CN115161548B - 一种Ti-Zr复合微合金化700MPa级高强度高韧性钢板及制备方法 - Google Patents

一种Ti-Zr复合微合金化700MPa级高强度高韧性钢板及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种Ti‑Zr复合微合金化700MPa级高强度高韧性钢板及制备方法，属于高强度高韧性钢板的技术领域。所述钢板的化学成分按质量百分数为：C：0.02‑0.05wt.％、Si：0.20‑0.30wt.％、Mn：1.45‑1.80wt.％、P≤0.005wt.％、S≤0.005wt.％、Ti：0.10‑0.20wt.％、Zr：0.01‑0.07wt.％，余量为Fe和不可避免的杂质；其中，Ti：Zr为10：7‑20：1，Ti+Zr：0.11‑0.27wt.％。本发明通过合金成分的设计、控轧控冷技术的优化和控制钢板的相组成，实现高强度、高韧性与低屈强比，能够满足我国工程机械、重载桥梁、节能车辆等领域对钢的要求。

Description

一种Ti-Zr复合微合金化700MPa级高强度高韧性钢板及制备 方法
技术领域
本发明属于高强度高韧性钢板的技术领域，涉及一种Ti-Zr复合微合金化700MPa级高强度高韧性钢板及制备方法。
背景技术
随着我国经济的高快速发展，对于应用于汽车大梁、桥梁建筑、船舶结构等方面中的结构钢板要求也越来越高。而现有技术上通常通过精准控制钢内化学元素含量与高洁净钢冶金技术、热处理强化技术、低成本高性能微合金化技术、控轧控冷技术等获得高强韧钢板。
精准控制钢内化学元素含量与高洁净钢冶金技术显然成本高，操作难度大，工艺过程复杂，不利于工业大规模生产和推广。
传统的高强韧钢板是通过调质热处理工艺(淬火+高温回火)生产得到，这种钢虽然具有良好的强度和韧性，但是它的屈强比很高(>0.96)，不利于在某些领域的应用。
为了降低钢的屈强比，目前大多是通过淬火+两相区二次淬火+回火工艺，但是对于高强韧中厚板而言，加热时间的延长会促进晶粒的长大，导致钢的性能降低。进行额外的调质热处理，也会增加制造工序，提高制造成本。
低成本高性能微合金化技术和控轧控冷技术虽然各自都可以实现钢板的晶粒细化，但是强度和韧性不能得到很好的匹配，之后还需要匹配的热处理才能获得高强度高韧性钢板，制备工艺复杂，耗费成本高。
例如：中国专利CN114350911A公开了一种热轧700MPa级复相高强耐候钢制备方法，其中的成分选择繁多，不仅包含了成本较高的Ni、Nb元素选择，而且所制备的钢板组织结构为复相，需要额外的冷却工艺风冷+空冷，制备工艺复杂，耗费成本高，操作难度大。
中国专利CN114345938A公开了一种基于短流程低成本生产屈服强度700MPa级高强钢的方法，卷取后还需要罩式退火，需要额外的热处理工艺，耗费热量，增大成本；连铸板坯厚度较小，适应范围较小；且其成分选择中显然Nb、V、Ti成本较高，不利于工业大规模生产。
中国专利CN110983181A公开了一种700MPa级热轧钢及其制备方法、应用，其中给出了退火前和退火后的性能参数，显然如果不进行退火，包含高成本Nb、V、Ti元素选择、复杂升温方式和快冷的温度控制获得的钢板性能的屈服强度并不能够达到700MPa。
中国专利CN111041365A公开了基于薄带铸轧的500-700MPa级经济型高强钢及其生产方法，虽然其中公开了700MPa级经济型高强钢，但是该钢中的屈服强度在700MPa级时，显然延伸率较低，包含高成本Nb、Ti元素选择，铸坯厚度较薄或较厚。
