CN1861831A - 1100Mpa级非调质高强钢及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种1100Mpa级非调质高强钢及其生产方法，其化学成分按重量wt％含有：C：0.29－0.35，Si：0.22－0.45，Mn：1.40－1.75，P、S：0.002－0.035，Als：0.015－0.040，V：0.05－0.12，Ti：0.015－0.030、Cr：0.04－0.30、Ni、Cu：0.01－0.30、N：80－120ppm，其余为Fe和不可避免的杂质；其生产工艺步骤是：冶炼—炉外精练—连铸—热带轧制—冷轧带钢；本发明方法生产的板带具有综合力学性能优良、延伸率好，且生产工艺稳定易行，能耗低、生产效率高等特点，并可向圆钢延伸，它是一种适合在轻工、机械制造业广泛应用的材料。

Description

1100Mpa级非调质高强钢及其生产方法

技术领域

本发明属于合金钢生产技术领域，特别是涉及一种1100Mpa级非调质高强钢及其生产方法。

背景技术

目前机械制造行业大量使用的碳素结构钢及合金钢结构制作机械零件，为使零件具有良好的综合力学性能，一般都要经过调质热处理，为了节约能源、降低制造成本，国内外均致力于开发无需调质热处理的结构钢，但直到现在，能够适合工业化生产，产品不经过调质处理，其钢材经冷加工后力学性能既能达到1100Mpa以上强度，同时又具有大于10％以上延伸率的均未见报道，因此，研究开发生产1100Mpa级非调质高强钢及其生产方法具有广阔的市场前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热加工抗拉强度大于860Mpa、延伸率大于22％、直接冷轧加工强度性能达到1100Mpa以上、延伸率大于10％的1100Mpa级非调质高强钢及其生产方法。

本发明所述1100Mpa级非调质高强钢，其化学成分按重量wt％含有：C：0.29-0.35，Si：0.22-0.45，Mn：1.40-1.75，P、S：0.002-0.035，Als：0.015-0.040，V：0.05-0.12，Ti：0.015-0.030、Cr：0.04-0.30、Ni、Cu：0.01-0.30、N：80-120ppm，其余为Fe和不可避免的杂质。

所述1100Mpa级非调质高强钢的生产工艺步骤是：冶炼—炉外精练—连铸—热带轧制—冷轧带钢；

所述冶炼工序采用电炉或转炉，在电炉冶炼时，炉内加优质废钢并配置铁水比为30-40％，冶炼用原辅材料应保持干燥，严格控制钢中的砷、铅等有害元素，控制钢中氮含量在80-120ppm，出钢温度为1600-1680℃；

所述炉外精练的时间为30-50分钟，在精练合金化过程中，所有脱氧合金化结束后，依次加入FeV、Al合金；在加入FeV合金之后吹氩1-2分钟，再加入Al合金，然后软吹5-10分钟时间，精练后进行钙处理，促进夹杂物的上浮和“变性”；

所述连铸工序采用全过程保护浇注，开启结晶器电磁搅拌装置，目标过热度为10-30℃，冷却强度为中弱冷，拉速为1.8-3.0m/mim；

在热带轧制工序中，热轧生产板带的钢坯加热温度为1050-1200℃，开轧温度为1000-1050℃，终轧温度为860-930℃，轧制过程中，增大精轧机组最后三道次的压下量，终轧后在冷却链板上采用强制风冷，以促使轧材均匀快速冷却，保持冷却速度为6-10℃/s，卷取温度控制在550-650℃；

冷轧带钢工序是将热轧材在酸洗后直接进行大压下量冷轧加工，冷轧过程总压下率为66-80％。

本发明所述1100Mpa级非调质高强钢的化学成分优选范围按重量wt％含有：C：0.30-0.33，Si：0.27-0.40，Mn：1.50-1.70，P、S：0.010-0.030，Als：0.020-0.035，V：0.08-0.10，Ti：0.018-0.028、Cr：0.10-0.26、Ni、Cu：0.08-0.25、N：90-120ppm，其余为Fe和不可避免的杂质。

所述1100Mpa级非调质高强钢是采用以下优选的工艺步骤实现的：冶炼—炉外精练—连铸—热带轧制—冷轧带钢；

所述冶炼工序采用电炉或转炉，在电炉冶炼时，炉内加优质废钢并配置铁水比为33-48％，冶炼用原辅材料应保持干燥，严格控制钢中的砷、铅等有害元素，控制钢中氮含量在90-120ppm，出钢温度为1620-1680℃；

所述炉外精练的时间为35-50分钟，在精练合金化过程中，所有脱氧合金化结束后，依次加入FeV、Al合金；在加入FeV合金之后吹氩1-2分钟，再加入Al合金，然后软吹7-10分钟时间，精练后进行钙处理，促进夹杂物的上浮和“变性”；

