CN111041345A - 一种800MPa级含钒低碳贝氏体复相钢及其生产方法 - Google Patents

一种800MPa级含钒低碳贝氏体复相钢及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种800MPa级含钒低碳贝氏体复相钢及其生产方法，化学成分组成：C：0.10～0.13%，Si：0.20～0.30%，Mn：1.80～1.90%，V：0.095～0.120%，N：0.0110～0.0130%；生产方法包括铁水脱硫、转炉冶炼、LF精炼、RH真空脱气、板坯连铸、板坯加热、控制轧制、控制冷却、卷取工序。本发明含钒低碳贝氏体复相钢抗拉强度≥800MPa，屈服强度≥700MPa，延伸率≥15%，‑20℃纵向冲击功≥120J；组织为多边形铁素体和粒状贝氏体；该钢在保证高强度的条件下，仍能保持很高的韧性，在恶劣环境下能满足焊接性能，可用于石油管线、舰船、大型构件及海洋设施等方面。

Description

一种800MPa级含钒低碳贝氏体复相钢及其生产方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种800MPa级含钒低碳贝氏体复相钢及其生产方法。
背景技术
高强度低碳贝氏体钢与普通低合金钢相比，该钢种由于碳含量下降，在保证高强度的条件下，仍能保持很高的韧性，在恶劣环境下能满足焊接性能，其应用范围广泛，可用于石油管线、舰船、大型构件及海洋设施等方面。
从贝氏体钢发展趋势来看，开发研制控轧控冷贝氏体钢是十分必要的。低碳贝氏体钢通过控轧控冷不仅可以充分细化组织，大幅度提高钢的综合性能，而且控轧控冷贝氏体钢无需热处理工序，节能又节省合金资源，因此生产成本明显降低，而且可以防止淬火开裂，减少热处理变形，提高产品质量，从而具有广阔的应用前景。但目前国内对低碳贝氏体钢的研发大部分停留在试验研究阶段，对奥氏体再结晶、未再结晶、奥氏体与铁素体两相区三段控轧工艺以及后续的冷却控制方面还未形成稳定的生产工艺。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种800MPa级含钒低碳贝氏体复相钢及其生产方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种800MPa级含钒低碳贝氏体复相钢，所述含钒低碳贝氏体复相钢化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.10～0.13%，Si：0.20～0.30%，Mn：1.80～1.90%，P≤0.015%，S≤0.005%，Nb：0.050～0.060%，V：0.095～0.120%，Ti：0.015～0.030%，Mo：0.130～0.150%，Cr：0.25～0.32%，Als：0.025～0.040%，N：0.0110～0.0130%，余量为Fe及不可避免的杂质元素。
本发明各组成元素的作用及机理：
C：C是强化作用非常好且廉价的固溶强化元素，如果其含量过低，则不能满足材料强度的要求；如果其含量过大，则不能满足材料的良好焊接性能。所以，根据本钢种的低碳路线，将其含量限定在0.10～0.13%。
Si：Si作为还原剂和脱氧剂，能提高钢的淬透性，将其含量限定在0.20～0.30%。
Mn：Mn是提高强度和韧性最有效的元素。如果其含量小于1.30%，则不能满足材料强度要求，所以，将其含量限定在1.80～ 1.90%。
P：为了避免材料的焊接性能、冲压成形性能、韧性、二次加工性能发生恶化，设定其含量上限为0.015%。
S：S是非常有害的元素。钢中的硫常以锰的硫化物形态存在，这种硫化物夹杂对钢的冲击韧性是十分不利的，并造成性能的各向异性，因此，需将钢中硫含量控制得越低越好。基于对钢板冲压成形工艺和制造成本的考虑，将钢中硫含量控制在0.005%。
Nb、Ti：有效细化晶粒、提高强度和韧性的元素，以碳化物和碳氮化物的形式存在于钢中。Nb可明显提高奥氏体未再结晶温度，对细化晶粒有强烈的作用。Ti是碳化物形成元素，对提高钢的强度有明显的作用，本发明控制Nb含量为0.050～0.060%、Ti含量为0.015～0.030%。
