CN113215491B - 一种1300MPa级热连轧超高强钢板及其制造方法 - Google Patents

一种1300MPa级热连轧超高强钢板及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种1300MPa级热连轧超高强钢板及其制造方法，成分：C0.15‑0.30％；Si0.20‑1.20％；Mn1.5‑2.5％；P≤0.015％；S≤0.008％；Nb0.020‑0.050％，Ti0.020‑0.050％；Als0.10‑0.50％；B0.0010‑0.0020％；H≤0.00015％；N≤0.0030％；O≤0.0030％；其余为Fe及不可避免的夹杂。采用TMCP+直接淬火工艺技术，无需调质或回火热处理工艺，在热连轧板带生产线上实现1300MPa级热轧超高强钢板的工业生产，具有工艺流程短、生产成本低、产品强硬度高、耐磨性能好、冷弯成形性能好、板形好等特点。

Description

一种1300MPa级热连轧超高强钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及先进高强钢生产工艺技术领域，特别涉及到一种1300MPa级热连轧超高强钢板及其制造方法。
背景技术
高强钢作为轻量化最直接、最有效的手段之一，被广泛应用于矿山、冶金、电力、工程机械等领域。国内外批量工业生产的热轧高强钢强度级别主要集中在1000MPa以下，随着国家倡导低碳排放、节能减排、绿色环保等政策，以及工程机械设备轻量化的发展趋势越发迫切，1000MPa及以上强度级别热轧超高强钢板的需求量日趋增加。
目前国内外批量工业生产的1000MPa及以上强度级别的超高强钢，一方面，其化学成分设计思路基本为低C、低Si、高Mn、高Cr、高Mo、高Ni，并添加适量微合金元素Nb、V、Ti、B，化学成分设计较为复杂，合金成本较高。另一方面，其生产工艺流程大多采用热轧+离线淬火+离线回火、热轧+离线淬火，少数采用热轧+在线淬火+离线回火，不仅工艺流程较长、能耗高、生产成本高，而且产品组织基本为马氏体，组织内应力大，冷弯成形性能受限。
直接淬火工艺是指钢板轧制结束后利用轧制余热直接进入层流冷却装置实现直接淬火的新工艺，直接淬火工艺在高强度宽厚板生产线中应用较多，主要生产厚度规格≥8mm的钢板，但在热连轧板带生产线中应用目前相对较少，主要板形难以保证；仅有公开号为CN107099731 A、CN106987760 A、CN107574370 A 的专利在热连轧板带生产线中采用在线淬火工艺生产薄规格高强钢。
其中，2017年8月29日公开的公开号为CN107099731 A公开的一种在线淬火生产薄规格高Ti耐磨钢NM360的方法和2017年7月28日公开的公开号 CN106987760 A的公开的一种在线淬火生产薄规格高Ti耐磨钢NM400的方法，均采用Cr、Mo、Nb、Ti、B微合金化成分设计，合金含量多，成本高，而且应用生产线为薄板坯连铸连轧短流程，不是传统热连轧板带流程，生产线不同，一方面，夹杂物控制难度大，另一方面，工艺流程短、技术参数和传统热连轧流程参数不同。2018年1月12日公开的公开号为CN107574370 B的厚度 2-10mmNM400耐磨钢及生产方法的专利采用Cr、Ni、Nb、Ti、B微合金化成分设计，合金添加量多，成本高，而且整体工艺流程采用直接淬火和在线热处理(回火)设计思路，工艺流程长。
发明内容
本发明的目的在于提供一种1300MPa级热连轧超高强钢板及其制造方法，使热轧超高强钢的抗拉强度达到1300MPa的同时，具有较高硬度和良好冷弯成形性能，且工艺流程短、生产成本低、产品板形好。
本发明具体技术方案如下：
一种1300MPa级热连轧超高强钢板包括以下质量百分比化学成分：C： 0.15-0.30％；Si：0.20-1.20％；Mn：1.5-2.5％；P：≤0.015％；S：≤0.008％； Nb：0.020-0.050％，Ti：0.020-0.050％；Als：0.10-0.50％；B：0.0010-0.0020％； H：≤0.00015％；N：≤0.0030％；O：≤0.0030％；其余为Fe及不可避免的夹杂。
优选的，所述1300MPa级热连轧超高强钢板包括以下质量百分比化学成分： C0.17-0.25％；Si 0.50-1.0％；Mn 1.8-2.2％；P：≤0.015％；S：≤0.008％；Nb： 0.020-0.050％，Ti：0.020-0.050％；Als：0.10-0.50％；B：0.0010-0.0020％；H：≤0.00015％；N：≤0.0030％；O：≤0.0030％；其余为Fe及不可避免的夹杂。
采用本发明1300MPa级热连轧超高强钢板，其显微组织为马氏体和少量铁素体，其中马氏体体积分数≥95％，铁素体体积分数≤5％；
本发明1300MPa级热连轧超高强钢板产品厚度4-8mm；
