CN115652217B - 一种具有高强塑积的高强度波形梁用钢材及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冶金技术领域，具体涉及一种具有高强塑积的高强度波形梁用钢材及其生产方法。生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制、冷却、卷取、缓冷工序，轧制工序控制R2DT温度，冷却工序采用两段式冷却方式，原料的化学成分及重量百分比为C：0.05％‑0.10％、Si：0.05％‑0.25％、Mn：1.20％‑1.80％、P≤0.015％、S≤0.004％、Nb：0.03％‑0.07％、Ti：0.09％‑0.20％、Als：0.015％‑0.05％、N≤0.0040％，余量为铁及其他杂质。生产出钢材的金相组织包含细晶铁素体+珠光体+少量贝氏体，屈服强度ReH≥750MPa，抗拉强度Rm≥800MPa，延伸率A≥20％，强塑积≥16GPa。本发明通过控制钢材原料中各化学成分的配比和生产工艺的各个环节和参数，生产出高强度、高延伸率、高强塑积、成型良好的波形梁用钢材，成本较低，生产工序简单。

Description

一种具有高强塑积的高强度波形梁用钢材及其生产方法

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，具体涉及一种具有高强塑积的高强度波形梁用钢及其生产方法。

背景技术

高速公路是运输体系的重要组成部分。高速公路的建设使公路护栏的需求量不断加大，对防护性能的要求也在不断的提升。波形梁护栏是一种常见的公路护栏，一般是以材料厚度为3.0～4.0mm的波纹状钢板相互连接，设立柱支撑的连续结构。近几年随着汽车保有量的持续增加，公路的通车率也大幅增加，相应的对波形梁用钢的强度要求也随着升高。一般要求波形梁用钢强度高于700MPa，同时具有较高的强塑积和延伸率。现有技术中生产的波形梁用钢C、Si含量较高，钢板易存在表面问题，同时对冶炼设备和冶炼工况要求极为严格，冶炼控制难度大，影响生产效率；同时其工序要求后续热处理工艺，对工序要求较为严格，整体经济性能较差。

发明内容

针对现有技术中的波形梁用钢冶炼控制难度大、生产工序复杂、生产效率较低、经济性能较差的技术问题，本发明提供一种具有高强塑积的高强度波形梁用钢及其生产方法，通过控制钢材原料中各化学成分的配比和生产工艺的各个环节和参数，生产出高强度、高延伸率、高强塑积、成型良好的波形梁用钢材，成本较低，生产工序简单。

第一方面，本发明提供一种具有高强塑积的高强度波形梁用钢，钢材原料的化学成分及重量百分比为C：0.05％-0.10％、Si：0.05％-0.25％、Mn：1.20％-1.80％、P≤0.015％、S≤0.004％、Nb：0.03％-0.07％、Ti：0.09％-0.20％、Als：0.015％-0.05％、N≤0.0040％，余量为铁及其他杂质。

所述原料中主要合金元素的作用及机理为：

碳(C)：碳元素的强化作用十分明显，可以显著提高钢材的强度，增加淬透性，但是过高含量的碳元素也会显著降低钢材的韧性，碳含量的增加会降低钢材的冷成型及焊接性能。本发明碳含量控制在0.05％-0.10％；

锰(Mn)：锰元素是提高强度和韧性最有效的元素，锰元素是奥氏体稳定元素，良好的脱硫剂和脱氧剂，提高钢材的淬透性。锰元素可以扩大奥氏体相区，推迟珠光体转变，Mn可以起到细化铁素体晶粒的作用，锰含量过高，易造成偏析形成带状组织，严重的会使钢材出现分层现象。本发明锰含量控制在1.20％-1.80％；

硅(Si)：硅元素可以溶解于铁素体中，起到固溶强化的作用，可以显著提高钢材的强度和硬度，但硅含量过高易造成表面氧化铁皮难以去除。本发明硅含量控制在0.05％-0.25％；

磷(P)：磷元素具有很强的固溶强化作用，使钢材的强度和硬度显著上升，但是会距剧烈的降低钢材的低温韧性。同时磷元素具有一定的偏析倾向，影响钢材的综合性能。本发明磷含量控制在0.015％以下；

硫(S)：硫元素作为钢种的有害元素，影响钢板的成型性能，硫化物夹杂显著影响钢材的冲击韧性及疲劳性能，因此硫元素含量应尽可能低，本发明硫元素含量控制在0.004％以下；

铌(Nb)：铌元素在钢中有显著细化作用，有效的细化原奥氏体晶粒尺寸，扩大未再结晶区轧制，在轧制中形成Nb(NC)为铁素体的形核提高了有利位置，钉扎晶界阻止晶界移动，提高钢材强度，可以同时细化晶粒和提高强塑性。本发明铌含量控制在0.030％-0.070％；

