CN108486464A - 屈服强度900MPa级铁素体基回火钢板及生产方法 - Google Patents

屈服强度900MPa级铁素体基回火钢板及生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种屈服强度900MPa级铁素体基回火钢板及生产方法，钢板的化学成分除了C、Si、Mn、P、S、Ti、Mo、Nb、Alt、Ca和N之处，可添加适量的Cr，余量为Fe。采用钢包+真空双重精炼冶炼、浇注，连铸坯热装热送，连铸坯入加热炉的入炉温度大于400℃，在加热炉中加热温度1230～1280℃，热轧终轧温度820～900℃，轧后采用大于25℃/s的快冷冷却，卷取温度560～640℃，钢卷经横切线开平，开平钢板在宽带钢热处理线进行（500～650℃）/（15～50min）回火。它采用热连轧+钢卷开平+钢板回火的生产方法，钢的显微组织为铁素体基体，强化机理以析出强化加细晶强化为主，为低碳钢，具有优良的焊接、延伸塑性及成型性能，适合于工程机械车辆或汽车车辆上使用。

Description

屈服强度900MPa级铁素体基回火钢板及生产方法
技术领域
本发明涉及一种屈服强度900MPa级、厚度为2.5～7.0mm铁素体基回火钢板及生产方法，为一种适合制作工程机械车辆或汽车车辆用钢板。
背景技术
先进高强钢是实现车辆轻量化、性价比高、竞争力强的材料，目前工程机械行业与汽车商用车行业所使用的高强钢的主要级别为屈服强度420～960MPa级，其中420～700MPa级既可采用热轧工艺也可采用调质热处理工艺生产，而700MPa级以上则基本采用调质热处理工艺生产。屈服强度900MPa级高强钢在工程机械及煤炭机械上的使用日趋广泛，并逐步开始在汽车商用车车辆上使用，其主要的产品型式及生产工艺为调质热处理态的中厚板产品，采用淬火+高温回火工艺，即在中厚板轧机上生产的钢板采用淬火+高温回火工艺；但也有少量的900MPa级钢板为热轧带钢开平板或其回火板，采用控轧控冷（TMCP）或控轧控冷+回火工艺生产，典型的显微组织为贝氏体+马氏体复相组织。另有部分产品（钢板），通过采用中高碳化学成分或增加冷轧、热成型等深加工工艺，也能达到屈服强度900MPa或以上的级别。
目前国内外前沿的高强度结构钢生产技术为采用低碳+Ti、V微合金化成分设计，通过TMCP或TMCP+回火工艺来生产，其显微组织类型为铁素体基+大量纳米级碳化物。但目前能够稳定生产的最高强度级别为屈服强度800MPa级，该高强钢的优点是：①碳含量与焊接碳当量低，焊接性能优良；②利用Ti、V优良的沉淀强化作用提高强度，不需要添加较多贵重合金，成本较低；③基体为铁素体组织，冷成型塑料性高，性能优良。但这类高强钢也存在一些缺点，主要表现在强度波动大，力学性能不稳定；沉淀析出强化作用强烈，同时容易形成非规则的马奥岛，韧性相对较差；细小的晶粒在焊接后容易长大，焊接失强率较高。
经查有ZL201310412998.1（CN103484764B）“Ti析出强化型超高强热轧薄板及其生产方法”，采用低碳（0.07～0.12wt%）加Ti-B复合微合金化加一定量的Ni、Cr、Mo或Cu的成分设计，获得了贝氏体+针状铁素体类型的Ti析出强化型超高强热轧卷，开平成钢板采用回火工艺和热矫直，得到平坦度为2mm/m、Rel≥900MPa和良好的成形性能的热轧薄板；不足之处是成本较高，因为添加了Ni、Cr、Mo或Cu贵重合金；另外是采用贝氏体加针状铁素体组织类型相对于铁素体组织类型，热轧后的冷却要快，板形难以受控，塑性和成形性也要差。
