CN105018838B

CN105018838B - Tmcp型大厚度高强韧性钢板及其生产方法

Info

Publication number: CN105018838B
Application number: CN201510435434.9A
Authority: CN
Inventors: 王晓书; 韦明; 谢良法; 张朋; 张志军; 高雅; 张海军; 徐腾飞
Original assignee: Wuyang Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Wuyang Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2015-07-23
Filing date: 2015-07-23
Publication date: 2017-05-17
Anticipated expiration: 2035-07-23
Also published as: CN105018838A

Abstract

本发明公开了一种TMCP型大厚度高强韧性钢板及其生产方法，其由下述重量百分含量的成分组成：C 0.06%～0.08%，Si 0.20%～0.40%，Mn 1.40%～1.50%，P≤0.015%，S≤0.005%，Nb 0.020%～0.030%，Alt 0.030%～0.050%，余量为Fe和不可避免的杂质，Pcm≤0.20%。本钢板成分简单，仅添加适量的微合金元素Nb，不加入V、Ti、Ni等贵重元素；生产成本低廉，增加了规模生产的可能性。本钢板是以贝氏体、铁素体、珠光体、马氏体为主的混合组织，具有良好的综合力学性能；具有更好的成分与强韧性的匹配，确保钢板具有优良的综合力学性能，特别是在‑40℃的低温下板厚1/2的冲击性能较好，可广泛应用于制造耐低温极寒气候下的建筑及工程用钢。本方法具有生产成本低、工艺简单、产品性能优良、产品综合力学性能稳定的特点。

Description

TMCP型大厚度高强韧性钢板及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种高强韧性钢板及其生产方法，尤其是一种TMCP型大厚度高强韧性钢板及其生产方法。

背景技术

随着国内中厚板装备水平的快速升级，在保证钢板力学性能的前提下，不断降低成本，优化工艺，提高生产效率，同时，TMCP轧制技术得到了更广泛的应用，大量的TMCP中厚板产品和生产工艺被开发和应用，来满足市场上对TMCP型大厚度低合金钢板的日益增大的需求，目前国内外许多钢厂已成功开发TMCP（或TMCP+回火）为主要交货状态的低合金高强钢产品，成功替代调质、正火等热处理工艺，大大降低了生产成本。

公开号为CN102330020A的中国专利公开了一种屈服强度为345～390MPa高韧性钢板的制造方法，其采用控轧空冷工艺+正火处理，并且在成分上添加了大量的Nb、V、Ti等微合金元素，生产的最大厚度规格到100mm。但是，该方法工艺复杂、成本高、且生产的规格不大。

公开号为CN101514424A的中国专利申请公开了一种TMCP型海洋结构用厚板及其制造方法，其以低C、高Mn为基础，通过加入微量Nb、Ti等微合金元素，结合TMCP轧制工艺控制，设计出最大厚度100mm的D40、E40级海洋用钢板。该厚板成分上加入了除Nb等多种微合金元素来提高奥氏体稳定性及低温性能；但是，设计的C含量在0.015～0.18wt%的范围，当C要求在0.05wt%以下时，在超低C钢的冶炼过程中，通常要在在初炼后精炼前增加VD残氧脱碳的步骤，这不仅增加冶炼成本还延长冶炼时间。

公开号为CN103882297A的中国专利申请公开了一种具有优异韧性390MPa级低温船用钢及其制造方法，其在成分上采用复杂的微合金元素Nb、Ti复合强化机制，成本较高；轧制控冷过程中，采用不同的冷速，即先采用冷速为大于30℃/S的超快速冷却，然后进入冷速为大于10℃/S的层流冷却，返红至580℃～640℃，这要求轧制过程中，不断调节轧机的参数，精准控制轧制温度与水量的匹配，对轧制工艺要求较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种低成本的TMCP型大厚度高强韧性钢板；本发明还提供了一种工艺简单的TMCP型大厚度高强韧性钢板的生产方法。

为解决上述技术问题，本发明由下述重量百分含量的成分组成：C 0.06%～0.08%，Si 0.20%～0.40%，Mn 1.40%～1.50%，P≤0.015%，S≤0.005%，Nb 0.020%～0.030%，Alt0.030%～0.050%，余量为Fe和不可避免的杂质，焊接裂纹敏感性指数Pcm≤0.20%。