本发明1300MPa级热连轧超高强钢板产品，屈服强度≥1000MPa，抗拉强度≥1300MPa，延伸率A50≥10％，冷弯性能90°，D＝2a合格，表面布氏硬度≥400HBW， -20℃冲击功AKV≥18J(冲击试样尺寸：2.5×10×55mm)，板形平直度≤5mm/m。
本发明提供的一种1300MPa级热连轧超高强钢板的制造方法，包括轧制和直接淬火。
所述轧制具体为：进行粗轧和精轧；
所述粗轧，粗轧开轧温度为1100-1150℃，粗轧终轧温度为1050-1100℃；带钢出粗轧机组后投用保温罩和边部加热器。
所述精轧，精轧开轧温度1000-1050℃，精轧终轧温度为860-910℃，精轧采用小凸度轧制模式，C40＝40±10μm；
进一步的，轧制采用2机架粗轧和7机架精轧热连轧机组进行轧制，粗轧轧制8道次，粗轧累积压下率为≥80％，精轧累积压下率为≥80％；
钢板出F7精轧机架后进入层流冷却线进行直接淬火工艺，所述直接淬火具体为：淬火温度为840-880℃，以50-100℃/s的冷却速度冷却至250-350℃进行卷取，层流冷却投用边部遮挡功能，边部遮挡距离为100±50mm；
进一步的，卷取后空冷至室温；
最后经平整、横切开平后成品，其中，平整工序对应的开卷机张力为 150-200kN,卷取机张力为250-300kN，平整轧制力为5000-7000kN。
所述制造方法还包括连铸，所述连铸具体为：连铸采用全保护浇注，采用专用中碳高铝结晶器保护渣，中包目标温度控制在液相线温度以上15-30℃，并投用动态轻压下或电磁搅拌，控制连铸坯中心偏析C类≤1.0；出连铸机经切割定尺后铸坯进行加热；
所述制造方法还包括加热，所述加热在轧制之前进行：
所述加热具体为：铸坯直接热装进入加热炉或进入保温坑缓冷；优先直接热装进入加热炉，控制铸坯入炉温度≥450℃，铸坯加热温度为1200-1250℃，保温时间为2-2.5h；
进一步的，所述制造方法还包括铁水预处理、转炉冶炼和精炼；
优选的，所述铁水预处理，要求前扒渣和后扒渣，铁水脱硫后要求[S]≤0.0050％；
所述精炼，采用LF+RH双联工艺按照配方化学成分进行控制，RH精炼控制深脱气时间≥12min和钢水H含量≤1.5ppm；
本发明化学成分采用高Mn、高Als，添加适量Nb、Ti、B微合金化元素，并严格控制P、S、O、N、H元素的含量。
其中，C：0.15-0.30％，C作为钢中的基本元素，可显著提高钢板的淬透性，且具有较高的固溶强化作用，对提高钢的强度、硬度起着非常重要的作用，C含量直接影响马氏体体积分数以及马氏体硬度，C含量过低不能保证马氏体体积分数和硬度，进而材料强度和耐磨性得不到保证，为了获得较高的强度、硬度，必须保证C的含量在0.15％以上，但C含量也不能太高，否则精轧轧制负荷过大，也不利于钢板的塑形、冷弯成形性能；C含量优选范围为0.17-0.25％。
Si：0.20-1.20％，添加适量的Si，一方面，可以起到脱氧、固溶强化的效果，增加钢的强度；另一方面，Si和Al都是提高铁素体相变开始温度的元素，相同冷却工艺条件下，Si和Al协调作用可以扩大铁素体形成的工艺窗口，促进铁素体形成，尤其是对于两相区直接淬火工艺。但Si含量过高容易在钢表面生成大量红色氧化铁皮，增加氧化铁皮去除难度，影响产品的表面质量；Si含量优选范围为0.50-1.0％。
Mn：1.5-2.5％，Mn作为钢的强化元素，可以提高钢的强度并提高其淬透性，为了保证钢的强度，Mn含量应控制在1.50％以上，但Mn含量不能过高，考虑到本发明C含量相对较高，Mn含量过高一方面会使得缩小铁素体形成工艺窗口，导致铁素体生成间显著减少，不利于材料的冷弯成形性能；另一方面，会加剧铸坯偏析出现的概率，Mn含量优选范围为1.8-2.2％。
P、S、O作为杂质元素，会对钢的塑性、成形、焊接等性能产生不利影响，其含量越低越好，考虑生产成本因素，实际生产中控制P：≤0.015％，S：≤0.008％， O：≤0.0030％；
H：≤0.00015％，钢水中的H含量过高会增加钢的氢脆敏感性，尤其对于超高强钢而言还会产生氢致延迟开裂，对钢的塑韧性等使用性能不利；
N：≤0.0030％，一方面，本发明Al含量相对较高，N会与Al反应生成AlN， N含量过多，生成的AlN尺寸较大，块状AlN主要析出在晶界位置，导致晶界脆性增加，成为裂纹起源点，不利于保证材料强度；另一方面，N在含B钢中容易与N元素结合形成BN，降低有效B含量，降低B对材料淬透性的作用。
Nb：0.020-0.050％，Nb作为强碳、氮化合物形成元素，主要通过细化晶粒来提高钢的强度。一方面，固溶Nb对奥氏体晶粒长大起到溶质拖曳作用，起到阻止奥氏体晶粒长大的作用；另一方面，未溶解的Nb，与C、N元素形成的Nb(C、 N)可以显著钉扎奥氏体晶界，细化奥氏体晶粒，并对最终产品组织起到细化作用，有利于产品强度和冷弯成形性能的提高。
