CN113943890A - 一种低能耗q550d厚规格钢板及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低能耗Q550D厚规格钢板及其生产方法，其化学成分为：C：0.075～0.095％；Si：0.35～0.45％；Mn：1.7～1.8％；Nb：0.035～0.045％；V：0.05～0.06％；Cr：0.25～0.35％；P：≤0.015％；S：≤0.005％；Als：0.021～0.032％；Ca：0.0014～0.0029％；Ti：0.011～0.021％；其余为铁和不可避免杂质；本发明通过合适的加热、轧制、淬火及回火工艺，生产出了表面质量良好、机械性能优异的钢板。同时简化了生产工序，降低了生产组织难度、降低了生产成本。

Description

一种低能耗Q550D厚规格钢板及其生产方法
技术领域
本发明涉及材料加工领域，尤其涉及一种低能耗Q550D厚规格钢板及其生产方法。
背景技术
Q550D是一种屈服强度为550MPa级的结构钢。该钢种广泛应用于建筑、工程机械领域。Q550D钢板除要求较高的强度、良好的冲击韧性和焊接性能外，还要求良好的表面质量。Q550D钢种的厚规格钢板，一般采用控轧+控冷+热处理工艺生产，其间钢板要经过多次加热、冷却，消耗很多能源，其能耗占了制造成本的大部分，因此降低其生产能耗，就能降低制造成本，增加经济效益。在能源消耗组成里，板坯在加热炉里的消耗占大部分，这部分消耗是指板坯由入炉温度加热到板坯出炉温度所消耗的能源。因此入炉温度越高，板坯消耗的能源就越少，最节能的方式就是，铸机浇铸出来的板坯经切断后，直接入炉。然而，由于入炉温度较高，板坯表面还是铸态组织，塑性较差，再加上Q550D钢种含有较多的Nb、V、Cr等合金，当板坯表面入炉温度较高时，板坯表面在加热时容易出现裂纹，进而轧制后钢板表面出现裂纹，并且这种裂纹是大面积的，无法修磨，导致钢板报废。因此，要提高板坯入炉温度，如何控制板坯及钢板表面质量是关键。
公布号CN102433498A的专利“一种Q550D优质结构钢中厚板及其生产方法”提供了一种Q550D钢板生产方法，该方法生产的Q550D性能满足要求，但该方法要求连铸坯切断后，需要堆垛缓冷12小时以上，板坯入炉温度较低，重新加热时能耗高。
公布号CN103276301A的专利“一种屈服强度≥550MPa的低温工程用钢及其生产方法”提供了一种Q550D厚规格钢板生产方法，该方法生产的Q550D性能满足要求，但该方法钢板轧后终冷温度在400～450℃之间，板形不好控制，对冷却设备要求高。
公布号CN106498289A的专利“一种550MPa级大厚度S550Q钢板及生产方法”提供了一种Q550D厚规格钢板生产方法，该方法生产的Q550D性能满足要求，但该方法要求两次淬火，工艺复杂，生产成本高。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种操作简单、能有效降低Q550D厚规格钢板生产能耗，表面质量良好，且力学性能良好的方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种低能耗Q550D厚规格钢板，其化学成分按重量百分比为：C：0.075～0.095％；Si：0.35～0.45％；Mn：1.7～1.8％；Nb：0.035～0.045％；V：0.05～0.06％；Cr：0.25～0.35％；P：≤0.015％；S：≤0.005％；Als：0.021～0.032％；Ca：0.0014～0.0029％；Ti：0.011～0.021％；其余为铁和不可避免杂质。
2.根据权利要求1所述的低能耗Q550D厚规格钢板的生产方法，其特征在于：包括：
