CN115852246B - 一种焊接气瓶用含硼热轧钢板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种焊接气瓶用含硼热轧钢板及其制造方法，主要解决现有焊接气瓶用屈服强度320MPa级热轧钢板的生产成本高、力学性能不稳定的技术问题。技术方案为，一种焊接气瓶用含硼热轧钢板，其化学成分的重量百分比为：C:0.135％～0.165％，Si≤0.035％，Mn:0.60％～0.80％，P≤0.020％，S≤0.010％，Ti:0.008％～0.018％，Al:0.020％～0.050％，B:0.0008％～0.0018％，N≤0.0045％，余量为铁和不可避免的夹杂。本发明热轧钢板横向屈服强度为320～410MPa，断后伸长率A50mm为30％～40％。
Description
技术领域
本发明涉及一种焊接气瓶用钢，特别涉及一种焊接气瓶用含硼热轧钢板及其制造方法，属于铁基合金技术领域和压力容器用钢技术领域。
背景技术
焊接气瓶用钢因其内装易燃易爆液体或气体(如液化石油气、乙炔气、液化氯气等)，其工作安全性与人民的生命财产密切相关。生产工艺主要由拉延和焊接两部分组成，要求其具有一定的强度、较低的屈强比、较高的伸长率，且具有良好的冷冲压成型性能和焊接性能等综合性能。
申请公布号为CN107988549A的中国专利申请文件公开了“一种低屈强比焊瓶钢及其制造方法”，通过对化学成分的控制及冶炼、加热及轧制工艺参数的控制，使得生产出来的钢板抗拉强度大，保证焊接后瓶体性能，轧制和卷取设备负荷小的。但是，该焊瓶钢采用中碳+铬钒钛合金设计，合金含量较高，成本增加，且其终轧和卷取温度均较高，虽然轧制负荷较小，但耗能较大，在当今成本控制优先的市场竞争下，竞争优势逐渐减弱。
申请公布号为CN106319372A的中国专利申请文件公开了“一种345MPa级焊瓶钢及其制造方法”，该专利提供一种以低碳加铬铌钛化学成分设计，通过低温终轧及低温卷取的热轧工艺获得铁素体-珠光体-贝氏体混合组织。该焊瓶钢合金成分设计成本较高，生产过程中易出现连铸坯的中心偏析，且为了获得较均匀的显微组织，对低温终轧和低温卷取的热轧工艺的过程控制要求较高。
因此，现有技术中公开有关焊瓶钢板及其制造方法的技术方案存在以下问题：添加Cr、Nb、V元素，增加了成本；低温终轧和低温卷取的热轧工艺，生产过程控制要求较高，易出现组织性能不稳定；不能同时具备低成本、低屈强比、高伸长率、性能稳定、易生产组织的特征，同时也不能满足节能降耗的降本需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种焊接气瓶用含硼热轧钢板及其制造方法，主要解决现有焊接气瓶用屈服强度320MPa级热轧钢板的生产成本高、力学性能不稳定的技术问题。
本发明通过在C-Mn成分基础上，添加极微量的B元素并结合合适的热轧工艺设计，获得均匀的铁素体、珠光体和少量贝氏体组织，从而保证产品具有良好的力学性能和成型、焊接等工艺性能。
本发明采用的技术方案是，一种焊接气瓶用含硼热轧钢板，其化学成分的重量百分比为：C:0.135％～0.165％，Si≤0.035％，Mn:0.60％～0.80％，P≤0.020％，S≤0.010％，Ti:0.008％～0.018％，Al:0.020％～0.050％，B:0.0008％～0.0018％，N≤0.0045％，余量为铁和不可避免的夹杂。
本发明热轧钢板的金相组织为铁素体+珠光体+少量贝氏体，所述金相组织中珠光体的体积含量为10％～20％、贝氏体的体积含量为10％～15％，金相组织中铁素体晶粒度级别为9.0～10.0级，2.0～4.0mm厚热轧钢板横向屈服强度Rp0.2为320～410MPa，抗拉强度Rm为480～540MPa，断后伸长率A50mm为30％～40％，屈强比0.65～0.72。