Ti：0.020-0.050％，Ti在钢中的作用主要起两个作用，一是加热过程中Ti 与N时形成TiN，抑制奥氏体晶粒长大；热轧过程中，Ti与C形成纳米级TiC， 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、硬度；二是提高材料焊接性能，Ti与N结合形成TiN对焊接过程中奥氏体晶粒粗化有明显抑制作用。
Als：0.10-0.50％，Als作为本发明的另一重要元素，Als主要用于提高铁素体相变开始温度，促进少量软相铁素体组织的形成，但Als不能过高，Als极易与保护渣中的重要组分SiO2发生置换反应，导致保护渣中的Al2O3含量及碱度提高，造成熔渣的熔点、粘度上升，结晶器水口易发生结瘤、堵塞，钢水可浇性较差，恶化结晶器与铸坯的润滑效果，易出现漏钢、铸坯表面质量缺陷等。为了提高尤其是Als>0.7％高铝钢的可浇性，目前有效的手段为采用高Li2O保护渣，但高Li2O保护渣采购成本昂贵，经济性较差。因此，综合Als用途、高Al钢连铸过程钢水可浇性及成本经济性，本发明中的化学成分Als含量为 0.10-0.50％，结合全保护浇注、投用动态轻压下等措施，可以保证获得目标组织的同时，解决了高Al钢连铸时钢水可浇性差问题。
B：0.0010-0.0020％，添加B元素主要为了增加钢的淬透性，B含量达到 0.0008％时可明显提高淬透性，但B含量不宜过高，B作为稳定奥氏体区元素，会强烈推迟奥氏体向铁素体转变，当B含量较高时，B元素会在晶界偏聚，降低晶界结合能，相变驱动力小，难以发生铁素体相变，进而恶化材料的韧性和成形性能。
本发明制造方法中，铸坯优先直接热装进入加热炉，控制铸坯入炉温度≥ 450℃，主要目的是避免铸坯表面产生裂纹。铸坯温度低于450℃，低于马氏体相变转变开始点Ms时，铸坯表面产生硬相马氏体组织，而铸坯中心厚度位置组织为软相铁素体和珠光体组织，铸坯厚度方向表面和中心存在组织应力，同时，铸坯堆垛、吊运过程中存在的外力，会大大加剧铸坯产生裂纹的风险。
在热轧工艺设计上，采用高温区奥氏体区形变再结晶、低温奥氏体未再结晶区变形结合轧后直接淬火工艺，充分发挥材料的细晶强化、相变强化、析出强化等强化途径提高材料的强度、硬度。通过两相区直接淬火工艺实现材料组织存在少量软相铁素体，并采用合理的卷取温度控制马氏体自回火效果，材料可以获得良好冷弯成形性能和一定韧性。终轧温度控制在860-910℃，为实现钢板两相区直接淬火工艺，钢板终轧温度要略高于铁素体转变温度Ar3，同时，较低的终轧温度有利于轧制过程中产生较大的累积应变，增加相变时形核位。轧制后采用两相区直接淬火工艺，淬火温度为840-880℃，为了获得少量软相铁素体组织，淬火温度宜控制在铁素体转变温度Ar3以下20-30℃，淬火温度太高，完全处于奥氏体相变区域，淬火后组织完全为马氏体，材料的成形、冲击性能得不到保证，淬火温度太低，奥氏体转变形成铁素体组织比例较高，材料强度不能保证；冷却速度须大于马氏体组织转变的临界冷却速度，目的是使未转变的奥氏体组织迅速转变为细小马氏体组织，冷却速度太慢，最终转变组织不完全是马氏体组织，还存在贝氏体等其他组织，材料强度得不到保证，冷却速率太快，虽然转变形成的马氏体板条束、马氏体板条尺寸减小，有益于提高材料强度(马氏体板条束、马氏体板条宽度均和材料强度满足Hall-Petch关系)，但材料的板形难以保证，综合考虑钢板组织、性能和板形等情况，本发明淬火冷却速度控制50-100℃/s。为控制未转变的残余奥氏体完全转变为马氏体以及马氏体自回火效果，卷取温度需介于马氏体转变温度Ms和Mf之间，本发明专利控制卷取温度250-350℃。
为了保证最终开平板成品板形，本发明：化学成分添加B元素，B作为稳定奥氏体区元素，可以提高轧制冷却过程中奥氏体向铁素体、马氏体转变的一致性，减少钢板表面温度波动对相变一致性的影响，进而有利于改善层流冷却过程中板宽方向相变不一致性问题，减少层流冷却产生的双边浪问题；粗轧后投用保温罩、边部加热器以及层流冷却过程中投用边部遮挡功能，主要目的在于减少边部温度温降，改善板带宽度方向温度均匀性；精轧采用小凸度轧制模式， C40＝40±10μm，主要目的在于提高板宽方向厚度精度，减少直接淬火过程中厚度波动对相变一致性的影响，进而提高板形；增加平整工序改善热轧板板形，进而为良好开平板板形奠定基础，平整轧制力为5000-7000kN，平整轧制力太小或太大，均不利于平整后板形改善。
本发明通过化学成分设计，结合相匹配的TMCP+直接淬火工艺技术，无需调质或回火热处理工艺，在热连轧板带生产线上实现1300MPa级热轧超高强钢板的工业生产。本发明热轧钢板，其显微组织马氏体和少量铁素体，其中马氏体体积分数≥95％，铁素体体积分数≤5％，产品的屈服强度≥1000MPa，抗拉强度≥1300MPa，延伸率A50≥10％，冷弯性能90°，D＝2a合格，表面布氏硬度≥400HBW， -20℃冲击功AKV≥18J(冲击试样尺寸：2.5×10×55mm)，具有较高的强度、硬度以及较好的冷弯成形性能，板形平直度≤5mm/m。本发明生产的1300MPa级热轧超高强钢，具有工艺流程短、生产成本低、产品强硬度高、冷弯成形性能好、板形好等特点；可适用于工程机械设备、商用车等高强结构减薄件的制造。
