CN101935801A - 一种490MPa级热轧钢板及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种490MPa级微铌合金化热轧钢板的生产方法。本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种综合性能优良的490MPa级热轧钢板。本发明的490MPa级热轧钢板的化学成分按重量百分比计为：C：0.04～0.11、Si：0.13～0.27、Mn：0.9～1.30、N：0.001～0.007、P：0～0.027、S：0～0.017、Al：0.01～0.09、Nb：0.013～0.027、Ti：0.004～0.012、Fe：余量。本发明提供的490MPa级热轧钢板成品屈服强度≥380MPa，抗拉强度≥490MPa，延伸率≥17％，冷弯性能优良，具有具有良好的室温力学性能及工艺性能，完全符合技术指标的要求。

Description

一种490MPa级热轧钢板及其生产方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种490MPa级微铌合金化热轧钢板的生产方法。

背景技术

随着国民经济的日益发展，汽车行业已经已成为我国的支柱产业，汽车用热轧钢板的用量逐年增加，根据现代汽车“节能减排、环保、安全等”需求，对汽车用钢材的使用要求也相应提高。

对载重汽车而言，汽车梁用热轧钢板是汽车结构件中质量要求最严格的材料之一，除常规结构强度性能要求外，还必须具备良好的成型性能、抗凹陷性、足够的结构刚度和焊接性能，以承受各种不同应变状态下的冲压成型而不破裂，避免负载过程中车身产生局部变形，特别是发生冲撞事故时可最大限度地吸收能量、保证安全。对于生产高强度热轧钢板而言，单独添加或复合添加V、Ti、Nb等微合金元素是提高强度的有效途径，目前已经广泛应用于高强度热轧结构用钢的工业生产。近年来，为了适应车辆轻型化的需求，部分汽车制造企业在采购490MPa级热轧钢板时提出了确保力学性能的前提下低成本钢材的使用要求。490MPa级热轧钢板主要性能要求见表1。

表1 490MPa级热轧结构钢力学性能及工艺性能要求

490MPa级汽车结构用热轧钢板化学成分设计通常采用低C-Mn-V微合金化或进行微量Nb合金化处理方案。典型的低C-Mn-V微合金热轧结构钢化学成分：0.07％C、0.25％Si、0.90％Mn、0.020％P、0.018％S、0.04％Al、0.07％V、其余为Fe。典型的微量Nb合金化热轧结构钢化学成分：0.08％C、0.25％Si、1.20％Mn、0.018％P、0.015％S、0.04％Al、0.035％Nb、其余为Fe。低C-Mn-V微合金化或进行微量Nb合金化钢均采用控轧控冷方式进行生产，其技术特点是较多地考虑了合金元素固溶强度及析出强化的作用，但存在钢带因为添加合金元素后冶炼成本偏高的缺点，影响了上述方法的推广使用。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种综合性能优良的490MPa级热轧钢板。

本发明的490MPa级热轧钢板的化学成分按重量百分比计为：C：0.04～0.11、Si：0.13～0.27、Mn：0.9～1.30、N：0.001～0.007、P：0～0.027、S：0～0.017、Al：0.01～0.09、Nb：0.013～0.027、Ti：0.004～0.012、Fe：余量。

优选的，490MPa级热轧钢板的化学成分按重量百分比计为：C：0.05～0.10、Si：0.15～0.25、Mn：1.0～1.20、N：0.002～0.006、P：0～0.025、S：0～0.015、Al：0.02～0.08、Nb：0.015～0.025、Ti：0.005～0.010、Fe：余量。

本发明的490MPa级热轧钢板的微观组织结构包括铁素体和珠光体，以晶体结构总体积为基准，铁素体的体积百分数为88～90％，珠光体的体积百分数为10～12％。

铁素体指的是C溶于α-Fe中所形成的间隙固溶体，具有体心立方晶体结构。珠光体是钢的金相形态之一，钢过冷奥氏体的等温转变产物，其组成物按重量比计α-Fe占88％、Fe₃C占12％，其外形分为片状及粒状(与钢过冷奥氏体冷却速度有关)。对于低碳钢而言，化学成分均匀的奥氏体冷却后通常形成片状珠光体，如果奥氏体成分不均匀，尤其有二次渗碳体残存时，会形成粒状珠光体。铁素体以及珠光体的体积百分数可以采用本领域技术人员公知的方法测得，例如GB/T 6394金相法。

