CN115637371A - 一种钛强化420MPa级低合金高强中厚板的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种钛强化420MPa级低合金高强中厚板的生产方法,属于金属冶炼技术领域。本发明通过转炉冶炼、连铸、坯料缓冷、钢坯加热、粗轧、精轧、轧后冷却、缓冷步骤制备一种420MPa级低合金高强中厚板。本发明的生产方法能够提高中厚板的抗冷弯性能以及低温韧性,有效细化晶粒降低组织脆性,同时降低中厚板的生产成本。本发明制备的中厚板屈服强度≥420MPa,‑20℃冲击功≥60J,屈强比≤0.85,可满足‑20℃条件下d=a折弯要求。
Description
技术领域
本发明涉及金属冶炼技术领域,尤其涉及一种钛强化420MPa级低合金高强中厚板的生产方法。
背景技术
屈服强度420MPa级(Q420级)低合金高强度钢板广泛应用于工程机械、公路桥梁等,在具备较高的强度等级的基础上拥有较好的可加工性能(包括焊接性能和冷弯性能)。近年来钢材市场行情下滑严重,钛微合金化以其低廉的合金成本受到国内各大钢厂的关注,目前钛微合金化工艺已普遍应用于Q355级别钢种的生产中。但在Q420级别的钢种中,钛对低温折弯性能还是比较有害的,采用钛微合金化技术不能满足冬季室温d=a(d=弯心直径,a=钢板公称厚度)级折弯的要求。这对客户的加工过程提出了很高的要求,需要折弯前预热到200℃以上并换装折弯压头。大大提高了用户成本、降低了用户生产效率。
此外,目前Q420级别低合金高强度中厚板生产存在很多其他缺点:(1)普通高碳、高锰体系成本高,不能满足市场需求;(2)采用低碳成分设计的Q420级别低合金高强度中厚板,为保证强度指标,添加了V、Ni、Mo、Cu等昂贵合金元素,造成制造成本偏高;(3)个别企业实验生产钛微合金化Q420级别低合金高强度中厚板,物理性能可满足国家标准要求,但用户使用过程中可加工性能差导致客户满意度降低;(4)中碳低合金加铬体系,生产中需要过正火工序,进一步提高了生产成本。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的是提供一种钛强化420MPa级低合金高强中厚板的生产方法,提高420MPa级低合金高强中厚板的抗冷弯性能,提高中厚板的低温韧性,有效细化晶粒降低组织脆性,同时降低中厚板的生产成本。
本发明钛强化420MPa级低合金高强中厚板的生产方法,包括以下步骤:
(1)转炉冶炼:先对铁水预处理,控制S≤0.030wt%;在150吨顶底复吹转炉中装入15%的废钢,然后加入铁水,吹炼至C含量为0.03wt%~0.04wt%时出钢;出钢后采用氩气软吹,加覆盖剂、增碳剂、低碳锰铁、钛铁、喂铝线、硼;转炉冶炼的主要目的是去除铁水中的硫元素,然后通过吹炼控制碳元素的含量,吹炼完成后检测混合铁水中各元素的含量,根据需要添加低碳锰铁、钛铁、喂铝线、硼成分;
覆盖剂的作用是覆盖住钢水表面防止氧化和吸气,本发明采用的覆盖剂和为本领域采用的常规覆盖剂,增碳剂选自但不限于碳化稻壳;
所述废钢选自但不限于优质低合金中厚板板头;
(2)连铸:在拉速0.75-0.8m/min条件下进行连铸,得到400mm厚度的连铸坯,所述连铸坯中的氮含量≤20ppm、氢含量≤1ppm;
(3)坯料缓冷:将连铸坯切割成厚度*宽度为400mm*1600mm规格的坯料,坯料长度根据成品规格确定,然后进入坯料缓冷坑堆垛缓冷48小时,每6块为一垛,入坑温度700-850℃;
(4)钢坯加热:缓冷之后的坯料采用步进式双蓄热加热炉加热,入炉温度≤200℃,出炉温度为1110±20℃;所述加热过程包括一段加热,二段加热,三段加热和均热处理;
(5)粗轧:将加热处理之后的钢坯进行粗轧,粗轧的开轧温度为1050-1100℃,终轧温度为980±20℃,轧制道次6-10道;中间坯厚度按照3倍成品厚度控制;
(6)精轧:精轧开轧温度为870~920℃,总道次6道,终轧温度为790~840℃;保证板型道次压下量逐道次递减,控制钛析出的同时尽量使组织细小,避免进入两相区;
