CN111519104B - 一种薄规格热轧低合金高强钢及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种薄规格热轧低合金高强钢及其制备方法，所述高强钢由如下质量分数的化学成分组成，C：0.03～0.1％，Si：0.1～0.6％，Mn：0.5～1.8％，P≤0.02％，S≤0.006％，Al：0.015～0.05％，V：0.01‑0.07％，N：0.01‑0.03％，其余是Fe及不可避免杂质。采用本发明的成分设计制备薄规格高强钢可以降低轧制力，提高生产的稳定性；可降低加热温度，节约能耗；可提高产品性能的均匀性，提高表面质量。

Description

一种薄规格热轧低合金高强钢及其制备方法

技术领域

本发明属于钢铁制备技术领域，特别涉及一种薄规格热轧低合金高强钢及其制备方法。

背景技术

低合金高强钢是在碳素结构钢的基础上添加了少量的Mn、Si和微量的Nb、V或Ti等合金元素，从而提高了强度，可广泛应用于对强度要求高的桥梁、船舶、车辆、输油输气管道、大型钢结构等。尤其是汽车工业的应用，为了保障安全、降低油耗和排放量，要求低合金高强钢具有高的强度提高安全性的同时，还要降低厚度以减轻自重实现节能减排。

热轧低合金高强钢经过冷轧后，其厚度薄，强度高，可同时满足安全和轻量化的需求。但是，相较于冷轧钢板，热轧钢板由于少了冷轧等工序，成本较低，受到汽车工业的青睐。薄规格热轧低合金高强钢“以热代冷”趋势日益明显，以热轧裸板、热轧酸洗板、热轧酸洗镀锌板等成品状态广泛应用于汽车底盘、车体、座椅、轮辐等结构件。

然而，这种薄规格热轧低合金高强钢在热轧过程中由于厚度较薄，强度高，在热轧过程中轧制力大，轧制不稳定。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种薄规格热轧低合金高强钢及其制备方法，以解决现有技术中薄规格热轧低合金高强钢轧制过程中由于厚度薄，强度高，在热轧过程中轧制力大，轧制不稳定的问题。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一方面，本发明提供了一种薄规格热轧低合金高强钢，所述高强钢由如下质量分数的化学成分组成，C：0.03～0.1％，Si：0.1～0.6％，Mn：0.5～1.8％，P≤0.02％，S≤0.006％，Al：0.015～0.05％，V：0.01-0.07％，N：0.01-0.03％，其余是Fe及不可避免杂质。

进一步地，所述高强钢的金相组织包括铁素体和珠光体，所述铁素体的体积分数为90～95％，所述珠光体的体积分数为5～10％。

进一步地，所述高强钢的厚度为1.4～2.0mm。

进一步地，所述高强钢表面附着有氧化铁皮，所述氧化铁皮厚度≤10μm。

另一方面，本发明提供了上述的一种薄规格热轧低合金高强钢的制备方法，所述方法包括，

将冶炼后的钢水进行连铸，获得板坯；所述板坯由如下质量分数的化学成分组成，C：0.03～0.1％，Si：0.1～0.6％，Mn：0.5～1.8％，P≤0.02％，S≤0.006％，Al：0.015～0.05％，V：0.01-0.07％，N：0.01-0.03％，其余是Fe及不可避免杂质；

将所述板坯依次进行加热、粗轧、精轧、层流冷却和卷取，获得高强钢。

进一步地，所述加热温度为1160～1230℃。

进一步地，所述粗轧在粗轧机上进行，所述粗轧机包括沿轧制方向依次设置的第一粗轧机和第二粗轧机，所述粗轧中，所述第一粗轧机轧制次数为0，所述第二粗轧机轧制次数为5，或者所述第一粗轧机轧制次数为1，所述第二粗轧机轧制次数为3，所述粗轧终止温度为1040～1100℃。

