CN117604389B - 一种易焊接的420MPa级低合金高强钢生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及金属冶炼技术领域，提出了一种易焊接的420MPa级低合金高强钢生产方法，包括以下步骤：钢水冶炼、LF精炼、连铸、缓冷、板坯加热、粗轧、冷却、精轧、缓冷，得到低合金高强钢；冷却包括初次水冷、二次水冷、空冷；初次水冷的速度为0.5～2℃/s，时间为15~20s，二次水冷的速度为3~5℃/s，时间为5~10s。通过上述技术方案，解决了现有技术中的低合金高强钢冲击性能差且不易焊接的问题。
Description
技术领域
本发明涉及金属冶炼技术领域，具体的，涉及一种易焊接的420MPa级低合金高强钢生产方法。
背景技术
低合金高强钢由于具有高屈服强度及良好的成型、焊接性能等优点被广泛应用于汽车、家电、建筑、船舶、管线材、压力容器等行业领域，且低合金高强钢钢可以降低二氧化碳的排放量，同时还可以提高工业用件的耐腐蚀性以及安全性能，但是随着近几年汽车制造业的快速发展以及生态环保的加强，对低合金高强钢的使用要求越来越严格。在低合金高强钢的生产方法中主要是在基础成分中添加微合金元素，使其具有很好的强度和塑性，满足汽车制造业使用钢强度、塑性和韧性要求，而420MPa级低合金高强钢具有高的强度、高韧性及良好的抗疲劳性能，在大型船舶、桥梁中被重点使用，但是目前420MPa级低合金高强钢普遍采用高碳高锰加铌的成分体系生产，轧后用层流冷却系统进行控冷，在后续的焊接过程中热影响区和熔池区域不可避免的产生组织转变伴随强度大幅下降，因此，开发出一种易焊接及冲击性能较好的低合金高强钢的生产方法是至关重要的。
发明内容
本发明提出一种易焊接的420MPa级低合金高强钢生产方法，解决了相关技术中低合金高强钢冲击性能差且不易焊接的问题。
本发明的技术方案如下：
本发明提出一种易焊接的420MPa级低合金高强钢生产方法，包括以下步骤：
钢水冶炼、LF精炼、连铸、缓冷、板坯加热、粗轧、冷却、精轧、缓冷，得到低合金高强钢；
所述冷却包括初次水冷、二次水冷、空冷；所述初次水冷的速度为0.5～2℃/s，时间为15~20s，二次水冷的速度为3~5℃/s，时间为5~10s。
作为进一步的技术方案，钢水冶炼时还包括造渣处理，所述钢水冶炼后出钢，终渣碱度为3.4~4.1，出钢温度为1610~1660℃。
作为进一步的技术方案，在钢水冶炼出钢1/3时还加入铝块、硅铁、锰铁、铬。
作为进一步的技术方案，所述钢水冶炼后，C质量含量为0.03%~0.05%，N的浓度为≤40ppm。
作为进一步的技术方案，所述精炼开始时加入化渣剂、石灰、发泡剂。
作为进一步的技术方案，所述化渣剂为菱镁矿或白云石。
作为进一步的技术方案，所述发泡剂为碳酸钙、硅酸钠、碳酸铵中的一种或多种。
作为进一步的技术方案，精炼过程中还加入脱氧剂、造白渣，所述脱氧剂为电石或铝块，白渣处理时间为15~20min。
作为进一步的技术方案，所述精炼过程中还加入硼、铬铁进行组分调节，调节至N的浓度为40~60ppm，H的浓度为≤1.5ppm，O的浓度为≤20ppm。
作为进一步的技术方案，所述连铸在0.65~1.0m/min拉速下进行，动态重压下连铸固相区压下量为1.5~5mm。
作为进一步的技术方案，所述缓冷为在线缓冷，开始温度≥300℃，时间为12~15h。
作为进一步的技术方案，所述在线缓冷是在保温箱中进行，保温箱采用加热炉废气进行保温，温度为180~250℃。
作为进一步的技术方案，所述板坯加热包括第一段加热、第二段加热、第三段加热、均热处理，第一段加热温度为980~1050℃，第二段加热温度为1050~1150℃，第三段加热温度为1250~1280℃，均热处理温度为1230~1280℃，均热处理时间为≥1h，板坯加热速度为9~10min/cm，板坯加热时间为≥4h；所述板坯加热后出炉，出炉温度为120±20℃。