(7)轧后冷却:将精轧后得到的钢板利用UFC超快速冷却技术进行控冷,冷却开始的温度为760-790℃,返红温度为630~670℃,冷速为20-30℃/s;控冷过程中冷却水压力>0.1MPa,上下表面水比为1.2-1.6;采用短时超快速冷却的方式,返红温度在630~670℃范围内,在钢板不出现瓢曲的前提下冷速最大化,可以有效细化晶粒并钉扎位错,保证了钢板强度和韧性的有效匹配。
(8)缓冷:利用11辊矫直机对钢板进行矫直,矫直后快速下线在保温箱中进行钢板堆垛缓冷,缓冷下线温度≥350℃,缓冷时间为36-48小时。冷却后进入蒸汽缓冷箱缓冷,可以有效利用废蒸汽余热对成品钢板进行缓冷,既可以有效释放热变形应力,又能释放部分氢,降低钢板低温脆性;所述保温箱为实用新型专利CN213803894U公开的保温箱。
优选的,所述中厚板包含以下质量百分比的化学元素:C 0.04%~0.06%,Si0.15~0.40%,Mn 1.15~1.25%,P≤0.015,S≤0.010%,Als 0.010~0.030%,Ti 0.040~0.050%,B 0.010~0.015%,余量为Fe和不可避免的杂质。
优选的,步骤(1)所述出钢时氮含量≤15ppm、氢含量≤0.8ppm。
优选的,步骤(1)所述转炉冶炼过程中加入的所有合金均进行烘干处理,烘干的温度为400±20℃;烘干时间≥4小时;以控制出钢时氮含量及氢含量符合要求。所述烘干采用实用新型专利CN216048999U公开的炼钢过程中高效的原料烘干机进行。
优选的,步骤(2)所述连铸过程中结晶器外弧水量3600L/min、结晶器内弧水量2800L/min、结晶器窄面水量300L/min、结晶器锥度15mm、二次冷却水的比水量为0.58,氩封流量300L/min;由于加钛钢热胀冷缩严重,为了防止凝固后坯壳接触不到结晶器造成冷却偏弱,必须设定结晶器锥度。
优选的,步骤(4)所述一段加热温度为1000±20℃,二段加热温度为1150±20℃,三段加热温度为1220±20℃,均热处理的温度为1200±20℃,加热速度按照9min/cm控制,均热处理的时间按照45~60min控制。
优选的,步骤(5)所述粗轧在1020℃时连续二个道次压下率≥22%。可以实现完全动态再结晶,有效细化晶粒,降低组织脆性。
优选的,步骤(5)所述中间坯在冷却集管中冷却,冷却至中间坯表面温度为940℃,中间坯表面和芯部温度差为40-100℃;粗轧中间坯利用冷却水集管进行冷却,使中间坯表面与芯部形成合理的温差,有利于精轧阶段变形渗透到芯部,减小晶粒度差,使组织性能更加均匀,低温韧性更好。
优选的,步骤(6)所述精轧在870-850℃之间道次压下率不低于15%,最后二道次累计压下率大于10%;控制钛的氮化物和碳氮化物析出,可以有效细化晶粒,降低组织脆性。
优选的,步骤(8)所述保温箱的温度为120℃。
本发明提供了一种钛强化420MPa级低合金高强中厚板的生产方法,与现有技术相比,本发明的技术方案具有以下有益效果:
1、本发明控制碳含量为0.04%-0.06%,低碳成分降低碳当量,有利于中厚板的焊接;微合金元素中仅添加少量Ti、B元素,不用添加Nb、V、Ni、Mo、Cu等昂贵合金元素,减少合金用量,不需要精炼,降低生产成本;
2、本发明转炉冶炼过程中加入的所有合金均进行烘干处理,连铸采用大流量氩封可以有效降低铸坯中N、H等气体含量,且最大限度的降低了雨天料潮对气体含量的影响;可以有效控制氮化钛的形成,减少氮化钛对中厚板冷弯性能和低温冲击性能的不利影响;
3、本发明制备的中厚板,轧后直接交货,无需再经过热处理工序,降低了工序生产成本。
4、本发明生产的中厚板,厚度为12~50mm,屈服强度≥420MPa,-20℃冲击功≥60J,屈强比≤0.85,可满足-20℃条件下d=a折弯,各项性能均满足国标GB/T 1591-2018标准要求,本发明的制备方法利用低碳加钛体系制备中厚板,成本低,且制备的中厚板冷弯性能优异。
附图说明
图1为实施例1制备的12mm Q420钢板的金相组织图;
图2为实施例2制备的24mm Q420钢板的金相组织图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种12mm钛强化420MPa级低合金高强中厚板的生产方法,步骤如下:
(1)转炉冶炼:先对铁水预处理,控制S含量为0.028wt%,在150吨顶底复吹转炉中装入15%的废钢,然后加入铁水,吹炼至C含量为0.03wt%出钢;出钢氮含量12ppm、氢含量0.5ppm;出钢后采用氩气软吹,测定铁水中的元素含量,根据实际需求加覆盖剂、增碳剂、低碳锰铁、钛铁、喂铝线、加硼;转炉冶炼过程中加入的所有合金均进行烘干处理,烘干温度为408℃;烘干时间为4小时;
(2)连铸:在拉速0.75m/min条件下进行连铸,得到400mm厚度的连铸坯,所述连铸坯中的氮含量为16ppm、氢含量为0.8ppm;连铸过程中结晶器外弧水量3600L/min、结晶器内弧水量2800L/min、结晶器窄面水量300L/min、结晶器锥度15mm、二次冷却水的比水量为0.58,氩封流量300L/min;
(3)坯料缓冷:连铸坯切割成400mm*1600mm*2400mm规格的连铸坯,然后进入坯料缓冷坑堆垛缓冷48小时,每6块为一垛,入坑温度780℃;
(4)钢坯加热:缓冷之后的坯料采用步进式双蓄热加热炉加热,入炉温度110℃,出炉温度为1120℃;所述加热过程包括一段加热,二段加热,三段加热和均热处理;所述一段加热温度为995℃,二段加热温度为1153℃,三段加热温度为1230℃,均热处理的温度为1211℃,加热速度为9min/cm,均热处理的时间为60min。
(5)粗轧:将加热处理之后的钢坯进行粗轧,粗轧的开轧温度1080℃,终轧温度1010℃,轧制道次8道;中间坯厚度为36mm;所述粗轧在1020℃时连续二个道次压下率25%;中间坯在冷却集管中冷却,冷却至中间坯表面温度为940℃,中间坯表面和芯部温度差为60℃左右;
(6)精轧:精轧开轧温度为920℃,总道次6道,终轧温度为800℃;所述精轧在870-850℃之间道次压下率15%,最后二道次累计压下率13%;得到12mm的钢板;
(7)轧后冷却:采用UFC超快速冷却技术进行控冷,冷却开始的温度为780℃,返红温度为670℃,冷速为21℃/s;控冷过程中冷却水压力为1.2MPa,上下表面水比为1.5;
(8)缓冷:利用11辊矫直机对钢板进行矫直,最大矫直力为2000t,矫直后快速下线在保温箱中进行钢板堆垛缓冷,缓冷下线温度为380℃,缓冷时间为36小时;所述保温箱的温度为120℃。
中厚板的化学成分质量百分比为C=0.05%,Si=0.20%,Mn=1.23%,P=0.010%,S=0.006%,Als=0.022%,Ti=0.043%,B=0.011%,余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明12mm的Q420钢板物理性能检验结果如表1。
实施例2
一种24mm钛强化420MPa级低合金高强中厚板的生产方法,步骤如下:
(1)转炉冶炼:先对铁水预处理,控制S含量为0.025wt%,在150吨顶底复吹转炉中装入15%的废钢,然后加入铁水,吹炼至C含量为0.04wt%出钢;出钢氮含量9ppm、氢含量0.6ppm;出钢后采用氩气软吹,测定铁水中的元素含量,根据实际需求加覆盖剂、增碳剂、低碳锰铁、钛铁、喂铝线、加硼;转炉冶炼过程中加入的所有合金均进行烘干处理,烘干温度为395℃;烘干时间为4小时
(2)连铸:在拉速0.8m/min条件下进行连铸,得到400mm厚度的连铸坯,所述连铸坯中的氮含量为18ppm、氢含量为0.8ppm;连铸过程中结晶器外弧水量3600L/min、结晶器内弧水量2800L/min、结晶器窄面水量300L/min、结晶器锥度15mm、二次冷却水的比水量为0.58,氩封流量300L/min;
(3)坯料缓冷:将连铸坯切割成400mm*1600mm*2400mm规格的连铸坯,然后进入坯料缓冷坑堆垛缓冷48小时,每6块为一垛,入坑温度815℃;
(4)钢坯加热:缓冷之后的坯料采用步进式双蓄热加热炉加热,入炉温度190℃,出炉温度为1120℃;所述加热过程包括一段加热,二段加热,三段加热和均热处理;所述一段加热温度为998℃,二段加热温度为1158℃,三段加热温度为1238℃,均热处理的温度为1219℃,加热速度为9min/cm控制,均热处理的时间为55min。