进一步地，所述粗轧后的板坯厚度为32～38mm。

进一步地，所述精轧终止温度为870～940℃。

进一步地，所述卷取温度为570～640℃。

本发明的有益效果至少包括：

本发明提供了一种薄规格热轧低合金高强钢及其制备方法，所述高强钢由如下质量分数的化学成分组成，C：0.03～0.1％，Si：0.1～0.6％，Mn：0.5～1.8％，P≤0.02％，S≤0.006％，Al：0.015～0.05％，V：0.01-0.07％，N：0.01-0.03％，其余是Fe及不可避免杂质。本申请采用C-Si-Mn-V-N的合理成分体系，充分利用碳氮化钒析出强化来获得低合金高强钢，钒元素主要在精轧结束后的冷却和卷取过程中发挥析出强化作用，氮元素促进碳氮化钒的析出，在提高强度的同时，降低了粗轧和精轧的轧制力，使获得的薄规格低合金高强钢，轧制难度降低，轧制稳定性提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的一种薄规格热轧低合金高强钢的制备方法工艺步骤图。

具体实施方式

下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。

在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

本发明实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

一方面，本发明提供了一种薄规格热轧低合金高强钢，所述高强钢由如下质量分数的化学成分组成，C：0.03～0.1％，Si：0.1～0.6％，Mn：0.5～1.8％，P≤0.02％，S≤0.006％，Al：0.015～0.05％，V：0.01-0.07％，N：0.01-0.03％，其余是Fe及不可避免杂质。

本发明中，C元素是强化钢的主要元素，C含量过低无法达到强度要求，C含量过高会对韧性和焊接性有不良影响，所以C含量0.03～0.1％比较合理。

Si元素含量0.1～0.6％，主要起到固溶强化作用，但Si元素过高易在钢板表面形成难以去除的红鳞等缺陷影响表面质量。

Mn含量0.5～1.8％，强化方式以固溶强化为主，过高的Mn元素易形成偏析。

P元素是不可避免的杂质元素，易在晶界偏聚，造成磷脆，控制在0.02％以下。S元素也是不可避免的杂质元素，易与Mn形成MnS杂质，影响性能，控制在0.006％以下。

Al元素在炼钢过程中起脱氧作用，添加过多Al元素会增加不必要的成本。

V元素含量0.01-0.07％。V在本发明中主要起析出强化作用。一般来说，Nb、Ti、V是低合金高强钢中常用的微合金元素。一方面，Nb元素沉淀在奥氏体的晶界上，起到析出钉扎作用，强烈阻碍晶粒长大，细晶强化作用明显。Ti元素在连铸阶段以TiN的形式析出，细化奥氏体晶粒。两者的主要强化过程均发生在奥氏体阶段，在强化钢板的同时，也会增加轧制过程的变形抗力，尤其对于2mm以下的薄规格高强钢，轧制力大于厚规格高强钢，轧制难度更大，轧制不稳定。另一方面，Nb元素能够抑制奥氏体再结晶，提高再结晶温度，从而增加非再结晶区轧制的比例，使得晶粒被拉长，各向异性明显，不利于钢板的成形性。采用V元素，一方面，V元素在精轧结束之前强化作用较弱，其主要在精轧结束之后的冷却和卷取过程中，也就是铁素体阶段起到析出强化作用，相比较Nb、Ti元素可有效降低轧制力。另一方面，用V元素替代Nb元素，其再结晶温度低，非再结晶区轧制比例低，各向同性更好，提高钢板成形性。

N元素含量0.01-0.03％。N元素会降低塑性韧性，增加板坯开裂风险，不可过高。但适量的N元素可使固溶的V元素以VN或V(CN)的形式析出，促进V元素的析出强化，提高强度。

进一步地，所述高强钢的金相组织包括铁素体和珠光体，所述铁素体的体积分数为90～95％，所述珠光体的体积分数为5～10％。

铁素体含碳量低，塑性和韧性好，但是强度和硬度低。珠光体是铁素体与渗碳体片层相间的组织，性能介于铁素体和渗碳体之间，强韧性较好，强度较高，硬度适中。

进一步地，所述高强钢的厚度为1.4～2.0mm。

高强钢厚度较薄，可以不进行冷轧直接应用于汽车工业。

进一步地，所述高强钢表面附着有氧化铁皮，所述氧化铁皮厚度≤10μm。

高强钢表面的氧化铁皮厚度薄，不超过10μm，这样的热轧板如果后续进行酸洗，因为氧化铁皮的厚度薄，极易酸洗，节省用酸量，而且酸洗后钢板表面质量好，不易出现麻坑、麻点和色差等缺陷。

