CN114000053A - 热轧钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种热轧钢板及其制造方法，该热轧钢板以质量百分含量计，具有以下所示的化学组成：碳：0.12％～0.16％、硅：1.10％～1.40％、锰：1.70％～2.00％、磷：0.010％以下、硫：0.003％以下、酸溶铝：0.40％～0.70％、氧：0.002％以下、氮：0.004％以下，以及余量：铁和杂质；并且，碳、硅、锰和酸溶铝的含量满足以下关系：7.8[％碳]+[％硅]+1.2[％锰]+0.8[％酸溶铝]≥4.82％。本申请提供的热轧钢板具有较好的冷弯性能，使其在可以在汽车行业中得到大规模的应用。

Description

热轧钢板及其制造方法
技术领域
本申请涉及热轧钢板技术领域，具体涉及一种热轧钢板及其制造方法。
背景技术
随着汽车轻量化的要求越来越受到重视，其对钢板的强度提出了更高的要求，尤其是，1000MPa级及以上强度的钢板已被广泛应用在工程机械领域中。而在汽车车厢、大梁等领域还是以700MPa级及以下强度的钢板为主，导致这种现象的重要原因是：1000MPa级及以上强度的钢板的生产复杂、成本昂贵、折弯性能差、焊接需要预热等工序，而700MPa级及以下强度的钢板具有很高的性价比、折弯和焊接性能优良，被汽车制造企业所接受。然而，随着汽车行业的竞争加剧，汽车轻量化还将朝更好的方向发展，因此，市场对性价比高、折弯性能良好、易焊接的高强度钢板的需求将变得越来越迫切。其中，高强度的热轧钢板越来越受到关注。
目前，根据所公开热轧钢板的技术资料可知，其碳含量普遍较高，约为0.2％左右，并且还添加了大量的微合金元素等，在提高强度的同时，也增加焊接难度。尤其在卷取后，要求进入缓冷坑保温，即通过卷取后的余温进行回火热处理，虽然生产工艺较为简单，但缓冷坑保温过程的温度不可控，也增加了性能波动的风险。
此外，为了增强热轧钢板的细晶和析出强化效果来提高其强度，钢中通常会添加性价比较高的钛元素，其含量0.1％以上，这样使得钢板中含有大量10μm级别的氮化钛(TiN)夹杂，这些TiN夹杂具有规则的外形，该外形的尖角处在应力应变条件下容易产生孔洞，成为裂纹源，该裂纹源会使钢板的冷弯性能变差，影响其在汽车行业的大规模应用。
发明内容
本申请提供了一种热轧钢板及其制造方法，该热轧钢板具有较好的冷弯性能。
第一方面，本申请提供了一种热轧钢板，以质量百分含量计，具有以下所示的化学组成：
碳：0.12％～0.16％、
硅：1.10％～1.40％、
锰：1.70％～2.00％、
磷：0.010％以下、
硫：0.003％以下、
酸溶铝：0.40％～0.70％、
氧：0.002％以下、
氮：0.004％以下，以及
余量：铁和杂质；
其中，碳、硅、锰和酸溶铝的含量满足以下关系：
7.8[％碳]+[％硅]+1.2[％锰]+0.8[％酸溶铝]≥4.82％。
在本申请的技术方案中，通过合理选择化学组成成分及含量，并且还未添加铌(Nb)、钒(V)、钛(Ti)、钼(Mo)、铬(Cr)元素，降低了合金含量及成本，缓减了合金元素在铸坯中心的偏析。其中，合理控制热轧钢板中的磷(P)和硫(S)的含量，减少了硫化锰(MnS)夹杂、磷(P)偏析等。另外，未添加Ti元素，消除了TiN等硬质夹杂，降低了制品成型开裂的风险。因此，本申请提供的热轧钢板具有较好的冷弯性能，使其在可以在汽车行业中得到大规模的应用。
在本申请的一些实施例中，所述热轧钢板的金相组织包括贝氏体、马氏体、铁素体，并且按体积率计，所述贝氏体和马氏体满足以下关系：90％≤V贝氏体+V马氏体≤96％。
在本申请的一些实施例中，所述金相组织还包括残余奥氏体。
在本申请的一些实施例中，所述热轧钢板的屈服强度在1000MPa以上；
