CN112708824B

CN112708824B - 热轧薄规格吉帕级高强钢的生产方法

Info

Publication number: CN112708824B
Application number: CN202011431407.1A
Authority: CN
Inventors: 亢庆锋; 贾改风; 李冠楠; 李俊生; 裴庆涛; 孙毅; 李成亮
Original assignee: Handan Iron and Steel Group Co Ltd; HBIS Co Ltd Handan Branch
Current assignee: Handan Iron and Steel Group Co Ltd; HBIS Co Ltd Handan Branch
Priority date: 2020-12-07
Filing date: 2020-12-07
Publication date: 2022-06-14
Anticipated expiration: 2040-12-07
Also published as: CN112708824A

Abstract

本发明公开了热轧薄规格吉帕级高强钢的生产方法。其包括炼钢、连铸、板坯加热、控制轧制、控制冷却工序，所述铸坯成分的重量百分含量为：C 0.14%‑0.22%，Si 0.50%‑1.40%，Mn 1.00%‑1.80%，P＜0.02%，S＜0.01%，Als 0.020%‑0.050%，Nb 0.020%‑0.04%；其他为Fe和不可避免的微量杂质。本方法在生产中采用中C、高Si、Mn及少量微合金Nb的成分设计，降低了钢水合金成本并改善了带钢的塑韧性以及焊接性能；然后再通过控轧控冷工艺得到通带组织均匀和板形良好的热轧薄规格吉帕级高强钢，该方法具有生产工艺流程短、工序成本低、交货周期短、组织均匀、塑性好、强度高以及板形优良的特点。

Description

热轧薄规格吉帕级高强钢的生产方法

技术领域

本发明涉及一种钢材生产方法，尤其涉及一种热轧薄规格吉帕级高强钢的生产方法。

背景技术

热轧薄规格吉帕级高强钢具有高强度、高硬度、高耐磨、高延伸以及板形优良的特点，广泛用于工程机械领域。传统热连轧薄规格高强钢强度最高只有800MPa左右，对于某些要求高强度高硬度的工程机械领域如重型机械料斗、碎料机、刮板运输机、铲土机斗齿、铲斗、推土机刀片等，传统热连轧薄规格高强钢强度硬度难以满足工况使用。同时，吉帕级高强钢主要采用轧后离线调质热处理获得，存在工艺流程长、工序成本高、交货周期长、薄规格板形不稳定等问题。

CN106148822A专利公开了“一种具有优异低温冲击韧性的低屈强比高强韧厚钢板及其制造方法”。其化学成分按重量百分比为：C：0.05-0.10，Si：0.15-0.35，Mn：1.0-1.8，P<0.014，S<0.001，Nb：0.03-0.05，Ti：0.0012-0.02，Ni：0.5-1.0，Cr：0.1-0.4，Cu：0.5-1.0，Mo：0.1-0.5，Alt：0.001-0.03，其余为铁和不可避免的杂质；采用离线淬火+高温回火工艺，工艺复杂、工序和合金成本高、交货周期长，且只能生产厚板。

CN107151763A专利公开了“薄规格高强度冷成型用热轧钢带”，其化学成分按重量百分比为：C：0.06%-0.10%，Si：0.10%-0.20%，Mn：1.10%-1.40%，P≤0.01%，S≤0.008%，Nb：0.04%-0.07%，V≤0.10-0.16%，Ti≤0.12-0.18%，Mo≤0.10-0.20%，N≤35ppm，O≤40ppm，其余为铁和不可避免的杂质；其抗拉强度最高只有800MPa左右，难以应用在重型机械料斗、碎料机、刮板运输机等领域，且加入了大量的贵重合金Nb、V和Mo，合金成本高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种热轧薄规格吉帕级高强钢的生产方法，具有生产工艺流程短、工序成本低、组织均匀、塑性好、强度高以及板形优良的特点。

解决上述技术问题的技术方案为：

热轧薄规格吉帕级高强钢的生产方法，包括炼钢、板坯连铸、加热、控制轧制、控制冷却工序；所述连铸工序，铸坯主要成分的重量百分含量为：C 0.14%-0.22%，Si 0.50%-1.40%，Mn 1.00%-1.80%，P＜0.02%，S＜0.01%，Als 0.020%-0.050%，Nb 0.020%-0.04%；其他为Fe和不可避免的微量杂质。