本发明所述钢板的最大厚度为110mm。

本发明在低碳的基础上，单加适量微合金元素Nb，不受其它微合金元素影响，其它微合金元素不额外加入，少量存在则认为是残余。主要考虑是加入Nb元素是现代控制轧制工艺的需要，该元素可在钢中与C、N结合成碳化物、氮化物及碳氮化合物，这些化合物具有高温时溶解，低温时析出的特点，因此可以在钢坯加热时阻碍原奥氏体晶粒长大，在轧制过程中抑制再结晶及再结晶后的晶粒长大，在低温时起到析出强化作用。

本发明方法包括冶炼、连铸、加热、TMCP轧制和冷却过程；所述连铸过程所得连铸坯由下述重量百分含量的成分组成如上所述；

所述TMCP轧制过程：采用II阶段轧制；Ⅰ阶段轧制温度为1000℃～1150℃；II阶段的开轧温度为840℃～860℃，终轧温度为800℃～820℃。

本发明方法所述TMCP轧制过程：Ⅰ阶段中，单道次压下率≥20%，累计压下率为70%～80%，晾钢厚度为1.5T～2.5T，T为成品的毫米厚度（即II阶段轧制后的钢板厚度）；II阶段中，单道次压下率≥10%；两个阶段的轧制总道次控制在10～16道次。

本发明方法所述加热过程：加热温度为1220℃～1240℃，加热系数9～11min/cm，均热段在炉时间≥50min。

本发明方法所述冷却过程：采用ACC冷却，冷却速度为4℃/s～8℃/s，上下水比控制在1:1.1～1:1.80，钢板返红温度500℃～550℃。

本发明方法所述连铸过程：以10℃～25℃的过热度、0.8～1.0m/min连铸拉速制得连铸坯。所述连铸坯规格为300mm*2400mm。

本发明方法的原理为：（1）本发明利用Nb可以显著提高奥氏体再结晶温度，在此温度区间进行大的单道次变形，伴随Nb的碳氮化物的形变诱导析出，阻碍奥氏体回复和再结晶，从而有效细化奥氏体晶粒。在非再结晶区进行多道次累积变形，并在Ar3左右终轧后进行强冷，轧后弛豫析出和控冷等措施起到固溶强化、位错强化、沉淀强化、细化晶粒等作用，大大提高了材料的强度和韧性。

（2）进一步的，对于含铌的微合金钢，考虑到微合金元素Nb的固溶问题，使铌的析出相充分回溶，确定钢坯加热温度控制在1220℃～1240℃范围内，加热系数9～11min/cm。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：（1）本发明成分简单，仅添加适量的微合金元素Nb，不加入V、Ti、Ni等多种贵重元素；生产成本相对低廉，增加了规模生产的可能性。（2）本发明是以贝氏体、铁素体、珠光体、马氏体为主的混合组织，具有良好的综合力学性能。（3）具有更好的成分与强韧性的匹配，确保钢板具有优良的综合力学性能，特别是在-40℃的低温下板厚1/2的冲击性能较好，可广泛应用于制造耐低温极寒气候下的建筑及工程用钢。

本发明方法以低C为基础，单加微合金元素Nb，通过TMCP轧制工艺生产出最大厚度达110mm且保板厚1/2低温性能的高强韧的钢板；降低了钢板成分成本，简化了轧制工艺；所得钢板的力学性能不仅屈服强度≥400MPa，抗拉强度≥520MPa，屈强比≤0.85，延伸率≥20%，并且在-40℃冲击温度下钢板厚度1/4和1/2的冲击功多在150J以上。因此，本发明方法具有生产成本低、工艺简单、产品性能优良、产品综合力学性能稳定的特点。

本发明方法采用常规的冷却速度（4～8℃/S），在轧制控冷过程中对轧机参数的调节要求不高，更不需要利用轧机的极限能力来达到超快速冷却，工艺制度宽松，这在实际批量生产中更易操作及实现。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1 为本发明实施例1中50mm钢板板厚1/4（500X）的显微组织；