所述热轧钢板的抗拉强度在1200MPa以上；
所述热轧钢板的延伸率在10％以上。
在本申请的一些实施例中，所述热轧钢板的90°冷弯直径d≤2a，所述a表示热轧钢铁的厚度。
在本申请的一些实施例中，所述a为2.5mm～6.0mm。
第二方面，本申请还提供了一种热轧钢板的制造方法，所述制造方法包括如下步骤：
提供铸坯，所述铸坯具有上述任一实施例中所述的化学组成；
将所述铸坯于1180℃～1220℃内进行加热处理；
将所述加热后的铸坯进行轧制，得到中间坯，所述轧制的结束温度为840℃～900℃；
将所述中间坯以第一段冷却速率V1＝v1+k1×a1/2冷却至温度T＝T1－t1×a1/2，并在温度T1下冷却5.0s～6.5s，随后以第二段冷却速率V2＝v2+k2×a1/2冷却至室温，并于90℃以下进行卷取，得到所述热轧钢板；
其中，V1表示第一段冷却速率，单位为℃/s；
v1为60℃/s～70℃/s；
a表示热轧钢板的厚度，单位mm；
k1表示第一段冷却速率的修正系数，k1为12.9℃/s·mm1/2；
T表示空冷温度，单位为℃；
T1为470℃～500℃；
t1表示空冷温度的修正系数，t1为24℃/mm1/2；
V2表示第二段冷却速率，单位为℃/s；
v2为80℃/s～100℃/s；
k2表示第二段冷却速率的修正系数，k2为12℃/s·mm1/2。
在本申请的技术方案中，该制造方法的工艺简单，且生产成本低，所制造得到的热轧钢板冷弯性能较好。
在本申请的一些实施例中，所述提供铸坯，包括：
提供具有上述任一实施例中所述的化学组成的原材料；
对所述原材料依次进行冶炼、精炼及连铸处理，得到铸坯；
其中，所述精炼处理过程包括钙硅处理，所述钙硅处理中的钙和硫的质量比为1.0～3.0。
在本申请的一些实施例中，在所述铸坯的连铸处理过程中，所述铸坯芯部以28℃/min～36℃/min的速率冷却。
在本申请的一些实施例中，所述将所述加热后的铸坯进行轧制，得到中间坯，包括：
将所述加热后的铸坯依次进行粗轧、热卷和精轧处理，得到钢卷，其中，所述粗轧结束温度为1040℃～1100℃，所述热卷的温度为1020℃～1070℃，所述精轧采用均速轧制。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1为本申请一些实施例提供的热轧钢板的金相组织结构图；
图2为本申请一些实施例提供的热轧钢板折弯后的示意图。
通过上述附图，已示出本申请明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。
具体实施方式
本说明书中各实施例或实施方案采用递进的方案描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方案结合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
本申请提供了一种热轧钢板，以质量百分含量计，具有以下所示的化学组成：
碳(C)：0.12％～0.16％、
硅(Si)：1.10％～1.40％、
锰(Mn)：1.70％～2.00％、
磷(P)：0.010％以下、
硫(S)：0.003％以下、
酸溶铝(Als)：0.40％～0.70％、
氧(O)：0.002％以下、
氮(N)：0.004％以下，以及
余量：铁(Fe)和杂质；
其中，C、Si、Mn和Als的含量满足以下关系：
7.8[％C]+[％Si]+1.2[％Mn]+0.8[％Als]≥4.82％。
以下对本申请技术方案中的化学组成及含量进行详细的说明。
(C：0.12％～0.16％)
