CN116043108A - 一种低屈强比V-N微合金化的690MPa级别中厚板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于热轧中厚板制造领域，具体涉及一种低屈强比V‑N微合金化的690MPa级别中厚板及其制备方法。所述热轧中厚板的化学组成按重量百分比为：C：0.05～0.18％，Mn：1.5～2.0％，Si：0.20～0.30％，S：＜0.01％，P：＜0.016％，V：0.08～0.17％，N：0.010～0.022％，Nb：0.025～0.05％，Cr：0.30～0.50％，Mo：0.16～0.35％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。本发明所述热轧中厚板的金相组织为细小针状铁素体、多边形铁素体及粒状贝氏体，组织均匀，屈强比不超过0.86。该方法省略轧后热处理工艺，缩短现有生产流程，减少碳排放，大幅度降低生产成本，容易实现工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于热轧中厚板制造领域，具体涉及一种低屈强比V-N微合金化的690MPa级别中厚板及其制备方法。
背景技术
对低合金高强钢使用要求不断提高。低合金高强钢主要用于海洋工程、起重设备、工程机械、容器储罐等领域，高强度钢的应用，除了能降低材料成本、运输成本、制造成本外，还能节约焊材消耗、焊接工时，减少焊后应力及降低焊接预热温度、降低焊后热处理要求等。随着钢铁材料、焊接材料制造和焊接工艺技术的不断进步，结构用钢强度级别不断提高，海工吊车、船用液罐、自升式海洋平台桩腿、煤矿液压支架等，较多地使用了Q690高强钢，对于海工领域，690MPa级别高强钢已成为重要的钢种。
目前国内外屈服强度在690MPa以上的高强钢大多采用低碳成分下的Nb、V、Nb-Ti-Mo等微合金成分体系，并复合添加Ni、Cr、Mo、Cu等昂贵的合金元素，通过细晶强化、固溶强化、相变强化、析出强化以及位错强化等多种手段获得产品的高强度。国内一些钢铁公司已成功开发出690MPa级别Nb-Ti复合微合金化热轧中厚板，但仍存在生产难点。主要表现为：(1)屈强比高。屈服强度在690MPa以上的中厚板屈强比一般在0.95以上，有些甚至达到了0.97，这严重影响了钢板的可加工性和服役安全性。(2)板形控制难度大。目前采用的成分体系轧后钢中主要成分为贝氏体，因为这种钢快速冷却过程的相变特点所造成的组织应力导致板型差等缺陷，需要轧后热处理达到组织均匀，生产周期长，对生产装备高。(3)生产成本高。由于采用低碳成分体系，为了弥补碳含量减少带来的强度缺失需要添加大量昂贵微合金，导致生产成本过高，浪费能源。
针对常规Q690中厚板存在的上述问题，急需开发对生产装备要求低，易焊接、高强韧性、低屈强比Q690级钢板，以满足快速发展的制造业对具有特殊性能要求的高强钢的迫切需求。我国是最大的钒生产国，承德、攀枝花地区钒矿资源储量丰富，V-N微合金化钢目前较广泛应用于钢筋、H型钢等长型材。V-N微合金钢有其特有的优势，V与N的亲和力强，易结合，促进VN的析出，使钢中的V由固溶态转变为析出态，利用奥氏体中形变诱导析出的VN析出相促进晶内铁素体形核机理，形成细晶铁素体、针状铁素体和贝氏体复相组织，通过细晶强化、组织强化、析出强化获得超高强度，高密度的大角度晶界提高解理裂纹的阻碍能力，大幅度提高韧性。钒能将原本有害的N元素转化为有用的廉价的合金元素，能有效的降低高强钢的开发成本。V微合金化钢对轧机的轧制力要求较低，能更好的适应生产工艺要求。通过成分和工艺的优化调整，合理控制组织成分，有效降低屈强比，改善延伸性能。在缓冷过程中形成的细小V(C,N)析出物通过析出强化显著提高钢材强度。在V-N微合金体系中添加铌元素，有利于抑制奥氏体的动态再结晶，扩大奥氏体的未再结晶温度区间，实现奥氏体未再结晶区轧制。添加铬元素，铬元素的添可以提高钢的淬透性，增加奥氏体稳定性，提高相变驱动力，促进贝氏体转变，同时提升强度；添加钼元素可以有效抑制多边形铁素体形成，有利于强化效果的发挥。本设计开发出一种低成本、短流程的新型的低屈强比Q690级高强韧中厚板绿色生产工艺，产品具有优异的综合力学性能和良好的焊接性能，能够有效降低生产成本。
