CN112779464A - 一种非调质钢板材及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种非调质钢板材及其生产方法，属于钢板轧制技术领域，其化学成分及其重量百分比为：C：0.15％～0.19％；Si：0.20％～0.50％；Mn：0.7％～0.89％；P：0.0001％～0.035％；S：0.04％～0.07％；Cr：0.30％～0.50％；Cu：0.15％～0.20％；Al：0.025％～0.05％,余量为Fe及不可避免的杂质，其中Mn/Cr为2.0～3.0，Mn/Cu为3.5～5.0，Cr/Cu为1.5～2.5。本发明非调质钢板材通过延缓组织渗碳体析出以及利用微合金元素第二相粒子阻止晶粒长大的方式，获得细小均匀的组织形态。

Description

一种非调质钢板材及其生产方法
技术领域
本发明属于钢板轧制技术领域，尤其涉及一种非调质钢板材及其生产方法。
背景技术
在现阶段的生产工艺过程，非调质钢板材由于热处理生产工艺方面简化，逐渐已经取代调质类钢板生产，但是此类钢板生产方法普遍采用加入贵重合金元素的方式，依靠微合金细化晶粒作用提高钢的韧性、保持强度，但在减免热处理工序时间、成本的同时也增加了板材制造时的合金成本，未能给非调质钢种的成本方面带来本质性变化；且由于微合金元素的加入，板材易出现边裂等质量缺陷，同时对板材生产工艺要求严格，降低板材生产制造的合格率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种合金成本低、轧制过程产生的质量缺陷少的非调质钢板材，以及这种板材的生产方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种非调质钢板材，其化学成分及其重量百分比为：C：0.15％～0.19％；Si：0.20％～0.50％；Mn：0.7％～0.89％；P：0.0001％～0.035％；S：0.04％～0.07％；Cr：0.30％～0.50％；Cu：0.15％～0.20％；Al：0.025％～0.05％,余量为Fe及不可避免的杂质。
本发明成分设计主要原理在于使用部分Cr、Cu元素不仅弥补固溶强化的不足，在冷却过程中提高淬透性以减少碳化物析出，并可解决部分C、Mn元素偏析的问题。随铜含量的增加,钢的持久强度增加,钢中的主要强化相为富铜相,M23C6,MC,M6C。在时效过程中,固溶于奥氏体基体的铜以细小弥散球状富铜相的形式析出,形成富铜强化相，具有高强度、高韧性、良好的可焊接及耐蚀性等多种优良性能。但是较高的铜含量会随时效温度的提高而发生铜的固溶度增大，析出的颗粒长大，析出的强化作用减弱。因此通过与Mn、Cr一定配比加入，在稳定奥氏体的前提下，使铜离子以细小弥散的形式析出发挥出最大的强化作用。
优选的，Mn/Cr为2.0～3.0，Mn/Cu为3.5～5.0，Cr/Cu为1.5～2.5。
采用高含量Mn元素可以使得铜在MnS夹杂物上析出，从而减轻铜在晶界的富集情况，从根本上减轻铜对于钢材的热脆性危害，因此钢中Mn与Cu的重量百分含量比值Mn/Cu设计为3.5～5.0。同时铬能增加钢的淬透性并有二次硬化作用，可提高钢的硬度和耐磨性而不使钢变脆，同时还增加钢的热强性。铬能提高碳素钢轧制状态的强度和硬度，但过高的Cr降低伸长率和断面收缩率。同时当铬含量超过一定量时，强度和硬度将下降，伸长率和断面收缩率则相应地有所提高，因此结合Cr合金在C-Mn合金钢的特点，钢中Mn与Cr的重量百分含量比值Mn/Cr设计为2.0～3.0；同时Cr的分布对Cu-Cr合金的性能影响较大，钢中Cr与Cu的重量百分含量比值Cr/Cu设计为1.5～2.5，Cr形成弥散强化作用。
