CN113755759A

CN113755759A - 一种厚规格高韧性低合金高强结构钢及其生产方法

Info

Publication number: CN113755759A
Application number: CN202111060813.6A
Authority: CN
Inventors: 刘卫丽; 刘卫航
Original assignee: Baosteel Zhanjiang Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baosteel Zhanjiang Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2021-09-10
Filing date: 2021-09-10
Publication date: 2021-12-07

Abstract

本发明公开了一种厚规格高韧性低合金高强度钢及其生产方法，按重量百分比计，其化学组分为：C：0.08～0.1％、Si：0.25～0.35％、Mn：1.43～1.53％、P≤0.015％、S≤0.003％、Ti：0.01～0.02％、Nb：0.011～0.021％、Alt：0.025～0.035％、其余为Fe和不可避免杂质；该钢板通过冶炼、浇铸、板坯加热、轧制及冷却等步骤生产得到。本发明提供的低合金高强度钢板化学成分设计简单经济，获得的钢板具有优异的力学性能，本发明可用较小厚度板坯生产冲击性能优异的80mm厚度的钢板，且生产周期短。

Description

一种厚规格高韧性低合金高强结构钢及其生产方法

技术领域

本发明涉及低合金高强结构钢领域，具体涉及一种厚规格高韧性的低合金高强结构钢及其生产方法。

背景技术

低合金高强度结构钢是含碳量Wc≦0.20％的碳素结构钢基础上，加入少量的合金元素发展起来的，韧性高于碳素结构钢，具有良好的焊接性能、塑性、韧性和加工工艺性，较好的耐蚀性，较高的强度和较低的冷脆临界转换温度。Q345A、B、C、D、E是此类钢的代表牌号，其中A、B级钢通常称16Mn；C级以上钢需加入一个以上微量元素，其力学性能中增加1项低温冲击性能。该钢多轧制成板材、型材、无缝钢管等，被广泛用于桥梁、船舶、锅炉、车辆及重要建筑结构。

随着特种车辆等制造行业的迅速发展，市场对厚规格-40℃低温冲击性能要求的低合金高强钢板需求量越来越大。现在很多宽厚板长的Q345E的成分设计碳含量都较高，碳含量高可以提高强度，但是碳含量过于偏高，会导致-40℃冲击偏低，冲击不稳定。为了保证厚规格的冲击性能，传统的生产方法是将热轧后的钢板进行正火处理，增加正火工序后，钢板的机械性能会得到改善，但是钢板的制造成本会大幅升高，同时生产周期也延长了。对于Q345E,近几年兴起了TMCP型的生产方法，但大多数只能生产60mm以下的钢。CN102899557B公开了一种低合金中厚钢板的生产方法，其化学成分按重量百分比计包括:C：0.15～0.18％、Si：0.25～0.45％、Mn：1.40～1.55％、P≤0.015％、S≤0.007％、Ni：0.15～0.25％、AL(t)：0.02～0.045％、其余为Fe和杂质。该专利只能生产厚度60mm以下的钢板，且还在钢中添加了0.15～0.25％的贵重金属Ni，使钢板的合金成本升高了。CN103498097A公开了低合金Q345E大于60mm厚钢板及制造方法，其化学成分按重量百分比计包括:C：0.06～0.1％、Si：0.2～0.5％、Mn：1.3～1.55％、P≤0.015％、S≤0.007％、Nb：0.015～0.03％、V：0.15～0.46％、其余为Fe和杂质。该专利可以生产60mm以上的Q345E,但该专利中添加了会降低冲击性能的合金V，且V+NB总的合金添加量较高，生产制造成本较高。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提出一种厚规格高韧性的低合金高强结构钢及其生产方法，在低碳含量、低碳当量、更低合金含量的同时能有效保证厚规格的低温冲击性能。该钢板生产方法可以缩短生产周期，具有更高的生产效率，同时该生产方法可采用厚度227mm的板坯生产成品厚度80mm的钢板，钢板-40℃冲击性能在120J以上。

为此，本发明采用的第一种技术方案如下：

一种厚规格高韧性的低合金高强结构钢的生产方法，按重量百分比计，其化学组分为：C：0.08～0.1％、Si：0.25～0.35％、Mn：1.43～1.53％、P≤0.015％、S≤0.003％、Ti：0.01～0.02％、Nb：0.011～0.021％、Alt：0.025～0.035％、其余为Fe和不可避免杂质。

C是最基本的强化元素，C溶解在钢中形成间隙固溶体，起固溶强化的作用，与强碳化物形成元素形成碳化物析出，则起到沉淀强化的作用。但C高对钢的韧性和焊接性能不利，尤其是厚规格的钢板。因此，为更好的保证钢板的强度和韧性，本发明控制C含量为0.08％～0.1％。