作为进一步的技术方案，板坯加热出炉后进行除磷，所述除磷为多向除磷，多向除磷采用对向15°喷水除磷，除磷压力为20~22MPa。
作为进一步的技术方案，所述粗轧的开轧温度为1080±20℃，终轧温度为≤950℃，粗轧连续两个道次压下率为≥20%；所述精轧的开轧温度为850~900℃，终轧温度为790~810℃，总道次6道，精轧过程中前2道次压下率≥12%。
本发明还提出一种易焊接的420MPa级低合金高强钢，由上述易焊接的420MPa级低合金高强钢生产方法生产得到，所述易焊接的420MPa级低合金高强钢，由以下重量百分比的组分组成：C 0.06%~0.09%、Si 0.10%~0.20%、Mn 1.20%~1.25%、P≤0.010%、S≤0.005%、Al0.015%~0.025%、Nb 0.010%~0.015%、V 0.010%~0.020%、Ti 0.010%~0.020%、Cr 0.20%~0.25%、B 0.008%~0.0015%，余量为Fe及不可避免的杂质。
本发明的工作原理及有益效果为：
1、本发明中，在粗轧后，冷却工艺采用初次水冷、二次水冷、空冷，并控制初次水冷和二次水冷的工艺条件，提高生产效率的同时，减小了钢板表面至中心组织晶粒度差异，显著提高了420MPa级低合金高强钢的冲击性能。
2、本发明中，通过在动态重压下，控制连铸固相区的压下量，进一步提高了420MPa级低合金高强钢的冲击韧性。
3、本发明中，采用在线缓冷的工艺，有效减小钢板内部残余应力，避免焊后冷却过程中的形变，进一步提高了420MPa级低合金高强钢的冲击韧性。
4、本发明中，采用多向除磷的方式，有效避免钢板氧化坑洞中出现除磷盲区，去除了钢铁表面的氧化铁皮，进一步提高了420MPa级低合金高强钢的冲击韧性。
5、本发明中，还通过对板坯进行第一段加热、第二段加热、第三段加热及均热处理并控制粗轧和终轧的温度，有效控制了微合金元素在轧制过程中的晶间析出，细化了组织晶粒度，降低了轧后二次氧化速率，进一步提高了420MPa级低合金高强钢的冲击韧性。
6、本发明中，还通过加入硼、低碳、锰铁、铬高淬透性合金元素，不仅可以与废钢生成低碳合金，在焊接热影响区自然冷却过程中，加快组织转变进程，有利于细化晶粒，提高热影响区强度，进一步提高了420MPa级低合金高强钢的冲击韧性。
7、本发明中，在微合金元素中加入Nb元素，并采用微钛处理，减少了合金用量，降低了生产成本并减少了连铸坯裂纹缺陷，进一步提高了420MPa级低合金高强钢的冲击韧性。
附图说明
图1为实施例1生产得到的420MPa级低合金高强钢的金相组织图；
图2为实施例5生产得到的420MPa级低合金高强钢的金相组织图；
图3为实施例6生产得到的420MPa级低合金高强钢的金相组织图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。
下述实施例和对比例中，如无特殊说明，以质量含量计，废钢含铁量98.5%、硅铁含硅量83.5%、锰铁含锰量65%、铬铁含铬量55%，菱镁矿中MgO含量为47%，白云石中CaO含量为30.4%。
以下实施例与对比例中的百分比均为质量百分含量。
实施例1
易焊接的420MPa级低合金高强钢生产方法，包括钢水冶炼、LF精炼、连铸、缓冷、板坯加热、粗轧、冷却、精轧、缓冷；
钢水冶炼：先对铁水进行预处理，在顶底复吹转炉加入废钢，加入预处理的铁水，在钢水冶炼出钢1/3时，按目标成分，加入铝块、硅铁、锰铁、纯铬进行脱氧合金化、造渣，转炉底吹采用流量为230m3/h的氩气模式，吹炼至终点，转炉冶炼终点C为0.03%，终渣碱度为3.4，在1620℃下出钢得到冶炼后的钢水，N的浓度为30ppm；
LF精炼：在冶炼后的钢水中加入菱镁矿、石灰、碳酸钙和电石进行脱氧，造白渣15min，加入硼、铬铁，得到精炼后的钢水，其中，N的浓度为40ppm，H的浓度为1.3ppm、O的浓度为18ppm；
