CN114250413B

CN114250413B - 一种免调质热轧吉帕级高强钢及其生产方法

Info

Publication number: CN114250413B
Application number: CN202111405172.3A
Authority: CN
Inventors: 亢庆锋; 朱坦华; 贾改风; 李冠楠; 李俊生; 裴庆涛; 孙毅; 王志峰
Original assignee: Handan Iron and Steel Group Co Ltd; HBIS Co Ltd Handan Branch
Current assignee: Handan Iron and Steel Group Co Ltd; HBIS Co Ltd Handan Branch
Priority date: 2021-11-24
Filing date: 2021-11-24
Publication date: 2023-04-28
Anticipated expiration: 2041-11-24
Also published as: CN114250413A

Abstract

本发明提供了一种免调质热轧吉帕级高强钢及其生产方法，高强钢的化学成分及其重量百分含量为：C 0.14%‑0.20%，Si 0.10%‑0.20%，Mn 1.80%‑2.40%，P＜0.02%，S＜0.01%，Als 0.50%‑0.70%，Nb 0.020%‑0.04%，Ti 0.020%‑0.04%；其他为Fe和不可避免的微量杂质；生产过程包括炼钢、连铸、板坯加热、控制轧制、控制冷却、卷取、入库缓冷工序。本发明通过成分设计、控制轧制和冷却工序，获得了板条马氏体＋板条贝氏体＋块状铁素体＋残余奥氏体四相组织高强钢，所得高强钢具有高延伸性、高韧性、高强度、高耐磨的特点。

Description

一种免调质热轧吉帕级高强钢及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种基于TRIP效应的免调质热轧吉帕级高强钢生产方法。

背景技术

由于国家相关限载、环保的要求，对自卸车、搅拌车等的载重、轻量化和燃料消耗的要求不断提高，因此迫切需要提供一种成本低、高延伸性、高韧性、高强度、高耐磨的钢板。

吉帕级高强钢具有成本低、高延伸性、高韧性、高强度、高耐磨的特点，广泛用于工程机械领域。传统热连轧高强钢强度最高只有800MPa左右且合金成本高，而吉帕级高强钢主要采用轧后离线调质热处理获得，存在工艺流程长、工序成本高、交货周期长等问题。

CN106148822A专利公开了“一种具有优异低温冲击韧性的低屈强比高强韧厚钢板及其制造方法”，其化学成分按重量百分比为：C：0.05-0.10，Si：0.15-0.35，Mn：1.0-1.8，P<0.014，S<0.001，Nb：0.03-0.05，Ti：0.0012-0.02，Ni：0.5-1.0，Cr：0.1-0.4，Cu：0.5-1.0，Mo：0.1-0.5，Alt：0.001-0.03，其余为铁和不可避免的杂质；采用在线淬火+高温回火工艺，工艺复杂、工序和合金成本高、交货周期长，且只能生产厚板。

CN108411203A专利公开了“高硅高铝混凝土搅拌车用NM300耐磨钢及生产方法”，其化学成分按重量百分比为：C=0.10～0.16、Si=1.0～1.50、Mn=1.50～2.0、P≤0.015、S≤0.005、Nb=0.010～0.060、Ti≤0.030、Al=0.4～0.6，余量为Fe及其它不可避免的杂质，耐磨钢的碳当量CEV≤0.52%；Si含量高表面红绣严重，最终材料组织为铁素体+马氏体的双相组织，且伸长率A50低至8%。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种免调质热轧吉帕级高强钢及其生产方法，具有成本低、高延伸性、高韧性、高强度、高耐磨以及交货快的特点。

解决上述技术问题的技术方案为：

一种免调质热轧吉帕级高强钢，其主要化学成分及其重量百分含量为：C 0.14%-0.20%，Si 0.10%-0.20%，Mn 1.80%-2.40%，P＜0.02%，S＜0.01%，Als 0.50%-0.70%，Nb0.020%-0.04%，Ti 0.020%-0.04%；其他为Fe和不可避免的微量杂质。

本发明所述免调质热轧吉帕级高强钢在成分设计上，采用适当C含量，同时加入Mn、Als、Nb、Ti以及少量Si合金的设计思路。

C：作为钢中的间隙原子，对提高钢的强度非常重要。过低的C含量不能保证钢足够的强度并影响C配分，同时过低的C含量影响室温下残余奥氏体的相稳定性；而过多的C含量使铁素体析出困难同时恶化焊接性能。因此本发明限定C含量为0.14％～0.20％。

Mn：Mn是扩大奥氏体相区的重要元素，能够降低钢的临界淬火速度，推迟奥氏体向珠光体的转变；同时可以降低钢中的Ms点，稳定奥氏体且保证残余奥氏体适当的相稳定性。过低的Mn含量不足以在临界区稳定足够含量的奥氏体，且降低室温下残余奥氏体的相稳定性，导致钢的加工硬化行为；同时过量的Mn易形成严重的中心偏析，破坏组织均匀性。因此本发明限定Mn含量为Mn 1.80%-2.40%

