CN114657441A - 一种低密度高强高韧热轧钢板的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低密度高强高韧热轧钢板的制造方法，所生产的钢板为Fe‑Mn‑Al‑C系奥氏体低密度钢板，钢板密度为6.75～7.05g/cm3，材料轻量化显著。钢板的屈服强度≥800MPa，抗拉强度≥900MPa，钢板在保证高强度的同时，低温冲击韧性保持在较高水平，‑40℃V型冲击≥50J；钢板加工性能优异，材料延伸率≥30％，冷弯满足D＝2a，180°(D代表弯心直径，a代表钢板厚度)，表面质量高，内部探伤满足单个缺陷当量平底孔直径≤φ2mm要求，高于NB/T 47013.3‑2015锻件超声检测I级要求。以钢锭成材，通过改进的加热、多流程轧制及轧后钢板冷却方式得到高强高韧钢板，实现了工业化生产。
Description
技术领域
本申请涉及一种低密度热轧钢板的制造方法，尤其涉及Fe-Mn-Al-C系奥氏体低密度钢板的制造方法。
背景技术
减重是当前所有车辆或特种装备制造过程中面临的问题，而对于应用较多的钢铁材料减重方面，目前国内外均开展相关研究，主要的方向是通过添加一定含量的Al、Mn、C元素，实现钢铁材料的密度降低，此类钢种一般称之为低密度钢或者轻质钢，其密度减小程度取决于Al、Mn、C类轻质元素的添加量，其中Al元素对材料密度的影响最大，每加入1％含量即可将钢的密度降低0.101g/cm3。根据相组成不同，Fe-Mn-Al-C类型的低密度钢包括铁素体钢、奥氏体钢、铁素体基双相钢和奥氏体基双相钢，其中由于奥氏体低密度钢能够同时兼顾强度和韧性指标而备受关注。
与传统的高强钢相比，奥氏体低密度高强钢在实现密度减小的同时具备良好的加工性能、抗弹性能以及焊接性能等，应用前景广阔。但国内关于奥氏体低密度高强钢的研制仍然较多的停留在实验室的小规模试制上，少有规模性的生产实践，特别是奥氏体低密度高强钢板。例如：公开号CN109628850A公开了一种多用途全奥氏体低密度钢及其制备方法，其通过实验室真空熔炼炉获得钢水，得到的铸锭经过控轧控冷后等到钢板，钢板经过水冷后等到抗拉强度1100MPa级别，屈服强度800MPa以上，延伸率达到40％的低密度钢板；公开号CN111235484A公开了一种高强高硬低密度钢及其制备方法和应用，其将一定比例的金属经超声波清洗后经真空感应炉加热并抽真空后得到钢水，将钢液倒入模具中自然冷却至室温，得到合金铸锭，铸锭经过一系列加热、轧制及热处理后得到密度为6.63～7.19g/cm3，屈服强度为870.21～1077.36MPa，抗拉强度为950.35～1127.79MPa，硬度为62～68HRC的钢材。
在规模化的工业生产中，Fe-Mn-Al-C系奥氏体低密度钢板的生产主要体现在以下几个方面：1)合金元素的精准控制，低密度钢大生产炼钢是涉及到铁水脱碳、钢水脱氧、合金化、脱气的一系列生产操作，非实验室简单的“合金配比-熔化-浇铸”工艺，在炼钢过程中Al含量的精准控制是难点，其金属活泼型强易损耗，钢水中的Al含量与炼钢渣系的选择、炼钢时间的控制关系密切；2)大钢锭的浇铸，由于低密度钢水合金含量高，钢水流动性差，需合理匹配浇铸时间与钢水过热度，另外，浇铸前的准备工作，浇铸过程中的补渣操作对钢锭的质量影响巨大；3)加热、轧制及冷却工艺的制定，高合金含量的低密度钢锭在加热及轧制过程中极易断裂，轧钢后不同的冷却工艺对钢板的性能影响也较大。
发明内容
本发明的目的是提供一种低密度高强高韧热轧钢板的制造方法，实现Fe-Mn-Al-C系奥氏体低密度钢板的规模化工业生产。
具体的，本发明Fe-Mn-Al-C系奥氏体低密度钢板，基础组织为奥氏体，存在较多量的孪晶，使得材料具有高塑性的情况下保持着一定的强度。基础组织中均匀分布着由Ni与Al结合形成的脆性金属间化合物B2相，基础组织中通常还存在少量的铁素体、微米级铌钛化合物、纳米级析出碳化物中的一种或多种。钢板的生产厚度为6-60mm，钢板宽度为1600-3000mm，钢板密度为6.75～7.05g/cm3，比常规的Q690等高强钢板密度7.85g/cm3至少降低10％，钢板的屈服强度≥800MPa，抗拉强度≥900MPa，钢板在保证高强度的同时，低温冲击韧性保持在较高水平，-40℃V型冲击≥50J；钢板加工性能优异，材料延伸率≥30％，冷弯满足D＝2a，180°(D代表弯心直径，a代表钢板厚度)，同时材料焊接性能良好，表面质量优异，内部探伤质量满足单个缺陷当量平底孔直径≤φ2mm的要求，高于NB/T 47013.3-2015锻件超声检测I级要求。
