CN111485168A - 一种q460d钢板及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种Q460D钢板及其生产方法，属于结构钢领域。提供的Q460D钢板化学成分按照质量百分比计为：C：0.15～0.17％；Si：0.3～0.4％；Mn：1.0～1.1％；Ti：0.07～0.08％；P≤0.013％；S≤0.003％；Ca：0.0010～0.0025％；Als：0.021～0.036％；其余为铁和不可避免杂质。本发明通过合适的冶炼、连铸、加热、轧制、控冷工艺，获得的Q460D钢板屈服强度在485MPa～521MPa之间，抗拉强度在586～632MPa之间，延伸率在19％～26.5％之间，‑20℃冲击功在129J～196J之间。

Description

一种Q460D钢板及其生产方法
技术领域
本发明属于结构钢领域，具体涉及一种Q460D钢板及其生产方法。
背景技术
Q460D低合金高强度结构钢板以其较高的强度和良好的韧性，被广泛的应用在建筑、工程机械制造等领域，Q460D钢板由于强度较高，且钢板常常要进行切割焊接，为了使材料易于焊接，其碳当量不能太高。同时Q460D还要求良好的低温韧性，以满足材料在环境温度较低时，仍能保持良好性能。为满足前述要求，在生产时都一般采用控轧控冷技术相结合，同时在钢中添加一定量的微合金，以细化晶粒提高韧性；或者添加较多的合金，在轧后进行热处理，以得到强度和韧性匹配良好的钢板。由于Nb、V微合金的价格比较贵，即使添加量较少，合金成本也较高，同时Nb加入后板坯质量容易产生裂纹，对钢板最终的表面质量控制不利。若采用轧后热处理的工艺，虽然钢板的综合性能较好，但加入的合金更多，同时又多一道热处理工序，制造成本较高。由于当前钢铁产品的利润率较低，效益不好。因此降低产品制造成本，增强产品盈利能力迫在眉睫。
文献CN 104651716 A公开一种低合金Q460C钢板的生产方法，提供了一种Q460C钢板的生产方法，该方法生产的30mm厚以下钢板的强度和韧性都满足要求。但该方法需要加入微合金Nb，这样会增加合金成本，同时板坯表面容易产生裂纹，对钢板表面质量控制不利。
文献CN 106086647 A公开一种低合金高强钢Q460C及其生产方法，提供了一种Q460C钢板的生产方法，该方法生产的钢板强度和韧性都满足要求。但该方法需要加入较多的Nb等微合金，这样会增加合金成本，同时板坯表面容易产生裂纹，对钢板表面质量控制不利。
文献CN 102719737 A公开一种屈服强度460MPa级正火高强韧钢板及其制造方法，提供了一种屈服强度460MPa级钢板的生产方法。该方法生产强度满足要求，韧性也较好。但该方法需要加入V、Ni等合金，轧后还要进行正火，制造成本较高。
发明内容
针对现有技术中存在的问题的一个或多个，本发明的一个方面提供一种Q460D钢板，其化学成分按照质量百分比计为：C：0.15～0.17％；Si：0.3～0.4％；Mn：1.0～1.1％；Ti：0.07～0.08％；P≤0.013％；S≤0.003％；Ca：0.0010～0.0025％；Als：0.021～0.036％；其余为铁和不可避免杂质。
上述Q460D钢板的力学性能满足：屈服强度在485MPa～521MPa之间，抗拉强度在586～632MPa之间，延伸率在19％～26.5％之间，-20℃冲击功在129J～196J之间。
上述Q460D钢板的厚度为15mm～40mm。
本发明另一方面提供一种Q460D钢板的生产方法，包括冶炼、连铸、加热、轧制、冷却工艺，其中：
1)冶炼：钢水进行RH炉处理，在真空度不超过105Pa下处理时间不低于18分钟；
2)连铸：连铸时采用电磁搅拌和轻压下，电磁搅拌频率为6.5Hz，电流为305A，压下位置为6、7、8段，压下量为2.5mm、2.4mm、2.2mm，连铸坯的厚度为250mm；
3)加热工艺：采用步进式加热炉，连铸坯出炉温度1225-1245℃，总加热时间230～290分钟，在加热炉中均热段的加热时间不少于32分钟；
