CN113025894A - 一种短流程工艺在线生产的超高强q960热轧卷板及制备方法 - Google Patents

一种短流程工艺在线生产的超高强q960热轧卷板及制备方法 Download PDF

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Abstract

一种短流程工艺在线生产的超高强Q960热轧卷板及其制备方法。本发明的微合金元素的应用，既细化了晶粒、提高了再结晶温度，又起到了析出强化的效果。快速冷却既获得了以板条贝氏体为主的低温复相组织，又减少了轧板在高温区停留的时间，将处于加工硬化状态的奥氏体保留到相变温度区，获得了晶粒细小的最终组织。采用了较高的卷取温度，有利于获得良好的板形。同时，利用钢板卷取后缓慢的冷却过程进行自回火，省去了调质处理等热处理工序，以“轧后超快冷+在线自回火”代替了传统的“再加热淬火+离线回火”工艺，降低了生产成本，节约了生产能耗，缩短了产品的交货周期。屈服强度≥960MPa，抗拉强度≥980MPa，伸长率≥12％，‑40℃V型缺口冲击功≥75J。

Description

一种短流程工艺在线生产的超高强Q960热轧卷板及制备方法
技术领域
本发明属于金属材料加工技术领域，涉及一种卷板及其制备方法，具体涉及一种Q960级热轧卷板及其制备方法。
背景技术
低合金高强钢广泛应用于国家能源开发、基础设施建设、机械制造等领域，适用于较重要的钢结构，例如工程机械、海洋结构、煤机、桥梁、建筑结构和军用机械装备等。近年来随着装备制造业向高性能化、大型化、减量化迅猛发展，Q600MPa级别薄规格钢板开始逐步退出大型工程机械用钢板市场，Q700MPa级别的钢板已成为需求的主流，Q960MPa级别薄规格钢板的使用呈上升趋势。在工程机械领域，960MPa级的高强钢板主要用于起重机吊臂、混凝土泵车布料杆、自卸车车厢底板和侧板等结构件中。2019年全球生产起重机约19万辆，其中，仅吊臂、支腿、车架三种结构件大约消耗高强钢板133万吨。此外，2019年全球生产的104万辆自卸车和2万辆泵车共消耗高强钢板约670万吨，由此可见，高强钢板的需求之大。在中国，2019年高强钢板的年产量便达到了3378万吨。在环保理念的驱动下，伴随着下游产品的更新换代，超高强钢板的需求量将会维持高增长，因此，加强兼具高强度和良好塑韧性的薄规格先进超高强钢的开发是大势所趋。
对于低碳钢而言，通过细晶强化和析出强化所能达到的屈服极限一般不超过600MPa，要想得到屈服强度600MPa以上的高强度钢，引入贝氏体或马氏体的组织强化是必要的。中国专利申请CN201911182025.7公布了一种960MPa级超高强度钢，该钢轧制完成后以大于5℃/s的平均冷却速度冷却至200℃以下，随后缓冷。然后对缓冷后的钢板进行调质热处理，获得了贝氏体和马氏体的双相组织。该钢力学性能达到了Q960的国标要求，但是该钢性能的满足需要添加调质热处理工序，这延长了生产周期，增加了生产能耗，也对产线的设备要求更加严苛。
低碳贝氏体钢在经历了控轧控冷工艺后，可以获得具有高密度位错的极细的贝氏体组织。在目前的技术条件下，如果再进一步细化贝氏体组织不仅技术难度极大，成本也大大增加。若考虑微合金元素对钢材强韧性的作用效果，充分发挥Ti、Nb、V在阻止奥氏体晶粒长大、提高再结晶温度及析出强化等方面的高效协同作用，是行之有效的方法之一。中国专利申请CN201910984996.7公布了一种超高强钢板，其加入了微合金元素Nb和Ti，并利用调质热处理获得了均匀细小的回火索氏体组织。其屈服强度≥900MPa，未达到Q960高强钢的性能要求，且其也需要后期添加调质热处理才能达到性能要求，不符合节能环保的发展理念。
热连轧在线热处理短流程工艺生产超高强度钢板省去了热处理工序，具有成本低、能耗少和交货周期短等优点，提高了产品竞争力。开发控轧控冷短流程工艺在线生产薄规格超高强度钢是钢铁企业实现价值最大化的重要手段，也是钢铁行业实现节能减排的有效途径。中国专利申请CN202010239287.9公布了一种屈服强度大于830MPa级非调质薄规格超高强钢，轧制后以40℃/s～100℃/s速率超快冷，卷取温度为520±20℃，钢卷卷取后空冷至室温。该钢卷空冷至室温后，横切成厚度为20mm～35mm的钢垛，然后以垛为单位对钢板进行回火，回火温度为520℃～600℃。与本发明相比，该钢的力学性能未达到Q960级别，且钢卷空冷后还需要进行回火处理，增加了生产能耗，依然是传统的长流程工艺。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术的缺陷，本发明公开了一种Q960级热轧卷板，该钢具有较高的韧性和强度，且生产流程更短，成本较低，适用于建造结构和工程结构等领域。
本发明的另一目的是提供一种上述Q960级热轧卷板的制备方法。
技术方案：本发明所述的一种Q960级热轧卷板，由以下质量百分比的成分组成C：0.06～0.2％、Si：0.2～0.6％、Mn：1.3～2.3％、Cr：0～0.8％、Mo：0.1～0.5％、P：≤0.025％、S：≤0.005％、Alt：0.01～0.05％、Ti：0.01～0.05％、Nb：0.02～0.08％；V：0.04～0.2％，余量为Fe及杂质元素。
其中，所述杂质元素中O：≤0.003％，N：0.003～0.01％。
该钢获得了以板条贝氏体为主的低温复相组织，且组织中析出了细小弥散的第二相粒子。其屈服强度≥960MPa，抗拉强度≥980MPa，伸长率≥12％(国标要求≥10％)，-40℃V型缺口冲击功≥75J(国标要求≥27J)。
对应于上述Q960级热轧卷板，本发明提供的制备方法采用的技术方案的步骤包括：
(1)钢坯冶炼：按照设计的合金成分，转炉冶炼后进行RH和LF炉精炼处理，然后将得到的钢水保护浇注成钢坯；