本发明一种非调质钢板材的生产方法，包括连铸、板坯加热、粗轧、精轧、层流冷却、堆冷工序，其特征在于，所述精轧工序，单道次压下率为10～20%，总压下率为30～50%；开轧温度850～930℃，终轧温度750～850℃。
本发明生产方法的设计原理为变形过程中大变形量对形变组织发生动态再结晶起到一定抑制作用外，在奥氏体为再结晶区变形时，由累积变形得到的高位错密度结构将为相变提供更多的形核核心，而且加工状态的界面上核的产生更具灵活性，相变的驱动力也更大。因此，将更有利于得到均匀的细晶组织，从而有效地提高产品的强度和低温韧性。随着变形温度的降低，变形奥氏体不会再结晶，随着变形量的增加，奥氏体晶粒带内产生变形带，变形量越大，变形带就越多。如此时终止变形，金属相变时这些变形带成为形核的优先位置，从而使铁素体细化。
优选的，所述层流冷却工序，终冷温度在550～700℃。
优选的，所述堆冷工序，堆冷温度≥350℃。
优选的，所述粗轧工序，单道次压下率为15～25%，总压下率为50～70%。
优选的，所述板坯加热工序，板坯温度加热到1100～1200℃，总加热时间根据厚度按照4.5-6min/cm计算得到。
采用较低的加热速率可防止铸坯内部晶粒过分长大外，还可以防止Cu、Cr等合金元素析出后在晶界处富集，降低晶界强化的作用，还防止产生裂纹缺陷。
优选的，所述连铸工序，采用结晶器电磁搅拌，电磁搅拌电流≥350A。
本发明利用电磁搅拌产生的电磁力，消除结晶器内钢水的过热度，可提高铸坯的等轴晶率，得到良好凝固组织的铸坯，从而改善成品的性能。
优选的，所述连铸工序，铸坯在连铸末端进行表面淬火，铸坯表面冷却至350-550℃，铸坯返红温度450-600℃。
采用铸坯强冷技术不仅减少易偏析元素向铸坯内部“推移”，并有助于细化铸坯表面及近表面晶粒组织；同时通过表面淬火的铸坯热装进入加热炉，实现该钢种的降本增效。
优选的，所述堆冷工序，板材矫直完毕后在尽可能减少温降的情况下集中堆放。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明非调质钢板材通过延缓组织渗碳体析出以及利用微合金元素第二相粒子阻止晶粒长大的方式，获得细小均匀的组织形态。本发明与传统工艺相比，简化了轧制后调质热处理等工艺步骤工艺的同时，通过改变合金体系降合金成本，大大缩短了生产时间，节降了大部分能耗，提高了经济效益。
具体实施方式
本发明一种非调质钢板材的生产方法，板材化学成分及其重量百分比为：C：0.15％～0.19％；Si：0.20％～0.50％；Mn：0.7％～0.89％；P：0.0001％～0.035％；S：0.04％～0.07％；Cr：0.30％～0.50％；Cu：0.15％～0.20％；Al：0.025％～0.05％,余量为Fe及不可避免的杂质，Mn/Cr为2.0～3.0，Mn/Cu为3.5～5.0，Cr/Cu为1.5～2.5。生产过程包括连铸、板坯加热、粗轧、精轧、层流冷却、堆冷工序，连铸工序，采用结晶器电磁搅拌，电磁搅拌电流≥350A，铸坯在连铸末端进行表面淬火，铸坯表面冷却至350-550℃，铸坯返红温度450-600℃。板坯加热工序，板坯温度加热到1100～1200℃，总加热时间根据厚度按照4.5-6min/cm计算得到。粗轧工序，单道次压下率为15～25%，总压下率为50～70%。精轧工序，单道次压下率为10～20%，总压下率为30～50%；开轧温度850～930℃，终轧温度750～850℃。层流冷却工序，终冷温度在550～700℃。堆冷工序，矫直完毕后在尽可能减少温降的情况下集中堆放，堆冷温度≥350℃。
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细地说明。
实施例1