本发明提供的490MPa级热轧钢板具有具有良好的室温力学性能及工艺性能，完全符合技术指标的要求。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供上述490MPa级热轧钢板的生产方法，具体包括钢坯加热、热轧、冷却和卷取步骤。其中，钢坯的化学成分按重量百分比计为：C：0.04～0.11、Si：0.13～0.27、Mn：0.9～1.30、N：0.001～0.007、P：0～0.027、S：0～0.017、Al：0.01～0.09、Nb：0.013～0.027、Ti：0.004～0.012、Fe：余量；钢坯加热步骤温度为1200～1250℃；热轧步骤的初轧温度为1080～1220℃，终轧温度为830～910℃；冷却步骤采用轧后前段层流水冷；卷取步骤温度590～640℃。

钢坯的的加热时间为1～2小时。

优选的，钢坯的化学成分按重量百分比计为：C：0.04～0.11、Si：0.13～0.27、Mn：0.9～1.30、N：0.001～0.007、P：0～0.027、S：0～0.017、Al：0.01～0.09、Nb：0.013～0.027、Ti：0.004～0.012、Fe：余量。钢坯加热步骤温度为1210～1240℃；热轧步骤的初轧温度为1100～1200℃，终轧温度为850～890℃；冷却步骤采用轧后前段层流水冷；卷取步骤温度595～620℃。

钢坯的的加热时间为1.2～1.8小时。

钢坯可以采用本领域技术人员公知的方法由高炉铁水经转炉冶炼、LF精炼、电加热、连铸工序制得。

本发明的有益效果是：

本发明方法在生产过程采用控制化学成分范围、热轧加热温度、终轧温度、卷取温度等工艺措施，获得的钢带成品屈服强度≥380MPa，抗拉强度≥490MPa，延伸率≥17％，冷弯性能优良。

化学成分设计时采用低碳当量方案，钢板焊接性能优良。

炉外精炼过程采用Si-Ca线进行硫化物变性处理，硫化物在钢种通常以条带状或短棒状存在，不利于钢的耐酸性能，因而在炉外精炼处理时采用硫化物变性处理，Ca：S≥2.0，提高了钢水清洁度，并使钢中残留非金属夹杂形状***，由未处理前的沿轧向分布的条带状或短棒状变成仿锤状或球状，提高钢板的冷成型性能。

与低C-Mn-V或合金化或微量Nb合金化生产的同级别热轧钢板相比，采用本发明生产的490MPa级热轧钢板具有明显的成本优势。由于C、Al元素处理工序及添加重量相近，炉外精炼、浇铸及热轧工序成本相同，几种方式的生产成本差别在于合金元素的成本。经测算，其生产成本与低C-Mn-V微合金化钢或进行微量Nb合金化处理钢相比，生产成本分别低172元/吨及75元/吨，具有明显的推广应用价值。

本发明的生产工艺简单、生产成本较低，具有较高的性价比，推广使用前景良好。

本发明采用低C-Mn-微Nb-微Ti处理合金化方案及控轧控冷方式生产，冶炼后采用针对性的炉外精炼措施，降低夹杂物对冷弯成型性能的影响，热轧采用控制轧制及控制冷却的方法，获得一定量的铁素体及珠光体组织，控制钢的常规力学性能。检验结果表明通过该方法生产的490MPa级热轧钢板具有良好的室温力学性能及工艺性能，性价比高。

