CN116815070A - 一种低成本Ti微合金化600MPa级热轧钢带及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低成本Ti微合金化600MPa级热轧钢带及其制备方法和应用，所述热轧钢带的化学成分重量百分比含量为C：≤0.10％；Si：0.10～0.20％；Mn：≤0.80；P：≤0.015％；S：≤0.008％；Ti：0.07～0.09％；Als：0.015～0.035％；其余为Fe及不可避免的夹杂，本发明通过合理的成分设计和工艺的优化，在轧后采用超快冷‑空冷‑超快冷三段式控制冷却工艺实现Ti微合金化钢的析出强化兼顾低温卷取相变强化，得到成本低综合性能优异的600MPa级别Ti微合金化高强钢，用于光伏支架的制造，可以显著降低成本、提高强度，实现轻量化、降低碳排放，实现产品的绿色制造。
Description
技术领域
本发明属于热轧高强钢生产技术领域，具体涉及一种低成本Ti微合金化600MPa级热轧钢带及其制备方法和应用。
背景技术
光伏支架是太阳能光伏发电***中为了摆放、安装、固定太阳能面板设计的特殊的支架，要求结构必须牢固可靠、强耐候性，能承受如大气侵蚀，风荷载和其它外部效应。受环保、节能等国内外政策驱使，降低碳排放、真正做到清洁能源、高强轻量化、锌层减薄、耐候钢免涂装新型支架用材开发等已经成为光伏支架用钢发展的必然趋势，这也对光伏支架用钢的综合性能的要求越来越高。
近年来，Ti微合金化热轧高强钢在光伏支架、汽车、建筑、铁道车辆等领域得到了广泛应用，成为相关行业实现轻量化设计和制造的重要原料。Ti元素具有优异的细晶强化及析出强化作用，主要以细小的Ti(C、N)形式析出，可以显著提高钢的综合性能。Ti的碳氮化物析出相特别是相间析出的工艺窗口较窄，轧制过程中精细化控制存在一定的困难，因此，如何在后续冷却铁素体中得到体积分数较多的纳米析出相对于提高钢材的强度和降低成本是十分重要的。
目前国内光伏支架用钢主要采用Q235/Q345B级别高强钢+批量热浸镀锌实现结构牢固可靠和强耐候性，针对光伏支架的结构、构件、节点、选材等设计和优化，采用600MPa级高强钢替代Q235/Q345B，校核后轻量化率25～35％。因此，开发600MPa及以上级别光伏支架用钢对于促进光伏行业轻量化、降低碳排放、做到清洁能源等具有重要的意义。
中国专利CN 108277441 A中公开了一种600MPa级Ti微合金化热轧双相钢板及其制备方法，具体公开了双相钢板的化学成分按质量百分数为：C：0.04～0.08％，Si：0.05～0.15％，Mn：0.90～1.10％，S：≤0.013％，P：≤0.020％，Als：0.02～0.05％，Ti：0.03～0.05％，余量为Fe和不可避免的杂质。双相钢板的制备方法：1)将钢坯加热至1200～1240℃，保温1.5～2.5h；2)对加热后的钢坯进行粗轧；3)对中间坯进行精轧；4)对板带进行水冷-空冷-水冷三段式冷却。该专利中化学成分采用了0.9-1.1％Mn，成本较高，对板带进行水冷-空冷-水冷三段式冷却，目标组织为铁素体和马氏体双相组织，产品屈服强度只有362～395MPa，强度较低。
中国专利CN 110616301 A中公开了一种在线提高Ti微合金化热轧高强钢析出强化效果的生产方法，具体公开了：将添加微合金元素Ti的钢水通过铸造得到铸坯或铸锭，加热后经粗轧、精轧、层流冷却和卷取得到热轧卷，卸卷后在线盖上保温罩并随运输链移动进入钢卷库，达到在线保温时间后移出保温罩，空冷至室温。此工艺需要增加保温罩，步骤较多并且流程时间长，显著增加成本。