Cr：铬能增加钢的淬透性并有二次硬化作用，增加钢的热强性，显著提高钢的脆性转变温度，本发明将其含量限定在0.25～0.32%。
Mo：它具有较强的碳化物形成能力，使较低含碳量的合金钢也具有较高的硬度，能够阻止奥氏体化的晶粒粗大，本发明将其含量限定在0.130～0.150%。
Als：Al是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性。Al还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，铝硅合用，可显著提高钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力。但Al超过一定量时将影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能，本发明将其含量限定在0.025～0.040%。
V、N：钒钢中增氮后，原来处于固溶状态的钒转变成析出状态的钒，使V(C，N)析出相的数量成倍增加，从而充分发挥了钒的沉淀强化作用。低氮钒钢中，近60%的钒固溶于基体，只有35%的钒以V(C，N)形式析出，而高氮钒钢中则完全相反，70%的钒以V(C，N)形式析出，只有20%的钒固溶于基体说明钒钢在缺氮的情况下，钒没有充分发挥析出强化作用，主要以固溶强化形式起作用。而高氮钒钢中，钒由于优先与氮结合，大部分以V(C，N)的形式析出，钒主要以沉淀强化形式起作用，强化机制发生了变化。一般来讲，钒的固溶强化作用不如沉淀强化作用大，因此通过增氮来改变钒的分布状态，充分利用钒的析出强化作用提高钢的强度，是含钒钢提高强度的一条重要途径。不同碳含量钢中V(C，N)的沉淀强化效果随含氮量增加线性递增，最大强度增量达300MPa。含钒钢中每增加10ppm的氮可提高强度6MPa以上。为此在本发明中，V含量控制在V：0.095～0.120%，N含量控制在0.0110～0.0130%。
本发明所述含钒低碳贝氏体复相钢组织为多边形铁素体和粒状贝氏体。
本发明所述含钒低碳贝氏体复相钢抗拉强度≥800MPa，屈服强度≥700MPa，延伸率≥15%，-20℃纵向冲击功≥120J。
本发明还提供了一种800MPa级含钒低碳贝氏体复相钢的生产方法，所述生产方法包括铁水脱硫、转炉冶炼、LF精炼、RH真空脱气、板坯连铸、板坯加热、控制轧制、控制冷却、卷取工序；所述控制轧制工序包括粗轧、热卷箱、精轧工序。
本发明所述板坯加热工序，板坯加热时间为140～200 min，板坯出钢温度为1180～1220℃。
本发明所述控制轧制工序，粗轧经5道轧制后，出口温度为1020～1060℃。
本发明所述控制轧制工序，精轧采用7架轧机轧制，精轧前两架轧机机架间投用除鳞水，除鳞水压力大于等于10MPa，精轧出口温度为830～850℃。
本发明所述控制冷却工序，采用层流冷却，层流冷却速度15～20℃/s。
本发明所述卷取工序，卷取温度470～500℃。
本发明生产方法设计思路：
经铁水脱硫、转炉冶炼、LF精炼、RH真空脱气、板坯连铸所得铸坯加热温度和加热时间的控制是关键生产工序之一，板坯加热时间为140～200 min，板坯的出钢温度为1180～1220℃，确保板坯中的合金元素能够充分固溶，同时避免晶粒过分长大。
控制轧制包含粗轧、热卷箱、精轧三道工序，粗轧采用五道次轧制，粗轧完成后中间坯温度在1020～1060℃；热卷箱能够有效降低中间坯在辊道上的温降，同时改善中间坯温度均匀性，提高产品轧制过程的稳定性；精轧采用7架轧机轧制，精轧前两架轧机机架间投用除鳞水，除鳞水压力大于等于10MPa，精轧出口温度控制在830～850℃。