另一方面，本发明提供了上述的一种薄规格热轧低合金高强钢的制备方法，图1为本发明实施例的一种薄规格热轧低合金高强钢的制备方法工艺步骤图，结合图1，所述方法包括，

S1，将冶炼后的钢水进行连铸，获得板坯；所述板坯由如下质量分数的化学成分组成，C：0.03～0.1％，Si：0.1～0.6％，Mn：0.5～1.8％，P≤0.02％，S≤0.006％，Al：0.015～0.05％，V：0.01-0.07％，N：0.01-0.03％，其余是Fe及不可避免杂质；

钢水冶炼工艺为高炉炼铁、铁水预处理、转炉炼钢、精炼，也可以是电炉冶炼，凡是可以得到合格钢水的冶炼方法，都可以应用于本申请。

S2，将所述板坯依次进行加热、粗轧、精轧、层流冷却和卷取，获得高强钢。

进一步地，所述加热温度为1160～1230℃。

厚度不超过2mm的薄规格低合金高强钢，由于其厚度薄，蓄热少，散热快，所以在轧制过程中温降大。为保证后续粗轧和精轧温度达到设计要求，通常薄规格高强钢轧制需要较高的加热炉出炉温度，一般出炉温度在1240℃以上，高出炉温度造成耗能高的同时，也增加了薄规格高强钢表面生成的氧化铁皮的厚度，这使得氧化铁皮压入等缺陷发生概率增加。这样氧化铁皮厚的热轧板如果后续进行酸洗，易产生麻坑、麻点、色差等缺陷。如果这种酸洗后的钢板进行镀锌，麻坑、麻点和色差缺陷会更加明显，无法满足使用要求。本发明采用较低的加热温度，配合后续采用0+5或1+3模式的粗轧工艺，即第一粗轧机不轧制，第二粗轧机轧制5道次，或第一粗轧机轧制1道次，第二粗轧机轧制3道次，减少轧制工序道次，从而减少了温降，从而使得薄规格轧制可以采用较低的出炉温度，从而减少能耗，同时也减小铁皮厚度，提高高强钢的表面质量。

进一步地，所述粗轧在粗轧机上进行，所述粗轧机包括沿轧制方向依次设置的第一粗轧机和第二粗轧机，所述粗轧中，所述第一粗轧机轧制次数为0，所述第二粗轧机轧制次数为5，或所述第一粗轧机轧制次数为1，所述第二粗轧机轧制次数为3，所述粗轧终止温度为1040～1100℃。

一般情况下，粗轧模式采用1+5或3+3的轧制模式，即第一粗轧机轧制1道次，第二粗轧机轧制5道次，或第一粗轧机轧制3道次，第二粗轧机轧制3道次的模式进行轧制，这种轧制模式轧制薄规格的高强钢，温降大，本申请粗轧采用0+5模式或1+3模式，即第一粗轧机不轧制，第二粗轧机轧制5道次，或第一粗轧机轧制1道次，第二粗轧机轧制3道次，粗轧终止温度控制为1040-1100℃，一是这种模式可以将轧制道次由6道次减少为5道次或4道次，减少了轧制道次和轧制时间，减少了冷却次数，从而减轻了过程温降，可以降低板坯加热炉内的加热温度；二是，本申请采用V元素作为析出强化元素，而V元素析出主要发生在精轧结束后的冷却和卷取过程，这使得粗轧和精轧的轧制力下降，使得0+5或1+3的粗轧模式也可以达到轧制厚度和强度要求，还可以获得厚度较薄的中间坯。

进一步地，所述粗轧后的板坯厚度为32～38mm。

本申请采用V元素析出强化与加热、粗轧工艺相配合，使得轧制力低，粗轧后的板坯，也就是中间坯，厚度薄，可减少后道次精轧工序的压下量和轧制力，有利于提高精轧过程稳定性。

