CN109355567A - 一种低成本q390d钢板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低成本Q390D钢板，按重量百分比包括如下化学成分：C：0.16～0.18％；Si：0.25～0.35％；Mn：0.7～0.9％；Cr:0.3～0.4；P≤0.016％；S≤0.004％；Ca：0.0010～0.0025％；Als：0.018～0.032％；其余为铁和不可避免杂质。还公布了其制备方法。本发明通过合适的冶炼、连铸、加热、轧制、控冷工艺，生产出了综合性能良好的Q390D钢板。钢板机械性能优良，钢板的屈服强度在410MPa～455MPa之间，抗拉强度在520～575MPa之间，延伸率在21％～26％之间，‑20℃冲击功在145J～186J之间。

Description

一种低成本Q390D钢板及其制备方法
技术领域
本发明涉及结构钢领域，尤其涉及一种低成本Q390D钢板及其制备方法。
背景技术
Q390D低合金高强度结构钢板在工程机械用钢以及厂房结构件制作等领域广泛应用。Q390D钢板国家标准要求-20℃的冲击功不小于34J，要求钢板具有较高强度的同时，还需要有良好的韧性。Q390D钢板的最终组织一般为铁素体+珠光体，其成分设计常常是在C-Mn钢成分基础上添加一定量的Nb、V等微合金，并通过控轧、控冷工艺来充分细化铁素体晶粒保证钢板的强度或韧性满足要求。或者通过钢板轧后热处理来改善钢板的力学性能，提高塑性和韧性。
公开号“CN103882297A”的专利“具有优异韧性390MPa级低温船用钢及其制造方法”提供了一种屈服强度390MPa级船板钢生产方法。该方法生产强度满足要求，韧性也较好。但该方法需要加入Nb等微合金，合金成本较高。
公开号“CN107012394A”的专利“屈服强度390MPa级建筑结构用钢板及生产方法”提供了一种屈服强度390MPa级建筑用钢板的生产方法。该方法生产强度满足要求，韧性也较好。但该方法需要添加Nb、V、Ti等微合金，合金成本高。微合金加入后，板坯容易出现裂纹，钢板表面质量不好保证。
公开号“CN108070790A”的专利“一种屈服强度390MPa级正火钢板及其制造方法”提供了一种屈服强度390MPa级钢板的生产方法。该方法生产强度满足要求，韧性也较好。但该方法需要添加Nb、V、Ti、Ni等合金，合金成本高。轧后钢板还要进行正火处理，工序成本较高。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种合金成本低，强度和韧性匹配良好的Q390D钢板，并且其生产工艺简单。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种低成本Q390D钢板，按重量百分比包括如下的化学成分：
C：0.16～0.18％；Si：0.25～0.35％；Mn：0.7～0.9％；Cr:0.3～0.4；P≤0.016％；S≤0.004％；Ca：0.0010～0.0025％；Als：0.018～0.032％；其余为铁和不可避免杂质。
进一步的，按重量百分比包括如下的化学成分：
C：0.16％，Si：0.25％，Mn：0.7％，Cr：0.4，P：0.016％，S：0.004％，Als：0.018％，Ca：0.0010％,余量为Fe和不可避免的杂质。
进一步的，按重量百分比包括如下的化学成分：
C：0.17％，Si：0.31％，Mn：0.9％，Cr：0.33％，P：0.013％，S：0.003％，Als：0.025％，Ca：0.0021％。
进一步的，按重量百分比包括如下的化学成分：
C：0.17％，Si：0.38％，Mn：0.85％，Cr：0.34，P：0.012％，S：0.002％，Als：0.027％，Ca：0.0019％,余量为Fe和不可避免的杂质。
一种低成本Q390D钢板的制备方法，包括如下步骤：
1)选用250mm厚的连铸坯；
2)钢水进行RH炉处理，在真空度不超过120Pa下处理时间不低于15分钟；
3)连铸坯的厚度为250mm，连铸时采用电磁搅拌和轻压下，电磁搅拌频率为6Hz，电流为280A，压下位置为6、7、8段，压下量为2.2mm、2.2mm、2.2mm；