C是决定材料强度、硬度的重要元素，它能稳定奥氏体组织。但C含量低于0.12％时，其不能够得到足够的残余奥氏体，而且随着C含量的增加，马氏体相变温度下降，奥氏体转变温度也下降，有利于增加室温下残余奥氏体的体积率。另一方面，当C含量高于0.16％时，会影响成型和焊接性能。因此，在本申请的技术方案中，C含量设定在0.12％～0.16％范围内。
(Si：1.10％～1.40％)
Si是一种非碳化物形成元素，其在碳化物中的溶解度极低，能够抑制碳化物，特别是渗碳体的析出，从而使更多的碳原子从马氏体扩散到未转变奥氏体中，增加奥氏体的稳定性，在室温下得到更多的残余奥氏体，增加材料塑性。当Si含量低于1.10％时，则不能得到上述技术效果。当Si含量低于1.40％时，它会提高轧钢过程中氧化铁皮的附着力，恶化热轧板表面质量。因此，在本申请的技术方案中，Si含量设定在1.10％～1.40％范围内。
(Mn：1.70％～2.00％)
Mn属于置换型元素，起到固溶强化的作用；可扩大奥氏体区，降低马氏体相变温度Ms，有效提高残余奥氏体的分解抗力，有利于在室温组织中得到较多的残余奥氏体。因此，在本申请的技术方案中，Mn含量设定在1.70％～2.00％范围内。
(Als：0.40％～0.70％)
Als：Als的作用与Si相差不多，能抑制碳化物的析出，得到更多的残余奥氏体，但Als的抑制作用略弱于Si，Als的加入可以减轻Si的不利影响。因此，在本申请的技术方案中，Als含量设定在0.40％～0.70％范围内。
(P：0.010％以下)和(S：0.003％以下)
P和S对钢的冷成型性能和低温韧性、焊接性及抗疲劳裂纹扩展特性具有巨大的影响。发明人基于降低生产成本和提高产品质量出发，在本申请的技术方案中，将P含量控制在0.010％以下和S含量控制在0.003％的以下，使P和S对成型性能的影响降到尽可能低的水平。
(N：0.004％以下)
N的含量控制在合适的范围内可以降低生成氮化铝(AlN)夹杂的风险。因此，在本申请的技术方案中，N含量控制在0.004％以下。
(O：0.002％以下)
适量的O含量可以减少钢中氧化物夹杂数量。因此，在本申请的技术方案中，O含量控制在0.002％以下。
在本申请的一些实施例中，含有上述成分的热轧钢板，其厚度为2.5mm～6.0mm。并且经检测，该热轧钢板的屈服强度ReL≥1000MPa，抗拉强度Rm≥1200MPa，延伸率A≥10％。此外，经折弯成型，可满足弯心直径d＝2a(a表示成品钢板厚度)的折弯要求。
在本申请的技术方案中，通过合理选择化学组成成分及含量，并且还未添加铌(Nb)、钒(V)、钛(Ti)、钼(Mo)、铬(Cr)元素，降低了合金含量及成本，缓减了合金元素在铸坯中心的偏析。其中，合理控制热轧钢板中的磷(P)和硫(S)的含量，减少了硫化锰(MnS)夹杂、磷(P)偏析等。另外，未添加Ti元素，消除了TiN等硬质夹杂，降低了制品成型开裂的风险。因此，本申请提供的热轧钢板具有较好的冷弯性能，使其在可以在汽车行业中得到大规模的应用。
以下对本申请提供的热轧钢板的制造方法进行详细的说明。
本申请提供了一种热轧钢板的制造方法，该制造方法包括如下步骤：
S1：提供铸坯，该铸坯具有上述任一实施例中的化学组成。
S11：提供具有上述任一实施例中的化学组成的原材料。
其中，原材料中具有如下化学组成：C：0.12％～0.16％、Si：1.10％～1.40％、Mn：1.70％～2.00％、P：0.010％以下、S：0.003％以下、Als：0.40％～0.70％、O：0.002％以下、N：0.004％以下，以及余量：Fe和杂质；其中，C、Si、Mn和Als的含量满足以下关系：7.8[％C]+[％Si]+1.2[％Mn]+0.8[％Als]≥4.82％。
S12：对原材料依次进行冶炼、精炼及连铸处理，得到铸坯。