1)板坯从铸机铸出来，切断后，在进入加热炉前，对其表面喷水进行层流冷却，层流冷却时板坯上表面的水流密度不小于190l/(min·m^2)；板坯上、下表面的水流密度比值为1：2.9；冷却时间为95～140秒；入炉时表面返红温度在680～730℃之间；
2)加热工艺：板坯加热时采用步进式加热炉，连铸坯出炉温度1215-1245℃，加热时间170～223分钟，板坯在均热段的加热时间不低于22分钟；板坯在加热炉中加热时活动梁托起板坯的移动速度为1.16m/min；加热时使用高炉煤气和焦炉煤气的混合煤气，加热炉废气残氧量控制在1.0％～2.5％之间；
3)将板坯加热好之后进行控制轧制，第一阶段开轧厚度为板坯厚度，第一阶段开轧温度1205～1235℃，第一阶段轧制速度为0.8m/s，咬入速度为0.50m/s，咬入长度为0.10m，机架加速度为0.8m/s2；第一阶段终轧温度≥1136℃；第一阶段轧制5～8个道次；第二阶段钢板的开轧厚度为1.6-2.2倍成品钢板厚度，第二阶段钢板开轧温度为905～915℃，第二阶段终轧温度为850～870℃，第二阶段轧制4～6道次，第二阶段的轧制速度为1.5～2.5m/s，咬入速度为1.1m/s，咬入长度为0.2m，机架加速度为1.0m/s2；钢板轧完后进行层流冷却，冷却速度为6～8℃/s，终冷温度为670～690℃；
4)轧后钢板进行淬火+回火处理，淬火温度为905～915℃，淬火保温时间为21～26分钟；回火温度为590～605℃，回火保温时间为22～42分钟；钢板回火出炉后采用层流冷却，冷速10℃/s，终冷温度320～340℃。
进一步的，为保证一定的压缩比及满足钢板质量需要，选用300mm厚、2200mm宽的连铸坯。
进一步的，制备的钢板厚度为60mm～80mm厚，在宽厚板轧机上生产。
含Nb且碳含量处在包晶区域内的钢种，板坯入炉温度在550℃以上时，轧制的钢板表面容易出现裂纹，主要原因是Nb的碳氮化物在晶界析出，使材料强度增加，塑性降低，再加上在此温度下，板坯表面有一部分已经发生奥氏体向铁素体转变，板坯内部存在组织转变应力。这样板坯再入炉加热时，在热应力、组织转变应力的作用下，再加上材料本身由于碳氮化物在晶界析出，塑性较低，板坯表面容易出现裂纹，如果轧制时不能将这些裂纹焊合，则轧完的钢板就会出现裂纹。
为避免板坯直接热装时，钢板表面出现裂纹，在板坯刚切断后，对板坯表面喷水进行层流冷却，由于层流冷却的冷却强度大，板坯表面的温度急剧降低，随着冷却时间延长，表面的低温区逐渐向板坯心部方向延伸，表面出现一定深度的低温区，该低温区完成奥氏体向铁素体的组织转变，从而细化组织，增强该部分区域的塑性。这样板坯在加热炉重新加热时，虽然在热应力的作用下，板坯的变形量不变，但由于板坯表面经过快速冷却，板坯表面塑性增强，能够承受所有变形，不会出现裂纹。板坯表面经过快速冷却，既解决了表面裂纹的问题，同时由于冷却时间短，只在距表面很小的一段距离内形成低温区，热量损失不多。采用300mm厚的板坯生产，使钢板轧制时具有较大的压缩比，轧制时采用低速大压下策略，有利于板坯表面裂纹和中心疏松等缺陷组织在轧制时焊合，同时有利于保证钢板的机械性能。采用300mm厚板坯生产，还有一个优点是由于板坯较厚，从铸机浇铸出来后，板坯温度较高。从而入炉温度较高，能充分利用板坯浇铸后的余热，节省能源。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
1)本发明通过对300mm厚、2200mm宽板坯在浇铸出来切断后的快速冷却、优化加热、轧制工艺，能有效消除Q550D钢种板坯直接热装热送时，厚规格钢板表面出现的裂纹；入炉板坯表面温度达到680℃以上，心部温度在900℃以上，大大降低了Q550D钢种厚钢板生产能耗，简化了生产工序，降低了生产成本。
2)本发明操作方法简单易行，便于推广。
