CN116752050A - 一种低成本q690钢板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高强板制造领域，具体涉及一种低成本Q690钢板及其制备方法。通过对低碳中锰钢水中添加适量的钒氮合金，促进钢板中大量纳米级的NV弥散析出，利用NV促进晶内铁素体形核的作用提升高强板心部强韧性能，通过大压缩比轧制细化晶粒，无需淬火回火处理，即可获得具有细晶铁素体+珠光体或铁素体+珠光体+针状铁素体组织的钢板，其屈服强度为702～756MPa，抗拉强度为782～823MPa，延伸率为15.6～18.9％，‑40℃冲击功＞80J。本发明昂贵合金用量少，生产工艺简单，对降低生产成本、促进产品升级及节能降耗意义重大。
Description
技术领域
本发明属于高强板制造领域，具体涉及一种低成本Q690钢板及其制备方法。
背景技术
具有高强度、优异低温冲击韧性及良好焊接性能的先进高强规格钢板是桥梁、船体、建筑、压力容器、煤机及海洋平台等钢结构的首选材料，其中低合金高强钢Q690D主要用于动载、重载及反复加载条件下的焊接结构件，要求高的综合机械性能和良好的焊接性。与热轧带钢相比，由于轧机载荷及扭矩能力的限制，在高强规格钢板控轧控冷过程中，具有轧制温度高、道次压下小及道次间隔时间长等特点，变形和冷却难以在厚度方向上均匀分布，因此会形成粗大等轴的再结晶奥氏体，最终导致钢板中心常形成粗大的粒状贝氏体及魏氏体等不佳组织，从而造成钢板厚度方向上组织性能的严重不均匀。
常规做法是，为保证良好的韧性与焊接性能，需降低钢材中的C含量，但随之引起强度的降低，进而需要通过添加Si和Mn元素来补偿。为进一步提高强度，则需要通过单独或复合添加合金元素Nb、Ti，提高析出强化和细晶强化作用。典型的Q690D级钢板均采用贝氏体组织，为了提高Nb-Ti工艺高强板厚度方向的均匀性，添加了大量Ni、Mo及Cu等贵重的合金元素，这些合金元素显著提高了碳当量，导致焊接性能难以令人满意。
日本新日铁公司、日本钢管公司以及国内钢铁企业采用了低温轧制技术和新一代的在线加速冷却技术，然而心部的控制难度仍然存在。目前国内只有少数拥有先进冶炼和轧机、矫直装备的钢铁企业开发出了具有特色的Q690D级钢板，但目前仍存在难以克服的工艺难点，如轧后终冷温度过低、钢板瓢曲度比较严重无法矫平，故实际生产过程中难度极大。而且低温轧制力大和快速冷却需提升企业的装备技术水平，淬火回火处理需高能耗和长生产周期。此外，贝氏体组织的延伸性能较差，高Nb钢的高温热塑性差，常引起板材表面星裂。
发明内容
为解决上述技术缺陷，本发明的目的是提供一种低成本Q690钢板，该钢板省略了多种贵金属元素，仅添加少量的钒氮合金，由于钢水中NV高熔点物质分散相对均匀，钢水在冷凝凝固过程中，弥散的NV高熔点物质成为形核的质点，使基体组织细化；无需淬火回火处理，只通过控轧控冷即可实现达到性能要求。
本发明的另一目的是提供一种低成本Q690钢板的制备方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种低成本Q690钢板，该钢种在液态中添加少量的钒氮合金，使得钢水中NV高熔点物质分散相对均匀，钢水在冷凝凝固过程中，弥散的NV高熔点物质成为形核的质点，使基体组织细化；加入钒氮合金后，其化学组成按重量百分比为：C：0.06～0.10％，Mn：1.80～2.00％，Si：0.10～0.50％，S：0.002～0.006％，P：0.003～0.012％，Al：0.01～0.04％，V：0.06～0.10％，N：0.01～0.02％，余量为Fe和其他不可避免的杂质；获得的钢板厚度为16～30mm，其金相组织为细晶铁素体+珠光体或铁素体+珠光体+针状铁素体；钢板的屈服强度为702～756MPa，抗拉强度为782～823MPa，延伸率为15.6～18.9％，-40℃冲击功＞80J。
