形成粗大的方形 TiN析出，钢板在受力时应力会集中在TiN颗粒附近，成为微裂纹的形核长大源，降低钢板的疲劳性能。另一方面由于TiC固溶度积较小而导致（连铸）钢坯加热过程中Ti难以固溶，起不到相应的作用。综合以上，为了保证足够的碳氮化物的析出，屈服强度能达到700MPa以上，本发明中的Ti含量控制在0.11～0.13wt%范围内。
Cr: 可有效提高钢的强度和硬度，但同时会降低塑性和韧性，Cr含量控制在0.30～0.50％。
V：V是铁素体化元素，强烈缩小奥氏体区。高温溶入奥氏体中的V元素能够增加钢的淬透性。钢中V元素的碳化物V4C3比较稳定，可以抑制晶界移动和晶粒长大。V元素和Cu元素在钢中都是起沉淀强化作用，但是相对Cu元素来说，只需加入极少量的V元素，即可达到同等的沉淀强化效果。此外，Cu元素在钢中容易引起晶界裂纹；因而必须加入至少达到其一半含量的Ni元素，才能避免裂纹，而Ni元素同样是十分昂贵的合金元素，以V元素代替Cu元素可以大幅度降低钢的制造成本。加入微量的V能使得其和Ti、Cr元素共同作用，形成10nm以下的细小的（TiCrV）(CN)的M(CN)析出物，大大增加强度增量。因此，本发明中加入0.03～0.05wt%的V元素以保证有较高的屈服强度。
P、S、O、N：钢中的有害杂质元素，会显著降低钢的塑韧性和焊接性能，因此应尽可能的减少上述杂质元素含量。如上所述成分质量百分含量及其屈限强度大于700MPa的薄规格高强钢板（卷）的生产方法包括下述程序。
本申请实施例提供的薄规格高强度集装箱板的屈服强度≥700MPa，抗拉强度≥750MPa,伸长率≥17%。其组织以低碳铁素体基体+碳化物析出物为主，析出相类型主要有M(CN)、 Ti(CN)和TiC，且析出物尺寸10nm以下的占总析出物的20%以上，能起到比较大的强度增量。
本申请实施例提供的薄规格高强度集装箱板，组成元素及相应的含量合理，各组成元素相互配合。组成元素中不包含贵重的Nb、Mo和Cu等其他合金元素，V元素代替 Cu元素可以大幅度降低钢的制造成本。微量的V能使得其和Ti、Cr元素共同作用，形成10nm以下的细小的（TiCrV）(CN)的M(CN)析出物，大大增加强度增量。上述薄规格高强度集装箱板不包含贵重的Nb、Mo和Cu等其他合金元素，可以大幅度降低钢的制造成本，同时，兼具较好的力学性能。
可选地，以质量百分数计，薄规格高强度集装箱板钢包括：C:0.055～0.065、Si:0.30～0.40、Mn :0.95～1.0、Ti :0.12～0.13、Cr:0.45～0.55、V:0.035~0.050、S≤0.004、P≤0.010，余量为Fe及其它不可避免的杂质。
本申请还提供了一种薄规格高强度集装箱板的制备方法，包括以下步骤：
将组成上述的钢坯进行加热，均热炉或加热炉前4区炉温控制在1200~1300℃，加热炉的空气过剩系数为0.95～1.02，钢坯的出炉温度为1150~1200℃，且在炉时间在30min以上；
将加热后的钢坯进行连轧得到钢板，卷取得到钢卷；连轧的初轧温度为1130~1160℃，终轧温度为820～920℃。
钢坯可采用多种方法制备得到，如对高炉铁水进行脱硫预处理，经脱硫预处理的高炉铁水兑入氧气顶底复合吹炼转炉（如100t级）冶炼，冶炼钢水经吹氩及加钙处理后，钢水化学成分（即合格钢水中各冶金元素的质量百分含量）相同于成品材的化学成分，钢水经LF+钙处理后的钢水送连铸机连铸成所需断面尺寸的钢坯。因此钢坯的具体制备方法在此不作限制。
加热温度和出炉温度需要持续保持较高的温度，并且在炉时间在30min以上，在炉时间长，可很好的保证Ti元素的固溶，从而大幅提高强度。此空气过剩系数也是为了保证煤气充分的燃烧的前提下炉内的还原性气氛，从而控制板坯的表面氧化物厚度，一方面减少烧损，另外有利于除鳞干净。初轧温度为1130~1160℃，可以确保轧制力不超负荷、轧制的稳定性。
上述加热和轧制制度生产出的成品晶粒度尺寸比常规生产线要低1个级别左右，使得薄规格高强度集装箱板保持较高强度的同时还有优异的加工性能。
可选地，钢板在560～660℃的条件下卷取成钢卷。卷取温度较高，其生产的板形优异，轧制成材率明显高于常规热轧线。