本发明所生产的低密度钢板可应用于特种车辆和装备的制造。
本发明实现上述目的所采用的技术方案为：一种低密度高强高韧热轧钢板的制造方法，包括如下步骤
1)初炼：炉内提前倒干操作并铺上石灰以提前造泡沫渣，钢水满足终点碳0.05～0.10％、磷≤0.005％、温度≥1620℃时进行放钢，并使用铝块进行预脱氧，放钢时加入还原性较弱的合金Ni和熔点≤1500℃的低熔点渣料，低熔点渣料易于熔化，乳化渣滴的平均直径小，流动性好，从而增大了钢渣的接触面积，可以提高精炼效率。
2)精炼：初炼的钢水经精炼炉脱氧、升温、合金化得到精炼后的钢水，精炼前期利用Al质脱氧剂进行脱氧和脱硫，并优先分批次依次加入相对含量较多的合金，精炼后期依次加入相对含量较少的合金，直至获得目标成分的精炼钢水，不同合金按照氧化性由弱至强的顺序添加；
3)真空脱气：钢水精炼结束后吊包至脱气炉进行真空脱气处理，真空处理过程中，钢包底部吹氩气搅拌，达到快速脱气的目的。真空结束后钢水按需要进行软吹氩处理，吹氩时间≥10min，促使夹杂物上浮，软吹时需严格控制氩气流速，不得使钢水裸露。
4)浇铸：采用下注法浇铸钢锭，钢水由下而上漫入钢模，钢模在浇铸前进行清理和烘烤，将钢模的温度控制在80℃以上，浇铸前在钢包下水口上进行防钢水氧化的相关设置，例如可以在下水口处安装放氧化装置，在钢模底部吊装润滑性能较好的低熔点保护渣以避免钢水进入钢模中裸露，在整个浇铸过程中需要始终保持钢水液面始终为黑面，因此有必要及时补加所述低熔点保护渣，有效保证钢锭的表面质量。浇铸结束后需在帽口处进行补缩和保温，浇铸结束后带模冷却之后脱模，脱模后的钢锭加保温罩热送至下一工序。
5)轧前加热。
6)钢板轧制：开坯采用单机架低速大压下轧制工艺，轧钢速度不大于1.5m/s，单道次压下量不小于50mm，开坯过程中高压水除鳞2～3道次，保证坯料表面质量，轧成的中间坯厚度为200～220mm，不平度≤10mm/m；热轧获得的中间坯高温下线加罩堆缓冷，下线温度不小于700℃。
7)表面铣磨：为保证成品钢板表面质量，中间坯表面需要铣磨后再轧制，但由于该材料易加工硬化，导致铣磨困难，因此中间坯需要固溶处理软化后再进行铣磨以降低铣磨难度。
8)二次轧制，铣磨后的中间坯料入炉加热以达到组织完全奥氏体化的轧制温度，轧制采用双机架，粗轧工序6～9道次，每道次变形率在18％～25％，粗轧轧制温度区间1000～1100℃；精轧工序轧制4～7道次，开轧温度≥950℃，每道次变形率在15％～20％，直至获得预定厚度钢板，钢板终轧温度≥800℃，高的终轧温度既能有效控制钢板的板型，也有助于材料位错的回复，可有效控制材料的性能在理想范围内。轧钢过程中高压水除鳞2-3道次去除表面氧化铁皮，厚度6～20mm钢板轧后经ACC冷却，入水温度≥800℃，终冷温度≤500℃；厚度>20～60mm钢板轧后下线堆缓冷，缓冷温度≥500℃。
作为可选或优选实施方式之一，步骤1的初炼，初炼可采用电炉冶炼，初炼的放钢过程可加入还原性较弱的合金Ni，每100t铁水采用约150kgAl块进行预脱氧。
作为可选或优选实施方式之一，步骤2的精炼，精炼前期优先分批次依次加入含量较多的Mn、Al、C合金，每次加入量不大于2吨；精炼后期依次加入含量较少的Nb、Ti、Si合金，直至获得目标成分的精炼钢水。
作为可选或优选实施方式之一，步骤3真空脱气所采用的极限真空度≤67Pa，极限真空保持时间≥15min。
作为可选或优选实施方式之一，步骤4浇铸过程中，所述低熔点保护渣要求保护渣碱度≤0.5，熔点≤1000℃；浇铸时控制浇铸钢水过热度不大于50℃，浇铸结束后需在帽口处放置发热块进行补缩和保温材料进行保温，浇铸结束后带模冷却8-12h后脱模，加保温罩热送至下一工序。
