CN108315662A - 一种屈服强度900MPa级热轧钢板及其生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种屈服强度900MPa级热轧钢板（卷）及其生产工艺，控制好钢的C、Si、Mn、P、S、Cr、Mo、V、Ti、Nb及Al的质量百分含量和CEV。经预处理的高炉脱硫铁水入转炉冶炼，冶炼合格钢水经LF+RH+钙处理后连铸成钢坯，钢坯在加热炉中加热到1150～1300℃后轧成钢板，终轧温度为830～890℃，钢坯经终轧后的钢板以冷却速度100～300℃/S进行超快速冷却，以10～25℃/s层流冷却的方法将钢板冷却到560～660℃。终冷钢板以560～660℃卷成钢卷。经如上生产工艺获得的钢卷（板）横向和纵向抗拉强度≥900MPa，横纵向伸长率≥15%,横纵向夏比冲击功AKv(‑40℃)≥27J。钢板广泛用于轻量化自卸车车厢及结构件，具有良好的焊接性能和折弯性能。

Description

一种屈服强度900MPa级热轧钢板及其生产工艺

技术领域

本发明涉及一种热轧高强钢板及它的生产工艺，尤其涉及一种应用于商用车（如自卸车车厢等）用的屈服强度为900MPa级热轧钢板（卷）及其生产工艺。

背景技术

高强度钢板应用于工程机械和商用车的轻量化，特别是随着国标GB1589-2016的正式发布和实施，商用车的轻量化方面对材料提出了更高的减重需求。屈服强度900MPa级及以上的高强度钢板已广泛应用于商用车的结构件。国标GB/T33963-2017中只对车厢板规定到了700Mpa级别的强度，强度往上为调质态的耐磨钢。国标GB/T16270-2009中规定了屈服强度890MPa级调质态高强钢的力学性能和碳当量标准。其屈服强度≥890MPa、抗拉强度940~1100MPa及延伸率≥11%，满足-40℃纵向冲击功＞34J，钢的碳当量CEV满足小于等于0.72%的要求。

高强度钢板的制造技术主要是控轧控冷（TMCP）和调质（Q+T）。TMCP（Thermo-Mechanical Control Process）通过控制钢板的两阶段轧制温度、压下量和冷却工艺，形成特定的微观组织，以获得良好的机械性能。目前TMCP工艺生产高强钢主要是700Mpa及其以下，700Mpa以上的高强钢大部分是通过调质工艺进行生产，调质工艺是钢板在加热奥氏体均匀化后进入轧制工艺，轧制到指定厚度后空冷。空冷到室温后的钢板进入加热炉，在指定温度奥氏体化后淬火水冷到室温，淬火后的钢板再进入回火炉重新加热到指定温度，保温一定时间后出炉空冷。调质工艺生产高强度钢板是通过奥氏体化后的淬火过程细化，最终为马氏体组织，再经过回火工艺使碳从过饱和铁素体中排出，同时形成细小的碳化物，改善钢板的内应力和低温冲击韧性。调质工艺虽然能获得高的强度和优异的力学性能，但其生产流程长，能源消耗大，工艺复杂。

由于重载卡车、工程机械等产业的发展，对车辆的载重和机械强度的要求不断提高，同时也要求减轻自重，因此要求采用成本更低、强度级别更高、低温冲击韧性好的超高强度钢板。

发明内容

本发明的目的在于提供一种屈服强度（Rel）900MPa级和有优良焊接性能、延伸率及较高抗拉强度（Rm）的热轧钢板（卷）及其生产工艺。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：所述的一种屈服强度900MPa级热轧钢板（卷），它的化学成分设计为（以wt%计）C=0.08～0.15、Si=0.10～0.40、Mn=1.30～2.0、P≤0.015、S≤0.005、Mo=0.20～0.50、V=0.10～0.20、Ti=0.10～0.20、Nb=0.015～0.050、Al=0.02～0.07，余量为Fe及其它不可避免的杂质，钢的碳当量CEV≤0.55%。

所述的一种屈服强度900MPa级热轧钢板（卷）的生产工艺包括如下程序：把经脱硫预处理的高炉铁水倒入氧气顶底复合吹炼转炉进行冶炼，将合格的冶炼钢水经吹氩、真空及钙处理后由连铸机连铸成钢坯。将连铸成的钢坯送入均热炉或加热炉中加热，当钢坯加热至1150～1300℃后保温时间≥15min。