附图说明
图1实施例1钢板对应的典型显微组织SEM图；
图2实施例2钢板对应的典型显微组织SEM图；
图3实施例3钢板对应的典型显微组织SEM图；
图4实施例4钢板对应的典型显微组织SEM图；
图5实施例5钢板对应的典型显微组织SEM图；
图6对比例1钢板对应的典型显微组织SEM图；
图7对比例2钢板对应的典型显微组织SEM图。
具体实施方式
下面通过具体实施例、对比例对本发明的技术方案予以说明。
一种1300MPa级热连轧超高强钢板，包括以下质量百分比化学成分：C： 0.15-0.30％；Si：0.20-1.20％；Mn：1.5-2.5％；P：≤0.015％；S：≤0.008％； Nb：0.020-0.050％，Ti：0.020-0.050％；Als：0.10-0.50％；B：0.0010-0.0020％； H：≤0.00015％；N：≤0.0030％；O：≤0.0030％；其余为Fe及不可避免的夹杂。
上述1300MPa级热连轧超高强钢板的制造方法，工艺流程为：铁水预处理、转炉冶炼、合金微调站、LF精炼、RH精炼、连铸、加热、轧制、直接淬火、卷取、平整、开平工序，具体为：
1)铁水预处理、转炉冶炼、合金微调站、LF精炼、RH精炼：铁水预处理，要求前扒渣和后扒渣，铁水脱硫后要求[S]≤0.0050％；精炼采用LF+RH双联工艺按照上述配方的化学成分进行控制，RH精炼控制深脱气时间≥12min和钢水H 含量≤1.5ppm；
2)连铸、加热：连铸采用全保护浇注，采用专用中碳高铝结晶器保护渣，中包目标温度控制在液相线温度以上15-30℃，并投用动态轻压下或电磁搅拌，控制连铸坯中心偏析C类≤1.0，出连铸机经切割定尺后的铸坯直接热装进入加热炉或进入保温坑缓冷，优先直接热装进入加热炉，控制铸坯入炉温度≥450℃，铸坯加热温度为1200-1250℃，保温时间为2-2.5h；
3)轧制：采用2机架粗轧和7机架精轧热连轧机组进行轧制，粗轧轧制8 道次，粗轧累积压下率为≥80％，精轧累积压下率为≥80％；粗轧开轧温度为 1100-1150℃，粗轧终轧温度为1050-1100℃，带钢出粗轧机组后投用保温罩和边部加热器，精轧开轧温度1000-1050℃，精轧终轧温度为860-910℃，精轧采用小凸度轧制模式，C40＝40±10μm；
4)钢板出F7精轧机架后进入层流冷却线进行直接淬火工艺，淬火温度为 840-880℃，以50-100℃/s的冷却速度冷却至250-350℃进行卷取，卷取后空冷至室温，层流冷却投用边部遮挡功能，边部遮挡距离为100±50mm；
5)最后经平整、横切开平后成品：平整工序对应的开卷机张力为150-200kN, 卷取机张力为250-300kN，平整轧制力为5000-7000kN。
实施例1
一种1300MPa级热连轧超高强钢板，具体包括以下质量百分比化学成分：
C：0.17％；Si：1.15％；Mn：1.77％；P：0.010％；S：0.002％；Nb：0.028％， Ti：0.020％；Als：0.39％；B：0.0012％；H：0.00014％；N：0.0025％；O：0.0019％；其余为Fe及不可避免的夹杂。
上述1300MPa级热连轧超高强钢板的制造方法,包括以下步骤：
1)铁水预处理、转炉冶炼、合金微调站、LF精炼、RH精炼：铁水预处理，要求前扒渣和后扒渣，铁水脱硫后[S]＝0.0049％；精炼采用LF+RH双联工艺按照上述配方中的化学成分进行控制，RH精炼控制深脱气时间为15min和钢水H含量＝0.00014％；
2)连铸、加热：连铸采用全保护浇注，采用专用中碳高铝结晶器保护渣，中包目标温度控制在1520-1535℃，并投用动态轻压下或电磁搅拌，连铸坯中心偏析为C1.0，出连铸机经切割定尺后的铸坯直接热装进入加热炉,铸坯入炉温度为535℃，铸坯加热温度为1220℃，保温时间为2.0h；
3)轧制：采用2机架粗轧和7机架精轧热连轧机组进行轧制，粗轧轧制8 道次，粗轧累积压下率为83.47％，精轧累积压下率为84.21％；粗轧开轧温度为 1145℃，粗轧终轧温度为1076℃，带钢出粗轧机组后投用保温罩和边部加热器，精轧开轧温度1049℃，精轧终轧温度为903℃；精轧采用小凸度轧制模式，C40＝40 ±10μm；
4)钢板出F7精轧机架后进入层流冷却线进行直接淬火工艺，淬火温度为 880℃，以58.43℃/s的冷却速度冷却至315℃进行卷取，卷取后空冷至室温；层流冷却投用边部遮挡功能，边部遮挡距离为100±50mm；
5)最后经平整、横切开平后成品,平整工序对应的开卷机张力为150kN, 卷取机张力为250kN，平整轧制力为5100kN。
产品厚度为6.0mm，经检测，实施例1制造的产品屈服强度1184MPa，抗拉强度1340MPa，延伸率A50 13.30％，90°弯曲试验D-弯曲压头直径，D＝2a合格， a-试样厚度；表面布氏硬度407HBW；-20℃冲击功AKV＝25J(冲击试样尺寸：2.5 ×10×55mm)。