中国专利CN111809110A公开了一种稀土处理厚规格700MPa级汽车大梁钢带及其制造方法，虽然其中公开了700MPa级汽车大梁钢带，但是实施例1-4中屈服强度不能达到700MPa，需要添加高成本Nb、Ti和稀土元素选择，成本较高，粗轧和精轧方式复杂，不利于工业大规模生产。
综上，现有技术中的700MPa级热轧钢板很多需要在热轧之后进行罩式退火处理以提高抗拉强度、屈服强度和延伸率，显然如果不进行退火处理，热轧钢板的屈服强度不仅不能达到700MPa级，故而需要额外热处理，增大了生产成本；而其他的热轧钢板中需要额外的冷却工艺风冷+空冷，制备工艺复杂，耗费成本高，操作难度大；或者是包含高成本Nb、Ti元素选择，板坯厚度不匹配，应用范围较窄，不利于工业大规模生产和推广。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术中700MPa级热轧钢板需要额外的热处理和冷却工艺对热轧组织结构进行相应的调节，增大生产成本，操作难度大；元素成分选择成本较高；屈服强度不小于700MPa、抗拉强度不小于750MPa、伸长率不小于20％、-20℃下冲击断裂吸收功不小于120J、-40℃下冲击断裂吸收功不小于100J的基础上，热轧板坯的厚度选择不能在6-25mm范围内，不是太大就是太小，生产效率低，不适合工业生产。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种Ti-Zr复合微合金化700MPa级高强度高韧性钢板，所述钢板的化学成分按质量百分数为：C：0.02-0.05wt.％、Si：0.20-0.30wt.％、Mn：1.45-1.80wt.％、P≤0.005wt.％、S≤0.005wt.％、Ti：0.10-0.20wt.％、Zr：0.01-0.07wt.％，余量为Fe和不可避免的杂质；其中，Ti：Zr为10：7-20：1，Ti+Zr：0.11-0.27wt.％。
优选地，所述钢板的组织为多边形铁素体和针状铁素体组织，其中：针状铁素体占比10-30％，钢板平均晶粒尺寸为3-6μm。
优选地，钢板厚度为6-15mm，屈服强度不小于720MPa，抗拉强度不小于780MPa，屈强比不大于0.92，伸长率大于20％，-20℃下冲击断裂吸收功大于120J，-40℃下冲击断裂吸收功大于94J；钢板厚度为16-25mm，屈服强度不小于700MPa，抗拉强度不小于750MPa，屈强比不大于0.93，伸长率大于20％，-20℃下冲击断裂吸收功大于120J，-40℃下冲击断裂吸收功大于92J。
所述Ti-Zr复合微合金化700MPa级高强度高韧性钢板的制备方法，具体步骤如下：
S1、冶炼过程
按照上述钢板的化学成分质量百分比进行原料称量、配料、冶炼，冶炼完成后浇铸成钢板板坯；
S2、加热过程
将所述步骤S1中的钢板板坯加热保温；
S3、轧制工艺
将所述步骤S2中的经过加热保温的钢板板坯空冷，然后除磷，之后进行热轧，热轧包括2-3道次粗轧和精轧，得到Ti-Zr复合微合金化钢板试样；
S4、冷却过程
将所述步骤S3中的Ti-Zr复合微合金化钢板试样经空冷至卷取温度，进行卷取，然后随炉冷却至室温。
优选地，所述步骤S1中的冶炼，在出钢过程采用铝脱氧，LF精炼过程进行深度脱硫脱氧，然后加入Zr合金，保证Zr合金的成分达到目标成分；在RH精炼过程到站钢液温度1600-1650℃，RH精炼过程真空处理10min加入Ti合金，控制加Ti合金前钢液中的氮、硫含量小于0.005％，RH精炼过程总的真空处理时间＞20min，之后吹氩软搅拌不少于5min。
优选地，所述步骤S2中的加热保温的温度为1150-1250℃，保温时间为1-3h，获得的组织结构为奥氏体组织。