图2 为本发明实施例1中50mm钢板板厚1/2（500X）的显微组织；

图3 为本发明实施例3中70mm钢板板厚1/4（500X）的显微组织；

图4 为本发明实施例3中70mm钢板板厚1/2（500X）的显微组织；

图5 为本发明实施例4中80mm钢板板厚1/4（500X）的显微组织；

图6 为本发明实施例4中80mm钢板板厚1/2（500X）的显微组织；

图7 为本发明实施例6中110mm钢板板厚1/4（500X）的显微组织；

图8 为本发明实施例6中110mm钢板板厚1/2（500X）的显微组织。

具体实施方式

本TMCP型大厚度高强韧性钢板采用下述成分配比和生产方法：化学成分配比见表1，余量为Fe和不可避免的杂质。

表1：各实施例的化学成分（wt%）

本TMCP型大厚度高强韧性钢板的生产方法包括：冶炼、连铸、加热、TMCP轧制和冷却过程；所述冶炼过程中，精炼全程吹氩，真空前加入Fe-Ca线250m以上。各实施例具体的生产工艺如下所述。

实施例1：将经过冶炼后的钢水，以10℃的过热度、0.9m/min连铸拉速制得规格为300mm*2400mm的连铸坯；冷却后的连铸坯进行加热，加热温度为1230℃，加热系数10min/cm，均热段加热时间（在炉时间）56min。采用II阶段轧制，Ⅰ阶段（完全再结晶区）轧制温度为1000℃～1050℃，单道次压下率≥20%，累计压下率80%，中间待温厚度（晾钢厚度）120mm；II阶段（非再结晶区）开轧温度845℃～855℃，终轧温度800℃～820℃，单道次压下率≥10%，轧制总道次控制在16道次。轧后采用ACC冷却，冷却速度为6℃/s，上下水比控制在1:1.50，钢板返红温度520℃～540℃；冷却后即可得到厚度规格为50mm的TMCP型高强韧性钢板。

实施例2：将经过冶炼后的钢水，以18℃的过热度、0.9m/min连铸拉速制得规格为300mm*2400mm的连铸坯；冷却后的连铸坯进行加热，加热温度为1240℃，加热系数10min/cm，均热段加热时间（在炉时间）50min。采用II阶段轧制，Ⅰ阶段轧制温度为1050℃～1100℃，单道次压下率≥20%，累计压下率74%，中间待温厚度150mm；II阶段（非再结晶区）开轧温度845℃～855℃，终轧温度800℃～810℃，单道次压下率≥10%，轧制总道次控制在13道次。轧后采用ACC冷却，冷却速度为5℃/s，上下水比控制在1:1.10，钢板返红温度520℃～540℃；冷却后即可得到厚度规格为60mm的TMCP型高强韧性钢板。

实施例3：将经过冶炼后的钢水，以20℃的过热度、0.8m/min连铸拉速制得规格为300mm*2400mm的连铸坯；冷却后的连铸坯进行加热，加热温度为1235℃，加热系数10min/cm，均热段加热时间（在炉时间）70min。采用II阶段轧制，Ⅰ阶段（完全再结晶区）轧制温度为1040℃～1080℃，单道次压下率≥20%，累计压下率77%，中间待温厚度（晾钢厚度）130mm；II阶段（非再结晶区）开轧温度850℃～860℃，终轧温度800℃～820℃，单道次压下率≥12%，轧制总道次控制在14道次。轧后采用ACC冷却，冷却速度为7℃/s，上下水比控制在1:1.50，钢板返红温度520℃～550℃；冷却后即可得到厚度规格为70mm的TMCP型高强韧性钢板。

实施例4：将经过冶炼后的钢水，以15℃的过热度、0.9m/min连铸拉速制得规格为300mm*2400mm的连铸坯；冷却后的连铸坯进行加热，加热温度为1235℃，加热系数11min/cm，均热段加热时间（在炉时间）70min。采用II阶段轧制，Ⅰ阶段轧制温度为1040℃～1080℃，单道次压下率≥20%，累计压下率75%，中间待温厚度140mm；II阶段（非再结晶区）开轧温度850℃～860℃，终轧温度800℃～820℃，单道次压下率≥15%，轧制总道次控制在14道次。轧后采用ACC冷却，冷却速度为7℃/s，上下水比控制在1:1.60，钢板返红温度510℃～540℃；冷却后即可得到厚度规格为80mm的TMCP型高强韧性钢板。