发明内容
针对现有690MPa级Nb-Ti-Mo微合金化中厚板制备技术中使用昂贵合金元素过多、需要离线热处理生产工艺以及屈强比高等情况，本发明提供一种低屈强比V-N微合金化的690MPa级别中厚板及其制备方法。所述中厚板的组织为细小针状铁素体、多边形铁素体及粒状贝氏体。该方法合金元素用量控制合理，制备过程简便，生产成本低于同级别其他产品，并且容易实现工业化生产。
本发明的技术方案是：
一种低屈强比V-N微合金化的690MPa级别热轧中厚板，所述热轧中厚板的化学组成按重量百分比为：C：0.05～0.18％，Mn：1.5～2.0％，Si：0.20～0.30％，S：＜0.01％，P：＜0.016％，V：0.05～0.17％，N：0.008～0.022％，Nb：0.025～0.05％，Cr：0.30～0.50％，Mo：0.16～0.35％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。
进一步的，上述的低屈强比V-N微合金化的690MPa级别热轧中厚板，所述热轧中厚板厚度为10.0～30.0mm。
进一步的，上述的低屈强比V-N微合金化的690MPa级别热轧中厚板，所述热轧中厚板的金相组织为细小针状铁素体、多边形铁素体及粒状贝氏体。
进一步的，上述的低屈强比V-N微合金化的690MPa级别热轧中厚板，所述热轧中厚板的屈服强度为720～780MPa，抗拉强度为889～907MPa，延伸率为20～26％，-20℃时标准试样冲击功为≥120J，屈强比为0.81～0.86。
一种低屈强比V-N微合金化690MPa级别热轧中厚板的制备方法，包括以下步骤：
①加热：
将厚度为200mm的钢坯随炉加热至1150～1250℃并保温3～4h，钢坯的化学组成按重量百分比为：C：0.05～0.18％，Mn：1.5～2.0％，Si：0.20～0.30％，S：＜0.01％，P：＜0.016％，V：0.08～0.17％，N：0.010～0.022％，Nb：0.025～0.05％，Cr：0.30～0.50％，Mo：0.16～0.35％，余量为Fe和其他不可避免的杂质；
②热轧：
将加热后钢坯经粗轧和精轧两阶段共13～18道次热轧成轧制成10.0～30.0mm厚的热轧板，粗轧阶段的开轧温度为1120～1180℃，终轧温度为1000～1100℃；精轧阶段的开轧温度为850～880℃，终轧温度为810～840℃；
③冷却：
将热轧后的钢板水冷至目标温度，水冷入口温度740～800℃，水冷出口温度为410～580℃，最后堆垛冷却到室温。
进一步的，上述的低屈强比V-N微合金化690MPa级别热轧中厚板的制备方法，所述步骤②中，所述轧制过程中粗轧阶段经过7道次，粗轧压下量不低于70％；精轧阶段经过6～11道次。总下压率范围为85％-95％，大压下量能够大幅度增加奥氏体内部缺陷密度，产生大量的形变带、空位以及位错等缺陷，促进V(C,N)析出，提供较多的形核位置，促进铁素体相变发生，细化铁素体组织。
进一步的，上述的低屈强比V-N微合金化690MPa级别热轧中厚板的制备方法，所述步骤③中，所述水冷的冷却速率为15～40℃/s。
本发明的优点及有益效果：
1)本发明采用低碳V-N成分体系，利用高温形变诱导促进VN在奥氏体晶内析出，为针状铁素体提供形核位置，达到促进晶内针状铁素体形成目的，通过析出强化和细晶强化提高强度，保证组织均匀性，有效降低屈强比。