优选地，所述步骤S3中的空冷为将冷却速率控制在2-7℃/s，直至钢板板坯的温度降至1000-1100℃。
优选地，所述步骤S3中的2-3道次粗轧的开轧温度1000-1100℃，终轧温度980±10℃，每道次压下量大于20％，总压下量50-60％，组织为奥氏体。
优选地，所述步骤S3中的精轧开始温度为中间坯待温至960-975℃的温度，轧制每道次压下率>20％，终轧温度为800-900℃，获得的组织结构为奥氏体组织。
优选地，所述步骤S1中的钢板板坯厚度为100-120mm，所述步骤S3中的中间坯的厚度为50-60mm，所述步骤S3中的Ti-Zr复合微合金化钢板试样的厚度为6-25mm。
优选地，所述步骤S4中的卷取温度为600-700℃，空冷速率控制在2-7℃/s。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
上述方案中，本发明通过合金成分的设计、控轧控冷技术的优化和控制钢板的相组成，实现高强度、高韧性与低屈强比。
本发明具体采用Ti-Zr复合添加，同时精确控制Ti、Zr以及C含量，为经济的成分设计；采用控轧控冷生产工艺，轧后不需要进行额外调质热处理，从而简化了制造工艺，降低了钢的制造成本。
本发明所述钢板的组织为多边形铁素体和针状铁素体组织，其中：针状铁素体占比10-30％，钢板平均晶粒尺寸为3-6μm。
本发明所制备钢板的钢板厚度为6-15mm，屈服强度不小于720MPa，抗拉强度不小于780MPa，屈强比不大于0.92，伸长率大于20％，-20℃下冲击断裂吸收功大于120J，-40℃下冲击断裂吸收功大于94J；钢板厚度为16-25mm，屈服强度不小于700MPa，抗拉强度不小于750MPa，屈强比不大于0.93，伸长率大于20％，-20℃下冲击断裂吸收功大于120J，-40℃下冲击断裂吸收功大于92J。
本发明能够满足我国工程机械、重载桥梁、节能车辆、海洋平台等领域对低成本、高强度、高韧性、长寿命钢的要求，具有很强的适应性和推广价值，同时具有比较高的性价比和推广市场。
总之，本发明提供的一种Ti-Zr复合微合金化700MPa级高强度高韧性钢板及其制备方法，能够利用Ti-Zr复合添加提高所制备材料的强度、塑性和低温冲击韧性，所制备钢板的厚度为6-25mm，利于工业大规模生产和推广使用，适合应用于工程机械、重载桥梁、节能车辆、海洋平台等领域。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1的Ti-Zr复合微合金化700MPa级高强度高韧性钢板的金相组织形貌图；
图2为本发明实施例2的Ti-Zr复合微合金化700MPa级高强度高韧性钢板的金相组织形貌图；
图3为本发明实施例3的Ti-Zr复合微合金化700MPa级高强度高韧性钢板的金相组织形貌图；
图4为本发明实施例4的Ti-Zr复合微合金化700MPa级高强度高韧性钢板的金相组织形貌图；
图5为本发明实施例5的Ti-Zr复合微合金化700MPa级高强度高韧性钢板的金相组织形貌图；
图6为本发明实施例6的Ti-Zr复合微合金化700MPa级高强度高韧性钢板的金相组织形貌图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案和解决的技术问题进行阐述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明专利的一部分实施例，而不是全部实施例。
实施例1
