CN113604737B - 一种q550d高强钢板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及冶金技术领域,涉及一种Q550D高强钢板及其制备方法。所述Q550D高强钢板,化学成分按重量百分数计包括:C:0.06‑0.18%、Si:0.1‑0.6%、Mn:1.0‑2.0%、P≤0.03%、S≤0.025%、V:0.09‑0.12%、N:0.01‑0.013%、Cr:0.1‑0.6%、CEV≤0.47、Pcm≤0.22。本发明采用价格相对低廉的氮元素,降低合金成本,炼钢环节不经过真空脱气精炼,缩短生产周期,轧后无需进行淬火+回火,减少能耗,提高生产效率,综合成本显著降低,吨钢成本降低60‑100元/吨,经济效益明显。
Description
技术领域
本发明涉及冶金技术,具体地,本发明涉及一种Q550D高强钢板及其制备方法。
背景技术
Q550D钢是屈服强度550MPa级的低合金高强度钢,广泛应用于油气管线、工程机械、桥梁、舰艇、煤矿液压支架等诸多领域。随着技术的发展,目前许多钢厂都可以生产Q550D,竞争激烈,为了寻求市场和盈利空间,必须降低Q550D的制造成本,提高生产效率。
目前,在550MPa级别高强钢生产中,大多是添加了大量的Ni、Mo、Cu等贵重合金元素,而且大多以调质状态交货,钢板需要经过淬火+回火两道热处理工序,合金成本高、生产周期长、经济效益不显著。
发明内容
针对以上问题,本发明的目的在于,提供一种Q550D高强钢板及其制备方法,提供一种提高Q550D高强钢板生产效率的方法,用以减少合金成本,缩短冶炼周期,无需轧后淬火+回火,减少能耗,提高截面性能均匀性,不同位置屈服强度差值在30MPa以内。
本发明提供一种Q550D高强钢板,化学成分按重量百分数计包括:C:0.06-0.18%、Si:0.1-0.6%、Mn:1.0-2.0%、P≤0.03%、S≤0.025%、V:0.09-0.12%、N:0.01-0.013%、Cr:0.1-0.6%,CEV≤0.47、Pcm≤0.22,余量为铁和不可避免杂质。
本发明选择V-N微合金化,一是奥氏体再结晶阻力较小,容易产生奥氏体的再结晶,可有效破碎原始奥氏体晶粒,使原始奥氏体母相细化;二是当钢中的氮含量高于0.01%时,VN可在奥氏体中析出,增加了奥氏体母相中弥散分布的析出物,增加了相变后铁素体的形核位置和形核密度;三是在再结晶细化原始奥氏体晶粒和VN在奥氏体中析出的基础上,通过热轧后的加速冷却,可增大相变时的生核驱动力,提高相变后铁素体的生核密度,细化铁素体晶粒;四是钒的碳氮化物在奥氏体中具有较高的溶解度,在冷却时又能充分析出,产生析出强化效果,达到提高强度的目的。
本发明的具体技术方案如下:
本发明提供一种Q550D高强钢板制备方法,即,一种提高Q550D高强钢板生产效率的方法,具体包括以下步骤:
1)铁水预脱硫:脱硫后铁水中的硫含量≤0.01%;
2)转炉冶炼:
废钢采用钢筋压块、重型压块、渣钢,分别占比40-50%、30-35%、20-25%。采用顶底复吹转炉冶炼,钢包采用底吹良好的红净钢包,烘烤温度≥800℃。
冶炼终点C含量控制在0.06-0.18%,出钢温度控制在1600-1625℃,终渣碱度控制在3.0-4.0范围之内。
转炉出钢至1/5-1/3时加入硅钙钡、硅锰、中锰、金属锰、中铬脱氧合金化,加入量分别为2.5-3.0kg/t钢、2-3.8kg/t钢、5-7kg/t钢、7-8kg/t钢、3.5-4kg/t钢;出钢至1/2-3/4时加入钒氮合金,加入量为1-1.5kg/t钢,所有物料对准钢流冲击区加入。
硅锰(FeMn65Si17):Mn:60%-70%,Si:16.5%-20%,C≤1.8%,P≤0.25%,S≤0.04%,N:200-217ppm;