本发明所述的焊接气瓶用含硼热轧钢板的化学成分限定在上述范围内的理由如下：
碳：碳含量除了对钢板具有强化效果外，还影响钢板的加工性能。碳成分偏高会对焊接性能不利，且影响钢的韧性，连铸时易产生纵裂缺陷，从而易引起成形性能下降。C含量范围应尽量避开包晶区范围(0.08～0.12％)，若碳含量过低，会影响钢板的强度，因此本发明的C含量不宜太高或太低，本发明设定的C含量为0.135％～0.165％。
硅：硅具有较强的脱氧能力，溶入铁素体后有很强的固溶强化作用。硅含量过高，会对钢的塑性和韧性不利，影响材料的加工性能。本发明限定Si≤0.035％。
锰：锰具有固溶强化的作用，可增加奥氏体稳定性，提高淬透性。Mn含量过高，易造成连铸过程中的偏析，从而在热轧钢板中易形成带状组织。本发明限定Mn含量范围为0.60％～0.80％。
钛：钛在本发明是重要的合金元素，在低温时，Ti和C、N易形成TiC、TiN颗粒，具有相间析出的特征，而且可细化铁素体基体，进而起到改善珠光体和贝氏体弥散分布状态的作用。Ti过高会造成屈服强度升高，不利于获得较低的屈强比。本发明限定Ti含量为0.008％～0.018％。
磷：P一般都固溶在铁素体中，有很强的固溶强化作用，磷在钢中容易偏析，且在珠光体和铁素体中扩散很慢，不容易均匀化而产生高磷带和低磷带，在轧制过程中加剧了带状组织产生。磷过高会增加钢的冷脆性，带状组织加重，塑性和韧性急剧下降，成形性能变坏。本发明技术方案设定P≤0.020％。
硫：硫在钢中易形成沿轧制方向排列的的MnS等硫化物夹杂，硫化物夹杂作为应力集中源在变形过程中易成为裂纹源首先出现开裂，使其延展性和韧性降低，且恶化焊接性能。硫在钢中是有害元素，越低越好，但考虑到脱硫成本及实际生产操作，本发明限定S≤0.010％。
铝：铝在钢中的作用非常重要，主要起到脱氧的作用，和钢中氧形成Al2O3在炼钢时去除。在钢中加入合适的Al含量，可细化晶粒，提高强度、硬度。本发明限定Al含量为0.020％～0.050％。
硼：硼的主要作用是提高钢的淬透性，极微量的硼就可以使钢的淬透性增加，改善高强度钢及其焊接热影响区的韧性，或提高钢的耐磨性。硼作为表面活性元素，延缓奥氏体-铁素体改变的作用，其在奥氏体晶界的偏聚阻碍铁素体的形核而有利于贝氏体的形成。由于硼在铁中的溶解度极低，加入的硼大多形成硼化物，硼化物(如Fe2B)具有非常高的硬度和热稳定性。含硼量过高，热轧或冷轧时易产生边裂。本发明限定B含量为0.0008％～0.0018％。
氮：氮有固溶强化作用，能够提高钢的淬透性，氮含量过高，固溶氮有钉扎位错的强烈作用，对韧性有不良影响，本发明限定N≤0.0045％。
一种焊接气瓶用含硼热轧钢板的制造方法，该方法包括：
钢水经连铸得到连铸板坯，其中所述钢水化学成分的重量百分比为：C:0.135％～0.165％，Si≤0.035％，Mn:0.60％～0.80％，P≤0.020％，S≤0.010％，Ti:0.008％～0.018％，Al:0.020％～0.050％，B:0.0008％～0.0018％，N≤0.0045％，余量为铁和不可避免的夹杂；
连铸板坯加热至1180℃～1230℃后进行热轧，所述的热轧为两段式轧制工艺，粗轧为6道次连轧，在奥氏体再结晶区进行轧制，粗轧结束温度为1010～1050℃；精轧为7道次连轧，在钢板的奥氏体未再结晶温度区轧制，精轧结束温度为840～880℃，精轧压下率≥75％；精轧后，控制钢板厚度为2.0～4.0mm，层流冷却采用二段式冷却方式，第一段为空冷，空冷时间为5～10s，第一段冷却终点温度为680～720℃；第二段为水冷，冷却速度为30～100℃/s，卷取温度为530～570℃卷取得热轧钢卷。