一种Ti-Zr复合微合金化700MPa级高强度高韧性钢板，厚度为10mm，其化学成分按质量百分含量取C：0.05wt.％、Si：0.215wt.％、Mn：1.51wt.％、P：0.005wt.％、S：0.002wt.％、Ti：0.148wt.％、Zr：0.015wt.％，其余量为Fe和不可避免的杂质；其中，Ti：Zr为9.87：1，Ti+Zr：0.163wt.％。
上述Ti-Zr复合微合金化700MPa级高强度高韧性钢板的具体工艺步骤如下：
S1、冶炼过程
按照上述钢板的化学成分质量百分比进行原料称量、配料、冶炼，冶炼完成后浇铸成100mm厚的钢板板坯；
S2、加热过程
将所述步骤S1中的钢板板坯加热保温，加热保温的温度为1250℃，保温时间为2h；
S3、轧制工艺
将所述步骤S2中的经过加热保温的钢板板坯空冷，冷却速率控制在7℃/s，直至钢板板坯的温度降至1050℃；然后除磷，之后进行热轧，热轧包括2-3道次粗轧和精轧，其中的2-3道次粗轧为1150℃开轧，980℃终轧、每道次压下量25％，总压下量50％，组织为奥氏体组织，精轧开始温度为中间坯待温至970℃的温度，中间坯的厚度为50mm，轧制每道次压下率>20％，终轧温度为835℃；得到厚度为10mm的Ti-Zr复合微合金化钢板试样；
S4、冷却过程
将所述步骤S3中的Ti-Zr复合微合金化钢板试样经空冷至卷取温度680℃，空冷速率控制在7℃/s，进行卷取，然后随炉冷却至室温，得到厚度为10mm的Ti-Zr复合微合金化700MPa级高强度高韧性钢板。
本实施例制备的厚度为10mm的Ti-Zr复合微合金化700MPa级高强度高韧性钢板的显微组织如图1所示，组织结构为多边形铁素体和针状铁素体组织，针状铁素体占比15％，钢板平均晶粒尺寸为4.5。力学性能：屈服强度721MPa，抗拉强度788MPa，断后伸缩率为20.5％，-20℃下冲击断裂吸收功为132J，-40℃下冲击断裂吸收功为94J。
本实施例制备的厚度为10mm的Ti-Zr复合微合金化700MPa级高强度高韧性钢板可应用于工程机械、重载桥梁、节能车辆、海洋平台等领域中的任一个。
实施例2
一种Ti-Zr复合微合金化700MPa级高强度高韧性钢板，厚度为20mm，其化学成分按质量百分含量取C：0.05wt.％、Si：0.235wt.％、Mn：1.58wt.％、P：0.005wt.％、S：0.003wt.％、Ti：0.152wt.％、Zr：0.07wt.％，余量为Fe和不可避免的杂质；其中，Ti：Zr为2.17：1，Ti+Zr：0.222wt.％。
上述Ti-Zr复合微合金化700MPa级高强度高韧性钢板的具体工艺步骤如下：
S1、冶炼过程
按照上述钢板的化学成分质量百分比进行原料称量、配料、冶炼，冶炼完成后浇铸成120mm厚的钢板板坯；
S2、加热过程
将所述步骤S1中的钢板板坯加热保温，加热保温的温度为1250℃，保温时间为3h；
S3、轧制工艺
将所述步骤S2中的经过加热保温的钢板板坯空冷，冷却速率控制在7℃/s，直至钢板板坯的温度降至1080℃；然后除磷，之后进行热轧，热轧包括2-3道次粗轧和精轧，其中的2-3道次粗轧为1050℃开轧，1000℃终轧，没道次压下量25％，总变形50％，组织为奥氏体组织，精轧开始温度为中间坯待温至960℃的温度，中间坯的厚度为60mm，轧制每道次压下率>20％，终轧温度为870℃；得到厚度为20mm的Ti-Zr复合微合金化钢板试样；
S4、冷却过程
将所述步骤S3中的Ti-Zr复合微合金化钢板试样经水冷至卷取温度600℃，水冷速率控制在多少范围，进行卷取，然后随炉冷却至室温，得到厚度为20mm的Ti-Zr复合微合金化700MPa级高强度高韧性钢板。