专利号ZL201310111953.X（CN103194676B）“一种1000MPa级铁素体钢及其制备方法”，采用低碳（0.085～0.090wt%）加Ti微合金化加Mo的成分设计，在350mm二辊轧机上通过控冷以及卷取后等温1～2h炉冷工艺获得了单一铁素体基体加大量碳化物粒子弥散强化的显微组织，制备了2～6mm厚度的Rel为900MPa（Rm=1000MPa级）热轧薄板；不足之处是①还处于实验室阶段，未经工业化大生产检验；②添加了贵重合金Mo（0.37～0.55wt%）生产成本高；③卷取后等温1～2h并炉冷的工艺在绝大多数钢铁企业缺少类似设备而实施困难。
申请号CN201510845321.6（CN105463329A）“一种980MPa级全铁素体基热轧超高强钢及其制备方法”，采用中碳（0.10～0.20wt%）加Ti-V-Mo复合微合金化的成分设计，通过热轧加轧后快冷工艺生产出Rel＞900MPa、Rm＞980MPa及厚度2.5～10.0mm的超高强热轧卷，产品为全铁素体基体，铁素体晶粒（平均）约为4～5μm，内含大量的纳米级碳化物。所生产的产品中碳含量相对较高，碳含量的升高会显著降低焊接性能；另外，产品不经回火工序处理，存在性能波动大及冲击韧性较低的缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生产成本低廉、综合力学性能良好、成型与焊接等使用性能优越的屈服强度900MPa级、厚度2.5～7.0mm铁素体基回火钢板，同时本发明还提供了此铁素体基回火钢板的生产方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：本发明所述的一种厚度2.5～7.0mm、屈服强度900MPa级铁素体基回火钢板，其化学成分（质量百分含量）为：C=0.06～0.12、Si=0.05～0.30、Mn=1.5～2.0、P≤0.025、S≤0.005、Ti=0.15～0.20、Mo=0.10～0.30、Nb=0.04～0.07、Alt=0.03～0.06、Ca=0.0010～0.0030、N≤0.006，亦可根据需要添加适量的Cr，余量为Fe。
所述的厚度2.5～7.0mm及屈服强度900MPa级铁素体基回火钢板的生产方法，包括转炉或电炉冶炼→钢包+真空双重精炼→连铸→加热炉加热→粗轧→精轧→超快冷→层流冷却→卷取→横切开平→回火热处理。
钢水采用钢包+真空双重精炼工艺冶炼。
连铸坯采用热装热送工艺，连铸坯进入加热炉时的入炉温度大于400℃，连铸坯在加热炉中的加热温度1230～1280℃。
热轧终轧温度控制在820～900℃。
轧后采用大于25℃/s的冷速对带钢进行冷却；
卷取温度控制在560～640℃，轧制成热轧卷。
钢卷经开平和横切后，在热处理线进行（500～650℃）/（15～50min）回火。
可知本申请所述的铁素体基回火钢板与现有的屈服强度900MPa级钢相比，在工艺路线上舍弃了传统的调质热处理路线，采用TMCP+回火的工艺。在化学成分上采用低C+Ti-V-Nb-Mo微合金化的设计，降低了碳含量及焊接碳当量。在显微组织上选择超细晶铁素体基体+大量纳米级碳化物的组织形式，保证了钢板具有良好的塑性。本申请吸收了目前国内外微合金高强钢最前沿的生产技术，突破了现有800MPa级的极限，实现了屈服强度900MPa级钢的工业化生产。另外追加了钢板回火工艺，改善了钢板的冲击韧性以及性能的均匀性与稳定性，因热处理线基本用来生产中厚板，本申请中利用热处理线生产热连轧屈服强度900MPa级开平钢板，在产品交付形式上也是一大创新。