板材化学成分及其重量百分含量见表1，生产过程包括连铸、板坯加热、粗轧、精轧、层流冷却、堆冷工序，连铸工序，采用结晶器电磁搅拌，电磁搅拌电流400A，铸坯在连铸末端进行表面淬火，铸坯表面冷却至350℃，铸坯返红温度450℃。板坯加热工序，板坯温度加热到1100℃，总加热时间根据厚度按照4.5min/cm计算得到。粗轧工序，单道次压下率为15%，总压下率为50%。精轧工序，单道次压下率为10%，总压下率为30%；开轧温度850℃，终轧温度750℃。层流冷却工序，终冷温度在550℃。堆冷工序，矫直完毕后在尽可能减少温降的情况下集中堆放，堆冷温度350℃。
实施例2
板材化学成分及其重量百分含量见表1，生产过程包括连铸、板坯加热、粗轧、精轧、层流冷却、堆冷工序，连铸工序，采用结晶器电磁搅拌，电磁搅拌电流350A，铸坯在连铸末端进行表面淬火，铸坯表面冷却至377℃，铸坯返红温度473℃。板坯加热工序，板坯温度加热到1117℃，总加热时间根据厚度按照4.71min/cm计算得到。粗轧工序，单道次压下率为16.4%，总压下率为53.7%。精轧工序，单道次压下率为12%，总压下率为33.3%；开轧温度864℃，终轧温度767℃。层流冷却工序，终冷温度在573℃。堆冷工序，矫直完毕后在尽可能减少温降的情况下集中堆放，堆冷温度373℃。
实施例3
板材化学成分及其重量百分含量见表1，生产过程包括连铸、板坯加热、粗轧、精轧、层流冷却、堆冷工序，连铸工序，采用结晶器电磁搅拌，电磁搅拌电流420A，铸坯在连铸末端进行表面淬火，铸坯表面冷却至406℃，铸坯返红温度498℃。板坯加热工序，板坯温度加热到1132℃，总加热时间根据厚度按照4.93min/cm计算得到。粗轧工序，单道次压下率为17.8%，总压下率为57%。精轧工序，单道次压下率为13%，总压下率为36.5%；开轧温度877℃，终轧温度781℃。层流冷却工序，终冷温度在599℃。堆冷工序，矫直完毕后在尽可能减少温降的情况下集中堆放，堆冷温度388℃。
实施例4
板材化学成分及其重量百分含量见表1，生产过程包括连铸、板坯加热、粗轧、精轧、层流冷却、堆冷工序，连铸工序，采用结晶器电磁搅拌，电磁搅拌电流430A，铸坯在连铸末端进行表面淬火，铸坯表面冷却至434℃，铸坯返红温度524℃。板坯加热工序，板坯温度加热到1149℃，总加热时间根据厚度按照5.16min/cm计算得到。粗轧工序，单道次压下率为19%，总压下率为60.2%。精轧工序，单道次压下率为14%，总压下率为39.7%；开轧温度891℃，终轧温度794℃。层流冷却工序，终冷温度在621℃。堆冷工序，矫直完毕后在尽可能减少温降的情况下集中堆放，堆冷温度412℃。
实施例5
板材化学成分及其重量百分含量见表1，生产过程包括连铸、板坯加热、粗轧、精轧、层流冷却、堆冷工序，连铸工序，采用结晶器电磁搅拌，电磁搅拌电流380A，铸坯在连铸末端进行表面淬火，铸坯表面冷却至466℃，铸坯返红温度543℃。板坯加热工序，板坯温度加热到1163℃，总加热时间根据厚度按照5.37min/cm计算得到。粗轧工序，单道次压下率为21.3%，总压下率为63.5%。精轧工序，单道次压下率为16%，总压下率为43%；开轧温度904℃，终轧温度817℃。层流冷却工序，终冷温度在645℃。堆冷工序，矫直完毕后在尽可能减少温降的情况下集中堆放，堆冷温度436℃。
实施例6
板材化学成分及其重量百分含量见表1，生产过程包括连铸、板坯加热、粗轧、精轧、层流冷却、堆冷工序，连铸工序，采用结晶器电磁搅拌，电磁搅拌电流390A，铸坯在连铸末端进行表面淬火，铸坯表面冷却至512℃，铸坯返红温度574℃。板坯加热工序，板坯温度加热到1184℃，总加热时间根据厚度按照5.62min/cm计算得到。粗轧工序，单道次压下率为23.6%，总压下率为67%。精轧工序，单道次压下率为18%，总压下率为47%；开轧温度919℃，终轧温度834℃。层流冷却工序，终冷温度在678℃。堆冷工序，矫直完毕后在尽可能减少温降的情况下集中堆放，堆冷温度478℃。