作为可选或优选实施方式之一，步骤5的轧前加热：钢锭采用分段加热工艺，先以≤30℃/h升温到750℃，保温3-5h后以≤50℃/h升温至1230℃，保温时间不小于5h。
作为可选或优选实施方式之一，步骤7中，所述固溶工艺：加热温度1100℃，升温速率≤50℃/h，保温时间为6.5小时，出炉后空冷；冷却后的中间板坯根据平直度情况两面各铣磨2-10mm。
作为可选或优选实施方式之一，步骤8的二次轧制，中间坯在步进炉中加热，预热段温度：650～950℃，预热段时间：1.0～2.0h；加热一段温度：1000～1210℃，加热一段时间：1.0～2.0h；加热二段温度：1200～1240℃，均热段温度：1200～1230℃；加热二段和均热段总时间：1.0～2.0h，总加热时间：3.0～6.0h，出钢温度：1160～1200℃。
上述制造方法适用Fe-Mn-Al-C系奥氏体低密度钢板，钢板的元素成分：按质量百分比计C：0.80～1.50％，Si：0.10～0.30％，Mn：17.00～25.00％，P：≤0.015％，S：≤0.003％，Al：7.00～10.00％，Ni：4.00～8.00％，Nb+Ti：0.02～0.20％，其余为Fe及不可避免的杂质元素。
C：C对阻碍奥氏体组织在形变时发生马氏体的相变，稳定奥氏体相有一定的作用，可促进单相奥氏体的形成；同时C可以固溶到钢的基体中形成固溶强化作用，从而可以提高钢的强度；本发明中C含量为0.80～1.50％。
Si：Si可提高钢的强度和残余奥氏体的力学稳定性，但同时Si也是铁素体固溶强化元素。本发明中的Si含量0.10～0.30％。
Mn：Mn元素可以扩大奥氏体区，也可以提高奥氏体层错能，进而抑制奥氏体向马氏体转变。Mn在奥氏体组织可使钢保持较高的加工硬化率，改善塑性，添加Mn有利于获得良好的强塑性配合。但随Mn含量增加，钢坯在快速加热和冷却过程中的开裂倾向增大。本发明中的Mn含量为17.00～25.00％。
Al：Al作为轻质化元素，加入3％即可将钢的密度降低至7.4g/cm3。Al可提高层错能，不但能够抑制奥氏体向马氏体转变，还有利于形变孪晶的形成。Al能够延迟高锰钢的动态再结晶，从而细化奥氏体晶粒，还能够增加应变硬化速率和低温韧性。Al有脱氧、抗氧化、抗腐蚀，同时还能够形成致密氧化层，防止氢的渗透，可显著改善TWIP钢的氢致敏感性。本发明中Al含量为7.00～10.00％。
Ni：Ni为奥氏体形成元素，能够起到稳定奥氏体基体的作用；另外，Ni与Al结合形成脆性金属间化合物B2相可以提高材料强度；但是含量过高会导致B2相数量过多，尺寸过于粗大，严重恶化塑性。本发明中Ni含量为4.00～8.00％。
Nb、Ti：Nb能够形成碳氮化物能够细化晶粒，同时固溶铌可以提高未再结晶区温度，易于通过控制轧制实现奥氏体的扁平化，但是高于0.10％时作用增加不明显。Ti能够起到脱氧剂的作用，且与C有极强的亲和力，是强碳化物形成元素，在钢材中碳化钛可以起到细化强化、析出强化等作用，能够提高钢材的强度，但如果含量过高，能够显著降低C在奥氏体中的扩散速度，且降低奥氏体中的C含量，导致基体稳定性下降，降低塑性。本发明中Nb+Ti含量为0.02～0.20％。
与现有技术相比，本申请具有如下特点：
(1)依据本发明方法生产的低密度钢，基体组织为奥氏体，存在较多数量的孪晶，使得材料具有高塑性的情况下保持着一定的强度，组织中还有少量的铁素体、微米级铌钛化合物以及纳米级析出碳化物，通过合理的合金配比和组织调控实现了材料的高强度高韧性，且奥氏体基材料由于其电极电位高，不易发生电化学腐蚀，其具有良好的抗腐蚀性能，可适用于盐度较高的恶劣环境。
(2)本发明的方法中因钢材的合金含量高，表面质量控制困难，经过对中间坯表面铣磨处理后可以有助于获得光洁无缺陷的钢板表面，表面铣磨前对中间坯进行固溶处理，可以有效降低铣磨难度。
(3)本发明的方法中对铣磨后的中间坯料入步进式加热炉加热，其中预热段温度范围650～950℃，预热段时间约1.0～2.0h；加热一段温度范围1000～1210℃，加热一段时间约1.0～2.0h；加热二段温度范围1200～1240℃，均热段温度范围1200～1230℃；加热二段和均热段总时间约1.0～2.0h，总加热时间约3.0～6.0h，出钢温度范围1160～1200℃。采用该分段加热工艺可以有效避免此类高合金板坯因受热不均从而导致坯料在炉中断裂的风险。