Si是固溶强化元素，同时也是钢中的脱氧元素，但含量过高会恶化钢材的焊接性能，同时不利于轧制过程中热轧氧化铁皮去除，因此，本发明控制Si含量为0.25％～0.35％。Mn：Mn通过固溶强化提高钢的强度，是钢中补偿因C含量降低而引起强度损失的最主要、经济的强化元素。Mn还是扩大γ相区的元素，可降低钢的γ→α相变温度，有助于获得细小的相变产物，可提高钢的韧性；但Mn是易偏析元素，当Mn含量较高时，在浇铸过程中Mn易在板厚中心偏析，轧制完成后生成硬相的马氏体组织，降低材料的低温韧性和抗动态撕裂性能。因此，本发明控制Mn含量为1.43％～1.53％。

Nb元素是低碳微合金钢的重要元素之一，Nb在钢中的特点就是提高奥氏体的再结晶温度，从而达到细化奥氏体晶粒的目的。一般钢种Nb的加入量在0.05％以下，高于0.05％的Nb对强韧性贡献将不再明显，微量的Nb足可使钢得到极好的综合性能，因为在低Nb浓度下，钢的屈服强度增长较快，并且和浓度成正比，但当Nb含量大于0.03％时，强化效果开始降低，有研究表明，当Nb含量大于0.06％时，多余的Nb对钢将不再起强化作用。因此，本发明控制Nb含量为0.011％～0.021％％。

Ti元素是一种强烈的碳氮化物形成元素，Ti的未溶的碳氮化物在钢加热时可以阻止奥氏体晶粒的长大，在高温奥氏体区粗轧时析出的TiN可有效抑制奥氏体晶粒长大。另外在焊接过程中，钢中的TiN粒子能显著阻止热影响区晶粒长大，从而改善钢板的焊接性能同时对改善焊接热影响区的冲击韧性有明显作用。因此，本发明中Ti含量控制在0.006-0.012％。

Al元素为优良的脱氧剂；Al与N相结合，消除固溶N对钢板冲击韧性、时效脆化特性不利影响；Al与N结合形成AlN粒子，细化钢板晶粒尺寸，提高钢板屈服强度、改善钢板冲击韧性；当Al含量≤0.010％时无细晶效果，Al含量＞0.015％开始具有细晶效果，当Al含量≥0.020％时，本质细晶粒钢；过多Al添加时(＞0.070％)，钢中Al2O3夹杂物含量激增，钢板内质恶化的同时，连铸坯角横裂缺陷增加。对于该发明Al元素控制在0.02-0.04％之间。

所述厚规格高韧性的低合金高强结构钢的生产方法，包括如下步骤：

S1、冶炼、浇铸:对设计的化学成分进行浇铸，先经KR搅拌脱硫处理，再在转炉中吹练，然后通过LF炉内精炼，再经RH真空处理系统去除钢中的S元素、气体元素及夹杂物，最后经连铸机进行浇铸获得板坯。

S2、加热：板坯加热温度设定为1130-1170℃，加热时间大于220min。

S3、轧制：轧制包括粗轧和精轧，粗轧阶段无成型道次，每道次采用大压下量轧制，粗轧结束后以1.8-2T(T为成品钢板厚度)待温厚在中间辊道待温，当温度降到指定温度后进入精轧机轧制，精轧开轧温度范围控制在800-900℃，终轧温度控制在750-850℃。

S4、冷却：钢板进入冷却设备，通过不同冷却模式的匹配进行冷却，冷却速度为6-12℃/S，开冷温度设为740-840℃，终冷温度设为280-450℃，最终得到厚度≥60mm的低合金高强结构钢板。

进一步地，所述步骤S4中最终得到的低合金高强结构钢其屈服强度Rt0.2≥345Mpa，抗拉强度Rm≥470Mpa,-40℃全尺寸夏比冲击功AKv≥120J。

一种厚规格高韧性低合金高强度钢板，该钢板采用上述制造方法生成得到，所述生产过程中的板坯厚度为227mm，所述钢板厚度为80mm，所述钢板-40℃冲击性能在120J以上。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1)本发明采用简单经济的成分设计，合金元素中只含有Mn、Al和少量的Nb和Ti元素，本发明的合金添加量更少，成本更低；

2)本发明的低碳、低锰微合金的成分设计，减少了偏析对钢板冲击性能的影响，与现有技术添加Nb+V相比，可以达到相同的强度，且冲击能力更强；

3)本发明在控制轧制后通过冷却工艺，使得原本控制轧制后的带状组织及粗大晶粒进一步均匀、细化，钢板强度和韧性进一步得到了提高。

4)本发明可以用厚度227mm的板坯生产-40℃冲击性能优异的成品厚度80mm的钢板。

具体实施方式

下面通过具体实施例来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。对于未特别注明的工艺参数或者条件，可参照常规技术进行。

实施例1

化学成分设计：按照质量百分数设计如下化学成分：C：0.084％，Si：0.29％，Mn：1.49％，P：0.013％，S：0.0026％，Nb：0.0173％，Ti：0.0159％，Al：0.032％，其余为铁及不可避免的杂质。

上述钢板的生产方法，包括如下步骤：

步骤1，冶炼、浇铸：对设计的化学成分进行浇铸，先经KR搅拌脱硫处理，然后通过LF炉内精炼，再经RH真空处理系统去除钢中的S元素、气体元素及夹杂物，最后经连铸机进行浇铸获得板坯，板坯厚度为227mm。

