CN114657455A - 一种热机械轧制s500m中厚钢板及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种热机械轧制S500M中厚钢板及其生产方法。属于冶金领域；步骤：1、炼钢工序：得大厚度连铸坯；2、加热工序：入加热炉高温加热；3、轧制工序：采用两阶段控轧工艺；4、冷却工序：先快速冷却后堆垛缓冷，制得S500M中厚钢板。本发明采用包晶碳成分设计，加入较低的Nb、Ti微合金化，采用更高C含量，和添加Nb、Ti微合金元素，以及热机械轧制采用≥4倍的大轧制压缩比、粗轧大压下、低温控轧、超快冷等先进技术，获得组织为铁素体+贝氏体+少量珠光体的复合组织，晶粒度9‑11级，通过细晶强化、析出强化等措施，在满足屈服500MPa高强度、‑20℃低温冲击韧性同时，生产成本更低。

Description

一种热机械轧制S500M中厚钢板及其生产方法
技术领域
本发明涉及冶金领域，涉及一种钢板的生产方法，更具体地，涉及一种热机械轧制S500M中厚钢板的生产方法。
背景技术
随着工程装备向大型化方向发展，采用易焊接高强钢的轻量化设计需求量在不断扩大，采用420-460MPa高强结构钢替代355MPa已有广泛应用，但更高强度 500MPa结构钢因力学性能、焊接性能和生产成本等影响，目前工程上设计较少采用，且一般要求调质状态交货。
2019年欧洲EN10025-4：标准《热机械轧制焊接细晶粒钢》换版，热机械轧制钢种在S460M级别高强结构钢基础上，加入了更高强度级别S500M钢种，标准要求热机械轧制状态交货，且规定了热机械轧制焊接细晶粒钢的化学成分、力学性能等，要求优异的-20℃低温冲击性能，另外要求更低的CEV和Pcm来保证良好的焊接性能。
申请号：201910671896.9公开了“TMCP型屈服500MPa级结构钢板及其生产方法”，该发明成分设计加入了Cr：0.2～0.3％，V：0.03～0.05％，合金成本高；因该发明C：0.05～0.09％偏低，与本发明成分设计差异大，为保证获得高强度，加入了B：0.0008～0.0015％，轧后采用ACC水冷、较低返红温度350～ 500℃控制，组织为粒状贝氏体+板条贝氏体的复合组织，生产工艺难度大；另外该发明添加B元素，对高强钢焊接性能不利。
申请号：202010217172.X公开了“一种热轧高强度S500ML钢板及其生产方法”，该发明成分设计加入了Cr：0.2～0.3％，合金成本高；另外因该发明C：0.04～ 0.12％偏低，与本发明成分设计差异大，轧后采用超快冷水冷、较低返红温度 450～550℃控制，生产工艺难度大。
现有的TMCP型屈服500MPa级别钢板，一般情况下其成分设计加入了Nb、 Cr、V、Ti、B等多种元素，因较低碳C≤0.12％成分设计，为保证钢板强度，轧后采用水冷、较低返红温度≤550℃，组织为粒状贝氏体+板条贝氏体的复合组织，除了合金成本较高以外，冷却工艺控制难度大；另外添加B元素对高强钢焊接性能不利。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供了一种热机械轧制S500M中厚钢板的生产方法。
技术方案：本发明所述的一种热机械轧制S500M中厚钢板，所述钢板的化学成分按重量百分比计为：C 0.121-0.150％，Mn 1.30-1.65％，Si 0.10-0.40％，P≤ 0.020％，S≤0.005％，Nb≤0.050％，Ti 0.021-0.040％，Alt 0.02-0.06％，CEV ≤0.40％，Pcm≤0.23％，其余部分为Fe和杂质。
进一步的，一种热机械轧制S500M中厚钢板的生产方法，其具体操作步骤如下：
(1.1)、炼钢工序；炼钢工序：采用铁水预处理脱S、转炉深脱P及LF深脱S的方法；并采用动态轻压下、电磁搅拌的方法，得到大厚度连铸坯；
(1.2)、加热工序：将大厚度连铸坯入加热炉进行高温加热；