本发明的技术关键主要通过成分设计和热轧温度、冷却工艺的合理调控技术得以实现。通过模拟计算和试验验证，本发明钢成分体系为了发挥Ti、B元素的综合作用，设置了板坯加热温度、精轧结束温度及压下率。本发明所采取的热轧工艺均是基于本发明钢的成分体系和模拟及试验验证的温度范围。
本发明采取的热轧工艺制度的理由如下：
1、连铸板坯加热温度的设定
连铸板坯加热温度的参数设置是保证稳定地获得适量的酸溶硼而且均匀地分布在钢中，同时促进TiC/N析出、减少硼与钢中的氧、氮结合的工艺控制基础，理论上加热温度越高，越有利于Ti微合金元素的固溶；但对于硼来说，加热温度不宜过高，加热时间尽量缩短，以尽量减少脱硼，同时也减小晶界硼相的析出浓度。因此本发明设定连铸板坯加热温度为1180℃～1230℃。
2、精轧结束温度及压下率设定
理论上该温度范围内轧制温度越低，越有利于TiC/N相析出，对于含硼钢可获得较高淬透性和较小晶粒度。钢中加入极微量B元素，对铁素体生成的延缓要比对贝氏体延缓大得多，可以使钢的淬透性增加，进而代替Mo、Cr、Nb、V等贵重元素，减少了其它合金元素含量，在淬透性相同的情况下，在高温时的变形抗力减小，容易塑性变形，其氧化铁皮也较松散、易脱落。另外，精轧压下率越大，变形程度越高，B在钢中的分布越均匀，晶界硼相的链状分布容易被破坏。因此本发明设定精轧结束温度设定为840℃～880℃，精轧压下率≥75％。
3、精轧后层流冷却方式、冷却速度、冷却时间和热轧卷取温度的设定
精轧后对钢板进行层流冷却，层流冷却包括两个冷却阶段，第一冷却阶段采用空气冷却；第二冷却阶段采用水冷；第一冷却阶段冷却速度理论上越高的冷却速度越有利于TiC/N的析出和组织细化，但由于硼可使钢在相当宽的冷速范围内经空冷得到贝氏体组织。本发明可采用的冷却速度范围较宽，可获得合适含量的珠光体和贝氏体组织，且弥散分布，另外，铁素体晶粒未过度细化。综合考虑，本发明设定，对钢板进行层流冷却，包括两个冷却阶段，第一冷却阶段采用空气冷却，空冷时间为5～10s，第一冷却阶段冷却终点温度为680～720℃；第二冷却阶段采用水冷，冷却速度为30～100℃/s，卷取温度在530～570℃时卷取得到热轧钢卷。
本发明方法生产的热轧钢板的金相组织为铁素体+珠光体+少量贝氏体，所述金相组织中珠光体的体积含量为10％～20％、贝氏体的体积含量为10％～15％，金相组织中铁素体晶粒度级别为9.0～10.0级，2.0～4.0mm厚热轧钢板横向屈服强度Rp0.2为320～410MPa，抗拉强度Rm为480～540MPa，断后伸长率A50mm为30％～40％，屈强比0.65～0.72。
本发明通过极微量B元素、微量Ti合金元素的添加可使钢的淬透性增加，改善高强度钢及其焊接热影响区的韧性，或提高钢的耐磨性，同时促使纳米级TiC/N大量析出，细化铁素体、贝氏体尺寸，促使贝氏体弥散分布，本发明通过极微量B元素、微量Ti合金元素的添加和热轧工艺控制的结合，显著提高了含硼热轧焊接气瓶用钢的综合强塑性能，对热连轧机的设备性能要求较低，便于生产，具有明显技术和生产优势。
本发明相比现有技术具有如下积极效果：1、本发明通过极微量B元素、微量Ti合金元素的添加和热轧工艺控制的结合，进而代替Cr、Nb、V等贵重元素，节约资源，且显著提高了含硼热轧焊接气瓶用钢的综合强塑性能，且易于实现生产组织。2、本发明成分设计采用添加极微量B元素、微量Ti合金元素，能够获得铁素体+珠光体+贝氏体，保证获得钢板断后伸长率A50mm为30％～40％，屈强比0.65～0.72。3、本发明热轧工艺采用较宽的参数条件控制，且能获得合适量的贝氏体组织，并促使贝氏体弥散分布，使钢板具有综合的强塑性能。4、本发明热轧钢板的力学性能稳定，制造成本低，满足了焊接气瓶用钢节能降耗需求。
附图说明
图1为本发明实施例1热轧钢板的金相组织照片。
具体实施方式
下面结合实施例1～5对本发明做进一步说明，如表1～3所示。
