CN115637371B - 一种钛强化420MPa级低合金高强中厚板的生产方法 - Google Patents

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

一种钛强化420MPa级低合金高强中厚板的生产方法

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 (7)

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；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；

(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；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；

(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；

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％，Mn 1.15～1.25％，P≤0.015，S≤0.010％，Als 0.010～0.030％，Ti 0.040～0.050％，B0.010～0.015％，余量为Fe和不可避免的杂质。

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，步骤(1)所述出钢时氮含量≤15ppm、氢含量≤0.8ppm。

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。

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(5)所述粗轧在1020℃时连续二个道次压下率≥22％。

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(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℃。

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(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％。

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(8)所述保温箱的温度为120℃。