(5)粗轧:将加热处理之后的钢坯进行粗轧,粗轧的开轧温度1090℃,终轧温度1015℃,轧制道次7道;中间坯厚度为72mm;所述粗轧在1020℃时连续二个道次压下率≥22%;中间坯在冷却集管中冷却,冷却至中间坯表面温度为940℃,中间坯表面和芯部温度差为80℃;
(6)精轧:精轧开轧温度为880℃,总道次6道,终轧温度为800℃;精轧在870-850℃之间道次压下率为18%,最后二道次累计压下率为21%;得到24mm的钢板;
(7)轧后冷却:采用UFC超快速冷却技术进行控冷,冷却开始的温度为760℃,返红温度为650℃,冷速为25℃/s;控冷过程中冷却水压力为0.15MPa,上下表面水比为1.4;
(8)缓冷:利用11辊矫直机对钢板进行矫直,最大矫直力为2000t,矫直后快速下线在保温箱中进行钢板堆垛缓冷,缓冷下线温度为420℃,缓冷时间为48小时;所述保温箱的温度为120℃。
中厚板的化学成分质量百分比为C=0.06%,Si=0.22%,Mn=1.20%,P=0.015%,S=0.005%,Als=0.025%,Ti=0.048%,B=0.015%,余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明24mm的Q420钢板物理性能检验结果如表1。
实施例3
一种50mm钛强化420MPa级低合金高强中厚板的生产方法,步骤如下:
(1)转炉冶炼:先对铁水预处理,控制S含量为0.024wt%,在150吨顶底复吹转炉中装入15%的废钢,然后加入铁水,吹炼至C含量为0.04wt%出钢;出钢氮含量13ppm、氢含量0.6ppm;出钢后采用氩气软吹,测定铁水中的元素含量,根据实际需求加覆盖剂、增碳剂、低碳锰铁、钛铁、喂铝线、加硼;转炉冶炼过程中加入的所有合金均进行烘干处理,烘干温度为415℃;烘干时间为4小时
(2)连铸:在拉速0.8m/min条件下进行连铸,得到400mm厚度的连铸坯,所述连铸坯中的氮含量为15ppm、氢含量为0.7ppm;连铸过程中结晶器外弧水量3600L/min、结晶器内弧水量2800L/min、结晶器窄面水量300L/min、结晶器锥度15mm、二次冷却水的比水量为0.58,氩封流量300L/min;
(3)坯料缓冷:将连铸坯切割成400mm*1600mm*2400mm规格的连铸坯,然后进入坯料缓冷坑堆垛缓冷48小时,每6块为一垛,入坑温度830℃;
(4)钢坯加热:缓冷之后的坯料采用步进式双蓄热加热炉加热,入炉温度60℃,出炉温度为1120℃;所述加热过程包括一段加热,二段加热,三段加热和均热处理;所述一段加热温度为1010℃,二段加热温度为1153℃,三段加热温度为1228℃,均热处理的温度为1206℃,加热速度为9min/cm,均热处理的时间为60min。
(5)粗轧:将加热处理之后的钢坯进行粗轧,粗轧的开轧温度1096℃,终轧温度1012℃,轧制道次6道;中间坯厚度为150mm;所述粗轧在1020℃时连续二个道次压下率≥22%;中间坯在冷却集管中冷却,冷却至中间坯表面温度为940℃,中间坯表面和芯部温度差为90℃;
(6)精轧:精轧开轧温度为860℃,总道次6道,终轧温度为790℃;所述精轧在870-850℃之间道次压下率为17%,最后二道次累计压下率为12%;得到50mm的钢板;
(7)轧后冷却:采用UFC超快速冷却技术进行控冷,冷却开始的温度为760℃,返红温度为640℃,冷速为25℃/s;控冷过程中冷却水压力为1.8MPa,上下表面水比为1.6;
(8)缓冷:利用11辊矫直机对钢板进行矫直,最大矫直力为2000t,矫直后快速下线在保温箱中进行钢板堆垛缓冷,缓冷下线温度为480℃,缓冷时间为48小时;所述保温箱的温度为120℃。
中厚板的化学成分质量百分比为C=0.04%,Si=0.24%,Mn=1.25%,P=0.011%,S=0.004%,Als=0.024%,Ti=0.048%,B=0.015%,余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明50mm的Q420钢板物理性能检验结果如表1。
表1
以上所述仅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 (10)