(4)本发明的一种低密度高强高韧热轧钢板制造方法中厚度6～20mm钢板轧后经ACC冷却，入水温度≥800℃，终冷温度≤500℃；厚度>20～60mm钢板轧后下线堆缓冷，缓冷温度≥500℃。6～20mm厚的钢板因终轧温度低，材料位错密度高，容易诱导析出碳化物，从而保证材料较高的强度水平，钢板轧后进行ACC水冷的目的是避免材料中碳化物进一步析出长大，从而实现材料在保持较高强度的同时有着较好的韧性；而厚度>20～60mm钢板轧后堆缓冷，不需要进行ACC水冷，其原因是厚板轧后温度较高，位错部分恢复，材料的强度减小，通过钢板下线后堆缓冷有助于碳化物析出，达到析出强化的目的。尽管6～20mm厚钢板和>20～60mm厚钢板的冷却方式不同，但二者最终金相组织仍然保持一致，仅>20-60mm钢板中碳化物析出物稍多。
附图说明
图1为12mm厚度钢板试样冷弯实物图(弯心直径20mm)；
图2为60mm厚度钢板500倍金相组织。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
低密度高强高韧热轧钢板，该生产工艺采用合适的成分设计，为Fe-Mn-Al-C系奥氏体低密度钢板，其以Fe为基础元素并包含如下组分：按质量百分比计C：0.80～1.50％，Si：0.10～0.30％，Mn：17.00～25.00％，P：≤0.015％，S：≤0.003％，Al：7.00～10.00％，Ni：4.00～8.00％，Nb+Ti：0.02～0.20％及不可避免的杂质元素。以钢锭成材，通过合理的加热制度、轧制工艺及轧后钢板冷却方式得到高强高韧钢板，加工性能优异。
实施例1
本实施例为厚度12mm的低密度高强高韧钢板，板宽2000mm。
工艺路径：炼钢-开坯加热-除鳞-开坯轧制-缓冷-中间坯固溶处理-中间坯表面铣磨-检验-入库；中间坯再经加热-除鳞-轧制(成品轧制)-热矫直-ACC冷却-矫直-精整-外观检验-取样-理化检验-判定-入库。
一、炼钢
电炉冶炼优选特殊废钢料和生铁料，严格控制入炉原料中的残余元素，钢水满足终点碳0.05～0.10％、磷≤0.005％、温度≥1620℃时出钢，出钢时随钢水流使用铝块预脱氧,放钢时加入还原性较弱的合金Ni和低熔点渣料；初炼的钢水经LF炉脱氧、升温工序，并分批加入1.5t左右的合金得到精炼后的钢水，钢水成分满足C：0.80～1.50％，Si：0.10～0.30％，Mn：17.00～25.00％，P：≤0.015％，S：≤0.003％，Al：7.00～10.00％，Ni：4.00～8.00％，Nb+Ti：0.02～0.20％，余量为铁及不可避免的杂质元素；钢水精炼结束后吊包至VD炉进行真空脱气处理，极限真空度≤67Pa，极限真空时间25min，真空处理过程中，钢包底部吹氩气搅拌，达到快速脱气的目的。真空结束后钢水需要进行软吹氩处理，吹氩时间15min；选用35吨钢锭模，采用下注法浇铸钢锭，钢模在浇铸前烘烤到100℃，浇铸前在钢包下水口上安装防钢水氧化装置，控制浇铸钢水过热度45℃，浇铸过程中需保持液面黑面，及时补加润滑性能较好的低熔点保护渣，避免钢锭模内钢水裸露，浇铸结束后在帽口处加入发热材料和保温材料。浇铸结束后带模冷却8h后脱模，加保温罩热送至轧钢分厂。
二、开坯
浇铸的35吨钢锭至轧钢分厂后入坑式炉，炉内温度550℃，焖钢3h后进行加热，采取分段加热工艺，先以28℃/h升温到750℃，保温4h后以50℃/h升温至1230℃，保温时间6h；加热后的钢锭采用单机架低速大压下轧制工艺进行开坯，轧钢速度1.2m/s，单道次压下量55mm，开坯过程中高压水除鳞3道次，轧成的中间坯厚度为210mm，不平度5mm/m。热轧中间坯高温下线加罩堆缓冷，下线温度750℃。
三、铣磨
中间坯铣磨前进行固溶处理，固溶工艺为：加热温度1100℃，升温速率40℃/h，保温时间为6.5小时，出炉后空冷。冷却后的中间板坯两面各铣磨4mm。