Si：Si为促进铁素体生成元素，同时可以避免配分过程中碳以碳化物的形式析出，从而为碳原子在配分过程中的扩散提供条件，促进了碳的局部富集。同时Si作为脱氧剂发挥作用降低铝耗。然而添加过多的Si会降低钢的表面质量。因此，本发明中的Si含量控制为0.10～0.20wt%。

Al：是本发明所述钢板中的重要元素之一，Al在传统工艺中是炼钢过程中的脱氧剂，同时，Al还可以与钢中的N结合形成AlN并细化晶粒，但在本发明中，加入较多Al的主要目的为加快冷却过程中奥氏体向铁素体的转变动力学过程，同时Al同Si一起抑制渗碳体的析出，而过高的Al含量将造成连铸过程中水口堵塞，影响生产效率。因此本发明限定Al含量为0.5％～0.7％。

Nb：本发明采用微量Nb成分设计：一是Nb可以细化晶粒，提高高强钢的强度；二是获得较高含量的残余奥氏体，Nb元素同样可以提高钢中残留奥氏体的稳定性。

Ti：本成分中Ti主要用来固N。Ti与N在高温时形成TiN，板坯加热奥氏体化时，TiN会抑制奥氏体晶粒长大；Ti与C在较低温度区间形成TiC，细小的TiC颗粒有利于提高钢板的低温韧性。Ti含量过高，则会形成粗大的方形TiN析出，降低低温韧性。因此本发明中的Ti含量控制在0.02-0.04%范围内。

本发明还提供了免调质热轧吉帕级高强钢的生产方法，包括炼钢、板坯连铸、加热、控制轧制、控制冷却、卷取、入库缓冷工序。

本发明所述连铸工序，冶炼得到的纯净钢水，通过动态轻压下技术，动态轻压下总计压下量5-7mm，减少铸坯成分偏析、中心疏松。

本发明所述控制轧制工序，粗轧采用3+5道次轧制；精轧终轧温度设置为840℃-870℃。

本发明所述控制冷却工序，采用分段冷却，冷却一段采取超快冷，冷速90-200℃/s；中间空冷时间11-16s，空冷温度700-760℃；冷却二段采取层冷，冷速40-55℃/s；二段冷却结束后进行卷取

本发明所述卷取工序，卷取温度310-360℃；卷取后入库缓冷，缓冷平均冷速小于0.5℃/min。

本发明所述高强钢带的厚度为2.5-8mm。

本发明所述高强钢基于TRIP效应得到。

本发明所述免调质热轧吉帕级高强钢的生产方法中各参数的选择如下：

精制工序终轧温度的选择：采用Gleeble3500热模拟试验得出该免调质热轧高强钢奥氏体连续冷却转变曲线，得出双相区温度在691℃-768℃，考虑到降低精轧变形抗力，并避免双向区轧制，将终轧温度下限设置为840℃；考虑Nb的细晶强化作用以及残余奥氏体稳定性和含量，将终轧温度上限设置为870℃。

空冷温度的选择：考虑到双相区温度在691℃-768℃，将空冷温度上限设置为760℃，将空冷温度下限设置为700℃，双向区生成的铁素体呈准多边形块状铁素体，延展性更好。

空冷时间的选择：为了获得一定比例的铁素体，既保证高强度又保证一定的塑韧性，将中间空冷时间设置为11-16s。

分段冷速的选择：冷却一段采取超快冷，设置冷速90-200℃/s，使奥氏体快速进入铁素体奥氏体双向相变区；冷却二段采取层冷，设置冷速40-55℃/s，使卷取温度容易控制，同时生成一定量的贝氏体，并避免珠光体生成。

卷取温度的选择：采用Gleeble3500热模拟试验得出该免调质热轧高强钢MS点为440-386℃；为了得到马氏体以保证钢板的强度和硬度，将卷取温度上限设置为360℃，同时为了得到一定含量的残余奥氏体保证发生TRIP效应，将卷取温度下限设置为310℃。

卷取后入库缓冷：平均缓冷冷速＜0.5℃/min，卷取后入库缓冷一方面可以释放钢板残余应力，另一方面促进C的配分，保证残余奥氏体的含量和稳定。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

本发明采用热连轧免调质技术，成本低，交货快；生产的高强钢组织为板条马氏体＋板条贝氏体＋块状铁素体＋残余奥氏体四相组织，残余奥氏体含量＞7.5%，延伸率＞20%，抗拉强度＞1000MPa，弯心直径d=3a（a为钢板厚度）冷弯180°无裂纹，-40℃冲击功＞110J。