连铸：将精炼后的钢水在0.65m/min拉速下进行连铸，控制恒拉速连铸，动态重压下连铸固相区压下量为1.5mm，得到350mm厚度的连铸坯；
板坯加热：将连铸后的坯料进行缓冷，再采用双蓄热步进式加热炉将缓冷后的连铸坯分别进行989℃第一段加热、1056℃第二段加热、1253℃第三段加热、1237℃均热处理3h，加热速度为9min/cm，板坯加热6h，在105℃下出炉，得到板坯；
对加热后的板坯进行多向除磷，采用对向15°喷水除磷，除磷压力为22Mpa；
除磷后的板坯进行粗轧，粗轧的开轧温度为1065℃，终轧温度为938℃，粗轧连续两个道次压下率为23%，得到粗轧后的钢板；
将轧制后的钢板进行冷却，先以0.5℃/s的速度进行初次水冷20s，再以3℃/s的速度进行二次水冷10s，再进行空冷，得到冷却后的钢板；
对冷却后的钢板进行精轧，精轧的开轧温度为858℃，终轧温度为795℃，总道次6道，精轧过程中前2道次压下率17%，得到精轧后的钢板；
缓冷：对精轧后的钢板进行预矫直，矫直后在保温箱中进行在线缓冷，开始温度为305℃，缓冷的时间为15h，保温箱采用加热炉废气在185℃下进行保温，得到420MPa级低合金高强钢，420MPa级低合金高强钢的金相组织图如图1所示。
实施例2
易焊接的420MPa级低合金高强钢生产方法，包括钢水冶炼、LF精炼、连铸、缓冷、板坯加热、粗轧、冷却、精轧、缓冷；
钢水冶炼：先对铁水进行预处理，在顶底复吹转炉加入废钢，加入预处理的铁水，在钢水冶炼出钢1/3时，按目标成分，加入铝块、硅铁、锰铁、纯铬进行脱氧合金化、造渣，转炉底吹采用流量为230m3/h的氩气模式，吹炼至终点，转炉冶炼终点C为0.04%，终渣碱度为3.8，在1640℃下出钢得到冶炼后的钢水，氮含量为35ppm；
LF精炼：在冶炼后的钢水中加入菱镁矿、石灰、碳酸钙和电石进行脱氧，造白渣18min，加入硼、铬铁，得到精炼后的钢水，N的浓度为50ppm，H的浓度为1.1ppm、O的浓度为15ppm；
连铸：将精炼后的钢水在0.85m/min拉速下进行连铸，控制恒拉速连铸，动态重压下连铸固相区压下量为3mm，得到350mm厚度的连铸坯；
板坯加热：将连铸后的坯料进行缓冷，再采用双蓄热步进式加热炉将缓冷后的连铸坯分别进行1015℃第一段加热、1105℃第二段加热、1270℃第三段加热、1260℃均热处理2h，加热速度为9min/cm，板坯加热5h，在130℃下出炉，得到板坯；
对加热后的板坯进行多向除磷，采用对向15°喷水除磷，除磷压力为20Mpa；
除磷后的板坯进行粗轧，粗轧的开轧温度为1090℃，终轧温度为945℃，连续两个道次压下率为25%，得到粗轧后的钢板；
将轧制后的钢板进行冷却，先以1℃/s的速度进行初次水冷18s，再以4℃/s的速度进行二次水冷8s，再进行空冷，得到冷却后的钢板；
对冷却后的钢板进行精轧，精轧的开轧温度为875℃，终轧温度为805℃，总道次6道，精轧过程中前2道次压下率19%，得到精轧后的钢板；
缓冷：对精轧后的钢板进行预矫直，矫直后在保温箱中进行在线缓冷，开始温度为315℃，缓冷的时间为13h，保温箱采用加热炉废气在205℃下进行保温，得到420MPa级低合金高强钢。
实施例3
易焊接的420MPa级低合金高强钢生产方法，包括钢水冶炼、LF精炼、连铸、缓冷、板坯加热、粗轧、冷却、精轧、缓冷；
钢水冶炼：先对铁水进行预处理，在顶底复吹转炉加入废钢，加入预处理的铁水，在钢水冶炼出钢1/3时，按目标成分，加入铝块、硅铁、锰铁、纯铬进行脱氧合金化、造渣，转炉底吹采用流量为230m3/h的氩气模式，吹炼至终点，转炉冶炼终点C为0.04%，终渣碱度为4.1，在1655℃下出钢得到冶炼后的钢水，氮含量为38ppm；