可见，现有技术中关于Ti微合金化热轧高强钢研究成果主要集中在如何实现铁素体+贝氏体组织或铁素体+马氏体双相高强钢从而降低成本，但是这些钢的成形性相对较差；或者采用额外的装备如添加保温罩来促进析出强化，但是这样步骤较多并且流程时间长，显著增加成本。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种低成本Ti微合金化600MPa级热轧钢带及其制备方法，通过合理的成分设计和工艺的优化，在轧后采用超快冷-空冷-超快冷三段式控制冷却工艺实现Ti微合金化钢的析出强化兼顾低温卷取相变强化，得到成本低综合性能优异的600MPa级别Ti微合金化高强钢。
本发明还提供了所述低成本Ti微合金化600MPa级热轧钢带作为光伏支架用钢的应用，本发明所得Ti微合金钢主要用于光伏支架的制造，可以显著降低成本、提高强度，实现轻量化、降低碳排放、真正做到清洁能源，实现产品的绿色制造。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种低成本Ti微合金化600MPa级热轧钢带，其化学成分重量百分比含量为C：≤0.10％；Si：0.10～0.20％；Mn：≤0.80％；P：≤0.015％；S：≤0.008％；Ti：0.07～0.09％；Als：0.015～0.035％；其余为Fe及不可避免的夹杂。
本发明的一种低成本Ti微合金化600MPa级热轧钢带各合金元素及其质量百分比设计原理如下：本发明化学成分采用低C+适当的Si+适当的Mn+高Ti含量设计思路，并严格控制P、S等杂质元素的含量。C：≤0.10％，C作为钢中的基本元素，对提高钢的强度起着非常重要的作用，为了获得较高的强度，必须保证一定含量的C，但C含量过高会恶化焊接性能，同时在热轧后冷却过程中难以获得所需要数量的铁素体，导致钢的塑形较差；此外低C设计有利于钢厂热装热送，提高生产节奏降低成本减少环境污染。Si：0.10～0.20％，添加适量的Si元素不仅可以起到固溶强化的效果增加钢的强度，而且有利于防止储存湿锈或白锈提升后续镀锌镀层质量，减少漏镀现象。Mn：≤0.80％，Mn可以显著提高强度，但Mn含量过高，易引起中心偏析，不利于钢带组织与性能的均匀分布，而且轧后不易形成所需数量的铁素体，对钢的成形性能产生不利影响；此外Mn含量的增加也会相应的增加合金成本，不利于低成本设计。P、S作为杂质元素，会对钢的成形、焊接等性能产生不利影响，应该严格控制，其含量越低越好，所以将P、S控制在P≤0.015％、S≤0.008％。Al是钢中主要的脱氧元素，能够显著降低钢中的O含量，所以Al控制在0.015～0.035％。Ti：0.07～0.09％，本发明中Ti主要起三个作用，一是与N元素结合形成TiN，起到固氮作用，二是细化奥氏体晶粒，并对最终转变的铁素体和珠光体起到细化作用，三是为了在超快冷-空冷-超快冷三段式控制冷却工艺空冷阶段纳米级别Ti析出物均匀地、大量地析出，达到充分提高材料的强度，实现Ti微合金化钢析出强化兼顾低温卷取相变强化，从而达到低成本的前提下保证材料具有优良的综合性能。
所述低成本Ti微合金化600MPa级热轧钢带的金相组织为铁素体+珠光体+Ti的析出物。
所述低成本Ti微合金化600MPa级热轧钢带的金相组织中，铁素体体积70％-80％，珠光体体积19％-29％，析出物体积≥0.4％。
所述低成本Ti微合金化600MPa级热轧钢带的屈服强度≥600MPa，抗拉强度≥680MPa，延伸率A50≥25％，冷弯性能180°，D＝a合格，具有较高的强度和较好的成形性能。
本发明提供的所述低成本Ti微合金化600MPa级热轧钢带的生产方法，包括以下步骤：转炉冶炼、精炼、连铸、加热、轧制、冷却以及卷取。
冷却步骤中，采用超快冷-空冷-超快冷三段控制冷却工艺，轧后钢板I段水冷采用超快冷以≥100℃/s的冷却速度冷却至640-660℃进行空冷，II段空冷15～25s，III段水冷采用超快冷以≥100℃/s的冷却速度冷却至570-610℃进行卷取，卷取后空冷至室温。