采用如上技术方案提供的厚度2.5～7.0mm、屈服强度900MPa级铁素体基回火钢板与现有技术相比，技术效果在于：①生产成本降低。钢板不需要进行淬火处理，节约工序成本200元/t以上；另外，显著提高了淬火工序的板形成材率，降低了吨钢生产成本；②综合力学性能优良。在满足强度与韧性的同时，钢板的断后延伸率能保持在15%以上，塑性优越。钢板经过回火热处理后，热轧过程中的形变铁素体再结晶成多边形铁素体，马奥岛分解成碳化物，位错密度降低，微合金元素析出不充分的区域继续析出，而析出充分的区域析出粒子长大，这些转变使得钢板的性能均匀性提高，横向与纵向力学性能差异性减少，性能波动范围变小，稳定性提高；③平直度高。经过回火热处理后，钢板内应力水平低，平直度高；④焊接性能好。钢板热稳定性比热轧钢板提高，第二相析出粒子的密度也比热轧钢板更高，有利于阻止焊缝热影响区晶粒粗化，改善焊接接头的力学性能，焊接性能更加优良；⑤成型性能改善。回火后的钢板为全铁素体基体，各项异性小，内应力水平低，成型后回弹小，成型性能比热轧钢板显著改善。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步的详细描述。
本发明所述的厚度为2.5～7.0mm、屈服强度900MPa级铁素体基回火钢板，化学成分（以wt%计）C=0.06～0.12、Si=0.05～0.30、Mn=1.5～2.0、P≤0.025、S≤0.005、Ti=0.15～0.20、Mo=0.10～0.30、Nb=0.04～0.07、Alt=0.03～0.06、Ca=0.010～0.0030、N≤0.006，还可根据需要添加适量的Cr，其余为Fe。回火钢板厚度控制在2.5～7.0mm。所述C、Si、Mn、S、P、Ti、Nb、及Mo的作用如下。
C：采用低碳含量设计，降低碳当量以改善焊接性能。另外，适量的碳固溶于铁素体基体以及与微合金元素结合形成第二相粒子，均起到强化作用。
Si：添加少量的硅起固溶强化作用。
Mn：能通过固溶强化，显著提高强度；其次还能明显提高奥氏体的未再结晶温度，细化铁素体晶粒尺寸。
S：应尽量低，例如30ppm以下，减少TiS等没有强化效果的二相粒子的形成，提高钢中的有效Ti含量。
P：应尽量低，例如200ppm以下，磷为晶界偏聚元素，过高的磷含量会降低钢的冲击韧性。
Ti：非常重要的析出强化元素，采用高Ti（≥0.08wt%）成分设计，通过相间析出和铁素体晶内析出机制，形成大量细小、弥散的TiC纳米级粒子，显著提高钢的强度。
Nb：能够显著提高奥氏体未再结晶温度，细化晶粒效果非常明显，同时具有一定程度的析出强化作用。Nb含量过高时容易形成较多的M/A岛，从而恶化冲击韧性。
Mo：能与Ti、V的碳化物形成复合的第二相析出物，这些粒子在回火时不容易迅速长大，具有良好的抗回火稳定性。
所述厚度为2.5～7.0mm、屈服强度900MPa级铁素体基回火钢板的生产方法如下。
采用210t氧气顶底复合吹炼转炉冶炼。当钢水温度和成分达要求后出钢，将盛钢水钢包送吹氩站吹氩处理（底吹氩），其后进LF工位及RH炉精炼。把经钢包+真空双重精炼工艺精炼后的钢水由2150mm板坯连铸机浇注成连铸坯，连铸坯厚度为230mm。连铸坯采用热装热送工艺，连铸坯进入加热炉的入炉温度大于400℃，连铸坯在加热炉中的加热温度控制在1230～1280℃。将加热后的连铸坯在2250mm常规热连轧生产线进行轧制，先将连铸坯轧成38.0～52.0mm厚度的中间坯，中间坯入精连轧机组的入口温度1030～1060℃，中间坯精轧后的出口温度为820～900℃，中间坯精轧后成为2.5～7.0mm厚度的钢板（即带钢）。轧后的钢板采用大于25℃/S（如25～40℃/s）的快冷速度方式冷却至卷取温度，钢板卷取温度控制在560～600℃，成为热轧钢卷，空冷。当钢卷温度低于60℃后，将钢卷在高强开关线开平，钢卷开平和横切后，在宽带钢热处理线逐张进行（500～650℃）/（15～50min）回火处理。