4)15mm～20mm厚钢板轧制成型工艺：连铸坯加热好之后进行控制轧制，第一阶段开轧厚度为连铸坯厚度，第一阶段开轧温度1215～1235℃，第一阶段终轧温度≥1050℃，第一阶段高温延伸轧制时单道次压下率≥11.8％，第一阶段轧制速度为1.6～3.0m/s，第一阶段轧制时设定扭矩为2280kN·m；第二阶段钢板的开轧厚度为4倍成品钢板厚度，第二阶段钢板开轧温度为875～905℃，第二阶段终轧温度为795～810℃；第二阶段轧制速度为3.1～4.3m/s，第二阶段轧制时设定扭矩为2320kN·m，第二阶段末次压下率≥10.9％；轧制完成后进行层流冷却，冷却速度为26～31℃/s，终冷温度为645～665℃；
5)＞20mm～40mm厚钢板轧制成型工艺：连铸坯加热好之后进行控制轧制，第一阶段开轧厚度为连铸坯厚度，第一阶段开轧温度1215～1235℃，第一阶段终轧温度≥1065℃，第一阶段高温延伸轧制时单道次压下率≥10.8％，第一阶段轧制速度为1.6～2.6m/s，第一阶段轧制时设定扭矩为2300kN·m；第二阶段钢板的开轧厚度为3.3～4倍成品钢板厚度，第二阶段钢板开轧温度为870～890℃，第二阶段终轧温度为790～805℃；第二阶段轧制速度为2.2～3.4m/s，第二阶段轧制时设定扭矩为2350kN·m，第二阶段末次压下率≥9％；轧制完成后进行层流冷却，冷却速度为13～23℃/s，终冷温度为645～665℃。
基于以上技术方案提供的Q460D钢板的生产方法采用低成本成分设计，只采用廉价的Si、Mn、Ti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Q460D钢板，数据表明，该Q460D钢板屈服强度在485MPa～521MPa之间，抗拉强度在586～632MPa之间，延伸率在19％～26.5％之间，-20℃冲击功在129J～196J之间。钢板的强度、塑性、韧性良好，组织为细小的铁素体+珠光体。综上所述，本发明提供一种表面质量良好、强度和韧性匹配良好的Q460D钢板及其生产方法，并且该方法工艺简单，成本低，适合大范围推广使用。
附图说明
图1为实施例1的钢板的金相组织图；
图2为实施例2的钢板的金相组织图；
图3为实施例3的钢板的金相组织图；
图4为实施例4的钢板的金相组织图；
图5为实施例5的钢板的金相组织图；
图6为实施例6的钢板的金相组织图。
具体实施方式
本发明提供一种Q460D钢板及其生产方法，其中提供的Q460D钢板的化学成分按照质量百分计为：C：0.15～0.17％；Si：0.3～0.4％；Mn：1.0～1.1％；Ti：0.07～0.08％；P≤0.013％；S≤0.003％；Ca：0.0010～0.0025％；Als：0.021～0.036％；其余为铁和不可避免杂质。
成分设计中Ti含量较高，因此在生产过程中，连铸坯采用较高的加热温度和较长的加热时间，这样加热时钢中的Ti能充分的固溶进去，以便在轧制和轧后冷却时，Ti的碳、氮化物能充分析出来，改善钢板的组织；采用较长的均热段加热时间目的是使连铸坯出炉温度均匀，这样轧制时轧机负荷均匀，可以实现较大的单道次压下率，有利于改善钢板的微观组织。根据该钢种的化学成分及机械性能要求，对上述加热好的连铸坯在奥氏体再结晶区和非再结晶区进行控制轧制。该钢种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板坯较厚，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。较低的轧制速度还能得到较低的终轧温度，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非再结晶控轧。通过Ti的碳氮化物析出，钉扎位错，晶粒内部在轧制变形下产生应变，通过多道次轧制，较大的累积压下量，晶粒内部积累了大量的形变能和相变形核位置。通过轧后快速冷却到较低的温度，完成奥氏体向铁素体和珠光体转变，细化铁素体晶粒，并在随后的空冷中，Ti的碳氮化物在铁素体中析出，得到强韧匹配良好的组织。
最终获得的钢板的强度、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485MPa～521MPa之间，抗拉强度在586～632MPa之间，延伸率在19％～26.5％之间，-20℃冲击功在129J～196J之间。
以下通过具体实施例详细说明本发明的内容，以下实施例仅在于说明本发明的内容以便于理解，并不在于限制本发明的内容。
实施例1：