所述连铸工序采用全过程保护浇注，开启结晶器电磁搅拌装置，目标过热度为15-30℃，冷却强度为中弱冷，拉速为2.0-3.0m/mim；

在热带轧制工序中，热轧生产板带的钢坯加热温度为1070-1200℃，开轧温度为1020-1050℃，终轧温度为870-920℃，轧制过程中，增大精轧机组最后三道次的压下量，终轧后在冷却链板上采用强制风冷，以促使轧材均匀快速冷却，保持冷却速度为7-9℃/s，卷取温度控制在570-630℃；

冷轧带钢工序是将热轧材在酸洗后直接进行大压下量冷轧加工，冷轧过程总压下率为70-80％。

本发明所述1100Mpa级非调质高强钢的化学成分按重量wt％的最佳含量为：C：0.35，Si：0.40，Mn：1.70，P、S：0.030，Als：0.030，V：0.12，Ti：0.030、Cr：0.30、Ni、Cu：0.30、N：110ppm，其余为Fe和不可避免的杂质。

所述1100Mpa级非调质高强钢可采用以下最佳工艺步骤实现的：冶炼—炉外精练—连铸—热带轧制—冷轧带钢；

所述冶炼工序采用电炉或转炉，在电炉冶炼时，炉内加优质废钢并配置铁水比为3540％，冶炼用原辅材料应保持干燥，严格控制钢中的砷、铅等有害元素，控制钢中氮含量在110ppm，出钢温度为1650℃；

所述炉外精练的时间为450分钟，在精练合金化过程中，所有脱氧合金化结束后，依次加入FeV、Al合金；在加入FeV合金之后吹氩1.2分钟，再加入Al合金，然后软吹8分钟时间，精练后进行钙处理，促进夹杂物的上浮和“变性”；

所述连铸工序采用全过程保护浇注，开启结晶器电磁搅拌装置，目标过热度为25℃，冷却强度为中弱冷，拉速2.5m/mim；

在热带轧制工序中，热轧生产板带的钢坯加热温度为1150℃，开轧温度为1050℃，终轧温度为920℃，轧制过程中，增大精轧机组最后三道次的压下量，终轧后在冷却链板上采用强制风冷，以促使轧材均匀快速冷却，保持冷却速度为8℃/s，卷取温度控制在620℃；

冷轧带钢工序是将热轧材在酸洗后直接进行大压下量冷轧加工，冷轧过程总压下率为75％。

本发明方法生产的板带车工年品抗拉强度达到1100Mpa级别，具有综合力学性能优良、延伸率好，且生产工艺稳定易行，能耗低、生产效率高等特点，并可向圆钢延伸，适用于包装行业的棉花胎、冷热板卷的高强度捆带、制鞋印刷行业的切割刀具、汽车行业的轴类结构件等，它是轻工、机械制造业应用广泛的材料之一。

本发明中有关化学成分设计的作用和特点如下：

C：0.29～0.35％，碳是保证钢的强度和硬度等机械性能的基本元素，同时碳和氮和钢中的钒、钛等元素形成稳定的碳氮化合物具有细晶和沉淀强化作用，碳太低钢的强度和硬度得不到保证，太高则增加钢的冷脆和时效倾向性并降低钢的韧性和塑性；

Si：0.20～04.5％硅在炼钢过程作为脱氧剂及强化铁素体的必要元素，高于0.45％则降低钢的韧性；

Mn：1.45～1.75％，锰作为脱氧剂和钢的强化元素，可提高V、Ti在奥氏体中的固溶度积，增强沉淀强化效果，提高钢的强度和韧性，同时与钢中S作用形成Mns，改善钢的热加工性能和降低钢的冷脆倾向；但Mn过高则会增大珠光体的颗粒尺寸和引起偏析；

V：0.05～0.12％、Ti：0.015～0.030％，钒和钛在钢中主要与C、N元素形成极稳定的碳氮化合物，起细化晶粒和沉淀析出强化作用，以保证钢在热轧加工后获得良好的综合力学性能和较高的冲击韧性，故本发明钢要求含有80～120ppm的氮含量，比较适合于电炉冶炼，若在转炉生产则应增氮；另外钛还能减少因S、P偏高所引起的脆裂倾向，促进贝氏体形成作用；

Als：0.015～0.040％，铝是钢中的终脱氧剂，同时和N结合形成弥散的ALN颗粒阻止奥氏体晶粒长大，起到细化晶粒作用，从而提高钢的常温冲击韧性和降低冷脆倾向，但因Al极易和氧结合形成Al₂O₃，若去除不净将形成脆性夹杂，因此过高的铝有可能使钢的塑性和韧性显著下降，同时引起钢水浇注困难；

Cr：0.04～0.30％，铬是碳化物的形成元素，提高钢的强度和韧性，也可降低贝氏体的转变开始温度，有利于贝氏体的获得；

Ni、Cu：0.01～0.30％，镍和铜在本发明中主要以残余元素考虑，尽管Cu作为合金元素有利于形成较高的位错密度增加强度、直接促进贝氏体相变，改善冷加工性能等作用，但铜在热加工时易产生热脆，使钢表面产生网裂，塑韧性降低；

