CN103627951A - 高韧性含硼碳素结构钢板卷及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高韧性含硼碳素结构钢板卷及其生产方法，按照重量含有碳≤0.30％，硅：≤0.50％，锰：≤1.70％，磷：≤0.035％，硫：≤0.035％，铝：0.015～0.050％，以及8～50ppm的硼，余量为铁和微量杂质。通过硼微合金化、组织均匀化提高现有以Q235、SS400为代表的屈服强度215～345MPa级别碳素结构钢和低合金钢的延伸性能、常温和低温冲击韧性。

Description

高韧性含硼碳素结构钢板卷及其生产方法

技术领域

本发明涉及碳素结构钢和低合金钢，具体涉及一种高韧性含硼碳素结构钢板卷及其生产方法。

背景技术

目前各钢厂生产Q235碳素结构钢板卷是采用通用的碳锰成分设计。普遍存在的问题是在20～25.4mm厚度范围易产生延伸和强度性能不足的问题，不能完全满足GB/T700的要求；对于其他厚度规格板或板卷同时存在的问题是板材显微组织‘铁素体+少量珠光体’出现组织带状分布，易产生拉伸断口分层和冲击断口分层，以及材料性能的各向异性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高韧性含硼碳素结构钢板卷及其生产方法，通过硼微合金化、组织均匀化提高现有以Q235、SS400为代表的屈服强度215～345MPa级别碳素结构钢和低合金钢的延伸性能、常温和低温冲击韧性。

具体技术方案如下：

高韧性含硼碳素结构钢板卷，按照重量含有碳≤0.30％，硅：≤0.50％，锰：≤1.70％，磷：≤0.035％，硫：≤0.035％，铝：0.015～0.050％，以及8～50ppm的硼，余量为铁和微量杂质。

进一步地，还包括铌：≤0.050％，和/或，钒：≤0.050％，和/或，钛：≤0.020％，和/或，镍：≤0.40％，和/或，铬≤0.50％，和/或，铜：≤0.40％。

上述高韧性含硼碳素结构钢板卷的生产方法，包括如下步骤：

（1）采用两机架可逆轧机粗轧；

（2）进行7机架热连轧；

（3）进行轧制后层流冷却；

（4）卷取。

进一步地，在奥氏体再结晶区和未再结晶区多道次控制轧制，包括：

1180～1220℃加热；

1150～1180℃下初轧开轧；

1000℃～950℃下精轧开轧；

900℃～800℃下精轧终轧；

轧后层流冷却或超快速冷却；

650℃～500℃终止冷却并卷取。

进一步地，所述冷却采用水幕层流冷却。

进一步地，水冷速度10℃～50℃/S。

与目前现有技术相比，经过本发明的方式改进后，加入8～50ppm硼元素，并调整热轧和冷却工艺参数后，使20mm以上厚规格碳素结构钢和低合金钢的力学性能符合GB/T700的要求，避免了上述缺陷的产生。同时，保证了板卷开平后，沿轧制方向平行和垂直方向的拉伸试样的性能检验结果不下降。硼元素已经广泛应用于高强度钢板和软钢板带产品中，如连续退火冷轧低碳铝镇静钢薄带、极薄热轧拉延钢板、高强管线钢和无取向硅钢等；但是在碳素结构钢和低合金钢中的应用较为少见。马钢将微量硼应用于碳素结构钢和低合金钢中，取得了较好的效果。使包括20.0～25.4mm厚度规格在内的碳素结构钢的力学性能不仅符合GB/T700的要求，避免了延伸性能不足、强度性能不足、带状组织和拉伸或冲击断口分层等上述缺陷的产生，而且，还可以获得远远超过一般水平的常温和低温冲击韧性、优良的各项同性性能。

1)按照本发明的措施处理，使碳素结构钢板卷具有很好的低温冲击韧性。

2)按照本发明的措施处理，使碳素结构钢和低合金钢板卷的组织非常均匀，无择优取向，无断口分层。

3)板卷开平后，纵向力学性能不下降。

附图说明

图1工业生产的含硼碳素结构钢的金相组织（与轧制方向垂直方向）

图2工业生产的含硼碳素结构钢的金相组织（沿轧制方向平行方向）

具体实施方式

下面根据附图对本发明进行详细描述，其为本发明多种实施方式中的一种优选实施例。

本实施例所使用的化学成分设计和轧制工艺、冷却工艺应用于目前GB700、JIS G3101、JIS G3109等标准规范的屈服强度200-420MPa的碳素结构钢和低合金钢，可以显著改善组织和性能的均匀性，提高韧性和延性水平。

为此，方案的要点是：第一，碳含量小于0.30%，可以采用小于0.06%的超低碳设计，也可以不采用超低碳设计而采用高于0.06%，直至最高0.30%的碳含量设计，仍然可以获得均匀的显微组织，以避免带状组织和拉伸断口、冲击断口的分层；第二，可以采用添加Nb、V、Ti等元素进行微合金化设计，也可以不采用Nb、V、Ti等元素进行微合金化设计以提高屈服强度200-420MPa级别碳素结构钢和低合金钢的常温和低温冲击韧性；第三，设计轧制、冷却工艺，综合微合金化、固溶强化和组织强化等方法，获得以针状铁素体为主的复相组织，或者获得‘多边形铁素体+准多边形铁素体+少量珠光体’以提高强度、塑性和延伸性能，适应从200MPa到420MPa不同屈服强度等级、25.4mm及以下不同厚度热轧板卷的多样化的性能需求。