进一步地，所述精轧终止温度为870～940℃。

传统的薄规格低合金高强钢由于采用Nb元素强化，Nb元素能够抑制奥氏体再结晶，提高再结晶温度，从而增加非再结晶区轧制的比例，使得晶粒被拉长，各向异性明显，不利于钢板成形性。本申请采用V元素强化，降低再结晶温度，从而使非再结晶区轧制比例低，各向同性更好，提高了钢板的加工成形性。另一方面，采用较高的终轧温度是为了保证精轧完全在奥氏体区进行，避免精轧结束前碳氮化钒析出，碳氮化钒的过早析出会增加精轧后几个机架的轧制力。

进一步地，所述卷取温度为570～640℃。采用较高的卷取温度以降低层流冷却的冷却速度，使得V(CN)更充分析出，增强析出强化效果，提高高强钢的强度。

进一步地，所述高强钢的屈服强度Rp0.2：420～680MPa，抗拉强度Rm：480～760MPa，且同一位置横纵向力学性能差异≤30MPa。

进一步地，所述高强钢的断后延伸率A80：12～30％。

本发明提供了一种薄规格热轧低合金高强钢及其制备方法，采用C-Si-Mn-V-N的合理成分体系，充分利用碳氮化钒析出强化来获得低合金高强钢，钒元素主要在精轧结束后的冷却和卷取过程中发挥析出强化作用，氮元素促进碳氮化钒的析出，在提高强度的同时，降低了粗轧和精轧的轧制力，使获得的薄规格低合金高强钢，轧制难度降低，轧制稳定性提高；加入V元素可降低材料的再结晶温度，使材料在非再结晶区轧制比例低，各向同性更好，提高钢板加工成形性；采用低加热温度和0+5或1+3模式的粗轧工艺和精轧工艺相配合，降低能耗的同时，减少了温降，同时也减小铁皮厚度，如若用于酸洗处理，可以减少出现麻坑、麻点或色差表面缺陷，提高高强钢的表面质量。

下面将结合具体的实施例对本申请的技术方案做进一步的说明。

表1

项目	C，％	Si，％	Mn，％	P，％	S，％	Al，％	Nb，％	V，％	N，％	Ti，％
											实施例1	0.07	0.1	1.00	0.015	0.005	0.025	0	0.05	0.015	0
实施例2	0.07	0.1	1.00	0.015	0.005	0.025	0	0.05	0.015	0
											实施例3	0.07	0.1	1.30	0.015	0.005	0.025	0	0.06	0.02	0
实施例4	0.07	0.1	1.30	0.015	0.005	0.025	0	0.06	0.02	0
											实施例5	0.07	0.15	1.4	0.015	0.005	0.025	0	0.065	0.025	0
对比例1	0.07	0.1	1.00	0.015	0.005	0.025	0.04	0	0	0
											对比例2	0.07	0.1	1.00	0.015	0.005	0.025	0.02	0	0	0.02
对比例3	0.06	0.1	1.10	0.015	0.005	0.025	0.04	0	0	0

实施例

实施例1～实施例5提供了一种薄规格热轧低合金高强钢的制备方法，将高炉炼铁、铁水预处理、转炉冶炼和精炼获得的合格的钢水进行连铸，获得板坯，板坯的化学成分如表1所示。将所述板坯依次进行加热、粗轧、精轧、层流冷却和卷取，获得高强钢。加热、粗轧、精轧、层流冷却和卷取过程的工艺控制如表2所示，精轧过程各机架轧制力如表3所示，高强钢的各金相组织的体积比例和氧化铁皮的厚度如表4所示。

对比例

对比例1和对比例2提供了一种薄规格热轧低合金高强钢的制备方法，将冶炼合格的钢水连铸，获得板坯，板坯的化学成分如表1所示。将所述板坯依次进行加热、粗轧、精轧、层流冷却和卷取，获得高强钢。加热、粗轧、精轧、层流冷却和卷取过程的工艺控制如表2所示，精轧过程各机架轧制力如表3所示，高强钢的各金相组织的体积比例和氧化铁皮的厚度如表4所示。