钛(Ti)：钛是强碳化物形成元素，钛元素与碳、氮都有极强的亲和力，可细化钢中组织，提高韧性及强度，在钢中添加微量的Ti元素，特别是在含Nb钢种添加适量的Ti，通过合理的Nb/Ti比控制可以降低钢材的裂纹敏感性，可有效地减少连铸坯的横裂纹，提升钢材的综合强韧性能。本发明钛含量控制在0.09％-0.20％；

铝(Al)：铝作为钢种的脱氧剂，还可以起到细化晶粒作用，为保证钢水洁净度，含量不可过高，本发明中Al的含量控制在0.015％-0.05％。

进一步的，所述钢材的金相组织包含细晶铁素体+珠光体+少量贝氏体。

进一步的，所述钢材为钢卷形态，材料厚度为3.0-4.0mm，公差要求±0.1mm。

进一步的，所述钢材的屈服强度ReH≥750MPa，抗拉强度Rm≥800MPa，延伸率A≥20％，强塑积≥16GPa。

第二方面，本发明提供一种具有高强塑积的高强度波形梁用钢的生产方法，包括以下步骤：

(1)冶炼：采用LF+RH双联精炼工艺；

(2)连铸：连铸过程中全流程使用氩气保护浇注；

(3)加热：出炉温度控制在1220-1280℃，加热时间≥190min，均热段时间≥35min；

(4)轧制：依次进行粗轧-精轧工序，控制R2DT温度，进行宽工艺窗口轧制；

(5)冷却：采用超快冷-层流冷却的两段式稀疏冷却方式；

(6)卷取：卷取温度为580-640℃；

(7)缓冷：卷曲后堆垛≥48h。

进一步的，步骤(1)中LF处理周期≥15min，RH软吹时间≥14min。

进一步的，步骤(2)中连铸工序过热度控制在15-35℃，控制结晶器液面波动在±3mm内，提高钢水纯净度进而提升铸坯质量；

进一步的，步骤(4)中粗轧除鳞压力≥25MPa，采取全道次除鳞，末道次出口温度为1070-1130℃，精轧终轧温度为880-920℃。采用所述范围内的粗轧R2DT温度有利于发生再结晶，板坯合金成分的进一步均匀化，为后续板坯合金化奠定基础；采取所述范围内的精轧温度有利于降低轧机的轧制力，提升轧制稳定性，同时有利于高板形质量的控制。

本发明的有益效果在于：

本发明提供的一种具有高强塑积的高强度波形梁用钢材及其生产方法，采取适当的原料配比，降低贵重合金元素用量，特别控制Nb、Ti元素的合理配比，在降低钢材成本的同时提升钢材强度和综合强韧性能；生产工艺结合成分设计，确保粗轧后中间坯温度在1070-1130℃之间，促进奥氏体晶粒完全再结晶确保合金均匀化；而对精轧入口温度不控制，通过控制精轧出口温度880-920℃，确保精轧实现高温轧制降低道次负荷，提升板形控制及轧制稳定性，从而实现热轧宽工艺窗口轧制；配合控冷，生产出的钢材性能优良、组织均匀；冷却工序采用超快冷-层流冷却的两段式稀疏冷却，降低了钢板残余应力，改善了板形控制能力，提高了板型质量，生产效率高；钢材的金相组织包含细晶铁素体+珠光体+少量贝氏体，同时具有高强度及较高的延伸率，满足良好成型和高塑性积的要求，适合冷成型条件加工波形梁。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术发明，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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是实施例1中生产的具有高强塑积高强度波形梁用钢材的微观金相图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术发明，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术发明进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

实施例1

一种具有高强塑积的高强度波形梁用钢，原料化学成分及重量百分比为C：0.076％、Si：0.21％、Mn：1.63％、P：0.010％、S：0.001％、Nb：0.053％、Ti：0.122％、Als：0.036％，N：0.0027％，余量为Fe及其他杂质，生产方法包括以下步骤：

(1)冶炼：采用LF+RH双联精炼工艺，LF处理周期为15min，RH软吹时间为14min；

(2)连铸：连铸过程中全流程使用氩气保护浇注，过热度控制在20℃，控制结晶器液面波动在±3mm内；

(3)加热：板坯出炉温度控制在1255℃，加热时间218min，板坯在均热段时间为35min；

(4)轧制：除鳞压力为25MPa，采取全道次除鳞，末道次出口温度1090℃，终轧轧温度896℃；

(5)冷却：采用超快冷冷却-常规层流冷却的两段式稀疏冷却方式，轧后钢板在四组超快冷区域开2根冷却水用于钢板表面氧化铁皮控制，钢板到层流冷却区域再每组开启1根冷却水进行稀疏冷却；