把加热后的钢坯进行轧制：对加热的钢坯进行粗轧，粗轧5～7道次，粗轧机的单道次压下率≥15%，钢坯在粗轧机上的总压下率为70～85%。钢坯经粗轧后成为中间坯。粗轧后的中间坯入精连轧机组精轧，中间坯精轧入口温度控制在1000～1100℃之间，精连轧机组的单机架压下率≥10%，中间坯的总压下率为75～97%。中间坯在精连轧机组的终轧温度控制在820～900℃，中间坯经精连轧机组精轧后的钢板厚度为1.2～10.0mm，精轧后的钢板以冷却速度100～300℃/S进行超快速冷却，以10～25℃/s层流冷却的方法将钢板冷却到560～660℃。钢板在560～660℃条件下卷取成钢卷。

将下线钢卷进行堆冷或者缓慢冷却到室温。

采用如上技术方案提供的一种屈服强度900MPa级热轧钢板（卷）及其生产工艺与现有技术相比，技术效果在于：①本发明提供的一种屈服强度900MPa级热轧钢板（卷）不仅具有较高的延伸率和抗拉强度，还具有优良的折弯加工性能和焊接性能；②本发明设计的整体思路是采用低C加V-Ti-Mo的成分体系，以及控轧控冷的工艺体系，通过合金元素配比之间的优化，充分利用工艺对钢板强韧性的提高作用，生产具有较低碳当量（CEV≤0.55%）的高强韧钢板；获得了在晶粒尺寸小于5μm的超细晶铁素体基体上弥散发布着粒径约5nm左右的微合金析出相的微观组织，使得钢板屈服强度在热连轧条件下就能达到900Mpa级以上，横纵向伸长率≥15%,横纵向夏比冲击功AKv(-40℃)≥27J，从而可以取消轧后调质热处理。优点在于简化钢板生产流程、降低能耗、减少钢板内应力；③除具有良好的焊接性能外，还具有比调质钢板更加优异的折弯性能、延伸率。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式作进一步的详细描述。

本发明所述的一种屈服强度900MPa级热轧钢板（卷）的化学成分配比（wt%）为C=0.08～0.15、Si=0.10～0.40、Mn=1.30～2.0、P≤0.015、S≤0.005、Mo=0.20～0.50、V=0.10～0.20、Ti=0.10～0.20、Nb=0.015～0.050、Al=0.02～0.07，余量为Fe及其它不可避免的杂质；碳当量（CEV）≤0.55%。其中碳当量CEV的计算公式为CEV（%）=C+Mn/6+(Mo+Cr+V)/5+(Ni+Cu)/15。

本发明中化学元素的添加原理如下。

C：C含量不同对钢板在冷却过程的相变有着重要的影响：C含量较高的钢种，在同样的冷却条件下，冷却过程中容易形成贝氏体或马氏体等强度较高的组织；但C含量太高，则会形成较脆的组织，降低钢板的低温冲击韧性，另一方面，C含量太低，容易形成铁素体等强度较低的组织。适量的C与Ti、Nb、Mo形成稳定的MC纳米级析出物，可产生强烈的沉淀强化作用和细晶强化的作用，大幅度提高钢板强度；为达到屈服强度900Mpa以上及综合其他力学性能和加工性能等方面的考虑，本发明将C含量控制在0.08～0.15wt%范围内。

Si:Si元素固溶在钢中，提高钢板的强度。Si含量过高，会抑制渗碳体的形成，同时较高的Si含量会恶化钢板的焊接性能。因此，本发明中的Si含量控制为0.10～0.40wt%。

Mn:Mn是弱碳化物形成元素，通常固溶在钢中，起到固溶强化的效果。采用控轧控冷方式生产的高强度钢板，Mn元素通过跨越扩散界面耗散自由能，抑制片状相端面的扩散控制长大，形成细化的片层状贝氏体板条，从而提高钢板的强度和韧性等综合性能。Mn含量过高会导致板坯开裂倾向加大，容易在板坯生产过程中形成纵裂等缺陷，而Mn含量较低则对强度的贡献较小，因此须添加C元素或者其它贵重合金元素如Mo元素等以保证钢板的强度。添加C元素会恶化钢板的焊接性能，添加其它贵重元素会提高钢板成本。因此，本发明中加入1.30～2.0wt%Mn元素，使钢板具有良好的强韧性。

Mo:Mo元素在奥氏体化时固溶在钢中，在热轧过程中具有一定的延迟奥氏体再结晶作用，提高形变奥氏体中的缺陷密度，在冷却过程中可通过抑制扩散界面运动实现细化最终组织。Mo元素对扩散界面拖曳作用耗散的自由能约是Mn元素的3倍，在卷取过程中有助于与V、Ti共同析出，形成纳米级（V，Ti，Mo）C复合析出相，产生显著的沉淀强化作用。当Mo含量低于0.20 wt%时，上述作用较小，超过0.45wt%时，作用效果达到饱和，同时Mo元素是贵重合金元素，为保证钢板性能和成本，本发明中加入0.20～0.45wt%的Mo。