3)采用本发明方法生产的Q550D钢种厚钢板表面质量良好，机械性能优良。
附图说明
下面结合附图说明对本发明作进一步说明。
图1为本发明低能耗Q550D厚规格钢板主视图；
图2为本发明低能耗Q550D厚规格钢板剖视图；
图3为本发明低能耗Q550D厚规格钢板仰视图。
具体实施方式
实施例1
采用300mm厚、2200mm宽板坯，轧制成厚度为60mm厚钢板，在宽厚板轧机上生产，板坯从铸机铸出来，切断后，在进入加热炉前，对其表面喷水进行层流冷却，层流冷却时板坯上表面的水流密度为190l/(min·m^2)；板坯上、下表面的水流密度比值为1：2.9。冷却时间为95秒。入炉时表面返红温度为730℃。板坯加热时采用步进式加热炉，连铸坯出炉温度为1215℃，加热时间为170分钟，板坯在均热段的加热时间为22分钟。板坯在加热炉中加热时活动梁托起板坯的移动速度为1.16m/min。加热时使用高炉煤气和焦炉煤气的混合煤气，加热炉废气残氧量为1.0％。板坯的(重量百分比)化学成分为：C0.075％，Si0.35％，Mn1.7％，Nb：0.045％；V：0.05％；Cr0.25％；P0.015％，S0.005％，Als0.021％，Ca0.0014％，Ti0.021％；余量为Fe和不可避免的杂质。第一阶段开轧厚度为板坯厚度。钢轧完板后进行层流冷却，冷却速度为8℃/s，终冷温度为690℃。淬火温度为905℃，淬火保温时间为21分钟；回火温度为605℃，回火保温时间为22分钟。钢板回火出炉后采用层流冷却，冷速10℃/s，终冷温度320℃。详细的轧制及冷去工艺见表1，其力学性能见表2。
表1轧制及冷却工艺
Figure BDA0003261331980000051
Figure BDA0003261331980000061
表2钢板力学性能
Figure BDA0003261331980000062
实施例2
采用300mm厚、2200mm宽板坯，轧制成厚度为80mm厚钢板，在宽厚板轧机上生产，板坯从铸机铸出来，切断后，在进入加热炉前，对其表面喷水进行层流冷却，层流冷却时板坯上表面的水流密度为195l/(min·m^2)；板坯上、下表面的水流密度比值为1：2.9。冷却时间为140秒。入炉时表面返红温度为680℃。板坯加热时采用步进式加热炉，连铸坯出炉温度为1245℃，加热时间为223分钟，板坯在均热段的加热时间为28分钟。板坯在加热炉中加热时活动梁托起板坯的移动速度为1.16m/min。加热时使用高炉煤气和焦炉煤气的混合煤气，加热炉废气残氧量为2.5％。板坯的(重量百分比)化学成分为：C0.095％，Si0.45％，Mn1.8％，Nb0.035％；V0.06％；Cr0.35％；P0.012％，S0.003％，Als0.032％，Ca0.0029％，Ti0.011％；余量为Fe和不可避免的杂质。第一阶段开轧厚度为板坯厚度。钢轧完板后进行层流冷却，冷却速度为6℃/s，终冷温度为670℃。淬火温度为915℃，淬火保温时间为26分钟；回火温度为590℃，回火保温时间为42分钟。钢板回火出炉后采用层流冷却，冷速10℃/s，终冷温度340℃。详细的轧制及冷去工艺见表3，其力学性能见表4。
表3轧制及冷却工艺
Figure BDA0003261331980000071
表4钢板力学性能
Figure BDA0003261331980000072
实施例3