(1.3)、轧制工序：采用两阶段控轧工艺，制得轧制后的钢板；
(1.4)、冷却工序：将轧制后的钢板入超快冷系统进行快速冷却；然后进行堆垛缓冷，最终制得S500M中厚钢板。
进一步的，在步骤(1.1)中，所述得到的大厚度连铸坯的厚度为260-320mm。
进一步的，在步骤(1.2)中，所述将连铸坯入加热炉中进行高温加热的条件是：加热系数为：9.0-14.0min/cm，加热的温度为：1150-1250℃。
进一步的，在步骤(1.3)中，在所述两阶段控轧工艺中，第一阶段粗轧最后3道次压下率≥18％，粗轧终了温度≥980℃；第二阶段采用低温轧制，终轧温度≤790℃。
进一步的，在步骤(1.4)中，所述将轧制后的钢板入超快冷系统进行快速冷却中，返红温度为：551℃-590℃；
所述进行堆垛缓冷中，堆垛的时间≥48小时。
有益效果：本发明与现有技术相比，本发明采用包晶碳成分设计，加入较低的Nb、Ti微合金化，不添加Ni、Cr、Mo、V等贵重金属，不添加B元素，主要采用更高C含量，和添加Nb、Ti微合金元素，以及热机械轧制采用≥4倍的大轧制压缩比、粗轧大压下、低温控轧、超快冷等先进技术，获得组织为铁素体+ 贝氏体+少量珠光体的复合组织，晶粒度9-11级，通过细晶强化、析出强化等措施，在满足屈服500MPa高强度、-20℃低温冲击韧性同时，生产成本更低；另外本发明轧后钢板冷却的返红温度高于现有发明钢板，也降低了现场生产工艺难度。
附图说明
图1是本发明的结构流程图；
图2为本发明实施例2中钢板的显微组织结构图(1/4厚度)。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的说明。
如图所示，本发明所述的一种热机械轧制S500M中厚钢板及其生产方法，采用包晶钢的碳成分设计，加入较低的Nb、Ti微合金化，不添加Ni、Cr、Mo、V 等贵重金属，不添加提高淬透性的B元素，热机械轧制采用≥4倍的大压缩比、粗轧大压下、低温控轧、超快冷等先进技术，开发出一种热轧高强度S500M钢板，钢板最大厚度60mm，性能完全满足EN10025-4标准要求，钢板-20℃低温冲击功≥100J，由于钢板CEV≤0.40％，Pcm≤0.23％，焊接性能更加优异，可实现钢板的经济、批量生产，满足大型装备建造和低温环境下使用要求，综合力学性能指标达到国外同类水平。生产关键工序包括炼钢工序、坯料加热工序、轧制工序、控制冷却工序，得到钢板的化学成分按重量百分比计为：C 0.121-0.150％，Mn 1.30-1.65％，Si0.10-0.40％，P≤0.020％，S≤0.005％，Nb≤0.050％，Ti 0.021-0.040％，Alt 0.02-0.06％，CEV≤0.40％，Pcm≤0.23％，其余部分为Fe 和杂质；生产钢板最大厚度为12-60mm；
其具体操作步骤如下：
(1)、炼钢工序：采用铁水预处理脱S技术、转炉深脱P技术、LF深脱S技术；采用动态轻压下、电磁搅拌技术，得到260-320mm大厚度连铸坯。
(2)、加热工序：铸坯入加热炉加热，加热系数9.0-14.0min/cm，加热温度 1150-1250℃，保证大厚度铸坯加热均匀性。
(3)、轧制工序：采用两阶段控轧工艺，第一阶段粗轧最后3道次压下率≥18％，粗轧终了温度≥980℃；第二阶段采用低温轧制，终轧温度≤790℃。
(4)、冷却工序：轧制后的钢板入超快冷系统进行快速冷却，返红温度551℃ -590℃；然后进行堆垛缓冷，堆垛时间48小时及以上。
本发明生产钢板厚度为12-60mm，钢板牌号S500M，质量同时满足S460M、 Q460MD、Q500MD等牌号，有借鉴作用。