经如上生产方法获得的铁素体基回火钢板，显微组织为全铁素体基体，平均晶粒尺寸为2.5～4.5μm（微米），钢板平直度可控制在3.0～5.0mm/m。力学性能得到提高，如Rp0.2=920～960MPa。所述铁素体基回火钢板与其它相同强度级别的钢（板）相比，横向屈服强度（Rp0.2）至少高出10～70MPa，而横向抗拉强度（Rm）至少高出10～50MPa。
实施例1
采用210吨转炉冶炼，送吹氩站底吹，钢水经LF工位与RH炉精炼，在2150mm板坯连铸机浇注成连铸坯，其化学成分（wt%计）为：C=0.097、Si=0.188、Mn=1.801、P=0.0135、S=0.0025、Alt=0.0495、Ca=0.0015、Nb=0.052、Ti=0.165、Mo=0.197、N=0.0047，其余为Fe和不可避免的杂质。连铸坯厚度为230mm，在2250mm常规热连轧生产线进行轧制。连铸坯在加热炉中加热温度为1260℃，连铸坯轧成中间坯，粗轧后的中间坯入精连轧机组的精轧入口温度为1042℃，中间坯厚度为39.3mm，中间坯在精连轧机组的终轧温度为900℃，中间坯精轧后的带钢厚度为2.5mm。带钢轧后经超快冷和ACC层冷冷却至目标卷取温度600℃，平均冷速28℃/s，钢卷卷取后空冷。在钢卷温度低于60℃以后，将钢卷在高强开平线开平，开平钢板在宽带钢热处理线逐张进行600℃×20min回火。
按照以上方法生产的屈服强度900MPa级回火钢板，显微组织为全铁素体基体，另含有少量的碳化物，晶粒尺寸非常细小，平均晶粒尺寸约为2.5μm，大小均匀。钢板平直度可控制在5mm/m以内，钢板内应力水平显著降低。所得回火钢（板）与相同强度级别的其它钢（板）相比，屈服强度至少高出60MPa，抗拉强度至少高出50MPa，塑性指标明显优于其它钢。另外，横、纵向的力学性能差异比其它热轧原料钢板要小，钢板各向性能更均匀，更稳定。
实施例2
采用210吨转炉冶炼，送吹氩站底吹，钢水经LF工位与RH炉精炼，在2150mm板坯连铸机浇注成连铸坯，其化学成分（以wt%计）为：C=0.097、Si=0.188、Mn=1.801、P=0.0135、S=0.0025、Alt=0.0495、Ca=0.0015、Nb=0.052、Ti=0.165、Mo=0.197、N=0.0047，其余为Fe和不可避免的杂质。连铸坯厚度为230mm，在2250mm常规热连轧生产线进行轧制。连铸坯在加热炉中加热温度为1250℃，粗轧后的中间坯入精连轧机组的精轧入口温度为1030℃，中间坯厚度为44.6mm，中间坯在精连轧机组的终轧温度为860℃，中间坯精轧后的带钢厚度为5mm，带钢轧后经超快冷和ACC层冷冷却至目标卷取温度580℃，平均冷速32℃/s，钢卷卷取后空冷。在钢卷温度低于60℃以后，将钢卷的横切线进行开平，开平钢板在宽带钢热处理线逐张进行600℃×25min回火。
按照以上方法生产的屈服强度900MPa级回火钢板，显微组织为全铁素体基体，另含有少量的碳化物，晶粒尺寸非常细小，平均晶粒尺寸约为3.0μm，大小较为均匀。钢板平直度可控制在3mm/m以内，钢板内应力水平显著降低。所得回火钢（板）与相同强度级别的其它钢（板）相比，横向屈服强度至少高出70MPa，横向抗拉强度至少高出约10MPa，塑性指标明显优于其它钢。另外，横、纵向的力学性能差异比其它热轧原料钢板要小，钢板各向性能更均匀，更稳定。
实施例3