根据上述原材料进行冶炼，精炼，其中，精炼过程中包括钙硅(SiCa)处理，在SiCa处理时，钙(Ca)和硫(S)的质量比控制在1.0～3.0范围内；此外，LF精炼过程中脱S后，采用钙处理前15min，将Al加至目标值，以减少铝损；钙处理前5min至钙处理后8min进行软吹。
连铸坯厚度为210mm～230mm，电磁搅拌采用正反向交替搅拌模式，该模式能够使连铸器中的钢液混合均匀，降低凝固末期元素的偏析含量，从而降低中心偏析。交替时间为40s～60s，电磁搅拌电流为320A～480A，电磁搅拌频率为14Hz～18Hz。
在本申请的技术方案中，连铸过程采用强冷冷却模式，即铸坯芯部冷速增加至28℃/min～36℃/min。
S2:将上述铸坯于1180℃～1220℃内进行热处理；
发明人经研究发现，当热处理温度高于1220℃时，不仅无法消除铸坯凝固过程中产生的成分偏析，而且还会增加原始奥氏体的晶粒尺寸，不利于细晶强化。因此，在本申请的技术方案中，热处理的温度设定在1180℃～1220℃范围内。
具体的，加热炉的第二加热段和均热段的加热温度为1180～1220℃。
S3：将上述加热后的铸坯进行轧制，得到中间坯，轧制的结束温度为840℃～900℃；
具体的，将加热后的铸坯依次进行粗轧、热卷和精轧处理，得到中间坯，
其中，粗轧结束温度为1040℃～1100℃。
采用热卷箱进行热卷处理，其热卷的温度为1020℃～1070℃。在此过程中，调整铸坯的头尾顺序，可减少轧钢过程中坯体的温降，有利于薄规格带钢轧制。所述精轧采用均速轧制。
在精轧过程中采用匀速轧制，这样使生产过程简单且可控，并且有利于提高冷却工艺的命中率。此外，精轧的结束温度控制在840℃～900℃范围内，将加大材料在非再结晶奥氏体区的变形，增加变形奥氏体中的位错，促进得到细晶粒转变组织，加强了细晶强化，提高了制品的强度。
另外，热卷与匀速轧制的配合有利于后续的两段式冷却，并且还对材料厚度、轧制速度、层流冷却段集管开闭进行匹配。
S4：将上述中间坯以第一段冷却速率V1＝v1+k1×a1/2冷却至温度T＝T1－t1×a1/2，并在温度T1下冷却5.0s～6.5s，随后以第二段冷却速率V2＝v2+k2×a1/2冷却至室温，并于90℃以下进行卷取，得到热轧钢板；
其中，V1表示第一段冷却速率，单位为℃/s；
v1为60℃/s～70℃/s；
a表示热轧钢板的厚度，单位mm；
k1表示第一段冷却速率的修正系数，k1为12.9℃/s·mm1/2；
T表示空冷温度，单位为℃；
T1为470℃～500℃；
t1表示空冷温度的修正系数，t1为24℃/mm1/2；
V2表示第二段冷却速率，单位为℃/s；
v2为80℃/s～100℃/s；
k2表示第二段冷却速率的修正系数，k2为12℃/s·mm1/2。
在本申请的技术方案中，适当的第一段冷却速率，可细化晶粒，提高材料成型性能。若第一段冷却速率太低，无法抑制钢中珠光体析出；若第一段冷却速率过高，对板型也有不良影响。因此，第一段冷却速率满足以下关系：V1＝v1+k1×a1/2。
合适的冷却温度有利于得到适量的贝氏体组织。若冷却温度过低，无法会得到贝氏体组织；若冷却温度过高，晶粒会长大，且会得到珠光体组织。因此，冷却温度满足以下关系：T＝T1－t1×a1/2。
适当的空冷时间也有利于得到适量的贝氏体组织。空冷时间过长，导致现有工艺无法实现，且还会增加贝氏体组织含量，造成强度不够；若空冷时间太短，则贝氏体含量不够。因此，空冷时间可以控制在5.0s～6.5s范围内。
相比第一段冷却速率，第二段冷却速率的设置要高于第一段冷却速率，这样有助于将剩余的奥氏体转变成马氏体组织，且确保少量的奥氏体转变为残奥。