中锰(FeMn78C2.0):Mn:75-82%,C≤2.0%,Si≤1.5%,P≤0.2%,S≤0.03%,N:240-257ppm;
金属锰(JMn-97-B):Mn≥97%,C≤0.08%,Si≤0.6%,P≤0.04%,S≤0.03%,N:1150-1170ppm;
中铬(FeCr55C200):Cr≥52%,C≤2.0%,Si≤3.0%,P≤0.06%,S≤0.05%,N:450-475ppm;
钒氮(VN16):V:77-81%,N:14-18%,C≤6.0%,P≤0.06%,S≤0.1%。
挡渣采用滑板自动挡渣,严格控制下渣量。
放钢后加合成渣4-5kg/t钢。
本发明通过在脱氧剂以及其他合金加完后,钢液氧含量小于300ppm后加入钒氮合金,钢液中氧含量降低,有利于N的回收率提高;出钢至1/2-3/4时加入钒氮合金,有效缩短合金加入时间,减少合金与氧接触时间,减少氧化物的生成并进入渣中,通过调整物料加入时机,氮回收率提高了10-15%,有效降低钒氮合金加入量。放钢后加合成渣4-5kg/t钢,减少钢水吸收空气中的氮,确保LF进站时钢液中氮含量精准稳定控制在100-116ppm。
3)LF精炼:
LF精炼采用全程底吹氩搅拌,前期强搅破壳阶段氩气流量为500-800L/min,吹氩搅拌时间为2-3min;通电加渣造白渣阶段氩气流量为100-150L/min;白渣精炼及微调成分阶段氩气流量为100-200L/min;出站前采用小压力软吹,氩气流量为50-80L/min,软吹时间不小于12min。严格控制钢水裸露面积,整个过程增氮控制在3-10ppm。
根据炉渣的粘度、颜色及泡沫化程度,用碳化钙、石灰、萤石、硅钙钡、铝渣调整炉渣,出站前顶渣应达到黄白渣,终渣碱度控制在1.8-2.2。
软吹氩之前喂高钙线70-100m/炉。
4)连铸:
连铸过程中,采用全程保护浇注,中间包开浇前开氩气80-100L/min,中间包液面采用碳化稻壳进行覆盖,加入量按照1-1.5kg/t钢。
结晶器采用非正弦振动,液相线温度为1510-1525℃,中间包过热度按10-20℃控制,拉速为1.1-1.3m/min。
渣层厚度为70-80mm,液渣层过厚或过薄都会使板坯产生表面纵裂纹,严格控制液渣层厚度为7-10mm。
连铸整个过程钢液增氮控制在3-4ppm。
连铸坯下线缓冷,堆冷至400℃以下。
5)轧制:
连铸坯加热:出钢温度为1170-1200℃,在炉时间为280-320min。
粗轧:粗轧开轧温度为1160-1190℃,粗轧终轧温度为1100-1130℃。粗轧采用尽量少的道次,尽量保证至少有2个道次压下率不低于20%。
精轧:精轧开轧温度为830-880℃,精轧终轧温度为800-850℃。
冷却:冷却入口温度810-830℃,冷却出口温度480-550℃,冷却速度控制在10-20℃/s。
本发明采用较低的连铸坯加热温度,获得较小的原始奥氏体组织+再结晶区控制轧制,通过奥氏体的反复再结晶,获得细小的再结晶奥氏体晶粒+奥氏体和铁素体中的析出物(VN、V(C,N)),增加铁素体的形核密度+加速冷却,增大相变时铁素体的形核驱动力的组合工艺,细化最终组织,在热轧状态下就能获得约1-5μm的微细铁素体组织,轧后无需进行淬火+回火,钢板即可获得良好的综合力学性能,屈服强度565-607MPa,抗拉强度675-706MPa,断后伸长率17.5-18.5%,-20℃纵向冲击功80-125J。
本发明采用多次轧制-再结晶的形变工艺,可获得较细小的奥氏体晶粒,终轧温度的高或低对奥氏体反复再结晶后的晶粒尺寸影响较小,适合高效轧机的连续生产,缩短并节约轧制时间,提高生产效率。
与现有技术相比,本发明的优势在于:
1、本发明采用钒氮微合金化+精准稳定控氮+多次轧制-再结晶的形变+加速冷却工艺,通过奥氏体再结晶细化、氮促进钒的析出及晶内铁素体形核、增大相变生核驱动力,获得1-5μm的微细铁素体组织,同时产生较多的小于10nm的析出粒子,最终实现晶粒细化以及弥散强化效果,钢板综合力学性能良好,截面性能均匀性提高2-3%。
2、本发明采用价格相对低廉的氮元素,合金成本降低,炼钢环节不经过真空脱气精炼,可减少冶炼时间30-40min,缩短生产周期,轧后无需进行淬火+回火,减少能耗,提高生产效率,综合成本显著降低,吨钢成本降低60-100元/吨,经济效益明显。
3、本发明通过合金加入时机优化,氮回收率提高了10-15%;LF不同冶炼阶段氩气流量的合理控制以及连铸工序的全保护浇注,使氮含量精准稳定控制在100-130ppm,确保钒氮微合金化效果以及产品性能稳定性。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
化学成分重量百分比%为:
牌号 | C | Si | Mn | P | S | V | N | Cr | CEV | Pcm |
Q550D | 0.07 | 0.2 | 1.65 | 0.01 | 0.02 | 0.1 | 0.012 | 0.25 | 0.403 | 0.172 |
制备方法主要工艺措施:
1)铁水预脱硫:脱硫后铁水中的硫含量为0.00319%;
2)转炉冶炼:
废钢采用钢筋压块、重型压块、渣钢,分别占比50%、30%、20%。
采用顶底复吹转炉冶炼,钢包采用底吹良好的红净钢包,烘烤温度为820℃。
冶炼终点C含量为0.07%,P含量为0.01%,S含量为0.018%,出钢温度为1620℃,终渣碱度为3.2。
转炉出钢至1/5-1/3时加入硅钙钡、硅锰、中锰、金属锰、中铬脱氧合金化,加入量分别为2.6kg/t钢、2.2kg/t钢、6.8kg/t钢、7.5kg/t钢、3.9kg/t钢;出钢至1/2时加入钒氮合金,加入量为1.2kg/t钢,所有物料对准钢流冲击区加入。
放钢后加合成渣4.3kg/t钢,挡渣采用滑板自动挡渣。
3)LF精炼:
LF进站后钢水氮含量为108ppm。
LF精炼采用全程底吹氩搅拌,前期强搅破壳阶段氩气流量为600L/min,吹氩搅拌时间为2min;通电加渣造白渣阶段氩气流量为115L/min;白渣精炼及微调成分阶段氩气流量为120L/min;出站前采用小压力软吹,氩气流量为55L/min,软吹时间为12min,出站时钢水N含量为111ppm。
根据炉渣的粘度、颜色及泡沫化程度,用石灰、萤石、硅钙钡、铝渣调整炉渣,加入量分别为1.1kg/t钢、2.1kg/t钢、0.7kg/t钢、1.8kg/t钢,出站前顶渣应达到黄白渣,终渣碱度控制在2.02,炉渣成分为SiO2:24.83%,CaO:50.09%,MgO:4.96%,Al2O3:10.72%,TFe:0.88%。
软吹氩之前喂高钙线70m/炉。
4)连铸:
连铸过程中,采用全程保护浇注,中间包开浇前开氩气90L/min,中间包液面采用碳化稻壳进行覆盖,加入量按照1.2kg/t钢。
结晶器采用非正弦振动,液相线温度为1519℃,中间包过热度按18℃控制,拉速为1.1m/min,渣层厚度75mm,液渣厚度8mm。
中间包钢水氮含量为113ppm,结晶器钢水N含量为123ppm。
5)轧制:
连铸坯加热:预热段温度为351℃,第一段加热段温度为796℃,第二段加热段温度为1152℃,出钢温度为1191℃,在炉时间为312min。
粗轧:粗轧开轧温度为1176℃,粗轧终轧温度为1112℃。
精轧:精轧开轧温度为864℃,精轧终轧温度为828℃。
冷却:冷却入口温度812℃,冷却出口温度539℃,冷却速度控制在13℃/s。