钢水进行RH处理，处理时真空度在105Pa以下的时间为18分钟，板坯连铸时电磁搅拌的频率为6.5Hz，电流为305A，压下位置为6、7、8段，压下量为2.5mm、2.4mm、2.2mm，获得的连铸坯厚度为250mm。连铸坯加热时采用步进式加热炉，出炉温度为1245℃，总加热时间为290分钟，在均热段的加热时间为32分钟。板坯的(重量百分比)化学成分为：C 0.17％，Si0.4％，Mn 1.1％，Ti 0.08％，P 0.013％，S 0.003％，Als 0.021％，Ca 0.001％，余量为Fe和不可避免的杂质。轧制成厚度为15mm的钢板，详细的轧制及冷却工艺见表1，其力学性能见表2，获得的钢板的金相组织见图1，组织为细小的铁素体+珠光体。
表1：轧制及冷却工艺
Figure BDA0002432018260000041
表2：钢板力学性能
Figure BDA0002432018260000042
实施例2：
钢水进行RH处理，处理时真空度在105Pa以下的时间为18.5分钟，板坯连铸时电磁搅拌的频率为6.5Hz，电流为305A，压下位置为6、7、8段，压下量为2.5mm、2.4mm、2.2mm，连铸坯厚度为250mm。连铸坯加热时采用步进式加热炉，出炉温度为1225℃，总加热时间为230分钟，在均热段的加热时间为34分钟。板坯的(重量百分比)化学成分为：C 0.15％，Si 0.3％，Mn 1.0％，Ti 0.07％，P 0.012％，S 0.002％，Als 0.036％，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，详细的轧制及冷却工艺见表3，其力学性能见表4，钢板的金相组织见图2。
表3：轧制及冷却工艺
Figure BDA0002432018260000043
Figure BDA0002432018260000051
表4：钢板力学性能
Figure BDA0002432018260000052
实施例3
钢水进行RH处理，处理时真空度在105Pa以下的时间为19.5分钟，板坯连铸时电磁搅拌的频率为6.5Hz，电流为305A，压下位置为6、7、8段，压下量为2.5mm、2.4mm、2.2mm，连铸坯厚度为250mm。连铸坯加热时采用步进式加热炉，出炉温度为1236℃，总加热时间为258分钟，在均热段的加热时间为33分钟。板坯的(重量百分比)化学成分为：C 0.16％，Si0.34％，Mn 1.05％，Ti 0.074％，P 0.011％，S 0.001％，Als 0.032％，Ca 0.0021％，余量为Fe和不可避免的杂质。轧制成厚度为18mm的钢板，详细的轧制及冷却工艺见表5，其力学性能见表6，金相组织如图3所示。
表5：轧制及冷却工艺
Figure BDA0002432018260000053
表6：钢板力学性能
Figure BDA0002432018260000054
实施例4
钢水进行RH处理，处理时真空度在105Pa以下的时间为19.5分钟，板坯连铸时电磁搅拌的频率为6.5Hz，电流为305A，压下位置为6、7、8段，压下量为2.5mm、2.4mm、2.2mm，连铸坯厚度为250mm。连铸坯加热时采用步进式加热炉，出炉温度为1238℃，总加热时间为263分钟，在均热段的加热时间为32分钟。板坯的(重量百分比)化学成分为：C 0.155％，Si0.35％，Mn 1.06％，Ti 0.076％，P 0.012％，S 0.002％，Als 0.031％，Ca 0.0019％，余量为Fe和不可避免的杂质。轧制成厚度为40mm的钢板，详细的轧制及冷却工艺见表7，其力学性能见表8，金相组织如图4所示。
表7：轧制及冷却工艺
Figure BDA0002432018260000061
表8：钢板力学性能
Figure BDA0002432018260000062
实施例5
钢水进行RH处理，处理时真空度在105Pa以下的时间为19.5分钟，板坯连铸时电磁搅拌的频率为6.5Hz，电流为305A，压下位置为6、7、8段，压下量为2.5mm、2.4mm、2.2mm，连铸坯厚度为250mm。连铸坯加热时采用步进式加热炉，出炉温度为1241℃，总加热时间为272分钟，在均热段的加热时间为33.5分钟。板坯的(重量百分比)化学成分为：C 0.165％，Si0.36％，Mn 1.08％，Ti 0.073％，P 0.012％，S 0.001％，Als 0.032％，Ca 0.0020％，余量为Fe和不可避免的杂质。轧制成厚度为22mm的钢板，详细的轧制及冷却工艺见表9，其力学性能见表10，金相组织如图5所示。