四、二次轧制
铣磨后的中间坯料入步进式加热炉加热，其中预热段温度范围650～950℃，预热段时间约1.5h；加热一段温度范围1000～1210℃，加热一段时间约1.5h；加热二段温度范围1200～1240℃，均热段温度范围1200～1230℃；加热二段和均热段总时间约2.0h，总加热时间约5.0h，出钢温度范围1160～1200℃。轧制采用双机架，粗轧工序6道次，每道次变形率在18％～25％，粗轧温度范围1000～1100℃；精轧工序轧制7道次，每道次变形率在15％～20％，直至获得12mm厚度钢板，钢板终轧温度840℃。轧钢过程中高压水除鳞3道次，钢板轧后经ACC冷却，入水温度820℃，终冷温度450℃。
以上生产工艺得到的12mm厚钢板表面质量优异，内部探伤质量满足单个缺陷当量平底孔直径≤φ2mm要求，高于NB/T 47013.3-2015锻件超声检测I级要求，性能见表1。
实施例2
本实施例为厚度20mm的低密度高强高韧钢板，板宽1600mm。
工艺路径：炼钢-开坯加热-除鳞-开坯轧制-缓冷-中间坯固溶处理-中间坯表面铣磨-检验-入库；中间坯再经加热-除鳞-轧制(成品轧制)-热矫直-ACC冷却-矫直-精整-外观检验-取样-理化检验-判定-入库。
一、炼钢
电炉冶炼优选特殊废钢料和生铁料，严格控制入炉原料中的残余元素，钢水满足终点碳0.05～0.10％、磷≤0.005％、温度≥1620℃时出钢，出钢时随钢水流使用铝块预脱氧,放钢时加入还原性较弱的合金Ni和低熔点渣料；初炼的钢水经LF炉脱氧、升温工序，并分批加入1.8t左右的合金得到精炼后的钢水，钢水成分满足C：0.80～1.50％，Si：0.10～0.30％，Mn：17.00～25.00％，P：≤0.015％，S：≤0.003％，Al：7.00～10.00％，Ni：4.00～8.00％，Nb+Ti：0.02～0.20％，余量为铁及不可避免的杂质元素；钢水精炼结束后吊包至VD炉进行真空脱气处理，极限真空度≤67Pa，极限真空时间20min，真空处理过程中，钢包底部吹氩气搅拌，达到快速脱气的目的。真空结束后钢水需要进行软吹氩处理，吹氩时间10min；选用35吨钢锭模，采用下注法浇铸钢锭，钢模在浇铸前烘烤到90℃，浇铸前在钢包下水口上安装防钢水氧化装置，控制浇铸钢水过热度48℃，浇铸过程中需保持液面黑面，及时补加润滑性能较好的低熔点保护渣，避免钢锭模内钢水裸露，浇铸结束后在帽口处加入发热材料和保温材料。浇铸结束后带模冷却9h后脱模，加保温罩热送至轧钢分厂。
二、开坯
浇铸的35吨钢锭至轧钢分厂后入坑式炉，先以30℃/h升温到750℃，钢锭保温5h后以40℃/h升温至1230℃，保温6h；加热后的钢锭采用单机架低速大压下轧制工艺进行开坯，轧钢速度1.3m/s，单道次压下量56mm，开坯过程中高压水除鳞3道次，轧成的中间坯厚度为200mm，不平度4mm/m。热轧中间坯高温下线加罩堆缓冷，下线温度730℃。
三、铣磨
中间坯铣磨前进行固溶处理，固溶工艺为：加热温度1100℃，升温速率45℃/h，保温时间为6.5小时，出炉后空冷。冷却后的中间板坯两面各铣磨3mm。
四、二次轧制
铣磨后的中间坯料入步进式加热炉加热，其中预热段温度范围650～950℃，预热段时间约1h；加热一段温度范围1000～1210℃，加热一段时间约1.5h；加热二段温度范围1200～1240℃，均热段温度范围1200～1230℃；加热二段和均热段总时间约2.0h，总加热时间约4.5h，出钢温度范围1160～1200℃。轧制采用双机架，粗轧工序6道次，每道次变形率在18％～25％，粗轧温度范围1000～1100℃；精轧工序轧制6道次，每道次变形率在15％～20％，直至获得20mm厚度钢板，钢板终轧温度860℃。轧钢过程中高压水除鳞3道次，钢板轧后经ACC冷却，入水温度830℃，终冷温度480℃。
以上生产工艺得到的20mm厚钢板表面质量优异，内部探伤质量满足单个缺陷当量平底孔直径≤φ2mm要求，高于NB/T 47013.3-2015锻件超声检测I级要求，性能见表1。
实施例3
本实施例为厚度60mm的低密度高强高韧钢板，板宽2500mm。