上述实施例中轧材氮含量为120ppm,显微组织由多边形铁素体+针状铁素体+少量粒状贝氏体组成,同时弥散分布着VN、V(C,N)析出相,钢材综合性能良好,组织性能分布均匀,不同位置屈服强度差值在30MPa以内,吨钢成本大约降低80元/吨,经济效益明显。
实施例2
化学成分重量百分比%为:
牌号 | C | Si | Mn | P | S | V | N | Cr | CEV | Pcm |
Q550D | 0.1 | 0.3 | 1.7 | 0.015 | 0.015 | 0.11 | 0.013 | 0.3 | 0.456 | 0.21 |
制备方法主要工艺措施:
1)铁水预脱硫:脱硫后铁水中的硫含量为0.00596%;
2)转炉冶炼:
废钢采用钢筋压块、重型压块、渣钢,分别占比45%、35%、20%。
采用顶底复吹转炉冶炼,钢包采用底吹良好的红净钢包,烘烤温度为830℃。
冶炼终点C含量为0.1%,P含量为0.0108%,S含量为0.0143%,出钢温度为1625℃,终渣碱度为3.4。
转炉出钢至1/5-1/3时加入硅钙钡、硅锰、中锰、金属锰、中铬脱氧合金化,加入量分别为2.9kg/t钢、3.6kg/t钢、5.1kg/t钢、7.6kg/t钢、3.7kg/t钢;出钢至1/3时加入钒氮合金,加入量为1.3kg/t钢,所有物料对准钢流冲击区加入。
放钢后加合成渣4.5kg/t钢,挡渣采用滑板自动挡渣。
3)LF精炼:
LF进站后钢水氮含量为116ppm。
LF精炼采用全程底吹氩搅拌,前期强搅破壳阶段氩气流量为700L/min,吹氩搅拌时间为2min;通电加渣造白渣阶段氩气流量为100L/min;白渣精炼及微调成分阶段氩气流量为105L/min;出站前采用小压力软吹,氩气流量为60L/min,软吹时间为13min,出站时钢水N含量为123ppm。
根据炉渣的粘度、颜色及泡沫化程度,用碳化钙、萤石、铝渣调整炉渣、脱氧,加入量分别为1.2kg/t钢、0.96kg/t钢、0.74kg/t钢,出站前顶渣应达到黄白渣,终渣碱度控制在2.07,炉渣成分为SiO2:24.36%,CaO:50.54%,MgO:4.92%,Al2O3:9.49%,TFe:0.54%。
软吹氩之前喂高钙线80m/炉。
4)连铸:
连铸过程中,采用全程保护浇注,中间包开浇前开氩气85L/min,中间包液面采用碳化稻壳进行覆盖,加入量按照1.4kg/t钢。
结晶器采用非正弦振动,液相线温度为1525℃,中间包过热度按15℃控制,拉速为1.1m/min,渣层厚度80mm,液渣厚度8.5mm。
中间包钢水氮含量为124ppm,结晶器钢水N含量为125ppm。
5)轧制:
连铸坯加热:预热段温度为224℃,第一段加热段温度为674℃,第二段加热段温度为1114℃,出钢温度为1198℃,在炉时间为303min。
粗轧:粗轧开轧温度为1182℃,粗轧终轧温度为1128℃。
精轧:精轧开轧温度为872℃,精轧终轧温度为821℃。
冷却:冷却入口温度820℃,冷却出口温度541℃,冷却速度控制在11℃/s。
上述实施例中轧材氮含量为116ppm,显微组织由多边形铁素体+针状铁素体+少量粒状贝氏体组成,同时弥散分布着VN、V(C,N)析出相,钢材综合性能良好,组织性能分布均匀,不同位置屈服强度差值在28MPa以内,吨钢成本大约降低75元/吨,经济效益明显。
本发明的工艺参数(如温度、时间等)区间上下限取值以及区间值都能实现本法,在此不一一列举实施例。
本发明未详细说明的内容均可采用本领域的常规技术知识。