1.一种钛强化420MPa级低合金高强中厚板的生产方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)转炉冶炼:先对铁水预处理,控制S≤0.030wt%;在150吨顶底复吹转炉中装入15%的废钢,然后加入铁水,吹炼至C含量为0.03wt%~0.04wt%时出钢;出钢后采用氩气软吹,加覆盖剂、增碳剂、低碳锰铁、钛铁、喂铝线、硼;
(2)连铸:连铸拉速0.75-0.8m/min,得到400mm厚度的连铸坯,所述连铸坯中的氮含量≤20ppm、氢含量≤1ppm;
(3)坯料缓冷:将连铸坯切割成400mm*1600mm规格的坯料,然后进入坯料缓冷坑堆垛缓冷48小时,每6块为一垛,入坑温度700-850℃;
(4)钢坯加热:缓冷之后的坯料采用步进式双蓄热加热炉加热,入炉温度≤200℃,出炉温度为1110±20℃;所述加热过程包括一段加热,二段加热,三段加热和均热处理;
(5)粗轧:将加热处理之后的钢坯进行粗轧,粗轧的开轧温度为1050-1100℃,终轧温度为980±20℃,轧制道次6-10道;中间坯厚度按照3倍成品厚度控制;
(6)精轧:精轧开轧温度为870~920℃,总道次6道,终轧温度为790~840℃;
(7)轧后冷却:将精轧后得到的钢板进行控冷,冷却开始的温度为760-790℃,返红温度为630~670℃,冷速为20-30℃/s;控冷过程中冷却水压力>0.1MPa,上下表面水比为1.2-1.6;
(8)缓冷:对钢板进行矫直,矫直后快速下线,在保温箱中进行钢板堆垛缓冷,缓冷下线温度≥350℃,缓冷时间为36-48小时。
2.根据权利要求1所述的钛强化420MPa级低合金高强中厚板的生产方法,其特征在于,所述中厚板包含以下质量百分比的化学元素:C 0.04%~0.06%,Si 0.15~0.40%,Mn1.15~1.25%,P≤0.015,S≤0.010%,Als 0.010~0.030%,Ti 0.040~0.050%,B 0.010~0.015%,余量为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的钛强化420MPa级低合金高强中厚板的生产方法,其特征在于,步骤(1)所述出钢时氮含量≤15ppm、氢含量≤0.8ppm。
4.根据权利要求1所述的钛强化420MPa级低合金高强中厚板的生产方法,其特征在于,步骤(1)所述转炉冶炼过程中加入的所有合金均进行烘干处理,烘干温度为400±20℃;烘干时间≥4小时。
5.根据权利要求1所述的钛强化420MPa级低合金高强中厚板的生产方法,其特征在于,步骤(2)所述连铸过程中结晶器外弧水量3600L/min、结晶器内弧水量2800L/min、结晶器窄面水量300L/min、结晶器锥度15mm、二次冷却水的比水量为0.58,氩封流量300L/min。
6.根据权利要求1所述的钛强化420MPa级低合金高强中厚板的生产方法,其特征在于,步骤(4)所述一段加热温度为1000±20℃,二段加热温度为1150±20℃,三段加热温度为1220±20℃,均热处理的温度为1200±20℃,加热速度按照9min/cm控制,均热处理的时间按照45~60min控制。
7.根据权利要求1所述的钛强化420MPa级低合金高强中厚板的生产方法,其特征在于,步骤(5)所述粗轧在1020℃时连续二个道次压下率≥22%。
8.根据权利要求1所述的钛强化420MPa级低合金高强中厚板的生产方法,其特征在于,步骤(5)所述中间坯在冷却集管中冷却,冷却至中间坯表面温度为940℃,中间坯表面和芯部温度差为40-100℃。
9.根据权利要求1所述的钛强化420MPa级低合金高强中厚板的生产方法,其特征在于,步骤(6)所述精轧在870-850℃之间道次压下率不低于15%,最后二道次累计压下率大于10%。
10.根据权利要求1所述的钛强化420MPa级低合金高强中厚板的生产方法,其特征在于,步骤(8)所述保温箱的温度为120℃。
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2022
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