采用210吨转炉冶炼，送吹氩站底吹，钢水经LF工位与RH炉精炼，在2150mm板坯连铸机浇注成连铸坯，其化学成分（以wt%计）为：C=0.097、Si=0.188、Mn=1.801、P=0.0135、S=0.0025、Alt=0.0495、Ca=0.0015、Nb=0.052、Ti=0.165、Mo=0.197、N=0.0047，其余为Fe和不可避免的杂质。连铸坯厚度为230mm，在2250mm常规热连轧生产线进行轧制，连铸坯在加热炉中加热温度为1250℃，粗轧后的中间坯入精连轧机组的精轧入口温度为1058℃，中间坯厚度为50.6mm，中间坯在精连轧机组的终轧温度为840℃，中间坯精轧后的带钢厚度为7mm，带钢轧后经超快冷和ACC层冷冷却至目标卷取温度560℃，平均冷速38℃/s，钢卷卷取后空冷。在钢卷温度低于60℃以后，将钢卷在横切线进行开平，开平钢板在宽带钢热处理线逐张进行600℃×28min回火。
按照以上方法生产的屈服强度900MPa级回火钢板，显微组织为全铁素体基体，另含有少量的碳化物，晶粒尺寸非常小，平均晶粒尺寸约为4.5μm，大小较为均匀。钢板平直度可控制在3mm/n以内，钢板内应力水平显著降低。所得回火钢板与相同强度级别的其它钢（板）相比，横向屈服强度至少高出10MPa，横向抗拉强度基本相当，延伸塑性指标等于或优于其它钢，-20℃低温冲击韧性不差于其它钢。显著优势是横、纵向的力学性能差异比其热轧原料钢板要小，钢板各向性能更均匀，更稳定。

Claims (8)

1.屈服强度900MPa级铁素体基回火钢板，其特征在于：钢的化学成分以Wt%计C=0.06～0.12、Si=0.05～0.30、Mn=1.5～2.0、P≤0.025、S≤0.005、Ti=0.15～0.20、Mo=0.10～0.30、Nb=0.04～0.07、Alt=0.03～0.06、Ca=0.0010～0.0030、N≤0.006，余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的屈服强度900MPa级铁素体基回火钢板，其特征在于：回火钢板中除了含C、Si、Mn、P、S、Ti、Mo、Nb、Alt、Ca及N之处，还可添加Cr。
3.实施权利要求1所述的屈服强度900MPa级铁素体基回火钢板生产方法，其特征在于：转炉冶炼、钢包底吹氩、LF工位及RH真空处理、连铸、加热炉加热、连铸坯粗轧、精连轧机组精轧、超快冷、层流冷却、卷取、横切开平及回火热处理。
4.根据权利要求3所述的屈服强度900MPa级铁素体基回火钢板的生产方法，其特征在于：把经钢包底吹氩、LF工位及RH真空处理后的钢水由2150mm板坯连铸机浇注成厚度为230mm的连铸坯。
5.根据权利要求4所述的屈服强度900MPa级铁素体基回火钢板的生产方法，其特征在于：连铸坯采用热装热送工艺，连铸坯进入加热炉的入炉温度大于400℃，连铸坯在加热炉中的加热温度1230～1280℃。
6.根据权利要求4或5所述的屈服强度900MPa级铁素体基回火钢板的生产方法，其特征在于：连铸坯由粗轧机轧成38.0～52.0mm厚度中间坯，中间坯入精连轧机组的入口温度1030～1060℃，中间坯的热轧终轧温度820～900℃，中间坯精轧后成为2.5～7.0mm厚度的钢板。
7.根据权利要求6所述的屈服强度900MPa级铁素体基回火钢板的生产方法，其特征在于：精轧后的钢板采用大于25℃/S的冷速对钢板进行快冷，当钢板冷却到560～600℃时卷取成钢卷，成为热轧卷。
8.根据权利要求7所述的屈服强度900MPa级铁素体基回火钢板的生产方法，其特征在于：当钢卷温度低于60℃后将钢卷开平和横切，在宽带钢热处理线于500～650℃温度下回火15～50min。
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