4)加热工艺：采用250mm厚的连铸坯进行生产，板坯加热时采用步进式加热炉，连铸坯出炉温度1160-1190℃，加热时间220～280分钟，板坯在加热炉中加热时活动梁托起板坯的移动速度为1.19m/min；
5)15mm～20mm厚钢板轧制成型工艺：板坯加热好之后进行控制轧制，第一阶段开轧厚度为板坯厚度，第一阶段开轧温度1150～1180℃，第一阶段终轧温度≥1015℃，第一阶段高温延伸轧制时单道次压下率≥10.5％，第一阶段轧制速度为1.4～2.4m/s；第二阶段钢板的开轧厚度为4.3倍成品钢板厚度，第二阶段钢板开轧温度为860～890℃，第二阶段终轧温度为770～795℃；钢板轧完后进行层流冷却，冷却速度为20～25℃/s，终冷温度为610～630℃；
6)20mm～40mm厚钢板轧制成型工艺：板坯加热好之后进行控制轧制，第一阶段开轧厚度为板坯厚度，第一阶段开轧温度1150～1180℃，第一阶段终轧温度≥980℃，第一阶段高温延伸轧制时单道次压下率≥12％，第一阶段轧制速度为1.1～1.7m/s；第二阶段钢板的开轧厚度为3.2～4倍成品钢板厚度，第二阶段钢板开轧温度为850～870℃，第二阶段终轧温度为770～790℃；钢板轧完后进行层流冷却，终冷温度为610～630℃；
7)最后所述钢板厚度为15mm～40mm厚。
进一步的，步骤5)中钢板轧完后进行层流冷却时的冷却速度为20～25℃/s。
进一步的，步骤6)中钢板轧完后进行层流冷却时的冷却速度为14～25℃/s。
对上述加热好的连铸坯在奥氏体再结晶区进行控制轧制。由于本成分设计不含Nb、V等微合金，因此轧制时全部属于再结晶轧制，通过再结晶控制轧制来充分细化奥氏体晶粒，最终得到晶粒细小的成品组织。钢板轧制时采用两阶段控制轧制，第一阶段控制轧制属于高温区的奥氏体再结晶控制轧制，这一阶段采用低速、大压下的轧制策略。较大的单道次压下率能使轧制变形充分渗透至钢板中心，充分细化奥氏体晶粒并均匀奥氏体组织，同时轧制产生的高温焊合作用很大程度上消除了铸坯内部的疏松、微裂纹等缺陷，使钢板的致密度提高，材料综合性能改善；第一阶段轧制时由于坯子较厚，温降慢，采用低速轧制使钢板每一道次轧完都有较大的温降，这样每轧制一道次就会对晶粒进行不同程度细化，最终达到充分细化奥氏体晶粒的目的；还有轧制时轧制速度低，变形抗力小，容易实现较大的单道次压下率。第一阶段采用较低的终轧温度是为了获得细小的奥氏体晶粒。
第一阶段轧制结束后，中间坯在辊道上摆动降温，降温至第二阶段开轧温度时开始轧制，第二阶段的轧制属于低温再结晶控轧，这一阶段轧制时，奥氏体晶粒被反复破碎、再结晶细化，这样奥氏体晶粒最终在第一阶段轧制细化的基础上，再次被进一步细化，且由于第二阶段轧完后，终轧温度较低，奥氏体晶粒基本不再长大，最终得到细小的奥氏体晶粒。奥氏体晶粒越细小，其晶界面积越大，由奥氏体向铁素体转变时的形核位置就越多，形核率就越高，最终得到的铁素体晶粒就越细小，钢板的强度越高，冲击韧性越好。且轧后采用层流冷却，将钢板由终轧温度快速冷却至610～630℃，进一步降低了奥氏体向铁素体的转变温度，进一步细化了铁素体晶粒，从而提高了钢板的强度和韧性。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
1)本发明采用低成本成分设计，只采用廉价的Si、Mn、Cr等合金，通过合适的加热、控轧、控冷工艺就得到了综合性能良好的Q390D钢板，且合金成本和制造成本较低。
2)钢板的强度、塑性、韧性良好,组织为细小的铁素体+珠光体；钢板的屈服强度在410MPa～455MPa之间，抗拉强度在520～575MPa之间，延伸率在21％～26％之间，-20℃冲击功在145J～186J之间。
附图说明
下面结合附图说明对本发明作进一步说明。
图1为本发明实施例1的钢板的金相组织图；
图2为本发明实施例2的钢板的金相组织图；
图3为本发明实施例3的钢板的金相组织图；
图4为本发明实施例4的钢板的金相组织图；
图5为本发明实施例5的钢板的金相组织图；
图6为本发明实施例6的钢板的金相组织图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