采用300mm厚、2200mm宽板坯，轧制成厚度为70mm厚钢板，在宽厚板轧机上生产，板坯从铸机铸出来，切断后，在进入加热炉前，对其表面喷水进行层流冷却，层流冷却时板坯上表面的水流密度为193l/(min·m^2)；板坯上、下表面的水流密度比值为1：2.9。冷却时间为116秒。入炉时表面返红温度为696℃。板坯加热时采用步进式加热炉，连铸坯出炉温度为1238℃，加热时间为214分钟，板坯在均热段的加热时间为25分钟。板坯在加热炉中加热时活动梁托起板坯的移动速度为1.16m/min。加热时使用高炉煤气和焦炉煤气的混合煤气，加热炉废气残氧量为1.8％。板坯的(重量百分比)化学成分为：C0.086％，Si0.41％，Mn1.76％，Nb0.038％；V0.052％；Cr0.31％；P0.013％，S0.002％，Als0.026％，Ca0.0021％，Ti0.018％；余量为Fe和不可避免的杂质。第一阶段开轧厚度为板坯厚度。钢轧完板后进行层流冷却，冷却速度为7℃/s，终冷温度为682℃。淬火温度为912℃，淬火保温时间为24分钟；回火温度为598℃，回火保温时间为35分钟。钢板回火出炉后采用层流冷却，冷速10℃/s，终冷温度332℃。详细的轧制及冷去工艺见表5，其力学性能见表6。
表5轧制及冷却工艺
Figure BDA0003261331980000081
表6钢板力学性能
Figure BDA0003261331980000082
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种低能耗Q550D厚规格钢板，其特征在于：其化学成分按重量百分比为：C：0.075～0.095％；Si：0.35～0.45％；Mn：1.7～1.8％；Nb：0.035～0.045％；V：0.05～0.06％；Cr：0.25～0.35％；P：≤0.015％；S：≤0.005％；Als：0.021～0.032％；Ca：0.0014～0.0029％；Ti：0.011～0.021％；其余为铁和不可避免杂质。
2.根据权利要求1所述的低能耗Q550D厚规格钢板的生产方法，其特征在于：包括：
1)板坯从铸机铸出来，切断后，在进入加热炉前，对其表面喷水进行层流冷却，层流冷却时板坯上表面的水流密度不小于190l/(min·m^2)；板坯上、下表面的水流密度比值为1：2.9；冷却时间为95～140秒；入炉时表面返红温度在680～730℃之间；
2)加热工艺：板坯加热时采用步进式加热炉，连铸坯出炉温度1215-1245℃，加热时间170～223分钟，板坯在均热段的加热时间不低于22分钟；板坯在加热炉中加热时活动梁托起板坯的移动速度为1.16m/min；加热时使用高炉煤气和焦炉煤气的混合煤气，加热炉废气残氧量控制在1.0％～2.5％之间；
3)将板坯加热好之后进行控制轧制，第一阶段开轧厚度为板坯厚度，第一阶段开轧温度1205～1235℃，第一阶段轧制速度为0.8m/s，咬入速度为0.50m/s，咬入长度为0.10m，机架加速度为0.8m/s2；第一阶段终轧温度≥1136℃；第一阶段轧制5～8个道次；第二阶段钢板的开轧厚度为1.6-2.2倍成品钢板厚度，第二阶段钢板开轧温度为905～915℃，第二阶段终轧温度为850～870℃，第二阶段轧制4～6道次，第二阶段的轧制速度为1.5～2.5m/s，咬入速度为1.1m/s，咬入长度为0.2m，机架加速度为1.0m/s2；钢板轧完后进行层流冷却，冷却速度为6～8℃/s，终冷温度为670～690℃；
4)轧后钢板进行淬火+回火处理，淬火温度为905～915℃，淬火保温时间为21～26分钟；回火温度为590～605℃，回火保温时间为22～42分钟；钢板回火出炉后采用层流冷却，冷速10℃/s，终冷温度320～340℃。
3.根据权利要求1所述的低能耗Q550D厚规格钢板，其特征在于：为保证一定的压缩比及满足钢板质量需要，选用300mm厚、2200mm宽的连铸坯。
4.根据权利要求1所述的低能耗Q550D厚规格钢板，其特征在于：制备的钢板厚度为60mm～80mm厚，在宽厚板轧机上生产。
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