CN105525213A - 一种高强韧性高温热轧钢板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高强韧性高温热轧钢板及其制备方法，化学成分按重量百分比包括：C？0.04-0.15％，Si？0.05-0.35％，Mn？0.5-2.5％，Ti？0.005-0.025％，Cr≤1.0％，Mo≤0.5％，Ni≤1.0％，Cu≤0.5％，B≤0.003％，P≤0.02％，S≤0.01％，N≤0.007％，O？0.001-0.006％，Al、Zr、Mg、Ca、稀土等元素的总含量≤0.03％，余量的Fe及不可避免的杂质元素。所述钢板的制备步骤包括按上述成分冶炼浇铸，钢坯加热温度1150-1260℃，采用奥氏体高温连续轧制，轧后钢板进行浇水加速冷却，冷却速度≥5℃/s，终冷温度550-650℃，随后空冷至室温。所述钢板的显微组织为细化的针状铁素体型组织，具有良好的强韧性能。本发明钢板的制备方法工艺灵活，操作简单，节约成本，提高了生产效率。

Description

一种高强韧性高温热轧钢板及其制备方法

技术领域

本发明涉及钢铁产品技术领域，特别涉及一种高强韧性高温热轧钢板及其制备方法。

背景技术

控制轧制和控制冷却技术是提高热轧钢材综合力学性能的重要手段。传统的控制轧制工艺包括奥氏体再结晶区和未再结晶区两阶段轧制。首先通过再结晶区轧制变形使得加热过程中粗化的奥氏体晶粒反复再结晶而尺寸细化，然后待温进入奥氏体未再结晶区，经过足够的变形累积，奥氏体有效晶粒尺寸显著细化并保持了加工硬化状态。因此在随后的控制冷却过程中能够获得细化的相变组织，提高钢材性能。为了实现充分的未再结晶区轧制变形，一般需要进行Nb微合金化以提高奥氏体未再结晶温度，并且需要在钢板某一中间厚度进行待温，在相对较低的温度下完成大压下量轧制变形。采用这种工艺的缺陷是降低了生产效率并加重了轧机负荷及相关部件的损耗，并且提高了钢板的合金成本。因此，不采用传统控制轧制而采用高温奥氏体轧制但同时又能获得细化的相变组织是钢铁技术领域的重要研究方向之一。

公开号为CN103343209A的发明专利公开了一种改善Q235钢板性能的控轧控冷工艺，其特点是避免了钢板中间待温环节，而直接采用高温轧制，开轧温度1000-1100℃，终轧温度控制在900-950℃，轧后立即进行超快冷却，冷却速度＞100℃/s。公开号为CN101597673A的发明专利公开了一种低合金高强度厚钢板的减量化制造方法，其特点为采用高温奥氏体再结晶区轧制，终轧温度950-1050℃，完成轧制后轧件快速进入ACC水冷以3-10℃/s冷却到650-750℃，实现晶粒细化。公开号为CN104232868A的发明专利公开了一种采用超快速冷却控制奥氏体组织的优化控制轧制方法，其特点为完全在钢坯奥氏体再结晶区进行轧制，同时精确控制轧制温度和道次压下率，轧后立即进行超快速冷却，冷却速度为50-80℃/s。

公开号为CN1092470A的发明专利公开一种钛处理钢板高温再结晶轧制加速冷却代替中低温控轧工艺，其特点是采用0.005-0.025％的Ti处理在钢中形成TiN、Ti(CN)沉淀相来细化晶粒，采用高温再结晶轧制和加速冷却，终轧温度要求控制在900-1000℃。公开号为CN102828115A的发明专利公开了一种Q345B中厚钢板及其生产方法，其特点是采用钒氮微合金化和高温轧制工艺，利用高温轧制过程中析出的VN粒子诱导形成晶内铁素体，细化了晶粒尺寸。其要求钢中N含量为0.008-0.018％，终轧温度1070-1100℃，冷速为18-22℃/s，终冷温度在650-750℃。公开号为CN104561792A的发明专利公开了一种V-N合金化高强钢板及制造方法，其特点是采用V-N合金化和高温轧制工艺，提高了生产效率。其要求钢中Ti含量0.002-0.008％，N含量0.008-0.012％，终轧温度900-950℃，冷却速度15-45℃/s，终冷温度370-550℃。公开号为CN103966410A的发明专利公开了一种高温轧制生产Q420级别厚板的方法，其特点是取消Nb、Ti的加入，采用低成本的VN微合金化成分设计，采用高温轧制方式取消中间坯待温过程，粗轧和精轧温度均在1000℃以上，轧后冷却采用堆垛缓冷，所得到的组织为多边形铁素体加珠光体组织。