上述的热轧薄规格吉帕级高强钢的生产方法，所述控制冷却工序采用分段冷却，可以获得一定比例的铁素体以保证高强度和塑韧性；冷却一段采取集中快冷，冷速40-60℃/s；中间空冷时间3-7s，空冷温度620-690℃；冷却二段冷却集管开水组数6-11组，其中上层冷却集管每组关1支，下层冷却集管全部开启，冷速30-55℃/s，以保证上下表面冷却强度均衡。

上述的热轧薄规格吉帕级高强钢的生产方法，所述控制冷却工序，冷却二段上下冷却集管水量比为（0.59-0.69）：1，使钢带上下表面冷却强度均衡，既保证了组织与性能的均匀性，又避免了C翘、弓背板形问题。

上述的热轧薄规格吉帕级高强钢的生产方法，所述控制冷却工序，采用边部遮挡，带钢边部遮挡距离30-100mm，边部遮挡保证了通宽组织相变的同步性，进而改善边浪问题。

上述的热轧薄规格吉帕级高强钢的生产方法，所述控制轧制工序，粗轧共2台轧机，采用3+5道次轧制；粗轧阶段R2轧机3、4、5道次压下量分别为23-24%、24-25%、26-29%；粗轧末道次轧制出口温度1000℃-1075℃；精轧共7台轧机，精轧终轧温度设置为850℃-900℃。

所述加热工序，铸坯均热温度为1200℃-1280℃，加热时间为180min-240min。

上述的热轧薄规格吉帕级高强钢的生产方法，所述高强钢带的厚度为3-6.6mm。

理论分析：

在成分设计上，采用适当降低C含量，同时加入Si、Mn合金的设计思路，既保障轧后吉帕级高强钢强度和硬度，又改善吉帕级高强钢轧后塑性差的问题，同时改善了薄规格吉帕级高强钢的焊接性能。C含量过高，对钢级的低温韧性及焊接耐蚀性不利。本发明C含量为0.14%-0.22%。

Si和Mn：本发明采用高Si高Mn成分设计：一是Mn和Si相互协调可以大幅提高钢的淬透性；二是Si和Mn是奥氏体稳定元素，推迟奥氏体向珠光体转变，扩大了工艺窗口，有利于组织调控；三是可以获得一定含量的残余奥氏体，改善吉帕级高强钢的塑性。但Si过高会使钢的脆性增大，冲击韧性下降，同时过量的Mn易形成严重的中心偏析，破坏组织均匀性。本发明Si含量为0.50%-1.40%，Mn含量为1.00%-1.80%。

Nb：本发明采用微量Nb成分设计：一是Nb可以细化晶粒，提高吉帕级高强钢的屈服强度；二是获得较高含量的残余奥氏体，试验表明含Nb吉帕级高强钢残余奥氏体约是不含Nb吉帕级高强钢的2倍。

粗轧的末道次轧制出口温度设置：采用Gleeble3500热模拟试验机研究得出该吉帕级高强钢高温应力应变曲线，确定变形温度在970℃-1090℃，为保证粗轧奥氏体充分再结晶，并且降低精轧变形抗力，制定粗轧的最后道次轧制出口温度1000℃-1075℃，并将粗轧阶段3、4、5道次压下量分别提高到23-24%、24-25%、26-29%。

终轧温度设置：采用Gleeble3500热模拟试验得出该吉帕级高强钢奥氏体连续冷却转变曲线，得出双相区温度在690℃-750℃，考虑到降低精轧变形抗力，将终轧温度下限设置为850℃；考虑Nb的细晶强化作用，将终轧温度上限设置为900℃。

空冷温度的设置：考虑到双相区温度在690℃-750℃，将空冷温度上限设置为690℃；为减少珠光体含量，将空冷温度下限设置为620℃。

冷却二段上下冷却集管水量比例设置：在钢带运行过程中，由于重力原因，上表面的冷却强度大于下表面，设定层流冷却二段冷上下冷却集管水量比例为（0.59-0.69）：1，使钢带上下表面冷却强度均衡，既保证了组织与性能的均匀性，又避免了C翘、弓背以及边浪问题。

空冷时间设置：为了获得一定比例的铁素体既保证高强度又保证一定的塑韧性，将中间空冷时间设置3-7s，后段间隔冷却以保证通宽冷却的均匀性。

分段冷速设置：冷却一段采取集中快冷，设置冷速40-60℃/s，使奥氏体快速进入铁素体相变区；冷却二段冷却集管开水组数6-11组，其中上层冷却集管每组关1支，下层冷却集管每组全开，设置冷速30-55℃/s，以保证上下表面冷却强度均衡。

边部遮挡设定：考虑到边部温降导致通宽相变不同步进而使钢卷出现边浪的问题，冷却一段、二段层冷均采用边部遮挡，带钢边部遮挡距离30-100mm。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