层流冷却及卷取温度控制是十分重要的生产环节，为保证形成多边形铁素体和粒状贝氏体组织及所要达到的强度级别，控制冷却速度15～20℃/s，卷取温度470～500℃。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、通过控轧控冷细化组织，大幅度提高钢的综合性能，且无需热处理工序，节能又节省合金资源，还可以防止淬火开裂，减少热处理变形，提高产品质量。2、本发明板坯加热工序，确保板坯中的合金元素能够充分固溶，同时避免晶粒过分长大。3、本发明控制轧制工序热卷箱能够有效降低中间坯在辊道上的温降，同时改善中间坯温度均匀性，提高产品轧制过程的稳定性。4、本发明控制冷却工序层流冷却速度15～20℃/s，卷取工序卷取温度470～500℃，保证形成多边形铁素体和粒状贝氏体组织及所要达到的强度级别。5、本发明含钒低碳贝氏体复相钢抗拉强度≥800MPa，屈服强度≥700MPa，延伸率≥15%，-20℃纵向冲击功≥120J；组织为多边形铁素体和粒状贝氏体。6、本发明含钒低碳贝氏体复相钢在保证高强度的条件下，仍能保持很高的韧性，在恶劣环境下能满足焊接性能，可用于石油管线、舰船、大型构件及海洋设施等方面。
附图说明
图1为实施例1含钒低碳贝氏体复相钢的显微组织图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细地说明。
实施例1
本实施例800MPa级含钒低碳贝氏体复相钢化学成分组成及其质量百分含量见表1。
本实施例800MPa级含钒低碳贝氏体复相钢的生产方法包括铁水脱硫、转炉冶炼、LF精炼、RH真空脱气、板坯连铸、板坯加热、控制轧制、控制冷却、卷取工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）板坯连铸工序：经铁水脱硫、转炉冶炼、LF精炼、RH真空脱气后钢水浇注得到连铸板坯；
（2）板坯加热工序：板坯加热时间为140 min，板坯出钢温度为1181℃；
（3）控制轧制工序：粗轧经5道轧制后，出口温度为1032℃；精轧采用7架轧机轧制，精轧前两架轧机机架间投用除鳞水，除鳞水压力11MPa，精轧出口温度为838℃；
（4）控制冷却工序：采用层流冷却，层流冷却速度16℃/s；
（5）卷取工序：卷取温度485℃。
本实施例800MPa级含钒低碳贝氏体复相钢的性能指标见表2；含钒低碳贝氏体复相钢的显微组织见图1，由图1可知其组织为多边形铁素体和粒状贝氏体。（实施例2-8含钒低碳贝氏体复相钢的组织图与图1类似，故省略。）
实施例2
本实施例800MPa级含钒低碳贝氏体复相钢化学成分组成及其质量百分含量见表1。
本实施例800MPa级含钒低碳贝氏体复相钢的生产方法包括铁水脱硫、转炉冶炼、LF精炼、RH真空脱气、板坯连铸、板坯加热、控制轧制、控制冷却、卷取工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）板坯连铸工序：经铁水脱硫、转炉冶炼、LF精炼、RH真空脱气后钢水浇注得到连铸板坯；
（2）板坯加热工序：板坯加热时间为152 min，板坯出钢温度为1205℃；
（3）控制轧制工序：粗轧经5道轧制后，出口温度为1046℃；精轧采用7架轧机轧制，精轧前两架轧机机架间投用除鳞水，除鳞水压力12MPa，精轧出口温度为841℃；
（4）控制冷却工序：采用层流冷却，层流冷却速度19℃/s；
（5）卷取工序：卷取温度492℃。
本实施例800MPa级含钒低碳贝氏体复相钢的性能指标见表2；含钒低碳贝氏体复相钢的组织为多边形铁素体和粒状贝氏体。
实施例3
本实施例800MPa级含钒低碳贝氏体复相钢化学成分组成及其质量百分含量见表1。
本实施例800MPa级含钒低碳贝氏体复相钢的生产方法包括铁水脱硫、转炉冶炼、LF精炼、RH真空脱气、板坯连铸、板坯加热、控制轧制、控制冷却、卷取工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）板坯连铸工序：经铁水脱硫、转炉冶炼、LF精炼、RH真空脱气后钢水浇注得到连铸板坯；
（2）板坯加热工序：板坯加热时间为165 min，板坯出钢温度为1218℃；
（3）控制轧制工序：粗轧经5道轧制后，出口温度为1058℃；精轧采用7架轧机轧制，精轧前两架轧机机架间投用除鳞水，除鳞水压力13MPa，精轧出口温度为849℃；
（4）控制冷却工序：采用层流冷却，层流冷却速度18℃/s；
（5）卷取工序：卷取温度481℃。