具体实施方式

本发明涉及的490MPa级热轧钢板的生产方法工艺流程如下：

转炉冶炼→LF精炼→电加热→连铸→热轧→冷却→卷取→精整→包装入库

转炉冶炼具体为将高炉铁水及冶炼炉料在转炉中冶炼得到钢水，然后将钢水脱氧并进行合金化；在合金化步骤中将碳质材料、铝锰铁合金和铝丸加入到脱氧后的钢水中，得到的钢水成分为(重量百分比，以钢水总重量为基准，以单质计)C：0.04～0.11、Si：0.13～0.27、Mn：0.9～1.30、N：0.001～0.007、P：0～0.027、S：0～0.017、Al：0.01～0.09、Nb：0.013～0.027、Ti：0.004～0.012、Fe：余量。为了使入炉原料中S的含量小于或等于入炉铁水总重量的0.015％，可以采用低硫铁水或半钢冶炼。为了防止金属元素尤其是锰元素的烧损，要严格控制冶炼过程温度及出钢时的氧活度，冶炼条件为出钢温度1670～1690℃，出钢时氧活度条件为[a₀]100～500PPm。冶炼过程添加的碳质材料为本领域公知的碳质材料，优选为沥青焦、无烟煤和碳粉中的一种或几种。冶炼的时间为常规的冶炼的时间，优选为35～45分钟。

钢水脱氧的目的是降低钢水的氧活度以提高合金收得率，所述脱氧剂为铝铁，脱氧剂的加入量优选为3.0～4.0Kg/t钢。

合金化步骤分批加料的方式、炉外精炼采用本领域技术人员公知的方法。脱氧后的合金化步骤包括将铝铁、碳质材料、硅锰合金、铌铁加入到脱氧后的钢水中，得到钢水(以所述钢水总重量为基准，以单质计)C：0.04～0.11、Si：0.13～0.27、Mn：0.9～1.30、N：0.001～0.007、P：0～0.027、S：0～0.017、Al：0.01～0.09、Nb：0.013～0.027、Ti：0.004～0.012、Fe：余量。

为了保证钢的化学成分均匀，合金化后对钢水罐进行底吹氩气处理。所述底吹氩气处理的条件为温度1600～1650℃，压力200～400帕，时间4～8分钟。

LF精炼步骤对钢水的氧活度、纯净度及温度进行微调，利用二次喂Al线终脱氧控制钢水的氧活度为20～40ppm，钢水罐底部通入压力200～400Pa的氩气4～6分钟，氩气流量以钢水不大翻为条件，可以避免钢水出现二次氧化及温度下降过快，使钢中夹杂物充分上浮，进一步提高钢材清洁度。在电加热及补喂Al线后进行喂Ca-Si线(含Ca≥24％，规格：φ10mm)处理，加入量1000～1200m/炉。

电加热步骤是使钢坯达到适于浇铸温度的操作，是连铸钢水生产的基本工序。对钢坯进行加热可以采用本领域技术人员公知的各种加热设备和加热方法。

连续浇铸步骤可以采用本领域技术人员公知的方法，本发明方法将精炼后的钢水浇铸至预先烧烤过的中间包，经全流程保护的连续铸机浇铸成板坯。浇铸后，可以按照常规方法进行冷却，如在室温下自然冷却。

热轧步骤是将浇铸的板坯经加热后进行轧制。轧制的目的是使490MPa级钢的连铸板坯达到所需的厚度。本发明热轧板钢带的轧制道次为粗轧4～6个，精轧5～6个，每架机架轧制一道每道次轧制使热轧料坯的厚度减少3～9毫米。

热轧的开轧温度是指钢坯进入轧机的温度，在该温度下进行加热，能够充分固溶微合金元素(Mn、Nb、Ti)，避免其形成液析碳化物后降低微合金元素在钢中的作用。热轧的终轧温度指钢带出精轧机组的温度，为了使成品的厚度和力学性能均匀，采用热轧中间坯热卷箱工艺技术，使精轧前的热轧中间坯料头、中、尾部保持特定的终轧温度。本发明热轧加热温度为1200～1250℃，时间为1～2小时，热轧步骤的初轧温度为1080～1220℃，终轧温度为830～910℃；热轧过程中的温度控制能够使钢在精轧出口前处于完全奥氏体组织；并且避免奥氏体组织过于粗大以及Nb的析出物NbC在精轧前析出后尺寸过于粗大，有利于控制热轧成品铁素体晶粒尺寸为5.6～7.9微米，提高Nb元素析出强化效果。