(2)铸坯加热：铸坯的装炉状态为冷装，在炉时间不少于180min，均热时间不少于30min，出钢的目标温度为1200～1250℃；
(3)轧制工艺：将均热后的钢坯通过高压水除去表面氧化铁皮后，依次经过6道次粗轧、7机架连轧达到4mm～12mm的目标厚度。其中，粗轧每道次的压下量不低于15％，粗轧的终轧温度不低于1030℃，中间坯厚度为40～50mm。精轧的开轧温度为1020～1050℃，精轧终轧温度为850～900℃，精轧出口的速度为5～8m/s；
(4)冷却工艺：本发明的轧后冷却过程可分为两阶段。一阶段为(超)快速冷却，冷却方式为超快速冷却、层流冷却或超快速冷却+层流冷却，冷却速度＞40℃/s；二阶段为卷取后的缓慢冷却(自回火)，卷取温度为400～520℃，钢板卷取后置于空气中缓慢冷却。
有益效果：该Q960级热轧卷板通过合理的元素配比，充分利用了Ti、Nb、V微合金化技术、(超)快速冷却工艺及自回火工艺之间的协同强韧化作用，获得了优异的综合性能，其屈服强度≥960MPa，抗拉强度≥980MPa，伸长率≥12％，-40℃V型缺口冲击功≥75J。微合金元素的应用，既细化了晶粒、提高了再结晶温度，又起到了析出强化的效果。(超)快速冷却技术一方面使得本发明避开了较高温度的相变，获得了以板条贝氏体为主的低温复相组织；另一方面，减少了轧板在高温区停留的时间，将处于加工硬化状态的奥氏体保留到相变温度区，获得了晶粒细小的最终组织。此外，本发明采用了较高的卷取温度，有利于获得良好的板形。同时，本发明利用钢板卷取后缓慢的冷却过程进行自回火，省去了调质处理等热处理工序，以“轧后超快冷+在线自回火”代替传统的“再加热淬火+离线回火”工艺，降低了生产成本，节约了生产能耗，缩短了产品的交货周期。因此，本发明的推广有利于推动钢铁产业的节能减排，符合可持续发展的思想。
附图说明
图1为实施例1得到的钢材料在光学显微镜下的微观组织形貌照片；
图2为实施例1得到的钢材料在扫描电镜下的微观组织形貌照片；
图3为实施例2得到的钢材料在光学显微镜下的微观组织形貌照片；
图4为实施例2得到的钢材料在扫描电镜下的微观组织形貌照片；
图5为实施例3得到的钢材料在光学显微镜下的微观组织形貌照片；
图6为实施例3得到的钢材料在扫描电镜下的微观组织形貌照片。
具体实施方式
以下结合实施例，示例性说明及帮助进一步理解本发明。但实施例具体细节仅是为了说明本发明，并不代表本发明构思下的全部技术方案，因此不能理解为对本发明技术方案的限定。一些不偏离本发明构思的非实质性改动，例如相同或相似的成分或工艺微调等，均属本发明权利保护范围。
实施例1：
本发明的一种超高强度钢的制备工艺，具体处理工艺如下：
1)以质量百分比记，该高强钢的成分为C：0.08％、Si：0.4％、Mn：1.8％、Cr：0.5％、Mo：0.3％、P：≤0.025％、S：≤0.005％、Alt：0.03％、Ti：0.025％、Nb：0.05％、V：0.05％、N：0.0035％。
2)按照设计的合金成分，转炉冶炼后进行RH和LF炉精炼处理，将得到的钢水保护浇注成钢坯。
3)铸坯加热：铸坯的装炉状态为冷装，在炉时间不少于180min，均热时间不少于30min，出钢的目标温度为1230℃。
4)轧制及冷却工艺：将均热后的钢坯通过高压水除去表面氧化铁皮后，依次经过6道次粗轧、7机架连轧达到6mm的目标厚度；经历(超)快速冷却后，在490℃下卷取，并利用钢卷缓慢的冷却过程实现自回火。
5)将实施例1得到的钢材料，按照国家标准进行力学性能测试，结果如下：屈服强度为995MPa，抗拉强度为1059MPa，断后伸长率为12.4％，-40℃V型缺口冲击功为95J。
实施例2：
本发明的一种超高强度钢的制备工艺，具体处理工艺如下：
1)以质量百分比记，该高强钢的成分为C：0.1％、Si：0.4％、Mn：1.8％、Mo：0.3％、P：≤0.025％、S：≤0.005％、Alt：0.03％、Ti：0.025％、Nb：0.05％、V：0.1％、N：0.005％。
2)按照设计的合金成分，转炉冶炼后进行RH和LF炉精炼处理，将得到的钢水保护浇注成钢坯。
3)铸坯加热：铸坯的装炉状态为冷装，在炉时间不少于180min，均热时间不少于30min，出钢的目标温度为1230℃。
4)轧制及冷却工艺：将均热后的钢坯通过高压水除去表面氧化铁皮后，依次经过6道次粗轧、7机架连轧达到6mm的目标厚度；经历(超)快速冷却后，在489℃下卷取，并利用钢卷缓慢的冷却过程实现自回火。
5)将实施例2得到的钢材料，按照国家标准进行力学性能测试，结果如下：屈服强度为971MPa，抗拉强度为1002MPa，断后伸长率为12.6％，-40℃V型缺口冲击功为108J。
实施例3：
本发明的一种超高强度钢的制备工艺，具体处理工艺如下：
1)以质量百分比记，该高强钢的成分为C：0.08％、Si：0.4％、Mn：1.8％、Cr：0.5％、Mo：0.3％、P：≤0.025％、S：≤0.005％、Alt：0.01％、Ti：0.025％、Nb：0.06％、V：0.2％、N：0.01％。
2)按照设计的合金成分，转炉冶炼后进行RH和LF炉精炼处理，将得到的钢水保护浇注成钢坯。
3)铸坯加热：铸坯的装炉状态为冷装，在炉时间不少于180min，均热时间不少于30min，出钢的目标温度为1230℃。
4)轧制及冷却工艺：将均热后的钢坯通过高压水除去表面氧化铁皮后，依次经过6道次粗轧、7机架连轧达到6mm的目标厚度；经历(超)快速冷却后，在510℃下卷取，并利用钢卷缓慢的冷却过程实现自回火。
5)将实施例3得到的钢材料，按照国家标准进行力学性能测试，结果如下：屈服强度为993MPa，抗拉强度为1076MPa，断后伸长率为12.4％，-40℃V型缺口冲击功为74J。