实施例5：将经过冶炼后的钢水，以17℃的过热度、1.0m/min连铸拉速制得规格为300mm*2400mm的连铸坯；冷却后的连铸坯进行加热，加热温度为1220℃，加热系数10min/cm，均热段加热时间（在炉时间）90min。采用II阶段轧制，Ⅰ阶段轧制温度为1070℃～1120℃，单道次压下率≥22%，累计压下率73%，中间待温厚度200mm；II阶段（非再结晶区）开轧温度840℃～850℃，终轧温度810℃～820℃，单道次压下率≥12%，轧制总道次控制在12道次。轧后采用ACC冷却，冷却速度为4℃/s，上下水比控制在1:1.30，钢板返红温度510℃～530℃；冷却后即可得到厚度规格为100mm的TMCP型高强韧性钢板。

实施例6：将经过冶炼后的钢水，以25℃的过热度、0.9m/min连铸拉速制得规格为300mm*2400mm的连铸坯；冷却后的连铸坯进行加热，加热温度为1238℃，加热系数9min/cm，均热段加热时间（在炉时间）85min。采用II阶段轧制，Ⅰ阶段轧制温度为1100℃～1150℃，单道次压下率≥20%，累计压下率70%，中间待温厚度165mm；II阶段（非再结晶区）开轧温度850℃～860℃，终轧温度800℃～810℃，单道次压下率≥10%，轧制总道次控制在10道次。轧后采用ACC冷却，冷却速度为8℃/s，上下水比控制在1:1.80，钢板返红温度500℃～540℃；冷却后即可得到厚度规格为110mm的TMCP型高强韧性钢板。

上述各实施例所得钢板进行力学性能检验，得到的力学性能见表2。

表2：各实施例钢板的力学性能

由表2的力学性能检验结果可以看出，通过本方法生产出的钢板性能优良；所得钢板的力学性能不仅屈服强度≥400MPa，抗拉强度≥520MPa，屈强比≤0.85，延伸率≥20%，并且在-40℃冲击温度下钢板厚度1/4和1/2的冲击功多在150J以上。

实施例1、3、4和6所得钢板的板厚1/4和1/2（500X）的显微组织见图1～图8。如图1～图8所示，采用TMCP工艺，再结晶区轧制时道次变形能够渗透到整个厚度方向，奥氏体晶粒被充分破碎，晶粒得到充分的压扁，有利于晶粒细化；各轧制工艺下的钢板均无明显的带状组织，都是以贝氏体（粒状贝氏体或板条贝氏体）、铁素体、珠光体、马氏体为主的混合组织，不同的是每组照片中各相组织所占的比例不同；钢板在拥有较高强度的同时，还具有较好的塑形和韧性，综合机械性能较好。

本发明并不局限于上述实施例，按照本发明提供的成分要求和生产工艺要求，均可实施。

Claims

1.一种TMCP型大厚度高强韧性钢板的生产方法，其特征在于：其包括冶炼、连铸、加热、TMCP轧制和冷却过程；所述连铸过程所得连铸坯由下述重量百分含量的成分组成：C 0.06%～0.08%，Si 0.20%～0.40%，Mn 1.40%～1.50%，P≤0.015%，S≤0.005%，Nb 0.020%～0.030%，Alt 0.030%～0.050%，余量为Fe和不可避免的杂质，Pcm≤0.20%，所述钢板的最大厚度为110mm；

所述TMCP轧制过程：采用II阶段轧制；Ⅰ阶段轧制温度为1000℃～1150℃，单道次压下率≥20%，累计压下率为70%～80%，晾钢厚度为1.5T～2.5T，T为成品的毫米厚度；II阶段的开轧温度为840℃～860℃，终轧温度为800℃～820℃，单道次压下率≥10%；两个阶段的轧制总道次控制在10～16道次；

所述连铸过程：以10℃～25℃的过热度、0.8～1.0m/min的连铸拉速制得连铸坯；

所述加热过程：加热温度为1220℃～1240℃，加热系数9～11min/cm，均热段在炉时间≥50min；

所述冷却过程：采用ACC冷却，冷却速度为4℃/s～8℃/s，上下水比控制在1:1.1～1:1.8，钢板返红温度500℃～550℃。

2.根据权利要求1所述的TMCP型大厚度高强韧性钢板的生产方法，其特征在于：所述连铸坯规格为300mm*2400mm。