对比例3提供了一种冷轧板，将冶炼合格的钢水连铸获得板坯，板坯的化学成分见表1，将板坯经过加热、粗轧、精轧和卷取获得厚度为3mm的热轧钢卷，将热轧钢卷依次经过酸洗和冷轧，获得厚度为1.6mm的冷轧板，冷轧板的力学性能见表4。

实施例1到实施例5，对比例1，对比例2的氧化铁皮厚度的测量是在高强钢卷头、卷中、卷尾宽度1/4，1/2和3/4处分别取1个，共计9个样品，每个样品检测最少3个点的厚度，将所有的厚度取平均值作为高强钢的氧化铁皮厚度。力学性能检测是在高强钢靠近卷尾10m、宽度1/4位置，取样品，沿轧制方向(纵向)和宽度方向(横向)各取样一块，进行屈服强度、抗拉强度和延伸率的检测，检测结果如表5所示，表6为横向和纵向的力学性能差值。

表2

表3

编号	F1，KN	F2，KN	F3，KN	F4，KN	F5，KN	F6，KN	F7，KN
								实施例1	18322	17168	16117	15228	13211	11890	10942
实施例2	18138	17011	16034	15103	13119	11680	10798
								实施例3	22637	17463	16441	15858	14171	12903	11384
实施例4	21578	18123	16544	15923	14103	12759	11124
								实施例5	23748	18312	17249	16478	14884	13292	12403
对比例1	19772	18255	17257	16597	14279	12882	11811
								对比利2	19693	18234	17213	16523	14215	12809	11789

表4

表5

表6

编号	屈服强度(MPa)	抗拉强度(MPa)	延伸率A80(％)
				实施例1	6	7	0
实施例2	11	9	0.5
				实施例3	6	8	0.5
实施例4	5	4	0.5
				实施例5	5	9	2
对比例1	37	24	2
				对比例2	26	28	2.5

实施例1到实施例5的力学性能检测结果可以看出，实施例获得了满足要求的力学性能，表6为横向和纵向的力学性能差值，由表6可以看出，相较于对比例1和对比例2，实施例1到实施例5横向和纵向的屈服强度、抗拉强度和延伸率差值更小，各向同性更好，提高钢板加工成形性。鉴于实施例1和实施例2与对比例1和对比例2属于同一强度级别，因此，相较于对比例1和对比例2，本申请实施例1和实施例2的轧制力均有大幅的下降，提高了轧制稳定性，符合前述的V元素析出主要发生在精轧结束后的冷却和卷取过程，降低了精轧的轧制力。相较于对比例1和对比例2，实施例1到实施例5的成品铁皮厚度明显更薄，加热炉能耗也出现不同比例的下降，本申请提供的高强钢更易酸洗，成本更低。

最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (2)

1.一种薄规格热轧低合金高强钢，其特征在于，所述高强钢由如下质量分数的化学成分组成

，

，其余是Fe及不可避免杂质；

所述高强钢表面附着有氧化铁皮，所述氧化铁皮厚度

所述高强钢的厚度为1.4~2.0mm；

所述薄规格热轧低合金高强钢的制备方法包括，

将冶炼后的钢水进行连铸，获得板坯；所述板坯由如下质量分数的化学成分组成，

，

，其余是Fe及不可避免杂质；

将所述板坯依次进行加热、粗轧、精轧、层流冷却和卷取，获得高强钢；

所述加热温度为

；

所述粗轧在粗轧机上进行，所述粗轧机包括沿轧制方向依次设置的第一粗轧机和第二粗轧机，所述粗轧中，所述第一粗轧机轧制次数为0，所述第二粗轧机轧制次数为5，或者所述第一粗轧机轧制次数为1，所述第二粗轧机轧制次数为3，所述粗轧终止温度为

；

所述粗轧后的板坯厚度为

所述精轧终止温度为

；

所述卷取温度为

。

2.根据权利要求1所述的一种薄规格热轧低合金高强钢，其特征在于，所述高强钢的金相组织包括铁素体和珠光体，所述铁素体的体积分数为

，所述珠光体的体积分数为

。

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