采用厚度为250mm板坯，钢水进行RH处理，处理时真空度在120Pa以下的时间为15分钟，板坯连铸时电磁搅拌的频率为6Hz，电流为280A，压下位置为6、7、8段，压下量为2.2mm、2.2mm、2.2mm。板坯加热时采用步进式加热炉，板坯在加热炉中加热时活动梁托起板坯的移动速度为1.19m/min，板坯出炉温度为1160℃，板坯加热时间为220分钟，板坯的(重量百分比)化学成分为：C 0.16％，Si 0.25％，Mn 0.7％，Cr0.4，P 0.016％，S 0.004％，Als0.018％，Ca 0.0010％,余量为Fe和不可避免的杂质。轧制成厚度为15mm的钢板，详细的轧制及冷去工艺见表1，其力学性能见表2。钢板的金相组织如图1所示，组织为细小的铁素体+珠光体。
表1轧制及冷却工艺
表2钢板力学性能
实施例2
采用厚度为250mm板坯，钢水进行RH处理，处理时真空度在120Pa以下的时间为16分钟，板坯连铸时电磁搅拌的频率为6Hz，电流为280A，压下位置为6、7、8段，压下量为2.2mm、2.2mm、2.2mm。板坯加热时采用步进式加热炉，板坯在加热炉中加热时活动梁托起板坯的移动速度为1.19m/min，板坯出炉温度为1160℃，板坯加热时间为235分钟，板坯的(重量百分比)化学成分为：C 0.18％，Si 0.35％，Mn 0.9％，Cr0.3，P 0.014％，S 0.001％，Als0.032％，Ca 0.0025％,余量为Fe和不可避免的杂质。轧制成厚度为20mm的钢板，详细的轧制及冷去工艺见表3，其力学性能见表4。钢板的金相组织如图2所示，组织为细小的铁素体+珠光体。
表3轧制及冷却工艺
表4钢板力学性能
实施例3
采用厚度为250mm板坯，钢水进行RH处理，处理时真空度在120Pa以下的时间为15.5分钟，板坯连铸时电磁搅拌的频率为6Hz，电流为280A，压下位置为6、7、8段，压下量为2.2mm、2.2mm、2.2mm。板坯加热时采用步进式加热炉，板坯在加热炉中加热时活动梁托起板坯的移动速度为1.19m/min，板坯出炉温度为1168℃，板坯加热时间为280分钟，板坯的(重量百分比)化学成分为：C 0.17％，Si 0.38％，Mn 0.85％，Cr0.34，P 0.012％，S 0.002％，Als 0.027％，Ca 0.0019％,余量为Fe和不可避免的杂质。轧制成厚度为18mm的钢板，详细的轧制及冷去工艺见表5，其力学性能见表6。钢板的金相组织如图3所示，组织为细小的铁素体+珠光体。
表5轧制及冷却工艺
表6钢板力学性能
实施例4
采用厚度为250mm板坯，钢水进行RH处理，处理时真空度在120Pa以下的时间为15分钟，板坯连铸时电磁搅拌的频率为6Hz，电流为280A，压下位置为6、7、8段，压下量为2.2mm、2.2mm、2.2mm。板坯加热时采用步进式加热炉，板坯在加热炉中加热时活动梁托起板坯的移动速度为1.19m/min，板坯出炉温度为1190℃，板坯加热时间为220分钟，板坯的(重量百分比)化学成分为：C 0.16％，Si 0.25％，Mn 0.7％，Cr 0.4％，P 0.016％，S 0.002％，Als 0.018％，Ca 0.0010％,余量为Fe和不可避免的杂质。轧制成厚度为40mm的钢板，详细的轧制及冷去工艺见表7，其力学性能见表8。钢板的金相组织如图4所示，组织为细小的铁素体+珠光体。
表7轧制及冷却工艺
表8钢板力学性能
实施例5
采用厚度为250mm板坯，钢水进行RH处理，处理时真空度在120Pa以下的时间为17分钟，板坯连铸时电磁搅拌的频率为6Hz，电流为280A，压下位置为6、7、8段，压下量为2.2mm、2.2mm、2.2mm。板坯加热时采用步进式加热炉，板坯在加热炉中加热时活动梁托起板坯的移动速度为1.19m/min，板坯出炉温度为1160℃，板坯加热时间为280分钟，板坯的(重量百分比)化学成分为：C 0.18％，Si 0.35％，Mn 0.9％，Cr 0.3％，P 0.014％，S 0.004％，Als 0.032％，Ca 0.0025％,余量为Fe和不可避免的杂质。轧制成厚度为25mm的钢板，详细的轧制及冷去工艺见表9，其力学性能见表10。钢板的金相组织如图5所示，组织为细小的铁素体+珠光体。
表9轧制及冷却工艺
表10钢板力学性能
实施例6