冷却步骤可以采用各种常规的方法。通常情况下，对于薄板钢带来说，包括经过轧制的薄板钢带经过冷却后调整了钢材内部的组织状态，然后进行卷取成卷。为了满足热轧板的组织和性能要求，从轧机出来的钢带必须在很短的时间内，在很高的冷却速度下冷却到卷取温度进行卷取。例如，所述冷却的速度为10～30℃/秒，冷却至590～640℃。

本发明中化学成分的检测方法分别为碳素钢和中低合金钢火花源原子发射光谱分析方法，国家标准为GB/T4336。

以下结合实施例对本发明作进一步的阐述。实施例仅用于说明本发明，而不是以任何方式来限制本发明。

实施例1

a、冶炼钢水：冶炼设备为120吨顶吹转炉，高炉铁水作为原料，高炉铁水温度1375℃，加入炼钢辅料熔炼至1695℃出钢到钢水罐，出钢1/3时加入0.5吨的铝铁合金(安阳佳鑫耐材有限公司)预脱氧，然后向脱氧后的钢水中加入沥青焦(攀枝花阳城冶金辅料有限公司)及硅锰合金(德昌铁合金有限公司)，使得钢水中各成分的含量为(以钢水的总重量为基准，wt％)C：0.08、Si：0.20、Mn：1.10、P：0.014、S：0.010、Nb：0.02、Ti：0.01、Al：0.044、N：0.0038，其余为Fe。随后在炉外小平台对钢水罐进行底吹氩气处理，氩气压力200～400Pa，时间为4分钟。

通过控制脱氧剂的添加量使氧在钢水中的含量为10～50ppm，尽可能防止锰氧化，从而保证在制备的热轧结构钢中锰以单质存在，而不是以氧化物形式存在，以充分发挥单质锰的功能。

b、LF电加热：二次喂Al线终脱氧，钢水罐底部通入一定压力(200～400Pa)的氩气4分钟，氩气流量以钢水不大翻为条件，吹氩气后向通过喂丝机向钢包加入1000m的Si-Ca线，LF处理终止温度1600℃。

c、连铸：钢水罐运至浇铸位置，钢水罐的底部滑动水口Al质塞棒(安阳冶辅有限公司)，钢水自动流入中间包，经Al质塞棒、引流至结晶器进行连续浇铸。全流程采用保护渣进行保护浇铸，浇铸后冷却成热轧板钢坯。

d、热轧：板坯出炉轧制温度为1228℃(消除枝晶偏析、控制原始奥氏体晶粒尺寸)，粗轧温度为1118℃，精轧终轧温度878℃；冷却方式采用轧后前段水冷，冷却速度为35℃/秒，冷却至600℃卷取。精轧的轧制道次为6个，每道次轧制使得中间坯的厚度分别为35～28毫米、28～24毫米、24～17毫米、17～13毫米、13～9毫米和9～7毫米。

e、精整：钢带经横切机组剪切后包装入库。

将制备的板卷进行机械性能测试，分别检测室温的屈服强度Rel、抗拉强度Rm及伸长率A_200mm，拉伸性能按照GB/T228金属材料室温拉伸试验方法进行。成品屈服强度(Rel)为460MPa，抗拉强度(Rm)为530MPa，延伸率(A_200mm)为21％，冷弯工艺试验性能合格，符合490MPa热轧钢板的技术条件要求。

实施例2

制备方法与实施例1基本相同，不同的是转炉冶炼得到的钢水成分为(wt％)C：0.07、Si：0.23、Mn：1.13、P：0.015、S：0.006、Nb：0.018、Ti：0.01、Al：0.037、N：0.0034，其余为Fe，并用前述钢水生产的热轧钢板，板坯出炉温度1205℃，精轧终轧温度为888℃，卷取温度为605℃，热轧成品厚度7.0mm。