本实施例制备的厚度为20mm的Ti-Zr复合微合金化700MPa级高强度高韧性钢板的显微组织如图2所示，组织结构为多边形铁素体和针状铁素体组织，针状铁素体占比13％，钢板平均晶粒尺寸为4.7μm。力学性能：屈服强度772MPa，抗拉强度858MPa，断后伸缩率为20.5％，-20℃下冲击断裂吸收功为131J，-40℃下冲击断裂吸收功为92J。
本实施例制备的厚度为20mm的Ti-Zr复合微合金化700MPa级高强度高韧性钢板可应用于工程机械、重载桥梁、节能车辆、海洋平台等领域中的任一个。
实施例3
一种Ti-Zr复合微合金化700MPa级高强度高韧性钢板，厚度为10mm，其化学成分按质量百分含量取C：0.05wt.％、Si：0.275wt.％、Mn：1.48wt.％、P：0.005wt.％、S：0.005wt.％、Ti：0.112wt.％、Zr：0.065wt.％，余量为Fe和不可避免的杂质；其中，Ti：Zr为1.72：1，Ti+Zr：0.177wt.％。
上述Ti-Zr复合微合金化700MPa级高强度高韧性钢板的具体工艺步骤如下：
S1、冶炼过程
按照上述钢板的化学成分质量百分比进行原料称量、配料、冶炼，冶炼完成后浇铸成100mm厚的钢板板坯；
S2、加热过程
将所述步骤S1中的钢板板坯加热保温，加热保温的温度为1150℃，保温时间为1-3h；
S3、轧制工艺
将所述步骤S2中的经过加热保温的钢板板坯空冷，冷却速率控制在5℃/s，直至钢板板坯的温度降至1050℃；然后除磷，之后进行热轧，热轧包括2-3道次粗轧和精轧，其中的2-3道次粗轧为1035℃开轧，980℃终轧，每道次压下量25％，总压下量50％，组织为奥氏体组织，精轧开始温度为中间坯待温至965℃的温度，中间坯的厚度为50mm，轧制每道次压下率>20％，终轧温度为830℃；得到厚度为10mm的Ti-Zr复合微合金化钢板试样；
S4、冷却过程
将所述步骤S3中的Ti-Zr复合微合金化钢板试样经空冷至卷取温度600℃，空冷速率控制在多少范围，进行卷取，然后随炉冷却至室温，得到厚度为10mm的Ti-Zr复合微合金化700MPa级高强度高韧性钢板。
本实施例制备的厚度为10mm的Ti-Zr复合微合金化700MPa级高强度高韧性钢板的显微组织如图3所示，组织结构为多边形铁素体和针状铁素体组织，针状铁素体占比13％，钢板平均晶粒尺寸为4.1μm。力学性能：屈服强度734MPa，抗拉强度815MPa，断后伸缩率为21％，-20℃下冲击断裂吸收功为121J，-40℃下冲击断裂吸收功为98J。
本实施例制备的厚度为10mm的Ti-Zr复合微合金化700MPa级高强度高韧性钢板可应用于工程机械、重载桥梁、节能车辆、海洋平台等领域中的任一个。
实施例4
一种Ti-Zr复合微合金化700MPa级高强度高韧性钢板，厚度为15mm，其化学成分按质量百分含量取C：0.05wt.％、Si：0.215wt.％、Mn：1.51wt.％、P：0.005wt.％、S：0.002wt.％、Ti：0.148wt.％、Zr：0.035wt.％，余量为Fe和不可避免的杂质；其中，Ti：Zr为4.23：1，Ti+Zr：0.183wt.％。
上述Ti-Zr复合微合金化700MPa级高强度高韧性钢板的具体工艺步骤如下：
S1、冶炼过程
按照上述钢板的化学成分质量百分比进行原料称量、配料、冶炼，冶炼完成后浇铸成100mm厚的钢板板坯；
S2、加热过程
将所述步骤S1中的钢板板坯加热保温，加热保温的温度为1150℃，保温时间为2h；
S3、轧制工艺
