CN112501496A

CN112501496A - 一种在线淬火型双相低屈强比钢板及其生产方法

Info

Publication number: CN112501496A
Application number: CN202011121518.2A
Authority: CN
Inventors: 武凤娟; 杨浩; 程丙贵; 曲锦波
Original assignee: Institute Of Research Of Iron & Steel shagang jiangsu Province; Jiangsu Shagang Group Co Ltd; Zhangjiagang Hongchang Steel Plate Co Ltd
Current assignee: Institute Of Research Of Iron & Steel shagang jiangsu Province; Jiangsu Shagang Group Co Ltd; Zhangjiagang Hongchang Steel Plate Co Ltd
Priority date: 2020-10-20
Filing date: 2020-10-20
Publication date: 2021-03-16
Anticipated expiration: 2040-10-20
Also published as: CN112501496B

Abstract

本发明公开了一种在线淬火型双相低屈强比钢板及其生产方法。该钢板采用低C微Nb的低成本成分设计，化学成分按质量百分比为：C：0.037～0.056％、Si：0.15～0.20％、Mn：1.28～1.58％、P≤0.015％、S≤0.008％、Nb：0.022～0.042％、Ti：0～0.015％、Al：0.01～0.045％，其余为Fe和其他不可避免的杂质。本发明采用两阶段轧制及热轧后在线淬火的冷却工艺，获得准多边形铁素体+贝氏体的双相组织，钢板的屈服强度为380～460MPa，抗拉强度为550～660MPa，纵向冲击功‑40℃KV₂≥200J，屈强比为0.60～0.75，实现了厚度≤24mm，370～420MPa级桥梁钢强度和屈强比的良好平衡。

Description

一种在线淬火型双相低屈强比钢板及其生产方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，涉及一种在线淬火型双相低屈强比钢板及其生产方法。

背景技术

随着国民经济的高速发展，对钢板强度的需求越来越高，传统生产模式是依赖合金化提高钢板强度，合金元素是不可再生资源，且合金元素的增加势必会增加合金成本。屈强比高低是衡量桥梁构件安全性的一项重要指标，高屈强比钢发生屈服后很快就会发生断裂，而低屈强比钢在发生屈服后会出现较大的应变强化，达到更高的抗拉强度才会断裂，桥梁设计单位要求桥梁钢屈强比≤ 0.85。此外，随着钢板强度的增加，屈强比的控制难度越来越大。因此需要探究新的生产工艺来实现低成本、高强度、低屈强比的良好结合。

专利CN103451536A公开了一种低成本厚规格海底管线钢板及其制造方法，该发明采用较低的终轧温度，轧制后首先进行弛豫缓冷，之后采用在线淬火的工艺获得双相低屈强比钢板，首先较低的终轧温度对设备损耗较大，其次弛豫缓冷降低了轧制效率，且弛豫后的开冷温度控制增加了生产控制工序。专利 CN105463317A公开了一种低屈强比热轧管线钢原卷或开平板及其制备方法，该发明特征在于0.23％的Cr和0.043％的Nb，成分含量较高，其次该发明终轧温度在880～900℃，温度较高，形变组织易发生回复长大，冷却后钢板组织粗大，无法满足-40℃冲击性能要求，且钢板组织为准多边形铁素体+弥散M/A或退化珠光体，与板条贝氏体相比，该发明中的硬相组织硬度较低，屈强比仍有超标的风险。专利CN109628828A公开了一种低屈强比超厚水电高强度钢板及其制造方法，首先该专利成分含量较高，其次采用在线淬火+回火工艺，增加了离线回火热处理成本，且该发明钢板厚度为80～150mm，钢板越厚屈强比越容易控制，该发明专利的成分和工艺不适合薄规格钢板屈强比控制。专利CN101215624B 公开了一种高强韧厚钢板的在线淬火生产工艺方法，该发明专利是利用在线淬火+高温回火获得高强高韧厚钢板，并未实现屈强比控制。

发明内容

针对现有技术存在的诸多问题，本发明的目的在于提出一种在线淬火型双相低屈强比钢板及其生产方法。通过对化学成分和轧制、冷却工艺的合理设计，采用低C微Nb的低成本成分设计；采用两阶段控轧，低粗轧终轧温度，高精轧终轧温度；以及热轧后在线淬火的冷却工艺，获得准多边形铁素体+贝氏体双相组织，最终得到厚度≤24mm，屈服强度380～460MPa，抗拉强度550～660MPa，延伸率A≥23％，纵向冲击功-40℃KV₂≥200J；5％应变时效冲击功-20℃ KV₂≥120J，屈强比0.60～0.75的桥梁钢。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种在线淬火型双相低屈强比钢板及其生产方法，所述钢板的化学成分按质量百分比为：C：0.037～0.056％、Si：0.15～0.20％、Mn：1.28～1.58％、P ≤0.015％、S≤0.008％、Nb：0.022～0.042％、Ti：0～0.015％、Al：0.01～0.045％，其余为Fe和其他不可避免的杂质。