公开号为CN102409230A的发明专利公开了一种大线能量焊接热影响区韧性优良的钢板及其制造方法，其特点在于冶炼过程采用Ti-Mg复合脱氧，轧制工艺采用再结晶区和未再结晶区两阶段控制轧制,含钛的氧化物促进了焊接热影响区组织细化。公开号为CN102242309A的发明专利公开了一种大热输入焊接用含硼石油储罐钢板的生产方法，其特点在于在冶炼过程添加Ti和B对钢中的夹杂物类型、尺寸及数量进行控制，并采用控轧控冷及调质热处理工艺生产，这种夹杂物促进了焊接热影响区中晶内针状铁素体形成。公开号为CN102330020A的发明专利公开了一种屈服强度为345-390MPa高韧性钢板的制造方法，其特点在于采用硅锰预脱氧，采用Ti铁合金终脱氧，钢中形成以氧化钛为核心的夹杂物，促使晶内针状铁素体形核，提高钢板韧性及焊接性能，钢板中添加Nb元素并采用奥氏体两阶段控制轧制以及正火加快冷工艺。

从现有的公开技术来看，采用高温奥氏体轧制并获得细晶组织的工艺途径主要有两种。一种工艺途径是再结晶区轧制和超快速冷却相结合，将高温变形之后的奥氏体立即以大冷速冷却到相变区间，奥氏体晶粒来不及粗化，所以能够得到细化的相变组织。但是这种工艺仍然需要对奥氏体终轧温度进行控制，并且要求具有较高的快速冷却能力，所以对生产设备的技术要求较高。另一种工艺途径是通过特殊的成分设计使钢中存在均匀分布的微细第二相质点并能够促进晶内铁素体的相变形核，所以即使在较粗大的奥氏体晶粒尺寸下也可以得到细化的相变组织。这种工艺通常采用钒氮微合金化，通过轧制和冷却过程V(CN)的析出来促进晶内铁素体形成，所以需要加入较高的V和N元素。另外，采用Ti或与其他元素复合脱氧形成的微细夹杂物均匀分布在钢中也具有促进晶内铁素体形成的能力，但是现有的技术通常利用这种夹杂物来改善焊接热影响区的组织，而无法直接细化热轧钢板的基体组织，仍然需要采用传统控轧控冷和热处理工艺提高钢板的性能。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的问题，提供一种高强韧性高温热轧钢板及其制备方法。

本发明采取如下技术方案：

1.一种高强韧性高温热轧钢板，其特征在于，所述钢板化学成分按重量百分比包括：C0.04-0.15％，Si0.05-0.35％，Mn0.5-2.5％，Ti0.005-0.025％，Cr≤1.0％，Mo≤0.5％，Ni≤1.0％，Cu≤0.5％，B≤0.003％，P≤0.02％，S≤0.01％，N≤0.007％，O0.001-0.006％，Al、Zr、Mg、Ca、稀土元素的总含量≤0.03％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。

2.一种如权利要求1所述高强韧性高温热轧钢板的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)在冶炼浇铸工序中，按上述成分要求调整钢液中各元素含量，并浇铸成连铸坯或铸锭，其中在钢液脱氧环节，采用Ti进行脱氧；

(2)在轧前加热工序中，将按上述成分要求冶炼的钢坯或钢锭加热至1150-1260℃，保温30-240分钟；

(3)在热轧工序中，在钢的奥氏体动态再结晶区或完全静态再结晶区进行一阶段高温连续轧制至成品厚度；

(4)在轧后冷却工序中，对钢板进行浇水加速冷却，水冷的冷却速度要求≥5℃/s，终冷温度为550-650℃，随后钢板空冷至室温。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，钢液脱氧环节在采用Ti进行脱氧之前还采用硅锰进行预脱氧。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(1)中还采用Al、Zr、Mg、Ca、稀土中的一种或多种元素与Ti配合进行复合脱氧。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，热轧开轧温度最高为坯料的加热温度，开轧温度最低需满足保证终轧温度处于奥氏体完全再结晶区，该条件下热轧终轧温度≥1000℃。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(4)中，钢板终轧之后立即开始水冷或先进行待温后再进行水冷，待温的最低温度为750-850℃。