V：V是铁素体化元素，强烈缩小奥氏体区。高温溶入奥氏体中的V元素能够增加钢的淬透性。钢中V元素的碳化物V4C3比较稳定，可以抑制晶界移动和晶粒长大。V元素和Cu元素在钢中都是起沉淀强化作用，但是相对Cu元素来说，只需加入极少量的V元素，即可达到同等的沉淀强化效果。此外，Cu元素在钢中容易引起晶界裂纹；因而必须加入至少达到其一半含量的Ni元素，才能避免裂纹，而Ni元素同样是十分昂贵的合金元素，因此，以V元素代替Cu元素可以大幅度降低钢的制造成本。当V含量低于0.10wt%时，产生的沉淀强化增量不足以使钢板的屈服强度达到900Mpa，当V含量超过0.20wt%时，作用效果达到饱和，并且成本较高。因此，本发明中加入0.10～0.20wt%的V元素以保证有较高的屈服强度。

Ti：Ti与N在高温时形成TiN，板坯加热奥氏体化时，TiN会抑制奥氏体晶粒长大。热轧过程中，Ti与C在较低温度区间形成纳米级的TiC，细小的TiC颗粒具有显著的沉淀强化和细晶强化作用，有利于提高钢板的强度和低温冲击性能，同时在卷取过程中Ti与V、Mo共同析出，形成纳米级的（V，Ti，Mo）C复合析出相。但当Ti含量过高，一方面则会形成粗大的方形TiN析出，钢板在受力时应力会集中在TiN颗粒附近，成为微裂纹的形核长大源，降低钢板的疲劳性能。另一方面由于TiC固溶度积较小而导致（连铸）钢坯加热过程中Ti难以固溶，起不到相应的作用。综合以上，本发明中的Ti含量控制在0.10～0.20wt%范围内。

Nb：钢板在轧制过程中会形成大量的位错等缺陷。奥氏体在缺陷能的作用下发生再结晶，再结晶过程包括奥氏体新晶粒的形核和长大，Nb元素通过抑制奥氏体界面运动而提高钢板的再结晶温度。加入一定量的Nb可实现两阶段轧制，非再结晶区较低温度轧制以提高奥氏体内部位错密度，在随后的冷却过程中形成细化的组织。Nb是实现未再结晶轧制、获得最终细晶组织的最有效的元素。Nb含量较高会在回火过程中形成较粗大的NbC析出，从而降低钢板的低温冲击功。因此，本发明中加入0.015～0.050wt%Nb以控制钢板微观组织和力学性能。

Al：Al元素在高温时形成细小的AlN析出，在板坯加热奥氏体化时抑制奥氏体晶粒长大，达到奥氏体细化晶粒、提高钢在低温下的韧性的目的。Al含量过高会导致较大的Al的氧化物形成，降低钢板的低温冲击性能和探伤性能。因此，本发明中加入0.02～0.07wt%的Al，细化晶粒，以提高钢板的韧性并保证其焊接性能。

P、S、O、N：钢中的有害杂质元素，会显著降低钢的塑韧性和焊接性能，因此应尽可能的减少上述杂质元素含量。

为优化C、Mn和其它元素含量，本发明设定了C+Mn与其它元素之间的关系以保证采用合适的成分配比获得优异的性能。合金化当量（AEQ）考虑了在适当碳当量（CEV）的条件下，不同合金元素及其相互作用对强韧性的影响。合金元素前的常数项与该合金元素对强韧性的影响相关。合金化当量同时考虑了Nb、V、Mo和Ti复合添加对钢板力学性能的影响。同时，合金化当量过低则无法生产满足力学性能要求的钢板，过高则会导致碳当量提高，焊接性能恶化。

可知本发明采用相对其它专利更为适中的碳含量（0.08%至0.15wt%），此碳含量既不是很低也不是很高，既可满足炼钢工序的要求，也可保证钢板后续对焊接性能的要求。加入的Ca与S含量保证Ca/S=0.5～2.0，使硫化物完全球化或近似纺锤形，提高钢板的横向冲击性能和冷弯性能。钢中的V、Mo、Ti和其他合金元素同时加入时，不可同时接近上限或者下限，这样做的目的是保证强度和碳当量。对以上所述元素的适当控制，目的在于用较低的合金成本、精确的成分配比、简单的炼钢、轧制与冷却工艺获得钢板（材）较好的力学、焊接等综合性能。

如上所述成分质量百分含量及其屈限强度为900MPa级的热轧钢板（卷）的生产方法包括下述程序。

冶炼：对高炉铁水进行脱硫预处理，经脱硫预处理的高炉铁水兑入氧气顶底复合吹炼转炉（如210t级）冶炼，冶炼钢水经吹氩、真空及加钙热处理后，钢水化学成分（即合格钢水中各冶金元素的质量百分含量）相同于成品材的化学成分，钢水经LF+RH+钙处理后的钢水送连铸机连铸成所需断面尺寸的钢坯,钢坯厚度为230mm。