实施例2
一种1300MPa级热连轧超高强钢板，包括以下质量百分比化学成分：C： 0.16％；Si：1.01％；Mn：1.81％；P：0.008％；S：0.001％；Nb：0.020％，Ti：0.035％； Als：0.45％；B：0.0013％；H：0.00012％；N：0.0020％；O：0.0016％；其余为Fe 及不可避免的夹杂。
上述1300MPa级热连轧超高强钢板的制造方法，工艺流程为：铁水预处理、转炉冶炼、合金微调站、LF精炼、RH精炼、连铸、加热、轧制、直接淬火、卷取、平整、开平工序，具体为：
1)铁水预处理、转炉冶炼、合金微调站、LF精炼、RH精炼：铁水预处理，要求前扒渣和后扒渣，铁水脱硫后[S]＝0.0047％；精炼采用LF+RH双联工艺按照上述配方的化学成分进行控制，RH精炼控制深脱气时间＝16min和钢水H含量 0.00012％；
2)连铸、加热：连铸采用全保护浇注，采用专用中碳高铝结晶器保护渣，中包目标温度控制在1520-1535℃，并投用动态轻压下或电磁搅拌，控制连铸坯中心偏析为C1.0，出连铸机经切割定尺后的铸坯直接热装进入加热炉，铸坯入炉温度为565℃，铸坯加热温度为1230℃，保温时间为2.3h；
3)轧制：采用2机架粗轧和7机架精轧热连轧机组进行轧制，粗轧轧制8 道次，粗轧累积压下率为83.47％，精轧累积压下率为86.84％；粗轧开轧温度为 1142℃，粗轧终轧温度为1071℃，带钢出粗轧机组后投用保温罩和边部加热器，精轧开轧温度1046℃，精轧终轧温度为895℃；精轧采用小凸度轧制模式，C40＝40 ±10μm；
4)钢板出F7精轧机架后进入层流冷却线进行直接淬火工艺，淬火温度为 874℃，以67.22℃/s的冷却速度冷却至298℃进行卷取，卷取后空冷至室温；层流冷却投用边部遮挡功能，边部遮挡距离为100±50mm；
5)最后经平整、横切开平后成品，平整工序对应的开卷机张力为180kN, 卷取机张力为260kN，平整轧制力为5500kN。
产品厚度为5.0mm，经检测，实施例2制造的产品屈服强度1072MPa，抗拉强度1370MPa，延伸率A5012.53％，90°弯曲试验D-弯曲压头直径，D＝2a合格， a-试样厚度；表面布氏硬度413HBW；-20℃冲击功AKV＝20J(冲击试样尺寸：2.5 ×10×55mm)。
实施例3
一种1300MPa级热连轧超高强钢板，包括以下质量百分比化学成分：C： 0.18％；Si：0.89％；Mn：1.90％；P：0.007％；S：0.002％；Nb：0.030％，Ti：0.031％； Als：0.40％；B：0.0015％；H：0.00013％；N：0.0010％；O：0.0019％；其余为Fe 及不可避免的夹杂。
上述1300MPa级热连轧超高强钢板的制造方法，工艺流程为：铁水预处理、转炉冶炼、合金微调站、LF精炼、RH精炼、连铸、加热、轧制、直接淬火、卷取、平整、开平工序，具体为：
1)铁水预处理、转炉冶炼、合金微调站、LF精炼、RH精炼：铁水预处理，要求前扒渣和后扒渣，铁水脱硫后[S]＝0.0045％；精炼采用LF+RH双联工艺按照上述配方的化学成分进行控制，RH精炼控制深脱气时间为17min和钢水H含量 0.00013％；
2)连铸、加热：连铸采用全保护浇注，采用专用中碳高铝结晶器保护渣，中包目标温度控制在1530-1545℃，并投用动态轻压下或电磁搅拌，控制连铸坯中心偏析为C1.0，出连铸机经切割定尺后的铸坯直接热装进入加热炉，铸坯入炉温度为512℃，铸坯加热温度为1245℃，保温时间为2.2h；
3)轧制：采用2机架粗轧和7机架精轧热连轧机组进行轧制，粗轧轧制8 道次，粗轧累积压下率为84.34％，精轧累积压下率为88.88％；粗轧开轧温度为 1148℃，粗轧终轧温度为1069℃，带钢出粗轧机组后投用保温罩和边部加热器，精轧开轧温度1045℃，精轧终轧温度为888℃；精轧采用小凸度轧制模式，C40＝40 ±10μm；
4)钢板出F7精轧机架后进行直接淬火工艺，淬火温度为863℃，以75.96 ℃/s的冷却速度冷却至282℃进行卷取，卷取后空冷至室温；层流冷却投用边部遮挡功能，边部遮挡距离为100±50mm；
5)最后经平整、横切开平后成品，平整工序对应的开卷机张力为200kN,卷取机张力为300kN，平整轧制力为5800kN。
产品厚度为4.0mm，经检测，实施例3制造的产品屈服强度1160MPa，抗拉强度1429MPa，延伸率A50 11.81％，90°弯曲试验D-弯曲压头直径，D＝2a合格， a-试样厚度；表面布氏硬度427HBW；-20℃冲击功AKV＝19J(冲击试样尺寸：2.5 ×10×55mm)。
实施例4
一种1300MPa级热连轧超高强钢板，包括以下质量百分比化学成分：C： 0.22％；Si：0.75％；Mn：2.23％；P：0.008％；S：0.004％；Nb：0.045％，Ti：0.043％；Als：0.15％；B：0.0019％；H：0.00013％；N：0.0015％；O：0.0020％；其余为Fe 及不可避免的夹杂。