本实施例800MPa级含钒低碳贝氏体复相钢的性能指标见表2；含钒低碳贝氏体复相钢的组织为多边形铁素体和粒状贝氏体。
实施例4
本实施例800MPa级含钒低碳贝氏体复相钢化学成分组成及其质量百分含量见表1。
本实施例800MPa级含钒低碳贝氏体复相钢的生产方法包括铁水脱硫、转炉冶炼、LF精炼、RH真空脱气、板坯连铸、板坯加热、控制轧制、控制冷却、卷取工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）板坯连铸工序：经铁水脱硫、转炉冶炼、LF精炼、RH真空脱气后钢水浇注得到连铸板坯；
（2）板坯加热工序：板坯加热时间为170 min，板坯出钢温度为1192℃；
（3）控制轧制工序：粗轧经5道轧制后，出口温度为1025℃；精轧采用7架轧机轧制，精轧前两架轧机机架间投用除鳞水，除鳞水压力10.5MPa，精轧出口温度为845℃；
（4）控制冷却工序：采用层流冷却，层流冷却速度17℃/s；
（5）卷取工序：卷取温度472℃。
本实施例800MPa级含钒低碳贝氏体复相钢的性能指标见表2；含钒低碳贝氏体复相钢的组织为多边形铁素体和粒状贝氏体。
实施例5
本实施例800MPa级含钒低碳贝氏体复相钢化学成分组成及其质量百分含量见表1。
本实施例800MPa级含钒低碳贝氏体复相钢的生产方法包括铁水脱硫、转炉冶炼、LF精炼、RH真空脱气、板坯连铸、板坯加热、控制轧制、控制冷却、卷取工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）板坯连铸工序：经铁水脱硫、转炉冶炼、LF精炼、RH真空脱气后钢水浇注得到连铸板坯；
（2）板坯加热工序：板坯加热时间为175 min，板坯出钢温度为1215℃；
（3）控制轧制工序：粗轧经5道轧制后，出口温度为1037℃；精轧采用7架轧机轧制，精轧前两架轧机机架间投用除鳞水，除鳞水压力11.5MPa，精轧出口温度为832℃；
（4）控制冷却工序：采用层流冷却，层流冷却速度18℃/s；
（5）卷取工序：卷取温度475℃。
本实施例800MPa级含钒低碳贝氏体复相钢的性能指标见表2；含钒低碳贝氏体复相钢的组织为多边形铁素体和粒状贝氏体。
实施例6
本实施例800MPa级含钒低碳贝氏体复相钢化学成分组成及其质量百分含量见表1。
本实施例800MPa级含钒低碳贝氏体复相钢的生产方法包括铁水脱硫、转炉冶炼、LF精炼、RH真空脱气、板坯连铸、板坯加热、控制轧制、控制冷却、卷取工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）板坯连铸工序：经铁水脱硫、转炉冶炼、LF精炼、RH真空脱气后钢水浇注得到连铸板坯；
（2）板坯加热工序：板坯加热时间为181 min，板坯出钢温度为1200℃；
（3）控制轧制工序：粗轧经5道轧制后，出口温度为1040℃；精轧采用7架轧机轧制，精轧前两架轧机机架间投用除鳞水，除鳞水压力12.5MPa，精轧出口温度为845℃；
（4）控制冷却工序：采用层流冷却，层流冷却速度19℃/s；
（5）卷取工序：卷取温度497℃。
本实施例800MPa级含钒低碳贝氏体复相钢的性能指标见表2；含钒低碳贝氏体复相钢的组织为多边形铁素体和粒状贝氏体。
实施例7
本实施例800MPa级含钒低碳贝氏体复相钢化学成分组成及其质量百分含量见表1。
本实施例800MPa级含钒低碳贝氏体复相钢的生产方法包括铁水脱硫、转炉冶炼、LF精炼、RH真空脱气、板坯连铸、板坯加热、控制轧制、控制冷却、卷取工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）板坯连铸工序：经铁水脱硫、转炉冶炼、LF精炼、RH真空脱气后钢水浇注得到连铸板坯；
（2）板坯加热工序：板坯加热时间为190 min，板坯出钢温度为1180℃；
（3）控制轧制工序：粗轧经5道轧制后，出口温度为1060℃；精轧采用7架轧机轧制，精轧前两架轧机机架间投用除鳞水，除鳞水压力10MPa，精轧出口温度为830℃；
（4）控制冷却工序：采用层流冷却，层流冷却速度20℃/s；
（5）卷取工序：卷取温度470℃。