将钢坯送入均热炉（或加热炉）加热，当钢坯加热至1150℃～1300℃后保温时间≥15min，这样的加热温度与保温时间可以使钢坯的奥氏体组织均匀化，还可使钢坯中的Nb、V和Ti等的碳化物充分溶解，而TiN也会有部分熔解以阻止原始奥氏体晶粒的长大。

把加热后的钢坯进行轧制：对加热的钢坯进行粗轧，粗轧5～7道次，粗轧机的单道次压下率≥15%，粗轧钢坯的总压下率为70～85%。钢坯经粗轧后成为中间坯，粗轧后的中间坯入精连轧机组精轧，中间坯精轧入口温度控制在1000～1100℃之间，精连轧机组的单机架压下率≥10%，中间坯在精连轧机组的总压下率为75～97%。

在轧制的第二阶段其终轧温度控制在820～900℃之间，在此轧制过程中，奥氏体不发生再结晶，而形成拉长的奥氏体，在拉长的奥氏体晶内存在大量的形变带，铌、钒和钛等固溶原子由于形变诱导而析出为碳化物和碳氮化物。经未再结晶区终轧后，钢的组织为变形的奥氏体组织。经精连轧机组精轧后的钢板厚度为1.2～10.0mm。

钢坯经终轧后的钢板以冷却速度100～300℃/S进行超快速冷却，以10～25℃/s层流冷却的方法将钢板冷却到560～660℃。终冷钢板以560～660℃卷成钢卷。如果终冷温度低于560℃时，微合金元素析出缓慢，析出量较小，沉淀强化作用较小，强度会达不到。同时温度过低还会产生大量的贝氏体组织，不利于钢板的塑性；如果终冷温度高于660℃，析出相粒子的尺寸会明显***，且铁素体基体的组织也会粗大，强度也会达不到。

轧制后的钢卷进行缓冷，以确保碳化物的弥散析出及改善板形和内应力的情况。

经如上生产工艺获得的钢板（卷）横纵向屈服强度≥900MPa，横纵向伸长率≥15%,横纵向夏比冲击功AKv(-40℃)≥27J。1.2～10.0mm厚度的钢板广泛用于轻量化自卸车车厢及结构件，具有良好的焊接性能和折弯性能。

Claims (8)

1.一种屈服强度900MPa级热轧钢板，其特征在于：钢的化学成分以质量百分含量计：C=0.08～0.15、Mo=0.20～0.50、V=0.10～0.20、Ti=0.10～0.20，余量为Fe及其它不可避免的杂质，钢的碳当量CEV≤0.55%，钢板厚度1.2～10.0mm。

2.根据权利要求1所述的一种屈服强度900MPa级热轧钢板，其特征在于：钢中还含有的其它化学成分以wt%计为Si=0.10～0.40、Mn=1.30～2.00、P≤0.015、S≤0.005、Nb=0.015～0.050及Al=0.02～0.07。

3.实施权利要求1或2所述的一种屈服强度900MPa级热轧钢板的生产工艺，其特征在于：转炉冶炼→LF工位吹氩、RH真空处理及钙处理→浇注成钢坯→钢坯加热→粗轧机粗轧→精连轧机组精轧→快速冷却→卷取成钢卷。

4.根据权利要求3所述的一种屈服强度900MPa级热轧钢板的生产工艺，其特征在于：转炉冶炼的经LF工位吹氩及RH真空和加钙处理的合格钢水浇注成厚度230mm的钢坯。

5.根据权利要求4所述的一种屈服强度900MPa级热轧钢板的生产工艺，其特征在于：将钢坯送入加热炉或均热炉中加热，在加热温度1150～1300℃下保温时间大于等于15min。

6.根据权利要求5所述的一种屈服强度900MPa级热轧钢板的生产工艺，其特征在于：将加热后的钢坯在粗轧机上粗轧，钢坯在粗轧机上的总压下率为70～85%，把钢坯轧成中间坯。

7.根据权利要求6所述的一种屈服强度900MPa级热轧钢板的生产工艺，其特征在于：中间坯入精连轧机组精轧，中间坯入精连轧机组的精轧入口温度1000～1100℃，精轧终轧温度为820～900℃，中间坯在精连轧机组上的总压下率为75～97%，中间坯经精连轧机组精轧后的钢板厚度为1.2～10.0min。

8.根据权利要求7所述的一种屈服强度900MPa级热轧钢板的生产工艺，其特征在于：精轧后的钢板以冷却速度100～300℃/s进行超快速冷却，其后以10～25℃/s层流冷却的方式将钢板冷却到560～660℃，终冷钢板以560～660℃卷取成钢卷，缓冷。