将制备的板卷进行机械性能测试，分别检测室温的屈服强度Rel、抗拉强度Rm及伸长率A_200mm，拉伸性能按照GB/T228金属材料室温拉伸试验方法进行。成品屈服强度(Rel)为415MPa，抗拉强度(Rm)为510MPa，延伸率(A_200mm)为23％，冷弯工艺试验性能合格，符合490MPa热轧钢板的技术条件要求。

对比例

制备方法与实施例1基本相同，不同的是转炉冶炼得到的钢水成分为C：0.09％，Si：0.19％，Mn：1.38％，P：0.016％，S：0.013％，Al：0.054％，其余为Fe，并用前述钢水生产的热轧钢板，板坯出炉温度1200℃，终轧温度为865℃，卷取温度为585℃，热轧成品厚度7.0mm。

将制备的板卷进行机械性能测试，分别检测室温的屈服强度Rel、抗拉强度Rm及伸长率A_200mm，拉伸性能按照GB/T228金属材料室温拉伸试验方法进行。成品屈服强度(Rel)为350MPa，抗拉强度(Rm)为455MPa，延伸率(A_200mm)为25％，冷弯工艺试验性能合格，力学性能不符合490MPa热轧钢板的技术条件要求。

Claims (8)

1.490MPa级热轧钢板，其特征在于：化学成分按重量百分比计为：C：0.04～0.11、Si：0.13～0.27、Mn：0.9～1.30、N：0.001～0.007、P：0～0.027、S：0～0.017、Al：0.01～0.09、Nb：0.013～0.027、Ti：0.004～0.012、Fe：余量。

2.根据权利要求1所述的490MPa级热轧钢板，其特征在于：化学成分按重量百分比计为：C：0.05～0.10、Si：0.15～0.25、Mn：1.0～1.20、N：0.002～0.006、P：0～0.025、S：0～0.015、Al：0.02～0.08、Nb：0.015～0.025、Ti：0.005～0.010、Fe：余量。

3.根据权利要求1或2所述的490MPa级热轧钢板，其特征在于：其微观组织结构包括铁素体和珠光体，以晶体结构总体积为基准，铁素体的体积百分数为88～90％，珠光体的体积百分数为10～12％。

4.490MPa级热轧钢板的生产方法，具体包括钢坯加热、热轧、冷却和卷取步骤，其特征在于：钢坯的化学成分按重量百分比计为：C：0.04～0.11、Si：0.13～0.27、Mn：0.9～1.30、N：0.001～0.007、P：0～0.027、S：0～0.017、Al：0.01～0.09、Nb：0.013～0.027、Ti：0.004～0.012、Fe：余量；钢坯加热步骤温度为1200～1250℃；热轧步骤的初轧温度为1080～1220℃，终轧温度为830～910℃；冷却步骤采用轧后前段层流水冷；卷取步骤温度590～640℃。

5.根据权利要求4所述的490MPa级热轧钢板的生产方法，其特征在于：钢坯的的加热时间为1～2小时。

6.根据权利要求4所述的490MPa级热轧钢板的生产方法，其特征在于：钢坯的化学成分按重量百分比计为：C：0.05～0.10、Si：0.15～0.25、Mn：1.0～1.20、N：0.002～0.006、P：0～0.025、S：0～0.015、Al：0.02～0.08、Nb：0.015～0.025、Ti：0.005～0.010、Fe：余量；钢坯加热步骤温度为1210～1240℃；热轧步骤的初轧温度为1100～1200℃，终轧温度为850～890℃；冷却步骤采用轧后前段层流水冷；卷取步骤温度595～620℃。

7.根据权利要求6所述的490MPa级热轧钢板的生产方法，其特征在于：钢坯的的加热时间为1.2～1.8小时。

8.根据权利要求4～7任一项所述的490MPa级热轧钢板的生产方法，其特征在于：冷却步骤的冷却的速度为10～30℃/秒。