工艺路径：炼钢-开坯加热-除鳞-开坯轧制-缓冷-中间坯固溶处理-中间坯表面铣磨-检验-入库；中间坯再经加热-除鳞-轧制(成品轧制)-热矫直-堆缓冷-精整-外观检验-取样-理化检验-判定-入库。
一、炼钢
电炉冶炼优选特殊废钢料和生铁料，严格控制入炉原料中的残余元素，钢水满足终点碳0.05～0.10％、磷≤0.005％、温度≥1620℃时出钢，出钢时随钢水流使用铝块预脱氧,放钢时加入还原性较弱的合金Ni和低熔点渣料；初炼的钢水经LF炉脱氧、升温工序，并分批加入1.8t左右的合金得到精炼后的钢水，钢水成分满足C：0.80～1.50％，Si：0.10～0.30％，Mn：17.00～25.00％，P：≤0.015％，S：≤0.003％，Al：7.00～10.00％，Ni：4.00～8.00％，Nb+Ti：0.02～0.20％，余量为铁及不可避免的杂质元素；钢水精炼结束后吊包至VD炉进行真空脱气处理，极限真空度≤67Pa，极限真空时间18min，真空处理过程中，钢包底部吹氩气搅拌，达到快速脱气的目的。真空结束后钢水需要进行软吹氩处理，吹氩时间15min；选用35吨钢锭模，采用下注法浇铸钢锭，钢模在浇铸前烘烤到90℃，浇铸前在钢包下水口上安装防钢水氧化装置，控制浇铸钢水过热度42℃，浇铸过程中需保持液面黑面，及时补加润滑性能较好的低熔点保护渣，避免钢锭模内钢水裸露，浇铸结束后在帽口处加入发热材料和保温材料。浇铸结束后带模冷却12h后脱模，加保温罩热送至轧钢分厂。
二、开坯
浇铸的35吨钢锭至轧钢分厂后入坑式炉，先以25℃/h升温到750℃，保温5h后以40℃/h升温至1230℃，保温7h；加热后的钢锭采用单机架低速大压下轧制工艺进行开坯，轧钢速度1.3m/s，单道次压下量55mm，开坯过程中高压水除鳞2道次，轧成的中间坯厚度为210mm，不平度2mm/m。热轧中间坯高温下线加罩堆缓冷，下线温度750℃。
三、铣磨
中间坯铣磨前进行固溶处理，固溶工艺为：加热温度1100℃，升温速率45℃/h，保温时间为6.5小时，出炉后空冷。冷却后的中间板坯两面各铣磨2.5mm。
四、二次轧制
铣磨后的中间坯料入步进式加热炉加热，其中预热段温度范围650～950℃，预热段时间约2h；加热一段温度范围1000～1210℃，加热一段时间约2h；加热二段温度范围1200～1240℃，均热段温度范围1200～1230℃；加热二段和均热段总时间约2.0h，总加热时间约6h，出钢温度范围1160～1200℃。轧制采用双机架，粗轧工序7道次，每道次变形率在18％～25％，粗轧温度范围1000～1100℃；精轧工序轧制5道次，每道次变形率在15％～20％，直至获得60mm厚度钢板，钢板终轧温度875℃。轧钢过程中高压水除鳞3道次，钢板轧后堆缓冷，缓冷开始温度586℃。
以上生产工艺得到的60mm厚钢板表面质量优异，内部探伤质量满足单个缺陷当量平底孔直径≤φ2mm要求，高于NB/T 47013.3-2015锻件超声检测I级要求，性能见表1。
表1实施例1-3钢板的性能指标
Claims (13)
1.一种低密度高强高韧热轧钢板的制造方法，其特征在于：包括如下步骤
1)初炼：炉内提前倒干操作并铺上石灰以提前造泡沫渣，钢水满足终点碳0.05～0.10％、磷≤0.005％、温度≥1620℃时进行放钢，并使用铝块进行预脱氧，放钢时加入还原性较弱的合金Ni和熔点≤1500℃的低熔点渣料；
2)精炼：初炼的钢水经精炼炉脱氧、升温、合金化得到精炼后的钢水，精炼前期利用Al质脱氧材料进行脱氧和脱硫，并优先分批次依次加入相对含量较多的合金，精炼后期依次加入相对含量较少的合金，直至获得目标成分的精炼钢水，不同合金按照氧化性由弱至强的顺序添加；
3)真空脱气：钢水精炼结束后吊包至脱气炉进行真空脱气处理，真空处理过程中，钢包底部吹氩气搅拌，真空结束后钢水按需要进行软吹氩处理，促使夹杂物上浮；
4)浇铸：采用下注法浇铸钢锭，钢模在浇铸前进行清理和烘烤，浇铸前在钢包下水口上进行防钢水氧化的相关设置，在钢模底部吊装润滑性能较好的低熔点保护渣以避免钢水进入钢模中裸露，在整个浇铸过程中需要保持钢水液面始终为黑面，及时补加所述低熔点保护渣为宜，浇铸结束后需在帽口处进行补缩和保温，浇铸结束后带模冷却之后脱模，脱模后的钢锭加保温罩热送至下一工序；