待钢卷冷却至室温后进行卷取，卷取温度在90℃以下，且不与其它热卷堆放，这样可以防止得到的马氏体在低温下发生回火，从而影响其强度。此外，卷取后的钢卷不堆垛保温，减少了堆垛过程中温度不可控造成的性能波动，提高了性能稳定性。
上述冷却采用两段式的冷却方式，通过合适的第一段冷却速率得到细晶组织，再通过空冷和高速率的第二段冷却速率，得到以贝氏体和马氏体组织为主的组织，充分发挥固溶强化、细晶强化、组织强化来实现1200MPa的超高强度。
在本申请的技术方案中，该制造方法的工艺简单，且生产成本低，所制造得到的热轧钢板冷弯性能较好。
以下，通过实施例更详细地说明本申请的热轧钢板的制造方法，但本申请丝毫不限于这些实施例。
以下实施例中，在各种条件下制造本申请实施方式的热轧钢板，并对得到的热轧钢板的力学性能、整卷钢板的抗拉强度波动值和冷弯性能进行了检测，其中，力学性能按照GB/T 228.1-2010中的试验方法要求；整卷钢板的抗拉强度波动值的检测是在钢卷的头部、中部和尾部各切5m，分别对头部、中部和尾部进行取样，并检测各个样品的抗拉强度，样品之间的最大抗拉强度差为整卷钢板的抗拉强度波动值；冷弯性能按照GB/T 232-2010中的试验方法要求，各实施例制得的制品的性能检测结果见表3。
首先，采用连铸法制造了具有表1所示化学组成的铸体。接着，由这些铸体根据表2所示加热、轧制、冷却和卷取条件，制造了板厚2.5mm-6.0mm的热轧钢板。
表1
C％ Si％ Mn％ P％ S％ Als％ O％ N％
实施例1 0.122 1.35 1.85 0.0084 0.0023 0.48 0.0014 0.0023
实施例2 0.129 1.31 1.8 0.0076 0.0018 0.52 0.0016 0.0025
实施例3 0.134 1.29 1.76 0.0063 0.0022 0.55 0.0008 0.0028
实施例4 0.14 1.26 1.71 0.0066 0.0029 0.58 0.0015 0.0034
实施例5 0.147 1.2 1.88 0.0072 0.0027 0.63 0.0018 0.0037
实施例6 0.153 1.17 1.92 0.0078 0.0026 0.41 0.0013 0.0035
实施例7 0.158 1.11 1.98 0.0088 0.0022 0.69 0.0020 0.0030
实施例8 0.15 1.19 1.82 0.0092 0.0018 0.45 0.0016 0.0028
对比例1 0.148 1.28 1.92 0.0097 0.0057 0.53 0.0009 0.0037
对比例2 0.153 1.36 1.85 0.0122 0.0042 0.45 0.0012 0.0035
对比例3 0.142 1.30 1.78 0.0087 0.0033 0.57 0.0021 0.0039
表2
Figure BDA0003311324790000101
Figure BDA0003311324790000111
表3
Figure BDA0003311324790000112
从表3可知，实施例1-8所制造得到的热轧钢板具有良好的折弯性能，经试用，折弯成型或辊压成型的合格率在96％以上，与800MPa级比对例2的折弯性能接近，而同抗拉强度级别的对比例3全部开裂。另外，实施例1-8制造得到的热轧钢板的抗拉强度性能均匀性在60MPa以下，远小于未采用热卷箱的对比例1的182MPa，而对比例1因性能波动，导致其折弯合格率仅76％。
图1为实施例7所制造得到的热轧钢板的金相组织结构图，从图1可知，该实施例可以得到马氏体、贝氏体以及少量的铁素体组织，贝氏体平均晶粒尺寸约为2μm，马氏体平均晶粒尺寸约为4μm，铁素体平均晶粒尺寸约为3μm，且贝氏体和马氏体的总体积率为90％～96％。