将所述步骤S2中的经过加热保温的钢板板坯空冷，冷却速率控制在5℃/s，直至钢板板坯的温度降至1035℃；然后除磷，之后进行热轧，热轧包括2-3道次粗轧和精轧，其中的2-3道次粗轧为1030℃开轧，995℃终轧，每道次变形20％，总变形40％，组织为奥氏体组织，精轧开始温度为中间坯待温至970℃的温度，中间坯的厚度为60mm，轧制每道次压下率>20％，终轧温度为870℃；得到厚度为15mm的Ti-Zr复合微合金化钢板试样；
S4、冷却过程
将所述步骤S3中的Ti-Zr复合微合金化钢板试样经空冷至卷取温度650℃，空冷速率控制在5℃/s，进行卷取，然后随炉冷却至室温，得到厚度为15mm的Ti-Zr复合微合金化700MPa级高强度高韧性钢板。
本实施例制备的厚度为15mm的Ti-Zr复合微合金化700MPa级高强度高韧性钢板的显微组织如图4所示，组织结构为多边形铁素体和针状铁素体组织，针状铁素体占比11％，钢板平均晶粒尺寸为3.8μm。力学性能：屈服强度721MPa，抗拉强度809MPa，断后伸缩率为21％，-20℃下冲击断裂吸收功为128J，-40℃下冲击断裂吸收功为94J。
本实施例制备的厚度为15mm的Ti-Zr复合微合金化700MPa级高强度高韧性钢板可应用于工程机械、重载桥梁、节能车辆、海洋平台等领域中的任一个。
实施例5
一种Ti-Zr复合微合金化700MPa级高强度高韧性钢板，厚度为12mm，其化学成分按质量百分含量取C：0.05wt.％、Si：0.215wt.％、Mn：1.51wt.％、P：0.005wt.％、S：0.004wt.％、Ti：0.192wt.％、Zr：0.015wt.％，余量为Fe和不可避免的杂质；其中，Ti：Zr为12.8：1，Ti+Zr：0.207wt.％。
上述Ti-Zr复合微合金化700MPa级高强度高韧性钢板的具体工艺步骤如下：
S1、冶炼过程
按照上述钢板的化学成分质量百分比进行原料称量、配料、冶炼，冶炼完成后浇铸成100mm厚的钢板板坯；
S2、加热过程
将所述步骤S1中的钢板板坯加热保温，加热保温的温度为1200℃，保温时间为2h；
S3、轧制工艺
将所述步骤S2中的经过加热保温的钢板板坯空冷，冷却速率控制在4℃/s，直至钢板板坯的温度降至1050℃；然后除磷，之后进行热轧，热轧包括2-3道次粗轧和精轧，其中的2-3道次粗轧为1035℃开轧，985℃终轧，每道次变形量为20％，总变形量40％，组织为奥氏体组织，精轧开始温度为中间坯待温至967℃的温度，中间坯的厚度为60mm，轧制每道次压下率>20％，终轧温度为880℃；得到厚度为12mm的Ti-Zr复合微合金化钢板试样；
S4、冷却过程
将所述步骤S3中的Ti-Zr复合微合金化钢板试样经空冷至卷取温度600℃，空冷速率控制在4℃/s，进行卷取，然后随炉冷却至室温，得到厚度为12mm的Ti-Zr复合微合金化700MPa级高强度高韧性钢板。
本实施例制备的厚度为12mm的Ti-Zr复合微合金化700MPa级高强度高韧性钢板的显微组织如图5所示，组织结构为多边形铁素体和针状铁素体组织，针状铁素体占比23％，钢板平均晶粒尺寸为4.8μm。力学性能：屈服强度715MPa，抗拉强度791MPa，断后伸缩率为23％，-20℃下冲击断裂吸收功为141J，-40℃下冲击断裂吸收功为101J。
本实施例制备的厚度为12mm的Ti-Zr复合微合金化700MPa级高强度高韧性钢板可应用于工程机械、重载桥梁、节能车辆、海洋平台等领域中的任一个。
实施例6
一种Ti-Zr复合微合金化700MPa级高强度高韧性钢板，厚度为6mm，其化学成分按质量百分含量取C：0.04wt.％、Si：0.208wt.％、Mn：1.65wt.％、P：0.005wt.％、S：0.003wt.％、Ti：0.168wt.％、Zr：0.045wt.％，余量为Fe和不可避免的杂质；其中，Ti：Zr为3.73：1，Ti+Zr：0.213wt.％。