高韧性含硼碳素结构钢和低合金钢板卷化学成分设计为：

碳≤0.30％；硅：≤0.50％；锰：≤1.70％；磷：≤0.035％；硫：≤0.035％；铝：0.015～0.050％；硼：8～50ppm。

根据不同特殊性能要求可以选择加入或者可以选择不加入下列元素：铌：≤0.050％；钒：≤0.050％；钛：≤0.020％；镍：≤0.40％；铬≤0.50％；铜：≤0.40％。

铁和微量杂质：余量。

高韧性含硼碳素结构钢和低合金钢板卷的控轧控冷工艺制度为：

1.轧制道次分配：采用两机架可逆轧机粗轧、再进行7机架热连轧，最后进行轧制后层流冷却、卷取。在奥氏体再结晶区和未再结晶区多道次控制轧制，（1180～1220℃）加热－（1150～1180）℃初轧开轧－（1000℃～950℃）精轧开轧－（900℃～800℃）精轧终轧－轧后层流冷却或超快速冷却-（650℃～500℃）终止冷却并卷取。

2.冷却方式：水幕层流冷却，水冷10℃～50℃/S。

高韧性含硼碳素结构钢和低合金钢板卷的TMCP工艺制度的依据是：

热机械轧制（TMCP）是以再结晶、相变等冶金工艺为基础，使轧制状态钢板性能达到最佳化。为节约资源，减少合金元素的加入量，优化碳素结构钢和低合金钢板卷显微组织，避免带状组织、断口分层缺陷，获得高水平的韧性，以及强度和韧性的合理匹配，本发明充分发挥七机架热连轧机组的轧制能力和轧后冷却能力，并与硼微合金化设计相结合，通过高温奥氏体区形变再结晶、低温奥氏体未再结晶区的变形以及轧后的加速冷却来获得预期优化显微组织和力学性能的目标。

微量硼在奥氏体晶界上有偏聚作用，能抑制铁素体的形核，使C曲线右移，抑制珠光体的转变。其作用机制为：(1)硼偏聚在奥氏体晶界，降低了晶界能并减少了铁素体优先形核的位置。(2)硼减少铁在晶界上的自身扩散系数，降低了铁素体的形核速度。(3)硼偏聚于晶界后，占据优先形核的位置。(4)沿晶界形成细小的硼化物并且与基体连贯、粘着，使铁素体很难在硼化物与基体之间的界面上形核。

硼元素已经广泛应用于高强度钢板和软钢板带产品中，如连续退火冷轧低碳铝镇静钢薄带、极薄热轧拉延钢板、高强管线钢和无取向硅钢等；但是在碳素结构钢和低合金钢中的应用较为少见。本发明专利将微量硼应用于碳素结构钢和低合金钢中，当采用针状铁素体组织或者‘多边形铁素体+准多边形铁素体+少量珠光体’，并使晶粒细化可以组织均匀性比普通的不加硼元素的高韧性含硼碳素结构钢和低合金钢板卷或开平板性能更优秀，材料的延伸性能、常温和低温冲击韧性、显微组织带状程度都取得了全面的改善。

优选的实施例中，化学成分如表1所示。和通常的SS400相比，加入15～25ppm的硼元素。

表1  SS400的化学成分（熔炼成分）要求（%）

热轧工艺的主要参数如表2所示。

表2  试制温度参数方案

试制温度参数	试制设计方案
		出炉温度	1200℃
精轧F1入口目标温度	FET≤1050℃
		中间坯目标厚度	60mm
终轧温度	880±15℃
		卷取温度	620±15℃

经生产检验后板卷的力学性能如表3所示。对应于板卷的开平板的力学性能如表4所示、冲击性能如表5所示。

表3  SS400热轧卷的纵向力学性能

表4  SS400开平板的纵向力学性能

表5  SS400开平板的冲击性能

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.高韧性含硼碳素结构钢板卷，其特征在于，按照重量含有碳≤0.30％，硅：≤0.50％，锰：≤1.70％，磷：≤0.035％，硫：≤0.035％，铝：0.015～0.050％，以及8～50ppm的硼，余量为铁和微量杂质。

2.如权利要求1所述的高韧性含硼碳素结构钢板卷，其特征在于，还包括铌：≤0.050％，和/或，钒：≤0.050％，和/或，钛：≤0.020％，和/或，镍：≤0.40％，和/或，铬≤0.50％，和/或，铜：≤0.40％。

3.如权利要求1或2所述高韧性含硼碳素结构钢板卷的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）采用两机架可逆轧机粗轧；

（2）进行7机架热连轧；

（3）进行轧制后层流冷却；

（4）卷取。

4.如权利要求3所述高韧性含硼碳素结构钢板卷的生产方法，其特征在于，在奥氏体再结晶区和未再结晶区多道次控制轧制，包括：

1180～1220℃加热；

1150～1180℃下初轧开轧；

1000℃～950℃下精轧开轧；

900℃～800℃下精轧终轧；

轧后层流冷却或超快速冷却；

650℃～500℃终止冷却并卷取。

5.如权利要求3或4所述高韧性含硼碳素结构钢板卷的生产方法，其特征在于，所述冷却采用水幕层流冷却。

6.如权利要求5所述高韧性含硼碳素结构钢板卷的生产方法，其特征在于，水冷速度10℃～50℃/S。

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