实施例7
板材化学成分及其重量百分含量见表1，生产过程包括连铸、板坯加热、粗轧、精轧、层流冷却、堆冷工序，连铸工序，采用结晶器电磁搅拌，电磁搅拌电流410A，铸坯在连铸末端进行表面淬火，铸坯表面冷却至550℃，铸坯返红温度600℃。板坯加热工序，板坯温度加热到1200℃，总加热时间根据厚度按照6min/cm计算得到。粗轧工序，单道次压下率为25%，总压下率为70%。精轧工序，单道次压下率为20%，总压下率为50%；开轧温度930℃，终轧温度850℃。层流冷却工序，终冷温度在700℃。堆冷工序，矫直完毕后在尽可能减少温降的情况下集中堆放，堆冷温度506℃。
表1
Figure 1
实施例1－7中钢中Mn、Cr、Cu成分含量比值（Mn/Cr、Mn/Cu、Cr/Cu）见表2。
表2
Figure 2
对实施例1－7生产得到的板材的力学性能和冲击功（AKU -40℃）进行检测，检测结果列于表3中。
表3
Figure 3
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述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：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种非调质钢板材，其特征在于，其化学成分及其重量百分比为：C：0.15％～0.19％；Si：0.20％～0.50％；Mn：0.7％～0.89％；P：0.0001％～0.035％；S：0.04％～0.07％；Cr：0.30％～0.50％；Cu：0.15％～0.20％；Al：0.025％～0.05％,余量为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种非调质钢板材，其特征在于，Mn/Cr为2.0～3.0，Mn/Cu为3.5～5.0，Cr/Cu为1.5～2.5。
3.根据权利要求1所述的一种非调质钢板材的生产方法，包括连铸、板坯加热、粗轧、精轧、层流冷却、堆冷工序，其特征在于，所述精轧工序，单道次压下率为10～20%，总压下率为30～50%；开轧温度850～930℃，终轧温度750～850℃。
4.根据权利要求2所述的一种非调质钢板材的生产方法，其特征在于，所述层流冷却工序，终冷温度在550～700℃。
5.根据权利要求2所述的一种非调质钢板材的生产方法，其特征在于，所述堆冷工序，堆冷温度≥350℃。
6.根据权利要求2所述的一种非调质钢板材的生产方法，其特征在于，所述粗轧工序，单道次压下率为15～25%，总压下率为50～70%。
7.根据权利要求2所述的一种非调质钢板材的生产方法，其特征在于，所述板坯加热工序，板坯温度加热到1100～1200℃，总加热时间根据厚度按照4.5-6min/cm计算得到。
8.根据权利要求2所述的一种非调质钢板材的生产方法，其特征在于，所述连铸工序，采用结晶器电磁搅拌，电磁搅拌电流≥350A。
9.根据权利要求2所述的一种非调质钢板材的生产方法，其特征在于，所述连铸工序，铸坯在连铸末端进行表面淬火，铸坯表面冷却至350-550℃，铸坯返红温度450-600℃。
10.根据权利要求4所述的一种非调质钢板材的生产方法，其特征在于，所述堆冷工序，板材矫直完毕后在尽可能减少温降的情况下集中堆放。
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