采用厚度为250mm板坯，钢水进行RH处理，处理时真空度在120Pa以下的时间为17分钟，板坯连铸时电磁搅拌的频率为6Hz，电流为280A，压下位置为6、7、8段，压下量为2.2mm、2.2mm、2.2mm。板坯加热时采用步进式加热炉，板坯在加热炉中加热时活动梁托起板坯的移动速度为1.19m/min，板坯出炉温度为1175℃，板坯加热时间为251分钟，板坯的(重量百分比)化学成分为：C 0.17％，Si 0.31％，Mn 0.9％，Cr 0.33％，P 0.013％，S0.003％，Als 0.025％，Ca 0.0021％,余量为Fe和不可避免的杂质。轧制成厚度为22mm的钢板，详细的轧制及冷去工艺见表11，其力学性能见表12。钢板的金相组织如图6所示，组织为细小的铁素体+珠光体。
表11轧制及冷却工艺
表12钢板力学性能
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种低成本Q390D钢板，其特征在于，按重量百分比包括如下的化学成分：
C：0.16～0.18％；Si：0.25～0.35％；Mn：0.7～0.9％；Cr:0.3～0.4；P≤0.016％；S≤0.004％；Ca：0.0010～0.0025％；Als：0.018～0.032％；其余为铁和不可避免杂质。
2.根据权利要求1所述的低成本Q390D钢板，其特征在于，按重量百分比包括如下的化学成分：
C：0.16％，Si：0.25％，Mn：0.7％，Cr：0.4，P：0.016％，S：0.004％，Als：0.018％，Ca：0.0010％,余量为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的低成本Q390D钢板，其特征在于，按重量百分比包括如下的化学成分：
C：0.17％，Si：0.31％，Mn：0.9％，Cr：0.33％，P：0.013％，S：0.003％，Als：0.025％，Ca：0.0021％。
4.根据权利要求1所述的低成本Q390D钢板，其特征在于，按重量百分比包括如下的化学成分：
C：0.17％，Si：0.38％，Mn：0.85％，Cr：0.34，P：0.012％，S：0.002％，Als：0.027％，Ca：0.0019％,余量为Fe和不可避免的杂质。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的低成本Q390D钢板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)选用250mm厚的连铸坯；
2)钢水进行RH炉处理，在真空度不超过120Pa下处理时间不低于15分钟；
3)连铸坯的厚度为250mm，连铸时采用电磁搅拌和轻压下，电磁搅拌频率为6Hz，电流为280A，压下位置为6、7、8段，压下量为2.2mm、2.2mm、2.2mm；
4)加热工艺：采用250mm厚的连铸坯进行生产，板坯加热时采用步进式加热炉，连铸坯出炉温度1160-1190℃，加热时间220～280分钟，板坯在加热炉中加热时活动梁托起板坯的移动速度为1.19m/min；
5)15mm～20mm厚钢板轧制成型工艺：板坯加热好之后进行控制轧制，第一阶段开轧厚度为板坯厚度，第一阶段开轧温度1150～1180℃，第一阶段终轧温度≥1015℃，第一阶段高温延伸轧制时单道次压下率≥10.5％，第一阶段轧制速度为1.4～2.4m/s；第二阶段钢板的开轧厚度为4.3倍成品钢板厚度，第二阶段钢板开轧温度为860～890℃，第二阶段终轧温度为770～795℃；钢板轧完后进行层流冷却，终冷温度为610～630℃；
6)20mm～40mm厚钢板轧制成型工艺：板坯加热好之后进行控制轧制，第一阶段开轧厚度为板坯厚度，第一阶段开轧温度1150～1180℃，第一阶段终轧温度≥980℃，第一阶段高温延伸轧制时单道次压下率≥12％，第一阶段轧制速度为1.1～1.7m/s；第二阶段钢板的开轧厚度为3.2～4倍成品钢板厚度，第二阶段钢板开轧温度为850～870℃，第二阶段终轧温度为770～790℃；钢板轧完后进行层流冷却，终冷温度为610～630℃；
7)最后所述钢板厚度为15mm～40mm厚。
6.根据权利要求5所述的低成本Q390D钢板的制备方法，其特征在于，步骤5)中钢板轧完后进行层流冷却时的冷却速度为20～25℃/s。
7.根据权利要求5所述的低成本Q390D钢板的制备方法，其特征在于，步骤6)中钢板轧完后进行层流冷却时的冷却速度为14～25℃/s。
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