可选地，终轧后的钢板以冷却速度100～300℃/s进行超快速冷却，然后以10～25℃/s层流冷却的方式把钢板冷却到560～660℃。超快冷的效果是为了获得比较细小的成品晶粒度。冷却速度大于25℃/s会造成冷却板形的不均匀；冷却速度低于10℃/s会造成组织的粗大，引起性能的不合。
可选地，钢坯加热和钢坯连轧之间还包括：
将加热后的钢坯进行除鳞，除鳞压力不小于200bar。
钢坯加热还需要进行除鳞，钢坯加热后进入除鳞机去除板坯表面的氧化物，除鳞压力不小于200bar，以确保氧化物能去除干净。
可选地，连轧采用7机架连轧，轧制后的钢板的厚度为1.2～4.0mm。采用7机架。机架太少的话提供不了足够的压下，不能实现超薄规格的生产；机架太多的话，一方面投资过大，另一方面轧制过程稳定性会降低。
可选地，钢坯的制备方法包括：将高炉铁水依次进行脱硫预处理、转炉冶炼、吹氩及加钙处理，连铸后得到组成如权利要求1的钢坯，连铸保护渣采用集装箱板专用的保护渣，保护渣碱度为0.95～1.05，粘度为1.9-2.2泊。
可选地，连铸的拉速为4.2~5m/min，钢坯的厚度为55~70mm。比较高的拉速能保证铸坯入炉时比较高的温度，同时也能提高生产效率。55~70mm厚的钢坯厚度能保证达到最终的成品厚度。
可选地，连铸的温度为900～1000℃。在该铸坯的温度下，可保持较高的入炉温度，为后续快速加热减轻负担。
以下结合具体实施例对本申请的具体方案进行介绍。
实施例1
将冶炼好的钢水(钢水的化学成分重量百分比为：C：0.055%，Si：0.35%，Mn：0.96%，P：0.008%，S：0.003%，Cr：0.46%，V:0.035%，Ti:0.12%，余量为Fe和不可避免的杂质元素)，浇铸成60mm厚的板坯，连铸拉速4.1m/min，板坯入炉温度930℃,将板坯送入隧道式加热炉进行加热；其中加热炉1-7区的温度分别为1250℃、1265℃、1270℃、1255℃、1230℃、1230℃、1235℃，板坯在炉时间35min；轧机入口温度1160℃，精轧出口温度910℃，经终轧后的钢板以冷却速度100～300℃/s进行超快速冷却，然后以10～25℃/s层流冷却的方式把钢板冷却到620℃卷取，最后轧成厚度为1.2mm薄规格的高强钢板。材样晶粒度等级14级，钢板屈服强度775MPa，抗拉强度856MPa，延伸率19%，d=a冷弯合格。
实施例2
将冶炼好的钢水(钢水的化学成分重量百分比为：C：0.06%，Si：0.39%，Mn：0.94%，P：0.009%，S：0.003%，Cr：0.52%，V:0.037%，Ti:0.11%，，余量为Fe和不可避免的杂质元素)，浇铸成70mm厚的板坯，连铸拉速4.0m/min，板坯入炉温度930℃,将板坯送入隧道式加热炉进行加热；其中加热炉1-7区的温度分别为1250℃、1265℃、1270℃、1255℃、1230℃、1230℃、1235℃，板坯在炉时间40min；轧机入口温度1170℃，精轧出口温度880℃，经终轧后的钢板以冷却速度100～300℃/s进行超快速冷却，然后以10～25℃/s层流冷却的方式把钢板冷却到600℃卷取，最后轧成厚度为4.0mm薄规格的高强钢板。材样晶粒度等级13级，钢板屈服强度736MPa，抗拉强度817MPa，延伸率21%，d=a冷弯合格。
实施例3
将冶炼好的钢水(钢水的化学成分重量百分比为：C：0.053%，Si：0.39%，Mn：0.97%，P：0.010%，S：0.003%，Cr：0.46%，V:0.032%，Ti:0.12%，，余量为Fe和不可避免的杂质元素)，浇铸成55mm厚的板坯，连铸拉速4.3m/min，板坯入炉温度935℃,将板坯送入隧道式加热炉进行加热；其中加热炉1-7区的温度分别为1255℃、1260℃、1270℃、1260℃、1240℃、1235℃、1235℃，板坯在炉时间38min；轧机入口温度1165℃，精轧出口温度890℃，经终轧后的钢板以冷却速度100～300℃/s进行超快速冷却，然后以10～25℃/s层流冷却的方式把钢板冷却到610℃卷取，最后轧成厚度为2.0mm薄规格的高强钢板。材样晶粒度等级13.5级，钢板屈服强度742MPa，抗拉强度825MPa，延伸率19.5%，d=a冷弯合格。