本实施例800MPa级含钒低碳贝氏体复相钢的性能指标见表2；含钒低碳贝氏体复相钢的组织为多边形铁素体和粒状贝氏体。
实施例8
本实施例800MPa级含钒低碳贝氏体复相钢化学成分组成及其质量百分含量见表1。
本实施例800MPa级含钒低碳贝氏体复相钢的生产方法包括铁水脱硫、转炉冶炼、LF精炼、RH真空脱气、板坯连铸、板坯加热、控制轧制、控制冷却、卷取工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）板坯连铸工序：经铁水脱硫、转炉冶炼、LF精炼、RH真空脱气后钢水浇注得到连铸板坯；
（2）板坯加热工序：板坯加热时间为200 min，板坯出钢温度为1220℃；
（3）控制轧制工序：粗轧经5道轧制后，出口温度为1020℃；精轧采用7架轧机轧制，精轧前两架轧机机架间投用除鳞水，除鳞水压力15MPa，精轧出口温度为850℃；
（4）控制冷却工序：采用层流冷却，层流冷却速度15℃/s；
（5）卷取工序：卷取温度500℃。
本实施例800MPa级含钒低碳贝氏体复相钢的性能指标见表2；含钒低碳贝氏体复相钢的组织为多边形铁素体和粒状贝氏体。
表1 实施例1-8含钒低碳贝氏体复相钢的化学成分组成及其质量百分含量（%）
Figure DEST_PATH_IMAGE002
表1中成分余量为Fe及不可避免的杂质元素。
表2 实施例1-8含钒低碳贝氏体复相钢的性能指标
Figure DEST_PATH_IMAGE004
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种800MPa级含钒低碳贝氏体复相钢，其特征在于，所述含钒低碳贝氏体复相钢化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.10～0.13%，Si：0.20～0.30%，Mn：1.80～1.90%，P≤0.015%，S≤0.005%，Nb：0.050～0.060%，V：0.095～0.120%，Ti：0.015～0.030%，Mo：0.130～0.150%，Cr：0.25～0.32%，Als：0.025～0.040%，N：0.0110～0.0130%，余量为Fe及不可避免的杂质元素。
2.根据权利要求1所述的一种800MPa级含钒低碳贝氏体复相钢，其特征在于，所述含钒低碳贝氏体复相钢组织为多边形铁素体和粒状贝氏体。
3.根据权利要求1所述的一种800MPa级含钒低碳贝氏体复相钢，其特征在于，所述含钒低碳贝氏体复相钢抗拉强度≥800MPa，屈服强度≥700MPa，延伸率≥15%，-20℃纵向冲击功≥120J。
4.基于权利要求1-3任意一项所述的一种800MPa级含钒低碳贝氏体复相钢的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括铁水脱硫、转炉冶炼、LF精炼、RH真空脱气、板坯连铸、板坯加热、控制轧制、控制冷却、卷取工序；所述控制轧制工序包括粗轧、热卷箱、精轧工序。
5.根据权利要求4所述的一种800MPa级含钒低碳贝氏体复相钢的生产方法，其特征在于，所述板坯加热工序，板坯加热时间为140～200min，板坯出钢温度为1180～1220℃。
6.根据权利要求4所述的一种800MPa级含钒低碳贝氏体复相钢的生产方法，其特征在于，所述控制轧制工序，粗轧经5道轧制后，出口温度为1020～1060℃。
7.根据权利要求4-6任意一项所述的一种800MPa级含钒低碳贝氏体复相钢的生产方法，其特征在于，所述控制轧制工序，精轧采用7架轧机轧制，精轧前两架轧机机架间投用除鳞水，除鳞水压力≥10MPa，精轧出口温度为830～850℃。
8.根据权利要求4-6任意一项所述的一种800MPa级含钒低碳贝氏体复相钢的生产方法，其特征在于，所述控制冷却工序，采用层流冷却，层流冷却速度15～20℃/s。
9.根据权利要求4-6任意一项所述的一种800MPa级含钒低碳贝氏体复相钢的生产方法，其特征在于，所述卷取工序，卷取温度470～500℃。
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