本发明采用包晶钢的碳成分设计，加入较低的Nb、Ti微合金化，不添加Ni、 Cr、Mo、V等贵重金属，不添加提高淬透性的B元素，主要采用更高C含量，和添加Nb、Ti微合金元素，以及热机械轧制采用≥4倍的大轧制压缩比、粗轧大压下、低温控轧、超快冷等先进技术，获得组织为铁素体+贝氏体+少量珠光体的复合组织，晶粒度9-11级，通过细晶强化、析出强化等措施，在满足屈服500MPa 高强度、-20℃低温冲击韧性同时，生产成本更低；开发出一种热轧高强度S500M 钢板，钢板最大厚度60mm，性能完全满足EN10025-4标准要求，钢板-20℃低温冲击功≥100J，由于钢板CEV≤0.40％，Pcm≤0.23％，焊接性能更加优异，可实现钢板的经济、批量生产，满足大型装备建造和低温环境下使用要求，综合力学性能指标达到国外同类水平；另外本发明轧后钢板冷却的返红温度高于现有发明钢板，也降低了现场生产工艺难度。
装备大型化以及轻量化设计是基础工程建设的重点发展方向，采用易焊接高强钢的轻量化设计需求量在不断扩大，而EN10025-4标准S500M为热机械轧制焊接细晶粒钢，具备500MPa高强度和-20℃低温冲击韧性同时，低Pcm成分设计的焊接性能较好，市场需求量很大，经济效益好。
实施例1:
S500M钢板厚度为60mm，采用下述成分配比以及生产方法，成分含量(wt) 为:C0.121％、Si 0.24％、Mn 1.53％、P 0.010％、S 0.002％、Alt 0.039％、Nb 0.038％、 Ti0.025％，CEV 0.39％、Pcm 0.21％，其余为Fe和杂质；
本钢板的生产方法如下:
(1)、炼钢工序：转炉冶炼，LF、RH精炼，连铸动态轻压下、电磁搅拌技术，连铸坯厚度320mm；
(2)、加热工序：钢坯的加热系数10.5min/cm，加热温度1209℃；
(3)、轧制工序：采用两阶段控轧工艺，第一阶段粗轧最后3道次压下率18％、20％、21％，粗轧终了温度1022℃；第二阶段开轧温度为803℃，终轧温度为788℃；
(4)、冷却工艺：经轧制后的钢板在超快速冷却装置进行在线冷却，返红温度为553℃；轧后及时堆垛缓冷，堆垛时间70小时；
本60mm规格S500M钢板，力学性能为：屈服强度508MPa，抗拉强度613MPa，断后伸长率20.5％，-20℃冲击功Akv：125、214、160J。
实施例2：
S500M钢板厚度为40mm，采用下述成分配比以及生产方法，成分含量(wt)为:C0.128％、Si 0.28％、Mn 1.49％、P 0.012％、S 0.003％、Alt 0.031％、Nb 0.035％、 Ti0.028％，CEV 0.39％、Pcm 0.22％，其余为Fe和杂质；
本钢板的生产方法如下:
(1)、炼钢工序：转炉冶炼，LF、RH精炼，连铸动态轻压下、电磁搅拌技术，连铸坯厚度260mm；
(2)、加热工序：钢坯的加热系数10.8min/cm，加热温度1198℃；
(3)、轧制工序：采用两阶段控轧工艺，第一阶段粗轧最后3道次压下率19％、20％、22％，粗轧终了温度1013℃；第二阶段开轧温度为809℃，终轧温度为784℃；
(4)、冷却工艺：经轧制后的钢板在超快速冷却装置进行在线冷却，返红温度为566℃；轧后及时堆垛缓冷，堆垛时间58小时；
本40mm规格S500M钢板，力学性能为：屈服强度516MPa，抗拉强度629MPa，断后伸长率22.5％，-20℃冲击功Akv：201、216、253J。
实施例3:
S500M钢板厚度为20mm，采用下述成分配比以及生产方法，成分含量(wt)为:C0.137％、Si 0.22％、Mn 1.43％、P 0.008％、S 0.002％、Alt 0.033％、Nb 0.032％、 Ti0.035％，CEV 0.39％、Pcm 0.23％，其余为Fe和杂质；
本钢板的生产方法如下:
(1)、炼钢工序：转炉冶炼，LF、RH精炼，连铸动态轻压下、电磁搅拌技术，连铸坯厚度260mm；
(2)、加热工序：其钢坯的加热系数11.6min/cm，加热温度1187℃；
(3)、轧制工序：采用两阶段控轧工艺，第一阶段粗轧最后3道次压下率20％、21％、22％，粗轧终了温度1006℃；第二阶段开轧温度为833℃，终轧温度为783℃；