5)轧前加热；
6)钢板轧制：开坯采用单机架低速大压下轧制工艺，轧钢速度不大于1.5m/s，单道次压下量不小于50mm，开坯过程中高压水除鳞2～3道次，保证坯料表面质量，轧成的中间坯厚度为200～220mm，不平度≤10mm/m；热轧获得的中间坯高温下线加罩堆缓冷，下线温度不小于700℃；
7)表面铣磨：为保证成品钢板表面质量，中间坯表面需要铣磨后再轧制，中间坯需要固溶处理软化后再进行铣磨以降低铣磨难度；
8)二次轧制，铣磨后的中间坯料入炉加热以达到组织完全奥氏体化的轧制温度，轧制采用双机架，粗轧工序6～9道次，每道次变形率在18％～25％，粗轧轧制温度区间1000～1100℃；精轧工序轧制4～7道次，开轧温度≥950℃，每道次变形率在15％～20％，直至获得预定厚度钢板，钢板终轧温度≥800℃；轧钢过程中高压水除鳞2-3道次去除表面氧化铁皮，厚度6～20mm钢板轧后经ACC冷却，入水温度≥800℃，终冷温度≤500℃；厚度>20～60mm钢板轧后下线堆缓冷，缓冷温度≥500℃。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法适用Fe-Mn-Al-C系奥氏体低密度钢板，钢板元素成分：按质量百分比计C：0.80～1.50％，Si：0.10～0.30％，Mn：17.00～25.00％，P：≤0.015％，S：≤0.003％，Al：7.00～10.00％，Ni：4.00～8.00％，Nb+Ti：0.02～0.20％，其余为Fe及不可避免的杂质元素。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：钢板的基础组织为奥氏体，所述基础组织中均匀分布着由Ni与Al结合形成的脆性金属间化合物B2相，和或基础组织中存在铁素体、微米级铌钛化合物、纳米级析出碳化物中的一种或多种。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：钢板的密度为6.75～7.05g/cm3，屈服强度≥800MPa，抗拉强度≥900MPa，-40℃V型冲击≥50J；延伸率≥30％，冷弯满足D＝2a，180°，D代表弯心直径，a代表钢板厚度。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：依据所述方法生产的钢板，内部探伤质量满足单个缺陷当量平底孔直径≤φ2mm要求。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述钢板的生产厚度为6-60mm，钢板宽度为1600-3000mm。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1的初炼，初炼可采用电炉冶炼，初炼的放钢过程可加入还原性较弱的合金Ni。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2的精炼，精炼前期优先分批次依次加入含量较多的Mn、Al、C合金，每次加入量不大于2吨；精炼后期依次加入含量较少的Nb、Ti、Si合金，直至获得目标成分的精炼钢水。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤3真空脱气所采用的极限真空度≤67Pa，极限真空保持时间≥15min。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤4浇铸过程中，所述低熔点保护渣要求保护渣碱度≤0.5，熔点≤1000℃；浇铸时控制浇铸钢水过热度不大于50℃，浇铸结束后需在帽口处放置发热块进行补缩和保温材料进行保温，浇铸结束后带模冷却8-12h后脱模，加保温罩热送至下一工序。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤5的轧前加热：钢锭采用分段加热工艺，先以≤30℃/h升温到750℃，保温3-5h后以≤50℃/h升温至1230℃，保温时间不小于5h。