上述1300MPa级热连轧超高强钢板的制造方法，工艺流程为：铁水预处理、转炉冶炼、合金微调站、LF精炼、RH精炼、连铸、加热、轧制、直接淬火、卷取、平整、开平工序，具体为：
1)铁水预处理、转炉冶炼、合金微调站、LF精炼、RH精炼：铁水预处理，要求前扒渣和后扒渣，铁水脱硫后[S]＝0.0047％；精炼采用LF+RH双联工艺按照上述配方的化学成分进行控制，RH精炼控制深脱气时间为18min和钢水H含量 0.00013％；
2)连铸、加热：连铸采用全保护浇注，采用专用中碳高铝结晶器保护渣，中包目标温度控制在1531-1546℃，并投用动态轻压下或电磁搅拌，控制连铸坯中心偏析为C1.0，出连铸机经切割定尺后的铸坯直接热装进入加热炉，铸坯入炉温度为493℃，铸坯加热温度为1250℃，保温时间为2.5h；
3)轧制：采用2机架粗轧和7机架精轧热连轧机组进行轧制，粗轧轧制8 道次，粗轧累积压下率为84.34％，精轧累积压下率为88.88％；粗轧开轧温度为 1145℃，粗轧终轧温度为1081℃，带钢出粗轧机组后投用保温罩和边部加热器，精轧开轧温度1046℃，精轧终轧温度为875℃；精轧采用小凸度轧制模式，C40＝40 ±10μm；
4)钢板出F7精轧机架后进行直接淬火工艺，淬火温度为850℃，以68.39 ℃/s的冷却速度冷却至301℃进行卷取，卷取后空冷至室温；层流冷却投用边部遮挡功能，边部遮挡距离为100±50mm；
5)最后经平整、横切开平后成品，平整工序对应的开卷机张力为190kN, 卷取机张力为280kN，平整轧制力为6000kN。
产品厚度为4.0mm，经检测，实施例4制造的产品屈服强度1133MPa，抗拉强度1410MPa，延伸率A50 11.50％，90°弯曲试验D-弯曲压头直径，D＝2a合格， a-试样厚度；表面布氏硬度420HBW；-20℃冲击功AKV＝18J(冲击试样尺寸：2.5 ×10×55mm)。
实施例5
一种1300MPa级热连轧超高强钢板，包括以下质量百分比化学成分：C： 0.26％；Si：0.59％；Mn：1.55％；P：0.009％；S：0.003％；Nb：0.048％，Ti：0.049％； Als：0.30％；B：0.0020％；H：0.00012％；N：0.0011％；O：0.0022％；其余为Fe 及不可避免的夹杂。
上述1300MPa级热连轧超高强钢板的制造方法，工艺流程为：铁水预处理、转炉冶炼、合金微调站、LF精炼、RH精炼、连铸、加热、轧制、直接淬火、卷取、平整、开平工序，具体为：
1)铁水预处理、转炉冶炼、合金微调站、LF精炼、RH精炼：铁水预处理，要求前扒渣和后扒渣，铁水脱硫后[S]＝0.0049％；精炼采用LF+RH双联工艺按照上述配方的化学成分进行控制，RH精炼控制深脱气时间为17min和钢水H含量 0.00012％；
2)连铸、加热：连铸采用全保护浇注，采用专用中碳高铝结晶器保护渣，中包目标温度控制在1530-1545℃，并投用动态轻压下或电磁搅拌，控制连铸坯中心偏析为C1.0，出连铸机经切割定尺后的铸坯直接热装进入加热炉，铸坯入炉温度为467℃，铸坯加热温度为1250℃，保温时间为2.5h；
3)轧制：采用2机架粗轧和7机架精轧热连轧机组进行轧制，粗轧轧制8 道次，粗轧累积压下率为84.34％，精轧累积压下率为88.88％；粗轧开轧温度为 1146℃，粗轧终轧温度为1075℃，带钢出粗轧机组后投用保温罩和边部加热器，精轧开轧温度1048℃，精轧终轧温度为869℃；精轧采用小凸度轧制模式，C40＝40 ±10μm；
4)钢板出F7精轧机架后进行直接淬火工艺，淬火温度为846℃，以73.51 ℃/s的冷却速度冷却至269℃进行卷取，卷取后空冷至室温；层流冷却投用边部遮挡功能，边部遮挡距离为100±50mm；
5)最后经平整、横切开平后成品，平整工序对应的开卷机张力为170kN, 卷取机张力为260kN，平整轧制力为6500kN。
产品厚度为4.0mm，经检测，实施例4制造的产品屈服强度1152MPa，抗拉强度1400MPa，延伸率A50 11.20％，90°弯曲试验D-弯曲压头直径，D＝2a合格， a-试样厚度；表面布氏硬度425HBW；-20℃冲击功AKV＝18J(冲击试样尺寸：2.5 ×10×55mm)。
对比例1
钢板包括以下质量百分比化学成分：C：0.18％；Si：1.10％；Mn：1.85％；P：0.007％；S：0.002％；Nb：0.029％，Ti：0.035％；Als：0.49％；B：0.0013％；H： 0.00012％；N：0.0018％；O：0.0025％；其余为Fe及不可避免的夹杂。
上述钢板的制造方法，工艺流程为：铁水预处理、转炉冶炼、合金微调站、 LF精炼、RH精炼、连铸、加热、轧制、直接淬火、卷取、平整、开平工序，具体为：
1)铁水预处理、转炉冶炼、合金微调站、LF精炼、RH精炼：铁水预处理，要求前扒渣和后扒渣，铁水脱硫后[S]＝0.0046％；精炼采用LF+RH双联工艺按照上述配方的化学成分进行控制，RH精炼控制深脱气时间为16min和钢水H含量 0.00015％；