本发明中采用脱氧过程中形成的富含氧化钛的微细夹杂物，均匀分散在钢板基体中并在轧后冷却过程中促进晶内铁素体相变形核，从而细化钢板的显微组织。本发明钢板的组织类型为细化的针状铁素体型组织，其中针状铁素体的体积分数≥50％，其余主要组织为贝氏体和多边形铁素体，次要组织为珠光体和马奥(M/A)组元，显微组织的平均晶粒尺寸＜10μm。因为针状铁素体是一种类似于贝氏体相变的切变型转变组织，内部具有一定密度的位错亚结构，因此具有较高的强度。同时，由于晶粒尺寸细小，并且针状铁素体板条呈交错排列，显著阻碍冲击裂纹扩展，因此具有优良的冲击韧性。

本发明中的钢板制备方法克服了传统控制轧制的缺陷，解决了现有的高温热轧钢板工艺存在的问题与不足。本发明将常规条件下对钢板性能有害的脱氧夹杂物有益化，利用微细氧化钛粒子来细化高温热轧钢板的组织。采用高温连续轧制，加快了生产节奏，降低轧机负荷，节约了Nb合金化成本。冷却工艺要求灵活，能适应不同的生产条件。因此，本发明所述钢板的制备方法工艺灵活，操作简单，节约成本，提高了生产效率，并获得细化组织和高强韧性能。

附图说明

图1为实施例1的显微组织金相照片。

具体实施方式

本发明的一种高强韧性高温热轧钢板的化学成分按重量百分比包括：C0.04-0.15％，Si0.05-0.35％，Mn0.5-2.5％，Ti0.005-0.025％，Cr≤1.0％，Mo≤0.5％，Ni≤1.0％，Cu≤0.5％，B≤0.003％，P≤0.02％，S≤0.01％，N≤0.007％，O0.001-0.006％，Al、Zr、Mg、Ca、稀土元素的总含量≤0.03％，余量的Fe及不可避免的杂质元素。

本发明钢板成分中的C、Si、Mn元素含量和常规低碳低合金高强度钢相同，不需要进行特殊调整，因此含量范围分别为C0.04-0.15％，Si0.05-0.35％，Mn0.5-2.5％。由于采用Ti进行终脱氧，并且需要富含氧化钛的微细夹杂物在轧后冷却过程中促进晶内铁素体形成，所以要求钢中具有一定的夹杂物数量，即要求具有一定的钛和氧含量，但又不能过多而损害钢板韧性，因此含量范围分别为Ti0.005-0.025％，O0.001-0.006％。在Ti脱氧之前可以先采用硅锰预脱氧来降低钢液氧含量并节省Ti的使用量。同时也可以采用Al、Zr、Mg、Ca、稀土元素与Ti配合进行复合脱氧，形成富含氧化钛和其他氧化物的复相夹杂物，起到促进晶内铁素体形核的作用，但为了保证足够的氧化钛含量，要求Al、Zr、Mg、Ca、稀土元素的总含量≤0.03％。在本发明中，采用这种简单的C-Si-Mn-Ti的成分就可以实现高温轧制和组织细化的目的。

为了进一步细化钢板的晶粒尺寸，提高晶内针状铁素体的体积分数，从而进一步提高钢板的强度，可以采用添加提高钢板淬透性的合金元素，如Cr、Mo、Ni、Cu、B元素，但为了避免强度的提高造成韧性的显著降低或带来合金成本的明显增加，因此要求含量范围分别为Cr≤1.0％，Mo≤0.5％，Ni≤1.0％，Cu≤0.5％，B≤0.003％。

Nb元素是一般传统控轧钢中不可缺少的元素，以达到未再结晶区轧制的目的，但本发明钢板采用奥氏体高温再结晶区轧制，不需要获得细化的奥氏体晶粒尺寸，甚至粗大的奥氏体晶粒反而更有利于实现本发明钢中组织细化的目的，因此本发明钢中不需添加贵重的Nb元素。

P、S、N元素在本发明钢中均作为杂质元素存在，要求含量范围分别为P≤0.02％，S≤0.01％，N≤0.007％，但是与氧化钛复合析出的MnS和TiN在一定条件下对晶内铁素体形成也具有有利的作用。

本发明中的高温轧制与一般现有技术中的高温再结晶轧制有明显不同，一般技术中要求终轧温度靠近奥氏体再结晶下限温度，即在奥氏体再结晶区的低温区进行轧制以获得细化的奥氏体晶粒尺寸。而本发明中不需要得到细化的奥氏体再结晶晶粒，无需控制终轧温度在较低的范围，因此为了加快轧制节奏，可尽量提高终轧温度，在钢坯加热出炉之后，可直接进入轧机连续轧制至成品厚度而不需要任何待温环节。当然，也可以根据生产节奏需要而进行轧前或中间待温，但终轧温度需满足保证奥氏体发生完全再结晶。