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤7中，所述固溶工艺：加热温度1100℃，升温速率≤50℃/h，保温时间为6.5小时，出炉后空冷；冷却后的中间板坯根据平直度情况两面各铣磨2-10mm。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤8的二次轧制，中间坯在步进炉中加热，预热段温度：650～950℃，预热段时间：1.0～2.0h；加热一段温度：1000～1210℃，加热一段时间：1.0～2.0h；加热二段温度：1200～1240℃，均热段温度：1200～1230℃；加热二段和均热段总时间：1.0～2.0h，总加热时间：3.0～6.0h，出钢温度：1160～1200℃。
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| CN202210121883.6A CN114657441A (zh) | 2022-02-09 | 2022-02-09 | 一种低密度高强高韧热轧钢板的制造方法 |
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| CN202210121883.6A CN114657441A (zh) | 2022-02-09 | 2022-02-09 | 一种低密度高强高韧热轧钢板的制造方法 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115572885A (zh) * | 2022-09-09 | 2023-01-06 | 钢铁研究总院有限公司 | 一种高强度高韧塑性奥氏体型低密度钢的制造方法 |
| CN116121658A (zh) * | 2023-01-30 | 2023-05-16 | 河钢股份有限公司 | 一种低密度Fe-Mn-Al-Ni-C钢板及制备方法 |
Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN106068333A (zh) * | 2013-12-26 | 2016-11-02 | Posco公司 | 高强度低比重钢板及其制造方法 |
| CN113278896A (zh) * | 2021-01-12 | 2021-08-20 | 北京科技大学 | 一种Fe-Mn-Al-C系高强度低密度钢及其制备方法 |
-
2022
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Patent Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN106068333A (zh) * | 2013-12-26 | 2016-11-02 | Posco公司 | 高强度低比重钢板及其制造方法 |
| CN113278896A (zh) * | 2021-01-12 | 2021-08-20 | 北京科技大学 | 一种Fe-Mn-Al-C系高强度低密度钢及其制备方法 |
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| Title |
|---|
| 中南矿冶学院 田荣璋: "《金属热处理》", 31 May 1985, 冶金工业出版社 * |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115572885A (zh) * | 2022-09-09 | 2023-01-06 | 钢铁研究总院有限公司 | 一种高强度高韧塑性奥氏体型低密度钢的制造方法 |
| CN116121658A (zh) * | 2023-01-30 | 2023-05-16 | 河钢股份有限公司 | 一种低密度Fe-Mn-Al-Ni-C钢板及制备方法 |
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