优选的，Nb+Ti：0.032～0.050％。

以下对本发明的一种在线淬火型双相低屈强比钢板中所含组分的作用及其用量的选择具体分析说明：

C：C元素在Fe中形成间隙固溶体，具有很好的固溶强化作用，是最廉价的强化元素，但C含量增加将极大损害钢的韧性和焊接性能，此外采用在线淬火工艺可适当降低碳含量，因此C含量控制在0.037～0.056％。

Si：Si元素在Fe中形成置换固溶体，对控制屈强比有利，但Si含量过高易形成铁橄榄石，不易除鳞，影响钢板表面质量，且Si对焊接接头低温韧性不利，因此Si含量控制在0.15～0.20％。

Mn：Mn元素在Fe中形成置换固溶体，是钢中常用的强化元素，合金成本相对廉价，且对降低屈强比有利，但Mn元素增加易引起碳当量增加，因此Mn 含量控制在1.28～1.58％。

Nb、Ti：Nb、Ti是使用最多的微合金元素，具有很好的细晶强化和析出强化的作用，对提高强度和韧性有利，但细晶强化和析出强化易引起屈强比升高，且Nb、Ti的合金成本较高，此外在线淬火工艺替代了部分合金元素的添加，因此本发明Nb+Ti控制在：0.032～0.050％

一种在线淬火型双相低屈强比钢板及其生产方法，包括如下步骤：

(1)首先经过铁水预脱硫处理，转炉冶炼，钢包精炼，连铸成220mm厚铸坯；

(2)然后将连铸坯加热，加热温度为1160～1200℃；

(3)轧制工艺为两阶段控轧，粗轧开轧温度1020～1060℃，粗轧最后一道次开轧温度960～970℃，粗轧终轧温度960～970℃；精轧开轧温度890～940℃，精轧终轧温度870～840℃；

(4)热轧终了后钢板进行在线淬火冷却，冷却速率35～60℃/s，终冷温度 ≤200℃/s。

通过对化学成分和轧制、冷却工艺的适当设计，实现了370～420MPa级桥梁钢强度、韧性和屈强比的良好平衡，屈服强度为380～460MPa，抗拉强度为 550～660MPa，延伸率为A≥23％，纵向冲击功-40℃KV₂≥200J，5％应变时效冲击功-20℃KV₂≥120J，屈强比为0.60～0.75。

(1)低碳、低合金的化学成分设计，使得钢板在快速冷却过程中首先发生铁素体相变，在部分过冷奥氏体转变为先共析铁素体的过程中，铁素体中的碳以及合金元素向周围未转变的奥氏体扩散，从而使得未转变的奥氏体淬透性增加，在快速冷却到贝氏体相变区时发生贝氏体相变。低碳、低合金的化学成分设计使得钢板即使在快速冷却过程中也可以生成足量的铁素体组织，保证钢板具有相对较低的屈服强度。

(2)粗轧最后一道次开轧温度控制在960℃左右，为临界温度轧制，即临近再结晶温度(T_再)，既能保证最后一道次轧制在再结晶温度区间轧制，又能抑制再结晶晶粒长大，有效的细化了奥氏体晶粒。

(3)精轧终轧温度设计为870～840℃，首先精轧阶段奥氏体未再结晶区轧制，能够获得足够的形变组织，且不易发生回复长大，为相变提供足够的形核点，细化钢板组织，确保钢板具有较好低温韧性；其次相对较高的终轧温度能够保证在线淬火足够的热能储备。

(4)在线淬火工艺，是钢板热轧结束后，对钢板进行快速冷却，快速进入贝氏体或马氏体相变区间，抑制珠光体相变，使得未发生铁素体相变的奥氏体发生贝氏体或马氏体相变，以获得较硬的板条组织，提高钢板抗拉强度。

(5)低成分设计提供了较低的屈服强度，在线淬火工艺提供了较高的抗拉强度，通过成分和工艺的协调设计实现了低屈强比控制。

与现有技术相比较，本发明至少具有如下有益效果：

(1)低碳、低合金化学成分设计，降低了合金成本，提高了钢板可焊性；低化学成分设计，在冷却过程中生成了足够的准多边形铁素体组织，为钢板提供了较低的屈服强度。

(2)粗轧温度的精确控制，有效的细化了奥氏体组织，组织具有遗传性，原始奥氏体组织的细化使得相变后的钢板组织得到显著细化，组织细化提高了钢板强度和低温韧性。

(3)较高的精轧终轧温度减少了轧制难度，降低了轧机轧制力要求，提高了轧制效率；此外较高的精轧温度易于薄规格钢板轧制过程中板形控制。

(4)在线淬火冷却为以“水”代“金”的设计思路，有效利用了热轧钢板余热，降低了合金元素的添加，是绿色生产工艺；此外钢板在线淬火冷却过程中相变已经结束，钢板不存在上冷床后因相变而变形的问题，降低了钢板板形控制难度；且在线淬火的设计有利于获得贝氏体组织，贝氏体保证了钢板较高的抗拉强度，从而使得钢板具有较低的屈强比。