本发明采用热连轧免调质技术，工艺流程短，可缩短交货周期；生产的高强钢较传统工艺吨钢降本600元以上；生产的高强钢组织为板条马氏体、铁素体、残余奥氏体三相组织，平均延伸达到15%，平均抗拉强度达到1500MPa，弯心直径d=3a（a为钢板厚度）冷弯90°合格；生产的高强钢开平后板形不平度＜10mm/m的平均合格率达到94%。

附图说明

图1是实施例1所得热轧吉帕级高强钢的金相组织图；

图2是实施例2所得热轧吉帕级高强钢的金相组织图；

图3是实施例3所得热轧吉帕级高强钢的金相组织图；

图4是实施例4所得热轧吉帕级高强钢的金相组织图；

图5是实施例5所得热轧吉帕级高强钢的金相组织图；

图6是实施例6所得热轧吉帕级高强钢的金相组织图；

图7是实施例7所得热轧吉帕级高强钢的金相组织图；

图8是实施例8所得热轧吉帕级高强钢的金相组织图。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明的热轧薄规格吉帕级高强钢的生产方法作进一步的说明：热轧薄规格吉帕级高强钢采用铁水预处理、顶底复吹转炉、LF、RH钢包精炼炉、两机双流板坯连铸机、数字燃烧技术加热炉、双机架四辊高速可逆粗轧机组、7架四辊带钢精轧机组、密集型层流冷却装备生产。

表1列出了实施例1-实施例8的热轧薄规格吉帕级高强钢的化学成分，单位wt%;

表1：实施例1-8化学成分

实施例1-8具体工艺参数如表2所示：

表2各实施例的制造方法工艺参数

表3各实施例主要性能检测结果

从以上表3的结果可以看出，本发明通过成分和工艺的组合控制，可以实现低成本薄规格热轧吉帕级高强钢的生产。

该发明不仅生产成本低，而且质量稳定，交货周期短，极大提高生产效率。该方法生产的薄规格热轧吉帕级高强钢平均延伸达到15%，平均抗拉强度达到1500MPa，弯心直径d=3a（a为钢板厚度）冷弯90°合格，开平后板形不平度＜10mm/m平均合格率达到94%，该生产方法较传统工艺吨钢降本600元以上。

由图1-图8可知，采用本发明工艺生产的包裹个吉帕级高强钢组织为马氏体＋残余奥氏体＋铁素体。马氏体基体贡献钢板基础强度，板条马氏体块均匀，马氏体板条间铁素体和残余奥氏体为钢板提供塑韧性，且在加工过程中残余奥氏体向马氏体转变进一步增强轧吉帕级高强钢的强度和硬度。

Claims

1.热轧薄规格吉帕级高强钢的生产方法，包括炼钢、板坯连铸、加热、控制轧制、控制冷却工序；其特征在于：所述连铸铸坯主要成分的重量百分含量为：C 0.14%-0.22%，Si0.50%-1.40%，Mn 1.00%-1.80%，P＜0.02%，S＜0.01%，Als 0.020%-0.050%，Nb 0.020%-0.04%；其他为Fe和不可避免的微量杂质；所述控制轧制工序，粗轧共2台轧机，采用3+5道次轧制；粗轧阶段R2轧机3、4、5道次压下量分别为23-24%、24-25%、26-29%；粗轧末道次轧制出口温度1000℃-1075℃；精轧共7台轧机，精轧终轧温度设置为850℃-900℃；所述控制冷却工序采用分段冷却，冷却一段采取集中快冷，冷速40-60℃/s；中间空冷时间3-7s，空冷温度620-690℃；冷却二段冷却集管开水组数6-11组，冷速30-55℃/s，所述高强钢组织为板条马氏体、铁素体和残余奥氏体三相组织。

2.如权利要求1所述的热轧薄规格吉帕级高强钢的生产方法，其特征在于：所述冷却二段上层冷却集管每组关1支，下层冷却集管全部开启。

3.如权利要求1或2所述的热轧薄规格吉帕级高强钢的生产方法，其特征在于：所述控制冷却工序，冷却二段上下冷却集管水量比为（0.59-0.69）：1。

4.如权利要求1或2所述的热轧薄规格吉帕级高强钢的生产方法，其特征在于：所述控制冷却工序采用边部遮挡，带钢边部遮挡距离30-100mm。

5.如权利要求1所述的热轧薄规格吉帕级高强钢的生产方法，其特征在于：所述高强钢带的厚度为3-6.6mm。