上述低成本Q690钢板的制备方法，包括精炼、加热及控轧控冷工艺，具体如下：
1)精炼工艺中，LF造渣脱氧充分后，进行顶渣蘸渣操作，待调整成为白渣后，按0.8～1.3Kg/t加入钒氮合金，调整氩气量100-300L/min，吹氩5min以后进行取样检验；其中，所述钒氮合金的理化指标为：V＞76％、N：18％～20％、C＜4％；
2)加热工艺中，将钢坯加热至1150～1200℃并保温3～4h；
3)控轧控冷工艺包括两阶段轧制：粗轧开轧温度1000～1100℃、终轧温度980～1000℃；精轧开轧温度900～920℃、终轧温度820～840℃，轧制结束后将钢板以10～30℃/s的冷却速率水冷至555～575℃，随后空冷至室温。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
在成分设计方面，本发明的高强钢板碳含量低，重量百分含量为C：0.06～0.10％，低碳设计降低焊接碳当量，可改善焊接性能；Mn属于稳定扩大奥氏体组织的元素，常规Q550级别的高强钢，Mn含量一般小于1.6％，而本方案设计Mn含量1.80～2.00％，高Mn可降低钢的相变点，大幅提高钢板的淬透性，为高强度性能提供成分基础；高强钢的V合金一般控制小于0.05％，同时复合添加0.05％左右的Nb，本方案采用VN工艺，可以替代目前Nb、V常规复合，节省Nb合金，强化淬透性能、保证高强高韧性指标的同时，吨钢在现有基础上可降本200元以上。
本发明中采用的控轧控冷工艺，固溶NV的奥氏体，利用形变诱导，先析出的NV促进铁素体形核并细化晶粒，有效提高了钢板的强韧性能。精轧过程中奥氏体内形变诱导NV析出，由于NV与铁素体的晶格错配度极低，高体积分数的NV析出物可以显著促进晶内铁素体的形核，从而大幅细化晶粒，提高低温冲击性能；N是廉价的合金元素，高N含量可以增大V-N固溶度积从而促进NV的析出，在终冷后的缓冷过程中，大量纳米级的NV弥散地析出，可以起到显著的析出强化作用；因此采用V-N工艺结合控轧控冷工艺，利用NV促进晶内铁素体形核的作用提升高强板心部强韧性能，对于钢铁企业产品升级、节能降耗意义重大。
钢板轧制压缩比8.0-15.0，大压缩比，晶粒细化效果非常明显，钢板晶粒度可以达到11.0以上，为钢板的强度及韧性保证奠定夯实基础。
本发明制备的钢板成本低，昂贵合金用量少，并且本发明操作过程简单，无需淬火回火处理，进一步降低了生产成本，容易实现工业化生产。
具体实施方式：
实施例1
制备一种厚度为30mm的Q690D级别高强钢板，其化学组成按重量百分比为：C：0.09％，Mn：1.90％，Si：0.20％，S：0.003％，P：0.009％，Al：0.025％，V：0.085％，N：0.018％，余量为Fe和其他不可避免的杂质；
其制备方法包括如下：
在LF精炼环节，造渣脱氧充分后，进行顶渣蘸渣操作，待调整成为白渣后，按1.1-1.2Kg/t加入钒氮合金，调整氩气量100-300L/min，吹氩5min以后进行取样检验；其中，所述钒氮合金的理化指标为：V＞76％、N：18％～20％、C＜4％；将具有上述组分的厚度为250mm的连铸坯随炉加热至1200℃并保温3h，随后热轧成30mm厚的热轧板，其中，粗轧阶段的开轧温度和终轧温度分别为1050℃和1000℃，精轧阶段的开轧温度和终轧温度分别为905℃和840℃，粗轧阶段经过7道次轧制，总的压下率为42％，精轧阶段经过5道次轧制，总压下率为45％；