图2为实施例7所制造得到的热轧钢板折弯后的示意图，从图2可知，本实施例得到的钢板折弯性能良好，可满足用户加工要求。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种热轧钢板，其特征在于，以质量百分含量计，具有以下所示的化学组成：
碳：0.12％～0.16％、
硅：1.10％～1.40％、
锰：1.70％～2.00％、
磷：0.010％以下、
硫：0.003％以下、
酸溶铝：0.40％～0.70％、
氧：0.002％以下、
氮：0.004％以下，以及
余量：铁和杂质；
其中，碳、硅、锰和酸溶铝的含量满足以下关系：
7.8[％碳]+[％硅]+1.2[％锰]+0.8[％酸溶铝]≥4.82％。
2.根据权利要求1所述的热轧钢板，其特征在于，所述热轧钢板的金相组织包括贝氏体、马氏体、铁素体，并且按体积率计，所述贝氏体和马氏体满足以下关系：
90％≤V贝氏体+V马氏体≤96％。
3.根据权利要求2所述的热轧钢板，其特征在于，所述金相组织还包括残余奥氏体。
4.根据权利要求1-3任一项所述的热轧钢板，其特征在于，所述钢板的屈服强度在1000MPa以上；
抗拉强度在1200MPa以上；
延伸率在10％以上。
5.根据权利要求1-4任一项所述的热轧钢板，其特征在于，所述热轧钢板的90°冷弯直径d≤2a，所述a表示热轧钢铁的厚度。
6.根据权利要求5所述的热轧钢板，其特征在于，所述a为2.5mm～6.0mm。
7.一种热轧钢板的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括如下步骤：
提供铸坯，所述铸坯具有权利要求1-6任一项所述的化学组成；
将所述铸坯于1180℃～1220℃内进行加热处理；
将所述加热后的铸坯进行轧制，得到中间坯，所述轧制的结束温度为840℃～900℃；
将所述中间坯以第一段冷却速率V1＝v1+k1×a1/2冷却至温度T＝T1－t1×a1/2，并在温度T1下冷却5.0s～6.5s，随后以第二段冷却速率V2＝v2+k2×a1/2冷却至室温，并于90℃以下进行卷取，得到所述热轧钢板；
其中，V1表示第一段冷却速率，单位为℃/s；
v1为60℃/s～70℃/s；
a表示热轧钢板的厚度，单位mm；
k1表示第一段冷却速率的修正系数，k1为12.9℃/s·mm1/2；
T表示空冷温度，单位为℃；
T1为470℃～500℃；
t1表示空冷温度的修正系数，t1为24℃/mm1/2；
V2表示第二段冷却速率，单位为℃/s；
v2为80℃/s～100℃/s；
k2表示第二段冷却速率的修正系数，k2为12℃/s·mm1/2。
8.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述提供铸坯，包括：
提供具有权利要求1-5任一项所述的化学组成的原材料；
对所述原材料依次进行冶炼、精炼及连铸处理，得到铸坯；
其中，所述精炼处理过程包括钙硅处理，所述钙硅处理中的钙和硫的质量比为1.0～3.0。
9.根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于，在所述铸坯的连铸处理过程中，所述铸坯芯部以28℃/min～36℃/min的速率冷却。
10.根据权利要求7-9任一项所述的制造方法，其特征在于，所述将所述加热后的铸坯进行轧制，得到中间坯，包括：
将所述加热后的铸坯依次进行粗轧、热卷和精轧处理，得到中间坯，其中，所述粗轧结束温度为1040℃～1100℃，所述热卷的温度为1020℃～1070℃，所述精轧采用均速轧制。
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