表9：轧制及冷却工艺
Figure BDA0002432018260000063
表10：钢板力学性能
Figure BDA0002432018260000071
实施例6
钢水进行RH处理，处理时真空度在105Pa以下的时间为19.5分钟，板坯连铸时电磁搅拌的频率为6.5Hz，电流为305A，压下位置为6、7、8段，压下量为2.5mm、2.4mm、2.2mm，连铸坯厚度为250mm。连铸坯加热时采用步进式加热炉，出炉温度为1239℃，总加热时间为247分钟，在均热段的加热时间为34分钟。板坯的(重量百分比)化学成分为：C 0.155％，Si0.32％，Mn 1.06％，Ti 0.077％，P 0.013％，S 0.002％，Als 0.028％，Ca 0.0019％,余量为Fe和不可避免的杂质。轧制成厚度为30mm的钢板，详细的轧制及冷却工艺见表11，其力学性能见表12，金相组织如图6所示。
表11：轧制及冷却工艺
Figure BDA0002432018260000072
表12：钢板力学性能
Figure BDA0002432018260000073
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种Q460D钢板，其特征在于，其化学成分按照质量百分比计为：C：0.15～0.17％；Si：0.3～0.4％；Mn：1.0～1.1％；Ti：0.07～0.08％；P≤0.013％；S≤0.003％；Ca：0.0010～0.0025％；Als：0.021～0.036％；其余为铁和不可避免杂质。
2.根据权利要求1所述的Q460D钢板，其特征在于，所述Q460D钢板的力学性能满足：屈服强度在485MPa～521MPa之间，抗拉强度在586～632MPa之间，延伸率在19％～26.5％之间，-20℃冲击功在129J～196J之间。
3.根据权利要求1或2所述的Q460D钢板，其特征在于，所述Q460D钢板的厚度为15mm～40mm。
4.权利要求1-3中任一项所述的Q460D钢板的生产方法，包括冶炼、连铸、加热、轧制、冷却工艺，其特征在于：
1)冶炼：钢水进行RH炉处理，在真空度不超过105Pa下处理时间不低于18分钟；
2)连铸：连铸时采用电磁搅拌和轻压下，电磁搅拌频率为6.5Hz，电流为305A，压下位置为6、7、8段，压下量为2.5mm、2.4mm、2.2mm，连铸坯的厚度为250mm；
3)加热工艺：采用步进式加热炉，连铸坯出炉温度1225-1245℃，总加热时间230～290分钟，在加热炉中均热段的加热时间不少于32分钟；
4)15mm～20mm厚钢板轧制成型工艺：连铸坯加热好之后进行控制轧制，第一阶段开轧厚度为连铸坯厚度，第一阶段开轧温度1215～1235℃，第一阶段终轧温度≥1050℃，第一阶段高温延伸轧制时单道次压下率≥11.8％，第一阶段轧制速度为1.6～3.0m/s，第一阶段轧制时设定扭矩为2280kN·m；第二阶段钢板的开轧厚度为4倍成品钢板厚度，第二阶段钢板开轧温度为875～905℃，第二阶段终轧温度为795～810℃；第二阶段轧制速度为3.1～4.3m/s，第二阶段轧制时设定扭矩为2320kN·m，第二阶段末次压下率≥10.9％；轧制完成后进行层流冷却，冷却速度为26～31℃/s，终冷温度为645～665℃；
5)＞20mm～40mm厚钢板轧制成型工艺：连铸坯加热好之后进行控制轧制，第一阶段开轧厚度为连铸坯厚度，第一阶段开轧温度1215～1235℃，第一阶段终轧温度≥1065℃，第一阶段高温延伸轧制时单道次压下率≥10.8％，第一阶段轧制速度为1.6～2.6m/s，第一阶段轧制时设定扭矩为2300kN·m；第二阶段钢板的开轧厚度为3.3～4倍成品钢板厚度，第二阶段钢板开轧温度为870～890℃，第二阶段终轧温度为790～805℃；第二阶段轧制速度为2.2～3.4m/s，第二阶段轧制时设定扭矩为2350kN·m，第二阶段末次压下率≥9％；轧制完成后进行层流冷却，冷却速度为13～23℃/s，终冷温度为645～665℃。
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