热轧结束后将板材以12℃/s的冷却速率水冷至560℃，随后空冷至室温，得到控轧控冷后的高强板；板材中金相组织为细晶铁素体+珠光体。
经检测，该高强钢板的屈服强度为712MPa，抗拉强度为790MPa，延伸率为16.5％，-20℃冲击功105J，-40℃冲击功116J，满足Q690D级高强板要求。
实施例2
制备一种厚度为20mm的Q690E级别高强板，其化学组成按重量百分比为：C：0.08％，Mn：1.93％，Si：0.26％，S：0.002％，P：0.01％，Al：0.04％，V：0.072％，N：0.015％，余量为Fe和其他不可避免的杂质；
其制备方法包括如下：
在LF精炼环节，造渣脱氧充分后，进行顶渣蘸渣操作，待调整成为白渣后，按0.9-1.0Kg/t加入钒氮合金，调整氩气量100-300L/min，吹氩5min以后进行取样检验；其中，所述钒氮合金的理化指标为：V＞76％、N：18％～20％、C＜4％；将具有上述组分的厚度为250mm的钢坯随炉加热至1150℃并保温3.8h，随后热轧成20mm厚的热轧板，其中，粗轧阶段的开轧温度和终轧温度分别为1050℃和990℃，精轧阶段的开轧温度和终轧温度分别为903℃和825℃，粗轧阶段经过6道次轧制，总的压下率为53％，精轧阶段经过5道次轧制，总压下率为42％；
热轧结束后将板材以18℃/s的冷却速率水冷至565℃，随后空冷至室温，得到控轧控冷后的高强板；板材中金相组织为细晶铁素体、珠光体和针状铁素体。
经检测，该高强钢板的屈服强度为745MPa，抗拉强度为799MPa，延伸率为17％，-20℃冲击功155J，-40℃冲击功136J，-60℃冲击功86J，满足Q690E级高强板要求。
Claims (2)
1.一种低成本Q690钢板，其特征在于：该钢种在液态中添加少量的钒氮合金，使得钢水中NV高熔点物质分散相对均匀，钢水在冷凝凝固过程中，弥散的NV高熔点物质成为形核的质点，使基体组织细化；加入钒氮合金后，其化学组成按重量百分比为：C：0.06～0.10％，Mn：1.80～2.00％，Si：0.10～0.50％，S：0.002～0.006％，P：0.003～0.012％，Al：0.01～0.04％，V：0.06～0.10％，N：0.01～0.02％，余量为Fe和其他不可避免的杂质；获得的钢板厚度为16～30mm，其金相组织为细晶铁素体+珠光体或铁素体+珠光体+针状铁素体；钢板的屈服强度为702～756MPa，抗拉强度为782～823MPa，延伸率为15.6～18.9％，-40℃冲击功＞80J。
2.根据权利要求1所述的低成本Q690钢板的制备方法，其特征在于包括精炼、加热及控轧控冷工艺，具体如下：
1)精炼工艺中，LF造渣脱氧充分后，进行顶渣蘸渣操作，待调整成为白渣后，按0.8～1.3Kg/t加入钒氮合金，调整氩气量100-300L/min，吹氩5min以后进行取样检验；其中，所述钒氮合金的理化指标为：V＞76％、N：18％～20％、C＜4％；
2)加热工艺中，将钢坯加热至1150～1200℃并保温3～4h；
3)控轧控冷工艺包括两阶段轧制：粗轧开轧温度1000～1100℃、终轧温度980～1000℃；精轧开轧温度900～920℃、终轧温度820～840℃，轧制结束后将钢板以10～30℃/s的冷却速率水冷至555～575℃，随后空冷至室温。
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