LF精炼：在冶炼后的钢水中加入菱镁矿、石灰、碳酸钙和电石进行脱氧，造白渣20min，加入硼、铬铁，得到精炼后的钢水，N的浓度为60ppm，H的浓度为0.8ppm、O的浓度为14ppm；
连铸：将精炼后的钢水在1.0m/min拉速下进行连铸，控制恒拉速连铸，动态重压下连铸固相区压下量为5mm，得到350mm厚度的连铸坯；
板坯加热：将连铸后的坯料进行缓冷，再采用双蓄热步进式加热炉将缓冷后的连铸坯分别进行1045℃第一段加热、1145℃第二段加热、1278℃第三段加热、1278℃均热处理1.5h，加热速度为10min/cm，板坯加热4h，在135℃下出炉，得到板坯；
对加热后的板坯进行多向除磷，采用对向15°喷水除磷，除磷压力为22Mpa；
除磷后的板坯进行粗轧，粗轧的开轧温度为1096℃，终轧温度为950℃，连续两个道次压下率为27%，得到粗轧后的钢板；
将轧制后的钢板进行冷却，先以2℃/s的速度进行初次水冷15s，再以5℃/s的速度进行二次水冷5s，再进行空冷，得到冷却后的钢板；
对冷却后的钢板进行精轧，精轧的开轧温度为895℃，终轧温度为808℃，总道次6道，精轧过程中前2道次压下率21%，得到精轧后的钢板；
缓冷：对精轧后的钢板进行预矫直，矫直后在保温箱中进行在线缓冷，开始温度为323℃，缓冷的时间为12h，保温箱采用加热炉废气在216℃下进行保温，得到420MPa级低合金高强钢。
实施例4
本实施例与实施例1的区别仅在于对加热后的板坯进行单向除磷，采用垂直方向15°喷水除磷，除磷压力为22Mpa；
其余步骤与实施例1相同。
实施例5
本实施例与实施例1的区别仅在于连铸为：将精炼后的钢水在0.65m/min拉速下进行连铸，控制恒拉速连铸，动态重压下连铸固相区压下量为1.3mm，得到350mm厚度的连铸坯；
其余步骤与实施例1相同，生产得到420MPa级低合金高强钢的金相组织图如图2所示。
实施例6
本实施例与实施例1的区别仅在于连铸为：将精炼后的钢水在0.65m/min拉速下进行连铸，控制恒拉速连铸，动态重压下连铸固相区压下量为6mm，得到350mm厚度的连铸坯；
其余步骤与实施例1相同，生产得到420MPa级低合金高强钢的金相组织图如图3所示。
对比例1
本对比例与实施例1的区别仅在于将轧制后的钢板进行冷却，以0.5℃/s的速度进行水冷20s，再进行空冷，得到冷却后的钢板；
其余步骤与实施例1相同。
对比例2
本对比例与实施例1的区别仅在于将轧制后的钢板进行冷却，以3℃/s的速度进行水冷10s，再进行空冷，得到冷却后的钢板；
其余步骤与实施例1相同。
对比例3
本对比例与实施例1的区别仅在于将轧制后的钢板进行冷却，先以0.5℃/s的速度进行初次水冷20s，再以3℃/s的速度进行二次水冷10s，再以5℃/s的速度进行三次水冷10s，再进行空冷，得到冷却后的钢板；
其余步骤与实施例1相同。
对比例4
本对比例与实施例1的区别仅在于将轧制后的钢板进行冷却，先以0.5℃/s的速度进行初次水冷20s，再进行空冷20s，再以3℃/s的速度进行二次水冷10s，再进行空冷，得到冷却后的钢板；
其余步骤与实施例1相同。
对比例5
本对比例与实施例1的区别仅在于将轧制后的钢板进行空冷，得到冷却后的钢板；
其余步骤与实施例1相同。
实施例12
本实施例与实施例1的区别仅在于缓冷为对冷却后的钢板进行预矫直，矫直后在保温箱中进行线下缓冷，开始温度为305℃，缓冷的时间为15h，保温箱采用加热炉废气在185℃下进行保温，得到420MPa级低合金高强钢。
其余步骤与实施例1相同。
实施例7~11与实施例1的区别仅在于板坯第一段加热、第二段加热、第三段加热、均热处理及粗轧、精轧的工艺温度不同，具体条件如下表所示：
实施例1~3得到的低合金高强钢的成分重量百分含量（%）如下表所示：
将实施例1~12、对比例1~6制得的低合金高强钢，按照GB/T 1591-2018的测试方法测定冲击性能。