(6)卷取：卷取温度为602℃，轧制厚度为3.07mm；

(7)缓冷：卷取后堆垛缓冷≥48h。

实施例1生产的钢材，屈服强度ReH为804MPa，抗拉强度Rm为859MPa，延伸率为23％，强塑积为19GPa。

实施例2：

一种具有高强塑积的高强度波形梁用钢材，原料化学成分及重量百分比为C：0.082％、Si：0.21％、Mn：1.51％、P：0.014％、S：0.0020％、Nb：0.044％、Ti：0.13％、Als：0.037％，N：0.0030％，余量为Fe及其他杂质，生产方法包括以下步骤：

(1)冶炼：采用LF+RH双联精炼工艺，LF处理周期为16min，RH软吹时间为14min；

(2)连铸：全流程氩气保护浇注，过热度控制在20℃，控制结晶器液面波动在±3mm内；

(3)加热：板坯出炉温度控制在1265℃，加热时间196min，板坯在均热段时间为33min；

(4)轧制：除鳞压力为25MPa，采取全道次除鳞，末道次出口温度1118℃，终轧轧温度896℃；

(5)冷却：采用超快冷冷却-常规层流冷却的两段式稀疏冷却方式，轧后钢板在四组超快冷区域开2根冷却水用于钢板表面氧化铁皮控制，钢板到层流冷却区域再每组开启1根冷却水进行稀疏冷却；

(6)卷取：卷取温度为598℃，轧制厚度为3.08mm；

(7)缓冷：卷取后堆垛缓冷≥48h。

实施例2生产的钢材，屈服强度ReH为794MPa，抗拉强度Rm为846MPa，延伸率为21％，强塑积为17.7GPa。

对比例1

一种波形梁用钢材，原料化学成分及重量百分比为C：0.062％、Si：0.14％、Mn：1.74％、P：0.012％、S：0.0020％、Nb：0.064％、Ti：0.086％、Als：0.042％，N：0.0034％、V：0.35％，余量为Fe及其他杂质。

对比例2

一种波形梁用钢材，原料化学成分及重量百分比为C：0.065％、Si：0.12％、Mn：1.68％、P：0.015％、S：0.0030％、Nb：0.067％、Ti：0.083％、Als：0.044％，N：0.0028％、V：0.40％，余量为Fe及其他杂质。

对比例1-2主要环节参数控制如表2所示，冷却环节采用常规层流冷却，卷取后堆垛缓冷≥72h，其他环节控制与实施例1保持一致。

表1实施例1-2及对比例1-2的原料化学成分(质量百分比，％)

表2实施例1-2及对比例1-2的主要工艺参数控制

表3实施例1-2及对比例1-2的产品力学性能

可见，实施例1-2使用本发明的原料成分配比，配合本发明的生产工艺，生产出的钢材屈服强度、抗拉强度、延伸率、强塑积及冷弯性能均优于对比例1-2；而实施例1-2原料中未使用V元素，原料成本低于对比例1-2；实施例1-2加热时间短于对比例1-2，生产能源消耗较低。

尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种具有高强塑积的高强度波形梁用钢，其特征在于，原料的化学成分及重量百分比为C：0.05%-0.10%、Si：0.05%-0.25%、Mn：1.20%-1.80%、P≤0.015%、S≤0.004%、Nb：0.03%-0.07%、Ti：0.09%-0.20%、Als：0.015%-0.050%、N≤0.0040%，余量为铁Fe及其他杂质；

高强度波形梁用钢的屈服强度ReH≥750MPa，抗拉强度Rm≥800MPa，延伸率A≥20%，强塑积≥16GPa。

2.如权利要求1所述具有高强塑积的高强度波形梁用钢，其特征在于，金相组织包含细晶铁素体+珠光体+少量贝氏体。

3.如权利要求1所述的具有高强塑积的高强度波形梁用钢，其特征在于，钢材为钢卷形态，材料厚度为3.0-4.0mm，公差要求±0.1mm。

4.一种如权利要求1所述的具有高强塑积的高强度波形梁用钢的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）冶炼：采用LF+RH双联精炼工艺；

（2）连铸：连铸过程中全流程使用氩气保护浇注；

（3）加热：出炉温度控制在1220-1280℃，加热时间≥190min，均热段时间≥35min；

（4）轧制：依次进行粗轧-精轧工序，控制R2DT温度，进行宽工艺窗口轧制；

（5）冷却：采用超快冷-层流冷却的两段式稀疏冷却方式；

（6）卷取：卷取温度为580-640℃；

（7）缓冷：卷取后堆垛缓冷≥48h。

5.如权利要求4所述的生产方法，其特征在于，步骤（1）中LF处理周期≥15min，RH软吹时间≥14min。

6.如权利要求4所述的生产方法，其特征在于，步骤（2）中连铸工序过热度控制在15-35℃，控制结晶器液面波动在±3mm内。

7.如权利要求4所述的生产方法，其特征在于，步骤（4）中粗轧除鳞压力≥25MPa，采取全道次除鳞，末道次出口温度为1070-1130℃，精轧终轧温度为880-920℃。