上述Ti-Zr复合微合金化700MPa级高强度高韧性钢板的具体工艺步骤如下：
S1、冶炼过程
按照上述钢板的化学成分质量百分比进行原料称量、配料、冶炼，冶炼完成后浇铸成120mm厚的钢板板坯；
S2、加热过程
将所述步骤S1中的钢板板坯加热保温，加热保温的温度为1200℃，保温时间为3h；
S3、轧制工艺
将所述步骤S2中的经过加热保温的钢板板坯空冷，冷却速率控制在多7℃/s，直至钢板板坯的温度降至1000℃；然后除磷，之后进行热轧，热轧包括2-3道次粗轧和精轧，其中的2-3道次粗轧为1000℃开轧，980℃终轧，每道次压下量25％，总压下量50％，组织为奥氏体组织，精轧开始温度为中间坯待温至964℃的温度，中间坯的厚度为60mm，轧制每道次压下率>20％，终轧温度为860℃；得到厚度为6mm的Ti-Zr复合微合金化钢板试样；
S4、冷却过程
将所述步骤S3中的Ti-Zr复合微合金化钢板试样经空冷至卷取温度600℃，空冷速率控制在7℃/s，进行卷取，然后随炉冷却至室温，得到厚度为6mm的Ti-Zr复合微合金化700MPa级高强度高韧性钢板。
本实施例制备的厚度为6mm的Ti-Zr复合微合金化700MPa级高强度高韧性钢板的显微组织如图6所示，组织结构为多边形铁素体和针状铁素体组织，针状铁素体占比27％，钢板平均晶粒尺寸为3.5μm。力学性能：屈服强度753MPa，抗拉强度834MPa，断后伸缩率为21％，-20℃下冲击断裂吸收功为126J，-40℃下冲击断裂吸收功为92J。
本实施例制备的厚度为6mm的Ti-Zr复合微合金化700MPa级高强度高韧性钢板可应用于工程机械、重载桥梁、节能车辆、海洋平台等领域中的任一个。
综上，实施例1-6对比发现，Ti-Zr复合添加量随着添加量的增加，强度韧性提高，特别是能够提高所制备钢板的屈服强度、抗拉强度、以及低温冲击韧性。上述方案中，本发明通过合金成分的设计、控轧控冷技术的优化和控制钢板的相组成，实现高强度、高韧性与低屈强比。
本发明具体采用Ti-Zr复合添加，同时精确控制Ti、Zr以及C含量，为经济的成分设计；采用控轧控冷生产工艺，轧后不需要进行额外调质热处理，从而简化了制造工艺，降低了钢的制造成本。
本发明所述钢板的组织为多边形铁素体和针状铁素体组织，其中：针状铁素体占比10-30％，钢板平均晶粒尺寸为3-6μm。
本发明所制备钢板的钢板厚度为6-15mm，屈服强度不小于720MPa，抗拉强度不小于780MPa，屈强比不大于0.92，伸长率大于20％，-20℃下冲击断裂吸收功大于120J，-40℃下冲击断裂吸收功大于94J；钢板厚度为16-25mm，屈服强度不小于700MPa，抗拉强度不小于750MPa，屈强比不大于0.93，伸长率大于20％，-20℃下冲击断裂吸收功大于120J，-40℃下冲击断裂吸收功大于92J。
本发明能够满足我国工程机械、重载桥梁、节能车辆、海洋平台等领域对低成本、高强度、高韧性、长寿命钢的要求，具有很强的适应性和推广价值，同时具有比较高的性价比和推广市场。
总之，本发明提供的一种Ti-Zr复合微合金化700MPa级高强度高韧性钢板及其制备方法，能够利用Ti-Zr复合添加提高所制备材料的强度、塑性和低温冲击韧性，所制备钢板的厚度为6-25mm，利于工业大规模生产和推广使用，适合应用于工程机械、重载桥梁、节能车辆、海洋平台等领域。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种Ti-Zr复合微合金化700MPa级高强度高韧性钢板，其特征在于，所述钢板的化学成分按质量百分数为：C：0.02-0.05wt.%、Si：0.20-0.30wt.%、Mn：1.45-1.80wt.%、P≤0.005wt.%、S≤0.005wt.%、Ti：0.10-0.20wt.%、Zr：0.01-0.07wt.%，余量为Fe和不可避免的杂质；其中，Ti：Zr为10：7-20：1，Ti+Zr：0.11-0.27wt.%；