表1为本发明实施例钢的化学成分(按重量百分比计)，余量为Fe及不可避免杂质。
表1本发明实施例钢的化学成分，单位：重量百分比。
通过转炉熔炼得到符合化学成分要求的钢水，钢水经LF钢包精炼炉精炼工序吹Ar处理，后进行板坯连铸得到连铸板坯；连铸板坯厚度为210～230mm，宽度为900～1600mm，长度为8500～11000mm。
炼钢生产的连铸板坯送至加热炉再加热，出炉除鳞后送至热连轧机组轧制。通过粗轧和精轧连轧机组控制轧制，经控制冷却后进行卷取，产出合格热轧钢卷。热轧钢板的厚度为2.0～4.0mm，热轧工艺控制参数见表2。
表2本发明实施例热轧工艺控制参数
利用上述方法得到的热轧钢板，参见图1，热轧钢板的金相组织为铁素体+珠光体+少量贝氏体，所述金相组织中珠光体的体积含量为10％～20％、贝氏体的体积含量为10％～15％，金相组织中铁素体晶粒度级别为9.0～10.0级，2.0～4.0mm厚热轧钢板横向屈服强度Rp0.2为320～410MPa，抗拉强度Rm为480～540MPa，断后伸长率A50mm为30％～40％，屈强比0.65～0.72。
将本发明得到的热轧钢板按照《GB/T228.1-2010金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》进行拉伸试验，其力学性能见表3。
表3本发明实施例热轧钢板的力学性能
实施例1～5，热轧钢板金相组织内贝氏体的体积含量分别为10.1％、10.5％、11.7％、13.2％、11.2％。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (1)
1.一种焊接气瓶用含硼热轧钢板，其化学成分重量百分比为：C:0.135％～0.165％，Si≤0.035％，Mn:0.60％～0.80％，P≤0.020％，S≤0.010％，Ti:0.008％～0.018％，Al:0.020％～0.050％，B:0.0008％～0.0018％，N≤0.0045％，余量为铁和不可避免的夹杂；热轧钢板的金相组织为铁素体+珠光体+少量贝氏体，所述金相组织中珠光体的体积含量为10％～20％、贝氏体的体积含量为10％～15％，金相组织中铁素体晶粒度级别为9.0～10.0级；2.0～4.0mm厚热轧钢板横向屈服强度Rp0.2为320～410MPa，抗拉强度Rm为480～540MPa，断后伸长率A50mm为30％～40％，屈强比0.65～0.72；热轧钢板的制造方法包括以下步骤：
钢水经连铸得到连铸板坯，其中所述钢水化学成分的重量百分比为：C:0.135％～0.165％，Si≤0.035％，Mn:0.60％～0.80％，P≤0.020％，S≤0.010％，Ti:0.008％～0.018％，Al:0.020％～0.050％，B:0.0008％～0.0018％，N≤0.0045％，余量为铁和不可避免的夹杂；
连铸板坯加热至1180℃～1230℃后进行热轧，所述的热轧为两段式轧制工艺，粗轧为6道次连轧，在奥氏体再结晶区进行轧制，粗轧结束温度为1010～1050℃；精轧为7道次连轧，在钢板的奥氏体未再结晶温度区轧制，精轧结束温度为840～880℃，精轧压下率≥75％；精轧后，控制钢板厚度为2.0～4.0mm，层流冷却采用二段式冷却方式，第一段为空冷，空冷时间为5～10s，第一段冷却终点温度为680～720℃；第二段为水冷，冷却速度为30～100℃/s，卷取温度为530～570℃卷取得热轧钢卷。
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| "焊瓶钢热连轧层流水喷射工艺优化实践";路义山;《山东冶金》;第39卷(第3期);第9-10、13页 * |
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