2)通过V-N成分体系中添加少量合金元素，N与V结合具有低温析出效果，V(C,N)析出能够通过析出强化明显提高钢材力学性能，铬元素的添加可以提高钢的淬透性，增加奥氏体稳定性，提高相变驱动力，促进贝氏体转变，同时提升强度；添加钼元素可以有效抑制多边形铁素体形成，有利于强化效果的发挥。屈服强度达到720～780MPa，抗拉强度达到889～907MPa，延伸率达到20～26％，-20℃时标准试样冲击功≥120J，屈强比为0.81～0.86，组织均匀性良好。
3)绿色化生产，省略热轧后的热处理工艺，降低碳排放。通过合理的成分体系和良好的工艺，形成尺寸较大的V析出物促进了晶内铁素体形成，由于晶内铁素体内部具有的高密度位错，在保证中厚板强度的同时提高韧性，省略轧后热处理工艺，减化生产工序，缩短生产流程。
4)本发明操作过程简单，制备流程短，我国钒矿资源储量丰富，合金成本低，容易实现工业化生产。
附图说明
图1为本发明制备方法的工艺示意图；
图2为实施例1制得的热轧中厚板的金相组织；
图3为实施例2制得的热轧中厚板的金相组织；
图4为实施例3制得的热轧中厚板的金相组织。
具体实施方式
下面结合实施例和说明书附图对本发明的具体实施方式做进一步详细描述，以下的三个非限制性实施例是用于本发明的说明，使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不能用来限制本发明的范围。
下述实施例中所述试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
下述实例中所用光学显微镜为OLYMPUS BX53M多功能光学显微镜。
实施例1.
本实施例制备厚度为30.0mm的V-N微合金化的690MPa级别热轧中厚板，工艺步骤如下：
将厚度为200mm合金坯料随炉加热至1250℃并保温4h，其化学组成按重量百分比为：C：0.18％，Mn：2.0％，Si：0.25％，S：0.0028％，P：0.016％，V：0.17％，N：0.022％，Nb：0.045％，Cr：0.50％，Mo：0.35％，余量为Fe和其他不可避免的杂质；随后经过7道次初轧、6道次精轧热轧成30.0mm厚的热轧板，总压下率为85.0％；粗轧阶段的开轧温度和终轧温度分别为1180℃和1100℃，精轧阶段的开轧温度和终轧温度分别为880℃和840℃。热轧结束后以15℃/s的冷却速率水冷至410℃，最后堆垛冷却到室温，热轧工艺如图1所示；
经检测，上述方法得到的钢板中组织为细小针状铁素体、多边形铁素体及粒状贝氏体，如图2的金相组织所示。经检测，该中厚板屈服强度为720MPa，抗拉强度为889MPa，延伸率为26％，-20℃时标准试样冲击功120J，屈强比为0.81。
实施例2.
本实施例制备厚度为20.0mm的V-N微合金化的690MPa级别热轧中厚板，工艺步骤如下：
将厚度为200mm合金坯料随炉加热至1200℃并保温4h，其化学组成按重量百分比为：C：0.13％，Mn：1.7％，Si：0.24％，S：0.0018％，P：0.008％，V：0.11％，N：0.015％，Nb：0.05％，Cr：0.40％，Mo：0.25％，余量为Fe和其他不可避免的杂质；随后经过7道次初轧、7道次精轧热轧成20.0mm厚的热轧板，总压下率为90.0％；粗轧阶段的开轧温度和终轧温度分别为1150℃和1030℃，精轧阶段的开轧温度和终轧温度分别为855℃和830℃。热轧结束后以28℃/s的冷却速率水冷至500℃，最后堆垛冷却到室温，如图1所示；
经检测，上述方法得到的钢板中组织为细小针状铁素体、多边形铁素体及粒状贝氏体，如图3的金相组织所示。经检测，该中厚板屈服强度为742MPa，抗拉强度为905MPa，延伸率为24％，-20℃时标准试样冲击功135J，屈强比为0.82。
实施例3.