(5)本发明通过化学成分、轧制工艺和冷却方式的设计，实现了钢板强度、韧性和屈强比的良好平衡，屈服强度380～460MPa，抗拉强度550～660MPa，纵向冲击功-40℃KV₂≥200J，屈强比0.60～0.75。

附图说明

图1为实施例1中钢板纵截面1/2处500倍的显微组织照片；

图2为实施例2中钢板纵截面1/2处500倍的显微组织照片；

图3为实施例3中钢板纵截面1/2处500倍的显微组织照片；

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明，但不限于此。

实施例1

钢板的化学成分按质量百分比为：C：0.055％、Si：0.20％、Mn：1.3％、P ≤0.015％、S≤0.008％、Nb：0.025％、Ti：0.015％、Al：0.03％，其余为Fe和其他不可避免的杂质。

经转炉冶炼、钢包精炼，连铸成220mm坯料；连铸坯加热温度为1180℃；轧制工艺为两阶段轧制，粗轧开轧温度为1030℃，粗轧最后一道次开轧温度 963℃，粗轧终轧温度960℃；精轧开轧温度为890℃，终轧温度为860℃；热轧结束后对钢板进行在线淬火，冷却速度为36℃/s，终冷温度为150℃。

采用此成分和工艺制得钢板的力学性能见表1。

实施例2

钢板的化学成分按质量百分比为：C：0.04％、Si：0.18％、Mn：1.5％、P ≤0.015％、S≤0.008％、Nb：0.035％、Ti：0.010％、Al：0.03％，其余为Fe和其他不可避免的杂质。

经转炉冶炼、钢包精炼，连铸成220mm坯料；连铸坯加热温度为1180℃；轧制工艺为两阶段轧制，粗轧开轧温度为1020℃，粗轧最后一道次开轧温度 968℃，粗轧终轧温度962℃；精轧开轧温度为910℃，终轧温度为850℃；热轧结束后对钢板进行在线淬火，冷却速度为44℃/s，终冷温度为190℃。

采用此成分和工艺制得钢板的力学性能见表1。

实施例3

钢板的化学成分按质量百分比为：C：0.045％、Si：0.18％、Mn：1.4％、P ≤0.015％、S≤0.008％、Nb：0.03％、Ti：0.015％、Al：0.03％，其余为Fe和其他不可避免的杂质。

经转炉冶炼、钢包精炼，连铸成220mm坯料；连铸坯加热温度为1180℃；轧制工艺为两阶段轧制，粗轧开轧温度为1040℃，粗轧最后一道次开轧温度 970℃，粗轧终轧温度960℃；精轧开轧温度为940℃，终轧温度为870℃；热轧结束后对钢板进行在线淬火，钢板以56℃/s的冷速冷却到室温。

采用此成分和工艺制得钢板的力学性能见表1。

表1实施例性能

由表1可见，通过上述成分和工艺设计生产的8～20mm厚的桥梁钢板屈服强度为398～433MPa，抗拉强度为584～644MPa，延伸率为25.0～26.6％，屈强比为0.62～0.74，-40℃冲击功KV₂≥253J，在具有优良的强度和韧性的同时，还具有较低的屈强比。

上述实施例仅为说明本发明的技术构思，目的在于让熟悉此项技术的人士了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种在线淬火型双相低屈强比钢板，所述钢板的化学成分按质量百分比为：C：0.037～0.056％、Si：0.15～0.20％、Mn：1.28～1.58％、P≤0.015％、S≤0.008％、Nb：0.022～0.042％、Ti：0～0.015％、Al：0.01～0.045％，其余为Fe和其他不可避免的杂质；钢板厚度为：≤24mm；钢板组织为：强度和屈强比良好匹配的准多边形铁素体+贝氏体双相组织；力学性能为：屈服强度380～460MPa，抗拉强度550～660MPa，延伸率A≥23％，纵向冲击功-40℃KV₂≥200J，5％应变时效冲击功-20℃KV₂≥120J，屈强比0.60～0.75。

2.根据权利要求1所述的一种在线淬火型双相低屈强比钢板，其特征在于，Nb+Ti：0.032～0.050％。

3.根据权利要求1-2任一所述的一种在线淬火型双相低屈强比钢板的生产方法，其特征在于，所述钢板的生产工艺流程为：铁水→脱硫→转炉冶炼→钢包精炼→连铸→连铸坯加热→除磷→控轧控冷→热矫→堆垛缓冷→取样检测→成品，其中轧制工艺为两阶段控轧，粗轧开轧温度为1020～1060℃，粗轧终轧温度为960～970℃；精轧开轧温度为890～940℃，精轧终轧温度为870～840℃；热轧后钢板进行在线淬火冷却。

4.根据权利要求3所述的一种在线淬火型双相低屈强比钢板的生产方法，其特征在于，粗轧最后一道次开轧温度为960～970℃。

5.根据权利要求3所述的一种在线淬火型双相低屈强比钢板的生产方法，其特征在于，热轧后钢板进行在线淬火冷却，冷却速率为35～60℃/s，终冷温度≤200℃/s。