附图说明

图1是实施例1所得免调质热轧高强钢金相组织图；

图2是实施例2所得免调质热轧高强钢金相组织图；

图3是实施例3所得免调质热轧高强钢金相组织图；

图4是实施例4所得免调质热轧高强钢金相组织图；

图5是实施例5所得免调质热轧高强钢金相组织图；

图6是实施例6所得免调质热轧高强钢金相组织图。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

本发明提供的免调质热轧高强钢采用顶底复吹转炉、LF、RH钢包精炼炉、两机双流板坯连铸机、数字燃烧技术加热炉、双机架四辊高速可逆粗轧机组、7架四辊带钢精轧机组、超快冷＋层流冷却装备生产。

免调质热轧吉帕级高强钢的化学成分及其重量百分含量为：C 0.14%-0.20%，Si0.10%-0.20%，Mn 1.80%-2.40%，P＜0.02%，S＜0.01%，Als 0.50%-0.70%，Nb 0.020%-0.04%，Ti 0.020%-0.04%；其他为Fe和不可避免的微量杂质。

免调质热轧吉帕级高强钢的生产方法，包括炼钢、板坯连铸、加热、控制轧制、控制冷却、卷取、入库缓冷工序。其中，控制轧制工序，精轧终轧温度设置为840℃-870℃；控制冷却工序，采用分段冷却，冷却一段采取超快冷，冷速90-200℃/s；中间空冷时间11-16s，空冷温度700-760℃；冷却二段采取层冷，冷速40-55℃/s；卷取工序，卷取温度设定为310-360℃；入库缓冷工序，平均缓冷冷速＜0.5℃/min，生产的高强钢带的厚度为2.5-8mm。

表1列出了实施例1-实施例6提供的免调质热轧高强钢的化学成分及其重量百分含量。

表1 各实施例中高强钢的化学成分，wt%

实施例1-6具体工艺参数如表2所示；生产的高强钢主要性能检测结果见表3。

表2 各实施例高强钢的生产工艺参数

表3各实施例高强钢的性能检测结果

从表3可以看出，本发明通过成分和工艺的组合控制，可以实现免调质热轧高强钢生产，生产的免调质热轧高强钢平均延伸达到24.4%，平均抗拉强度达到1077MPa，弯心直径d=3a（a为钢板厚度），冷弯180°无裂纹，-40℃平均冲击功达到145.5J。

实施例1-实施例6生产的免调质热轧高强钢金相组织见图1-图6。从图1-图6可知，本发明提供的免调质热轧吉帕级高强钢组织为板条马氏体＋板条贝氏体＋块状铁素体＋残余奥氏体四相组织，板条马氏体＋板条贝氏体贡献钢板强度，块状铁素体和残余奥氏体为钢板提供塑韧性，且在加工过程中残余奥氏体向马氏体转变，进一步增强了钢板塑性、韧性以及强度和硬度。

Claims

1.一种免调质热轧吉帕级高强钢，其特征在于：所述高强钢的化学成分及其重量百分含量为：C 0.14%-0.18%，Si 0.10%-0.20%，Mn 1.80%-2.40%，P＜0.02%，S＜0.01%，Als0.50%-0.70%，Nb 0.020%-0.04%，Ti 0.020%-0.04%；其他为Fe和不可避免的微量杂质；

所述免调质热轧吉帕级高强钢的生产方法，包括炼钢、板坯连铸、加热、控制轧制、控制冷却、卷取、入库缓冷工序；所述控制冷却工序采用分段冷却，冷却一段采取超快冷，冷速90-200℃/s；中间空冷时间11-16s，空冷温度700-760℃；冷却二段采取层冷，冷速40-55℃/s；

所述卷取工序，卷取温度设定为310-360℃；

所述入库缓冷工序，平均缓冷冷速＜0.5℃/min；

所述高强钢组织为板条马氏体＋板条贝氏体＋块状铁素体＋残余奥氏体四相组织，残余奥氏体含量＞7.5%，延伸率＞20%，抗拉强度＞1000MPa，弯心直径d=3a（a为钢板厚度）冷弯180°无裂纹，-40℃冲击功＞110J。

2.根据权利要求1所述的免调质热轧吉帕级高强钢，其特征在于，所述高强钢带的厚度为2.5-8mm。

3.一种如权利要求1或2所述免调质热轧吉帕级高强钢的生产方法，包括炼钢、板坯连铸、加热、控制轧制、控制冷却、卷取、入库缓冷工序；其特征在于：所述控制冷却工序采用分段冷却，冷却一段采取超快冷，冷速90-200℃/s；中间空冷时间11-16s，空冷温度700-760℃；冷却二段采取层冷，冷速40-55℃/s；

所述卷取工序，卷取温度设定为310-360℃；

所述入库缓冷工序，平均缓冷冷速＜0.5℃/min。

4.根据权利要求3所述免调质热轧吉帕级高强钢的生产方法，其特征在于，所述控制轧制工序，精轧终轧温度设置为840℃-870℃。