取实施例1的薄规格高强度集装箱板进行X射线衍射分析统计，具体的金相图如图1所示，其组织主要为铁素体+碳化物析出相。
一、析出相结构分析
由下表可知，薄规格高强度集装箱板的析出相类型含有M3C，Ti(CN)和TiC析出相。
二、析出相定量分析结果
M(CN)相方面：由表2可知，实施例1的薄规格高强度集装箱板析出相组成为(V0.140Cr0.040Ti0.820)(C0.851N0.149)、(V0.081Cr0.014Ti0.905)(C0.738N0.261)，含量分别为0.145%%。
三、渗碳体方面
由表3可知，实施例1的薄规格高强度集装箱板组成分别为(Fe0.796Cr0.122Mn0.077V0.005)3C、(Fe0.935Cr0.036Mn0.024V0.005)3C，含量分别为0.280%、0.243%，含量相差不多。
四、MC相粒度分析结果
图2为实施例1的薄规格高强度集装箱板的M(CN)析出相尺寸分布，其中粒子的比重为9.89%，直径5~10nmM(CN)相粒子的比重为13.26%，直径1~5nmM(CN)相，即起主要强化作用的直径10nm以下的M(CN)相粒子比重为23.15%，其比重相对较大，因此薄规格高强度集装箱板具有较高的强度。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种薄规格高强度集装箱板，其特征在于，所述薄规格高强度集装箱板钢包括如下质量百分含量的组分：C:0.050～0.065、Si:0.30～0.40、Mn :0.90～1.0、Ti :0.11～0.13、Cr:0.40～0.60、V:0.030~0.050、S≤0.004、P≤0.018，余量为Fe及其它不可避免的杂质，
所述薄规格高强度集装箱板的制备方法包括以下步骤：
将所述组分的钢坯进行加热，均热炉或加热炉的炉温控制在1200~1300℃，加热炉的空气过剩系数为0.95～1.02，所述钢坯的出炉温度为1150~1200℃，且在炉时间在30min以上；
将加热后的钢坯进行连轧得到钢板，卷取得到钢卷；所述连轧的初轧温度为1130~1160℃，终轧温度为820～920℃，
所述终轧后的钢板以冷却速度100～300℃/s进行超快速冷却，然后以10～25℃/s层流冷却的方式把钢板冷却到560～660℃。
2.根据权利要求1所述的薄规格高强度集装箱板，其特征在于，所述薄规格高强度集装箱板钢包括如下质量百分含量的组分：C:0.055～0.065、Si:0.30～0.40、Mn :0.95～1.0、Ti :0.12～0.13、Cr:0.45～0.55、V:0.035~0.050、S≤0.004、P≤0.010，余量为Fe及其它不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的薄规格高强度集装箱板，其特征在于，所述钢板在560～660℃的条件下卷取成所述钢卷。
4.根据权利要求1所述的薄规格高强度集装箱板，其特征在于，所述钢坯加热和所述钢坯连轧之间还包括：
将加热后的钢坯进行除鳞，所述除鳞压力不小于200bar。
5.根据权利要求1所述的薄规格高强度集装箱板，其特征在于，所述连轧采用7机架连轧，轧制后的所述钢板的厚度为1.2～4.0mm。
6.根据权利要求3~5中任一项所述的薄规格高强度集装箱板，其特征在于，所述钢坯的制备方法包括：将高炉铁水依次进行脱硫预处理、转炉冶炼、吹氩及加钙处理，连铸后得到组成如权利要求1所述的钢坯，所述连铸保护渣采用集装箱板专用的保护渣，所述保护渣碱度为0.95～1.05，粘度为1.9-2.2泊。
7.根据权利要求6所述的薄规格高强度集装箱板，其特征在于，所述连铸的拉速为4.2~5m/min，所述钢坯的厚度为55~70mm。
8.根据权利要求6所述的薄规格高强度集装箱板，其特征在于，所述连铸的温度为900～1000℃。
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