Claims (4)

1.一种短流程工艺在线生产的超高强Q960热轧卷板，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成C：0.06～0.2％、Si：0.2～0.6％、Mn：1.3～2.3％、Cr：0～0.8％、Mo：0.1～0.5％、P：≤0.025％、S：≤0.005％、Alt：0.01～0.05％、Ti：0.01～0.05％、Nb：0.02～0.08％；V：0.04～0.2％，余量为Fe及杂质元素。
2.根据权利要求1所述的短流程工艺在线生产的超高强Q960热轧卷板，其特征在于，所述杂质元素中O：≤0.003％，N：0.003～0.01％。
3.根据权利要求1～2所述的短流程工艺在线生产的超高强Q960热轧卷板，其特征在于，获得了以板条贝氏体为主的低温复相组织，组织中析出了细小弥散的第二相粒子。
4.一种根据权利要求1～3任一项所述的短流程工艺在线生产的超高强Q960热轧卷板的制备方法，其特征在于具体制备步骤包括：
(1)钢坯冶炼：按照设计的合金成分，转炉冶炼后进行RH和LF炉精炼处理，然后将得到的钢水保护浇注成钢坯；
(2)铸坯加热：铸坯的装炉状态为冷装，在炉时间不少于180min，均热时间不少于30min，出钢的目标温度为1200～1250℃；
(3)轧制工艺：将均热后的钢坯通过高压水除去表面氧化铁皮后，依次经过6道次粗轧、7机架连轧达到4mm～12mm的目标厚度；其中，粗轧每道次的压下量不低于15％；粗轧的终轧温度不低于1030℃，中间坯厚度为40～50mm；精轧的开轧温度为1020～1050℃，精轧终轧温度为850～900℃，精轧出口的速度为5～8m/s；
(4)冷却工艺：本发明的轧后冷却过程分为两阶段。一阶段为超快速冷却，冷却方式为超快速冷却、层流冷却或超快速冷却+层流冷却，冷却速度＞40℃/s；二阶段为卷取后的自回火缓慢冷却，卷取温度为400～520℃，钢板卷取后置于空气中缓慢冷却。
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