P、S：0.002～0.035％，本发明中磷硫为有害杂质元素，其中磷促进Mn的偏析和自身偏析，易在钢中形成共晶带状组织、增大钢的冷脆性：硫和Fe形成低熔点共晶体，偏析于晶界，使钢产生热脆，故本发明要求P、S含量越低越好。

具体实施方式

本发明所述1100Mpa级非调质高强钢的化学成分按重量wt％含有：

C：0.29-0.35，Si：0.22-0.45，Mn：1.40-1.75，P、S：0.002-0.035，Als：0.015-0.040，V：0.05-0.12，Ti：0.015-0.030、Cr：0.04-0.30、Ni、Cu：0.01-0.30、N：80-120ppm，其余为Fe和不可避免的杂质；

所述1100Mpa级非调质高强钢是采用冶炼—炉外精练—连铸—热带轧制—冷轧带钢工艺步骤实现的：

所述冶炼工序采用电炉或转炉，在电炉冶炼时，炉内加优质废钢并配置铁水比为30-40％，冶炼用原辅材料应保持干燥，严格控制钢中的砷、铅等有害元素，控制钢中氮含量在80-120ppm，出钢温度为1600-1680℃；

所述炉外精练的时间为30-50分钟，在精练合金化过程中，所有脱氧合金化结束后，依次加入FeV、Al合金；在加入FeV合金之后吹氩1-2分钟，再加入Al合金，然后软吹5-10分钟时间，精练后进行钙处理，促进夹杂物的上浮和“变性”；

所述连铸工序采用全过程保护浇注，开启结晶器电磁搅拌装置，目标过热度为10-30℃，冷却强度为中弱冷，拉速为1.8-3.0m/mim；

在热带轧制工序中，热轧生产板带的钢坯加热温度为1050-1200℃，开轧温度为1000-1050℃，终轧温度为860-930℃，轧制过程中，增大精轧机组最后三道次的压下量，终轧后在冷却链板上采用强制风冷，以促使轧材均匀快速冷却，保持冷却速度为6-10℃/s，卷取温度控制在550-650℃；

冷轧带钢工序是将热轧材在酸洗后直接进行大压下量冷轧加工，冷轧过程总压下率为66-80％。

本发明所述1100Mpa级非调质高强钢的力学性能及金相组织表1

钢号	热轧状态力学性能			热轧状态金相组织
						Rel，Mpa	Rm，Mpa	A，％
1	605	860	24.0						粒状贝氏体+铁素体
				2	735	920	22.5	粒状贝氏体+少量铁素体
3	745	925	27.5
				4	815	960	22.0

本发明所述1100Mpa级非调质高强钢的力学性能及金相组织表2

钢号	冷轧成品力学性能		热轧状态金相组织
					Rm，Mpa	A，％
1	1120	12.5					粒状贝氏体+铁素体
			2	1180	12.0	粒状贝氏体+少量铁素体
3	1230	11.5
			4	1260	10.5

Claims (2)

1、1100Mpa级非调质高强钢，其化学成分按重量wt％含有：C：0.29-0.35，Si：0.22-0.45，Mn：1.40-1.75，P、S：0.002-0.035，Als：0.015-0.040，V：0.05-0.12，Ti：0.015-0.030、Cr：0.04-0.30、Ni、Cu：0.01-0.30、N：80-120ppm，其余为Fe和不可避免的杂质。

2、根据权利要求1所述的1100Mpa级非调质高强钢的生产工艺步骤是：冶炼—炉外精练—连铸—热带轧制—冷轧带钢；

所述冶炼工序采用电炉冶炼，炉内加优质废钢并配置铁水比为30-40％，冶炼用原辅材料应保持干燥，严格控制钢中的砷、铅等有害元素，控制钢中氮含量在80-120ppm，出钢温度为1600-1680℃；

所述炉外精练的时间为30-50分钟，在精练合金化过程中，所有脱氧合金化结束后，依次加入FeV、Al合金；在加入FeV合金之后吹氩1-2分钟，再加入Al合金，然后软吹5-10分钟时间，精练后进行钙处理，促进夹杂物的上浮和“变性”；

所述连铸工序采用全过程保护浇注，开启结晶器电磁搅拌装置，目标过热度为10-30℃，冷却强度为中弱冷，拉速为1.8-3.0m/mim；

在热带轧制工序中，热轧生产板带的钢坯加热温度为1050-1200℃，开轧温度为1000-1050℃，终轧温度为860-930℃，轧制过程中，增大精轧机组最后三道次的压下量，终轧后在冷却链板上采用强制风冷，以促使轧材均匀快速冷却，保持冷却速度为6-10℃/s，卷取温度控制在550-650℃；

冷轧带钢工序是将热轧材在酸洗后直接进行大压下量冷轧加工，冷轧过程总压下率为66-80％。