本发明中钢板轧后不需要抑制奥氏体长大，所以不需轧后立即进行水冷，而允许有一定的空冷待温时间，但为了避免产生粗大晶界铁素体，最低待温温度根据奥氏体稳定性不同为750-850℃。所以，水冷的开始温度存在很宽的选择区间，可以从终轧之后至750℃的任意时间开始水冷，这非常有利于根据现场条件灵活安排生产。但为了加快生产节奏可以轧后立即进行水冷。

在具体实施例中，按照本发明所述成分和脱氧方法，采用真空感应炉冶炼6炉钢，浇铸成50kg钢锭，各实施例钢的化学成分如表1所示。各实施例的轧制冷却工艺、钢板厚度和强韧性能分别见表2和表3。本发明钢的典型组织为针状铁素体组织，图1为实施例1的金相组织照片。

表1本发明各实施例钢板的化学成分(重量百分比)

实施例	1	2	3	4	5	6
							C	0.04	0.08	0.07	0.15	0.05	0.15
Si	0.05	0.09	0.16	0.2	0.35	0.09
							Mn	2.5	1.6	0.64	0.5	1.16	1.0
Ti	0.016	0.013	0.025	0.005	0.02	0.015
							Cr	0.02	0.1	1.0	0.27	0.43	0.02
Mo	0.01	0.02	0.01	0.017	0.1	0.54 -->
							Ni	0.03	0.05	0.02	1.0	0.5	0.1
Cu	0.06	0.1	0.02	0.5	0.01	0.04
							B	0.0005	0.003	0.0001	0.0003	0.0002	0.001
Al	0.01	0.006	0.006	0.004	0.009	0.005
							Zr	0.0005	0.008	0.001	0.0005	0.0003	0.004
Mg	0.0003	0.0004	0.0034	0.0003	0.0004	0.002
							Ca	0.0004	0.0005	0.0004	0.0042	0.0003	0.0005
RE	0.0002	0.0001	0.0002	0.0001	0.01	0.001
							P	0.01	0.012	0.01	0.011	0.02	0.008
S	0.005	0.01	0.005	0.008	0.005	0.006
							N	0.005	0.004	0.007	0.0035	0.005	0.002
O	0.004	0.003	0.005	0.001	0.006	0.004

表2本发明各实施例钢板的轧制冷却工艺

表3本发明各实施例钢板的力学性能

Claims (6)

1.一种高强韧性高温热轧钢板，其特征在于，所述钢板化学成分按重量百分比包括：C0.04-0.15％，Si0.05-0.35％，Mn0.5-2.5％，Ti0.005-0.025％，Cr≤1.0％，Mo≤0.5％，Ni≤1.0％，Cu≤0.5％，B≤0.003％，P≤0.02％，S≤0.01％，N≤0.007％，O0.001-0.006％，Al、Zr、Mg、Ca、稀土元素的总含量≤0.03％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。

2.一种如权利要求1所述高强韧性高温热轧钢板的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)在冶炼浇铸工序中，按上述成分要求调整钢液中各元素含量，并浇铸成连铸坯或铸锭，其中在钢液脱氧环节，采用Ti进行脱氧；

(2)在轧前加热工序中，将按上述成分要求冶炼的钢坯或钢锭加热至1150-1260℃，保温30-240分钟；

(3)在热轧工序中，在钢的奥氏体动态再结晶区或完全静态再结晶区进行一阶段高温连续轧制至成品厚度；

(4)在轧后冷却工序中，对钢板进行浇水加速冷却，水冷的冷却速度要求≥5℃/s，终冷温度为550-650℃，随后钢板空冷至室温。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，钢液脱氧环节在采用Ti进行脱氧之前还采用硅锰进行预脱氧。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(1)中还采用Al、Zr、Mg、Ca、稀土中的一种或多种元素与Ti配合进行复合脱氧。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，热轧开轧温度最高为坯料的加热温度，开轧温度最低需满足保证终轧温度处于奥氏体完全再结晶区，该条件下热轧终轧温度≥1000℃。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(4)中，钢板终轧之后立即开始水冷或先进行待温后再进行水冷，待温的最低温度为750-850℃。