2)连铸、加热：连铸采用全保护浇注，采用专用中碳高铝结晶器保护渣，中包目标温度控制在1530-1545℃，并投用动态轻压下或电磁搅拌，控制连铸坯中心偏析为C1.0，出连铸机经切割定尺后的铸坯直接热装进入加热炉，铸坯入炉温度为497℃，铸坯加热温度为1250℃，保温时间为2.5h；
3)轧制：采用2机架粗轧和7机架精轧热连轧机组进行轧制，粗轧轧制8 道次，粗轧累积压下率为84.34％，精轧累积压下率为88.88％；粗轧开轧温度为 1145℃，粗轧终轧温度为1065℃，精轧开轧温度1045℃，精轧终轧温度为823 ℃；
4)钢板出F7精轧机架后进行直接淬火工艺，淬火温度为769℃，以45.50 ℃/s的冷却速度冷却至295℃进行卷取，卷取后空冷至室温；
5)最后经平整、横切开平后成品，平整工序对应的开卷机张力为170kN, 卷取机张力为260kN，平整轧制力为6500kN。
产品厚度为4.0mm，经检测，对比例1制造的产品屈服强度951MPa，抗拉强度1235MPa，延伸率A50 14.50％，90°弯曲试验D-弯曲压头直径，D＝2a合格， a-试样厚度；表面布氏硬度371HBW；-20℃冲击功AKV＝21J(冲击试样尺寸：2.5 ×10×55mm)。
对比例2
钢板包括以下质量百分比化学成分：C：0.12％；Si：1.45％；Mn：1.21％；P：0.010％；S：0.005％；Nb：0.035％，Ti：0.039％；Als：0.35％；H：0.00015％；N： 0.0029％；O：0.0028％；其余为Fe及不可避免的夹杂。
上述钢板的制造方法，工艺流程为：铁水预处理、转炉冶炼、合金微调站、 LF精炼、RH精炼、连铸、加热、轧制、直接淬火、卷取、平整、开平工序，具体为：
1)铁水预处理、转炉冶炼、合金微调站、LF精炼、RH精炼：铁水预处理，要求前扒渣和后扒渣，铁水脱硫后[S]＝0.0047％；精炼采用LF+RH双联工艺按照上述配方的化学成分进行控制，RH精炼控制深脱气时间为16min和钢水H含量 0.00012％；
2)连铸、加热：连铸采用全保护浇注，采用专用中碳高铝结晶器保护渣，中包目标温度控制在1530-1545℃，并投用动态轻压下或电磁搅拌，控制连铸坯中心偏析为C1.0，出连铸机经切割定尺后的铸坯直接热装进入加热炉，铸坯入炉温度为515℃，铸坯加热温度为1250℃，保温时间为2.5h；
3)轧制：采用2机架粗轧和7机架精轧热连轧机组进行轧制，粗轧轧制8 道次，粗轧累积压下率为84.34％，精轧累积压下率为88.88％；粗轧开轧温度为 1145℃，粗轧终轧温度为1065℃，精轧开轧温度1046℃，精轧终轧温度为885 ℃；
4)钢板出F7精轧机架后进行直接淬火工艺，淬火温度为861℃，以73.24 ℃/s的冷却速度冷却至326℃进行卷取，卷取后空冷至室温；
5)最后经平整、横切开平后成品，平整工序对应的开卷机张力为170kN, 卷取机张力为260kN，平整轧制力为6500kN。
产品厚度为4.0mm，经检测，对比例2制造的产品屈服强度889MPa，抗拉强度1164MPa，延伸率A50 15.50％，90°弯曲试验D-弯曲压头直径，D＝2a合格， a-试样厚度；表面布氏硬度330HBW；-20℃冲击功AKV＝23J(冲击试样尺寸：2.5 ×10×55mm)。
上述实施例1-实施例5、对比例1-对比例2钢的成分如表1所示，表1中没有显示的其余为Fe及不可避免的夹杂,生产主要工艺参数如表2所述，实施例1-5、对比例1-2和对比例NM360、NM400力学性能如表3所示，耐磨试验磨损失重量数据如表4所示。可以看出，本发明对应实施例的强度、延伸率、硬度、耐磨性能均优于传统调质热处理NM360实物水平、达到传统NM400实物水平，且冷弯性能更好。
表1各实施例、对比例的实测化学成分(质量百分数，wt％)
Figure RE-BDA0003054550130000191
表2各实施例、对比例的主要轧制工艺参数
Figure RE-BDA0003054550130000192
Figure RE-BDA0003054550130000201
表3各实施例和对比例的力学性能
Figure RE-BDA0003054550130000202
注：对比例3和对比例4分别为调质热处理生成的传统NM360、NM400钢板，其化学成分、轧制、热处理生产工艺如下。
对比例3：
NM360钢板成分：C：0.18％；Si：0.35％；Mn：1.58％；P：0.010％；S：0.002％；Cr：0.20％；B：0.0012％；Ti：0.025％；Als：0.030％。
NM360钢板制造方法：钢水经转炉或电炉冶炼加炉外精炼，并连浇铸成板坯。板坯加热温度为1200℃，开轧温度为1100℃，终轧温度为940℃，轧后空冷至室温。钢板轧制进行热处理，包括淬火、回火，其中淬火工艺为淬火温度950℃，保温时间30min；回火工艺为：回火温度235℃，保温30min，成品厚度规格4.0mm。