步骤2，加热：将板坯进行再加热炉加热，加热温度设定为1150℃，加热时间为230min。

步骤3，轧制包括粗轧和精轧，粗轧阶段无成型道次，每道次采用大压下量轧制，粗轧结束后以2T(T为成品钢板厚度)待温厚在中间辊道待温，当温度降到指定温度(880-900℃之间)后进入精轧机轧制，精轧实际开轧温度878℃，终轧温度838℃。

步骤4，冷却：钢板进入冷却设备，采用快冷+弱冷段的组合冷却模式进行冷却，冷却速度为8.8℃/S，开冷温度756℃，终冷温度347℃，钢板出冷却设备后最终得到厚度60mm的钢板。

实施例2

化学成分设计：按照质量百分数设计如下化学成分：C：0.092％，Si：0.27％，Mn：1.45％，P：0.011％，S：0.003％，Nb：0.0165％，Ti：0.0131％，Al：0.0258％，其余为铁及不可避免的杂质。

上述钢板的生产方法，包括如下步骤：

步骤2，加热：将板坯进行再加热炉加热，加热温度设定为1150℃，加热时间为240min。

步骤3，轧制包括粗轧和精轧，粗轧阶段无成型道次，每道次采用大压下量轧制，粗轧结束后以1.8T(T为成品钢板厚度)待温厚在中间辊道待温，当温度降到指定温度后(880-900℃之间)进入精轧机轧制，精轧实际开轧温度878℃，终轧温度849℃。

1)步骤4，冷却：钢板进入冷却设备，采用快冷+弱冷段的组合冷却模式进行冷却，冷却速度为8.9℃/S，开冷温度779℃，终冷温度366℃，钢板出冷却设备后最终得到厚度70mm的钢板。

实施例3

化学成分设计：按照质量百分数设计如下化学成分：C：0.088％，Si：0.27％，Mn：1.49％，P：0.011％，S：0.0019％，Nb：0.0152％，Ti：0.0138％，Al：0.028％，其余为铁及不可避免的杂质。

上述钢板的生产方法，包括如下步骤：

步骤2，加热：将板坯进行再加热炉加热，加热温度设定为1170℃，加热时间为240min。

步骤3，轧制：轧制包括粗轧和精轧，粗轧阶段无成型道次，每道次采用大压下量轧制，粗轧结束后以1.8T(T为成品钢板厚度)待温厚在中间辊道待温，当温度降到指定温度(840-900℃之间)后进入精轧机轧制，精轧开轧实际温度838℃，终轧温度809℃。

步骤4，冷却：钢板进入冷却设备，采用快冷+弱冷段的组合冷却模式进行冷却，冷却速度为8.5℃/S，开冷温度743℃，终冷温度355℃，钢板出冷却设备后最终得到厚度80mm的钢板。

实施例1-3的具体的工艺参数如表1所示：

表1实施例1-3的具体参数对比

为了证明本发明的厚规格高韧性低合金高强度钢板具有优异的性能，对本发明实施例1-3生产的钢板进行力学性能测试，测试结果见表2。

表2实验性能测试结果

由表2的测试结果可以看出，本发明钢的抗拉强度、屈服强度、夏氏冲击功、断后伸长率都符合GB/T 1975-2018规范要求且性能富余量较大，可生产钢板厚度达80mm。在保证了要求的力学性能同时，钢板冶炼成分中没有添加V等元素，显著降低了生产成本，具有良好的经济效益。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明技术方案所作的举例，而并非是对本发明的具体实施方式的限定。凡在本发明权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种厚规格高韧性低合金高强度钢的生产方法，按重量百分比计，其特征在于，其化学组分为：C：0.08～0.1％、Si：0.25～0.35％、Mn：1.43～1.53％、P≤0.015％、S≤0.003％、Ti：0.01～0.02％、Nb：0.011～0.021％、Alt：0.025～0.035％、其余为Fe和不可避免杂质；所述低合金高强钢的制造方法如下步骤：

S1、冶炼、浇铸:对设计的化学成分进行浇铸，先经KR搅拌脱硫处理，再在转炉中吹练，然后通过LF炉内精炼，再经RH真空处理系统去除钢中的S元素、气体元素及夹杂物，最后经连铸机进行浇铸获得板坯；

S2、加热：板坯加热温度设定为1130-1170℃，加热时间大于220min；

S3、轧制：轧制包括粗轧和精轧，粗轧阶段无成型道次，每道次采用大压下量轧制，粗轧结束后以1.8-2T，所述T为成品钢板厚度，待温厚在中间辊道待温，当温度降到指定温度后进入精轧机轧制，精轧开轧温度范围控制在800-900℃，终轧温度控制在750-850℃；

2.一种如权利要求1所述的生产方法得到的厚规格高韧性低合金高强度钢，其特征在于，所述生产过程中的板坯厚度为227mm，所述钢板厚度为80mm。