根据实施例1~12与对比例1~5的数据可以得知，本发明在420MPa低合金高强钢采用初次水冷、二次水冷、空冷，并控制初次水冷和二次水冷的工艺条件，可以显著提高420MPa低合金高强钢冲击韧性，进而提高了420MPa低合金高强钢的焊接性能。
根据实施例1与实施例4的数据可以得知，本发明采用多向除磷的技术，进一步提高了420MPa低合金高强钢的冲击韧性，进而提高了420MPa低合金高强钢的焊接性能。
根据实施例1与实施例5~6的数据可以得知，本发明控制动态重压下连铸固相区压下量，进一步提高了低合金高强钢的冲击韧性，进而提高了420MPa低合金高强钢的焊接性能。
根据实施例1与实施例7~11的数据可以得知，本发明控制板坯的加热工艺和均热工艺、轧制中粗轧和精轧工艺，进一步提高了420MPa低合金高强钢的冲击韧性，进而提高了420MPa低合金高强钢的焊接性能。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种易焊接的420MPa级低合金高强钢生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
钢水冶炼、LF精炼、连铸、缓冷、板坯加热、粗轧、冷却、精轧、缓冷，得到低合金高强钢；
所述冷却包括初次水冷、二次水冷、空冷；所述初次水冷的速度为0.5～2℃/s，时间为15~20s，二次水冷的速度为3~5℃/s，时间为5~10s；
所述连铸在0.65~1.0m/min拉速下进行，动态重压下连铸固相区压下量为1.5~5mm；
所述缓冷为在线缓冷，开始温度≥300℃，时间为12~15h；
所述板坯加热包括第一段加热、第二段加热、第三段加热、均热处理，第一段加热温度为980~1050℃，第二段加热温度为1050~1150℃，第三段加热温度为1250~1280℃，均热处理温度为1230~1280℃，均热处理时间为≥1h，板坯加热速度为9~10min/cm，板坯加热时间为≥4h；所述板坯加热后出炉，出炉温度为120±20℃；
所述粗轧的开轧温度为1080±20℃，终轧温度为≤950℃，粗轧连续两个道次压下率为≥20%；所述精轧的开轧温度为850~900℃，终轧温度为790~810℃，总道次6道，精轧过程中前2道次压下率≥12%；
所述低合金高强钢，由以下重量百分比的组分组成：C 0.06%~0.09%、Si 0.10%~0.20%、Mn 1.20%~1.25%、P≤0.010%、S≤0.005%、Al 0.015%~0.025%、Nb 0.010%~0.015%、V 0.010%~0.020%、Ti 0.010%~0.020%、Cr 0.20%~0.25%、B 0.008%~0.0015%，余量为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种易焊接的420MPa级低合金高强钢生产方法，其特征在于，钢水冶炼时还包括造渣处理，所述钢水冶炼后出钢，终渣碱度为3.4~4.1，出钢温度为1610~1660℃。
3.根据权利要求1所述的一种易焊接的420MPa级低合金高强钢生产方法，其特征在于，所述钢水冶炼后，C的质量含量为0.03%~0.05%，N的浓度为≤40ppm。
4.根据权利要求1所述的一种易焊接的420MPa级低合金高强钢生产方法，其特征在于，精炼过程中还加入脱氧剂、造白渣，所述脱氧剂为电石或铝块，白渣处理时间为15~20min。
5.根据权利要求1所述的一种易焊接的420MPa级低合金高强钢生产方法，其特征在于，板坯加热出炉后进行除磷，所述除磷为多向除磷，多向除磷采用对向15°喷水除磷，多向除磷的压力为20~22MPa。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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