最后所应说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照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,对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,都不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种Q550D高强钢板,其特征在于,所述Q550D高强钢板,化学成分按重量百分数计包括:C:0.06-0.18%、Si:0.1-0.6%、Mn:1.0-2.0%、P≤0.03%、S≤0.025%、V:0.09-0.12%、N:0.01-0.013%、Cr:0.1-0.6%、CEV≤0.47、Pcm≤0.22,余量为铁和不可避免杂质;
所述Q550D高强钢板屈服强度565-607 MPa,抗拉强度675-706 MPa,断后伸长率17.5-18.5%,-20℃纵向冲击功80-125 J;
所述的Q550D高强钢板的制备方法,包括以下步骤:
1)铁水预脱硫:脱硫后铁水中的硫含量≤0.01%;
2)转炉冶炼:
冶炼终点C含量控制在0.06-0.18%,出钢温度控制在1600-1625℃,终渣碱度控制在3.0-4.0范围之内;
转炉出钢至1/5-1/3时加入硅钙钡、硅锰、中锰、金属锰、中铬脱氧合金化,出钢至1/2-3/4时加入钒氮合金,所有物料对准钢流冲击区加入;
3)LF精炼:
LF精炼采用全程底吹氩搅拌,前期强搅破壳阶段氩气流量为500-800L/min,吹氩搅拌时间为2-3min;通电加渣造白渣阶段氩气流量为100-150 L/min;白渣精炼及微调成分阶段氩气流量为100-200 L/min;出站前采用小压力软吹,氩气流量为50-80 L/min,软吹时间不小于12min;
4)连铸:
采用全程保护浇注,渣层厚度为70-80mm,液渣层厚度为7-10mm;
5)轧制:
连铸坯加热:出钢温度为1170-1200℃,在炉时间为280-320min;
粗轧:粗轧开轧温度为1160-1190℃,粗轧终轧温度为1100-1130℃;粗轧至少有2个道次压下率不低于20%;
精轧:精轧开轧温度为830-880℃,精轧终轧温度为800-850℃;
冷却:冷却入口温度810-830℃,冷却出口温度480-550℃,冷却速度控制在10-20℃/s。
2.根据权利要求1所述的Q550D高强钢板,其特征在于,在步骤2)中,所述硅钙钡加入量为2.5-3.0kg/t钢;所述硅锰、中锰、金属锰、中铬加入量分别为2-3.8 kg/t钢、5-7 kg/t钢、7-8 kg/t钢、3.5-4 kg/t钢;所述钒氮合金加入量为1-1.5 kg/t;放钢后加合成渣4-5 kg/t钢,挡渣采用滑板自动挡渣。
3.根据权利要求1所述的Q550D高强钢板,其特征在于,在步骤2)中,废钢采用钢筋压块、重型压块、渣钢,分别占比40-50%、30-35%、20-25%;采用顶底复吹转炉冶炼,钢包采用底吹良好的红净钢包,烘烤温度≥ 800℃。
4.根据权利要求1所述的Q550D高强钢板,其特征在于,在步骤3)中,用碳化钙、石灰、萤石、硅钙钡、铝渣调整炉渣,出站前顶渣应达到黄白渣,终渣碱度控制在1.8-2.2。
5.根据权利要求1所述的Q550D高强钢板,其特征在于,在步骤4)中,中间包开浇前开氩气80-100L/min,中间包液面采用碳化稻壳进行覆盖,加入量按照1-1.5kg/t钢。
6.根据权利要求1所述的Q550D高强钢板,其特征在于,在步骤4)中,液相线温度为1510-1525℃,中间包过热度按10-20℃控制,拉速为1.1-1.3m/min。
7.根据权利要求1所述的Q550D高强钢板,其特征在于,在步骤4)中,连铸坯下线缓冷,堆冷至400℃以下。
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