本实施例制备厚度为10mm的V-N微合金化的690MPa级别热轧中厚板，工艺步骤如下：
将厚度为200mm合金坯料随炉加热至1150℃并保温3h，其化学组成按重量百分比为：C：0.05％，Mn：1.5％，Si：0.2％，S：0.0017％，P：0.015％，V：0.08％，N：0.01％，Nb：0.025％，Cr：0.30％，Mo：0.16％，余量为Fe和其他不可避免的杂质；随后经过7道次初轧、11道次精轧热轧成10mm厚的热轧板，总压下率为95％；粗轧阶段的开轧温度和终轧温度分别为1030℃和1000℃，精轧阶段的开轧温度和终轧温度分别为850℃和810℃。热轧结束后以50℃/s的冷却速率水冷至580℃，最后堆垛冷却到室温，如图1所示；
经检测，上述方法得到的钢板中组织为细小针状铁素体、多边形铁素体及粒状贝氏体，如图4的金相形貌所示。经检测，该中厚板屈服强度为780MPa，抗拉强度为907MPa，延伸率为20％，-20℃时10mm厚试样冲击功140J，屈强比为0.86。
Claims (7)
1.一种低屈强比V-N微合金化的690MPa级别热轧中厚板，其特征在于，所述热轧中厚板的化学组成按重量百分比为：C：0.05～0.18％，Mn：1.5～2.0％，Si：0.20～0.30％，S：＜0.01％，P：＜0.016％，V：0.05～0.17％，N：0.008～0.022％，Nb：0.025～0.05％，Cr：0.30～0.50％，Mo：0.16～0.35％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的低屈强比V-N微合金化的690MPa级别热轧中厚板，其特征在于，所述热轧中厚板厚度为10.0～30.0mm。
3.根据权利要求1所述的低屈强比V-N微合金化的690MPa级别热轧中厚板，其特征在于，所述热轧中厚板的金相组织为细小针状铁素体、多边形铁素体及粒状贝氏体。
4.根据权利要求1所述的低屈强比V-N微合金化的690MPa级别热轧中厚板，其特征在于，所述热轧中厚板的屈服强度为720～780MPa，抗拉强度为889～907MPa，延伸率为20～26％，-20℃时标准试样冲击功为≥120J，屈强比为0.81～0.86。
5.一种权利要求1所述的低屈强比V-N微合金化690MPa级别热轧中厚板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
①加热：
将厚度为200mm的钢坯随炉加热至1150～1250℃并保温3～4h，钢坯的化学组成按重量百分比为：C：0.05～0.18％，Mn：1.5～2.0％，Si：0.20～0.30％，S：＜0.01％，P：＜0.016％，V：0.08～0.17％，N：0.010～0.022％，Nb：0.025～0.05％，Cr：0.30～0.50％，Mo：0.16～0.35％，余量为Fe和其他不可避免的杂质；
②热轧：
将加热后钢坯经粗轧和精轧两阶段共13～18道次热轧成轧制成10.0～30.0mm厚的热轧板，粗轧阶段的开轧温度为1120～1180℃，终轧温度为1000～1100℃；精轧阶段的开轧温度为850～880℃，终轧温度为810～840℃；
③冷却：
将热轧后的钢板水冷至目标温度，水冷入口温度740～800℃，水冷出口温度为410～580℃，最后堆垛冷却到室温。
6.根据权利要求5所述的一种低屈强比V-N微合金化690MPa级别热轧中厚板的制备方法，其特征在于，所述步骤②中，所述轧制过程中粗轧阶段经过7道次，精轧阶段经过6～11道次；粗轧压下量不低于70％。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤③中，所述水冷的冷却速率为15～40℃/s。
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