对比例4：
NM400钢板成分：C：0.21％；Si：0.40％；Mn：1.50％；P：0.009％；S： 0.003％；Cr：0.31％；Mo：0.23％；B：0.0019％；Ti：0.021％；Als：0.036％。
NM400钢板生产方法：钢水经转炉或电炉冶炼加炉外精炼，并连浇铸成板坯。板坯加热温度为1200℃，开轧温度为1100℃，终轧温度为920℃，轧后空冷至室温。钢板轧制进行热处理，包括淬火、回火，其中淬火工艺为淬火温度 930℃，保温时间30min；回火工艺为：回火温度250℃，保温30min，成品厚度规格4.0mm。
表4 各实施例和对比例磨损失重量数据
编号 磨损失重量△m(g)
实施例1 1.3621
实施例2 1.3574
实施例3 1.3501
实施例4 1.3532
实施例5 1.3526
对比例1 1.5649
对比例2 1.6512
对比例3(NM360) 1.5646
对比例4(NM400) 1.3553
注：磨粒磨损试验在MLS-225型湿式橡胶轮试验机进行，磨粒磨损试验的试样尺寸为：57mm(长度)×25.5mm(宽度)×2.5mm(厚度)，其中57mm ×25.5mm面为磨损面，磨损表面磨光。试验参数如下：橡胶轮硬度为60HS，橡胶轮转速240r/min，磨料为石英砂和水按1:1比例混合成的溶液，石英砂颗粒大小为20-40目，载荷为170N。首先将试样磨损面进行1000r预磨，记录试样预磨后重量m1，然后进行40min精磨，记录试样精磨后重量m2，预磨后和精磨后试样均进行超声波清洗，重量采用电子天平(精度为0.1mg)测量。以磨损失重量△m(m1-m2)作为评价材料耐磨性能的主要参数，磨损失重量越小，材料的耐磨性能越好。每种试验材料在相同试验条件下分别选取3块进行磨粒磨损试验，并取3块试样磨损失重量的平均值作为最终磨损失重量。

Claims (6)

1.一种1300MPa级热连轧超高强钢板，其特征在于，所述1300MPa级热连轧超高强钢板包括以下质量百分比化学成分：C：0.15-0.30％；Si：0.20-1.20％；Mn：1.5-2.5％；P：≤0.015％；S：≤0.008％；Nb：0.020-0.050％，Ti：0.020-0.050％；Als：0.10-0.50％；B：0.0010-0.0020％；H：≤0.00015％；N：≤0.0030％；O：≤0.0030％；其余为Fe及不可避免的夹杂；
所述1300MPa级热连轧超高强钢板的制造方法，包括轧制和两相区直接淬火：
所述两相区直接淬火具体为：淬火温度为840-880℃，以50-100℃/s的冷却速度冷却至250-350℃进行卷取，层流冷却投用边部遮挡功能，边部遮挡距离为100±50mm：
所述1300MPa级热连轧超高强钢板显微组织为马氏体和少量铁素体，其中马氏体体积分数≥95％，铁素体体积分数≤5％；
所述1300MPa级热连轧超高强钢板屈服强度≥1000MPa，抗拉强度≥1300MPa，延伸率A50≥10％，冷弯性能90°，D＝2a合格，表面布氏硬度≥400HBW，-20℃冲击功AKV≥18J，冲击试样尺寸：2.5×10×55mm，板形平直度≤5mm/m。
2.根据权利要求1所述的1300MPa级热连轧超高强钢板，其特征在于，所述1300MPa级热连轧超高强钢板包括以下质量百分比化学成分：C 0.17-0.25％；Si 0.50-1.0％；Mn 1.8-2.2％；P：≤0.015％；S：≤0.008％；Nb：0.020-0.050％，Ti：0.020-0.050％；Als：0.10-0.50％；B：0.0010-0.0020％；H：≤0.00015％；N：≤0.0030％；O：≤0.0030％；其余为Fe及不可避免的夹杂。
3.根据权利要求1所述的1300MPa级热连轧超高强钢板，其特征在于，所述轧制具体为：进行粗轧和精轧；
所述粗轧，粗轧开轧温度为1100-1150℃，粗轧终轧温度为1050-1100℃；带钢出粗轧机组后投用保温罩和边部加热器；
所述精轧，精轧开轧温度1000-1050℃，精轧终轧温度为860-910℃，精轧采用小凸度轧制模式，C40＝40±10μm。
4.根据权利要求1所述的1300MPa级热连轧超高强钢板，其特征在于，粗轧累积压下率为≥80％，精轧累积压下率为≥80％。
5.根据权利要求1-4任一项所述的1300MPa级热连轧超高强钢板，其特征在于，所述制造方法还包括加热，所述加热具体为：铸坯直接热装进入加热炉或进入保温坑缓冷。
6.根据权利要求1-4任一项所述的1300MPa级热连轧超高强钢板，其特征在于，所述制造方法还包括平整，平整工序对应的开卷机张力为150-200kN,卷取机张力为250-300kN，平整轧制力为5000-7000kN。
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