(4)、冷却工艺：经轧制后的钢板在超快速冷却装置进行在线冷却，返红温度为578℃；轧后及时堆垛缓冷，堆垛时间51小时；
本20mm规格S500M钢板，力学性能为：屈服强度522MPa，抗拉强度618MPa，断后伸长率20％，-20℃冲击功Akv：227、226、222J。
实施例4：
S500M钢板厚度为12mm，采用下述成分配比以及生产方法，成分含量(wt)为:C0.150％、Si 0.18％、Mn 1.39％、P 0.014％、S 0.003％、Alt 0.041％、Nb 0.018％、 Ti0.036％，CEV 0.40％、Pcm 0.23％，其余为Fe和杂质；
本钢板的生产方法如下:
(1)、炼钢工序：转炉冶炼，LF、RH精炼，连铸动态轻压下、电磁搅拌技术，连铸坯厚度260mm；
(2)、加热工序：钢坯的加热系数10.3min/cm，加热温度1165℃；
(3)、轧制工序：采用两阶段控轧工艺，第一阶段粗轧最后3道次压下率20％、22％、23％，粗轧终了温度996℃；第二阶段开轧温度为853℃，终轧温度为786℃；
(4)、冷却工艺：经轧制后的钢板在超快速冷却装置进行在线冷却，返红温度为588℃；轧后及时堆垛缓冷，堆垛时间50小时；
本12mm规格S500M钢板，力学性能为：屈服强度531MPa，抗拉强度636MPa，断后伸长率21％，-20℃冲击功Akv：234、242、264J。
从实施例1-4可以看出，本发明实施例12-60mm热机械轧制S500M中厚钢板，其屈服强度在508～531MPa，抗拉强度在613～636MPa，断后伸长率在20％～22.5％之间，-20℃冲击功≥100J。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种热机械轧制S500M中厚钢板，其特征在于，所述钢板的化学成分按重量百分比计为：C 0.121-0.150％，Mn 1.30-1.65％，Si 0.10-0.40％，P≤0.020％，S≤0.005％，Nb≤0.050％，Ti 0.021-0.040％，Alt 0.02-0.06％，CEV≤0.40％，Pcm≤0.23％，其余部分为Fe和杂质。
2.如权利要求1所述的一种热机械轧制S500M中厚钢板的生产方法，其特征在于，其具体操作步骤如下：
(1.1)、炼钢工序；炼钢工序：采用铁水预处理脱S、转炉深脱P及LF深脱S的方法；并采用动态轻压下、电磁搅拌的方法，得到大厚度连铸坯；
(1.2)、加热工序：将大厚度连铸坯入加热炉进行高温加热；
(1.3)、轧制工序：采用两阶段控轧工艺，制得轧制后的钢板；
(1.4)、冷却工序：将轧制后的钢板入超快冷系统进行冷却；然后进行堆垛缓冷，最终制得S500M中厚钢板。
3.根据权利要求2所述的一种热机械轧制S500M中厚钢板的生产方法，其特征在于，
在步骤(1.1)中，所述得到的大厚度连铸坯的厚度为260-320mm。
4.根据权利要求2所述的一种热机械轧制S500M中厚钢板的生产方法，其特征在于，
在步骤(1.2)中，所述将连铸坯入加热炉中进行高温加热的条件是：加热系数为：9.0-14.0min/cm，加热的温度为：1150-1250℃。
5.根据权利要求2所述的一种热机械轧制S500M中厚钢板的生产方法，其特征在于，
在步骤(1.3)中，在所述两阶段控轧工艺中，第一阶段粗轧最后3道次压下率≥18％，粗轧终了温度≥980℃；第二阶段采用低温轧制，终轧温度≤790℃。
6.根据权利要求2所述的一种热机械轧制S500M中厚钢板的生产方法，其特征在于，
在步骤(1.4)中，所述将轧制后的钢板入超快冷系统进行快速冷却中，返红温度为：551℃-590℃；
所述进行堆垛缓冷中，堆垛的时间≥48小时。
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