所述钢板的组织为多边形铁素体和针状铁素体组织，其中：针状铁素体占比10-30%，钢板平均晶粒尺寸为3-6μm；
钢板厚度为6-15mm，屈服强度不小于720MPa，抗拉强度不小于780MPa，屈强比不大于0.92，伸长率大于20%，-20℃下冲击断裂吸收功大于120J，-40℃下冲击断裂吸收功大于94J；钢板厚度为16-25mm，屈服强度不小于700MPa，抗拉强度不小于750MPa，屈强比不大于0.93，伸长率大于20%，-20℃下冲击断裂吸收功大于120J，-40℃下冲击断裂吸收功大于92J。
2.根据权利要求1所述的Ti-Zr复合微合金化700MPa级高强度高韧性钢板的制备方法，其特征在于，所述制备方法的具体步骤如下：
S1、冶炼过程
按照上述钢板的化学成分质量百分比进行原料称量、配料、冶炼，冶炼完成后浇铸成钢板板坯；
S2、加热过程
将所述步骤S1中的钢板板坯加热保温；
S3、轧制工艺
将所述步骤S2中的经过加热保温的钢板板坯空冷，然后除磷，之后进行热轧，热轧包括2-3道次粗轧和精轧，得到Ti-Zr复合微合金化钢板试样；
S4、冷却过程
将所述步骤S3中的Ti-Zr复合微合金化钢板试样经空冷至卷取温度，进行卷取，然后随炉冷却至室温。
3.根据权利要求2所述的Ti-Zr复合微合金化700MPa级高强韧钢板的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中的加热保温的温度为1150-1250℃，保温时间为1-3h。
4.根据权利要求2所述的一种Ti-Zr复合微合金化700MPa级高强韧钢板，其特征在于，所述步骤S3中的空冷为将冷却速率控制在2-7℃/s，直至钢板板坯的温度降至1000-1100℃。
5.根据权利要求2所述的Ti-Zr复合微合金化700MPa级高强韧钢板的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中的2-3道次粗轧的开轧温度1000-1100℃，终轧温度980±10℃，每道次压下量大于20%，总压下量50-60%，组织为奥氏体。
6.根据权利要求2所述的Ti-Zr复合微合金化700MPa级高强韧钢板的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中的精轧开始温度为中间坯待温至960-975℃的温度，轧制每道次压下率>20%，终轧温度为800-900℃。
7.根据权利要求2所述的Ti-Zr复合微合金化700MPa级高强韧钢板的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中的钢板板坯厚度为100-120mm，所述步骤S3中的中间坯的厚度为50-60mm，所述步骤S3中的Ti-Zr复合微合金化钢板试样的厚度为6-25mm。
8.根据权利要求2所述的Ti-Zr复合微合金化700MPa级高强韧钢板的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中的卷取温度为600-700℃，空冷速率控制在2-7℃/s。
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