I段水冷的冷却速度优选为100～150℃/s；III段水冷的冷却速度优选为100～150℃/s。
精炼终点钢水成分中N≤50ppm。
加热步骤中，加热温度为1250±20℃，总在炉时间≥160min。
轧制步骤中，采用两阶段控制轧制工艺，粗轧累积压下率为≥70％，精轧累积压下率为≥80％；粗轧开轧温度为1130～1180℃，精轧终轧温度为860～900℃；凸度控制40±20μm、楔度控制0±20μm、平直度控制-50I～+50I。
本发明提供的低成本Ti微合金化600MPa级热轧钢带的生产方法中，在热轧工艺设计上，终轧温度控制在860～900℃，较低的终轧温度有利于细化原始奥氏体晶粒尺寸和终轧后迅速地进入铁素体转变区获得铁素体组织。轧后采用超快冷-空冷-超快冷三段控制冷却工艺：轧后钢板I段水冷采用超快冷以≥100℃/s的冷却速度冷却至640-660℃进行空冷，其目的是使材料迅速进入铁素体相变区域并细化铁素体晶粒，采用超快冷技术给后续空冷留有充足的时间；第II段空冷15～25s，其目的是使钢板的温度趋于均匀化，促进纳米级别Ti析出物均匀地、充分地析出，达到提高析出强化效果的目的；第III段水冷采用超快冷以≥100℃/s的冷却速度冷却至570-610℃进行卷取，卷取后空冷至室温，其目的是使未转变的奥氏体组织快速转变为珠光体组织，从而使钢板组织为铁素体+珠光体+大量Ti的析出物，实现Ti微合金化钢析出强化兼顾低温卷取相变强化，从而达到低成本的前提下保证材料具有优良的综合性能。
采用本发明的技术方案生产的热轧钢板，其显微组织为铁素体+珠光体+大量Ti的析出物，其中铁素体体积70％-80％，珠光体体积19％-29％，析出物体积≥0.4％，产品的屈服强度≥600MPa，抗拉强度≥680MPa，延伸率A50≥25％，冷弯性能180°，D＝a合格，具有较高的强度和较好的成形性能。
附图说明
图1为实施例1中的热轧钢带的金相组织图；
图2为实施例1中的热轧钢带的TEM图，从图中可见大量的Ti析出物；
图3为实施例2中的热轧钢带的金相组织图；
图4为实施例2中的热轧钢带的TEM图，从图中可见大量的Ti析出物；
图5为实施例3中的热轧钢带的金相组织图；
图6为实施例3中的热轧钢带的TEM图，从图中可见大量的Ti析出物；
图7为实施例4中的热轧钢带的金相组织图；
图8为实施例4中的热轧钢带的TEM图，从图中可见大量的Ti析出物；
图9为对比例1中的热轧钢带的金相组织图；
图10为对比例2中的热轧钢带的金相组织图。
具体实施方式
本发明提供了一种低成本Ti微合金化600MPa级热轧钢带，其化学成分重量百分比含量为C：≤0.10％；Si：0.10～0.20％；Mn：≤0.80％；P：≤0.015％；S：≤0.008％；Ti：0.07～0.09％；Als：0.015～0.035％；其余为Fe及不可避免的夹杂。
所述低成本Ti微合金化600MPa级热轧钢带的生产方法，包括以下步骤：转炉冶炼、精炼、连铸、加热、轧制、冷却以及卷取。
精炼终点钢水成分中N≤50ppm。
加热步骤中，加热温度为1250±20℃，总在炉时间≥160min。
轧制步骤中，采用两阶段控制轧制工艺，粗轧累积压下率为≥70％，精轧累积压下率为≥80％；粗轧开轧温度为1130～1180℃，精轧终轧温度为860～900℃；凸度控制40±20μm、楔度控制0±20μm、平直度控制-50I～+50I。
冷却步骤中，采用超快冷-空冷-超快冷三段控制冷却工艺，轧后钢板I段水冷采用超快冷以≥100℃/s的冷却速度冷却至640-660℃进行空冷，II段空冷15～25s，III段水冷采用超快冷以≥100℃/s的冷却速度冷却至570-610℃进行卷取，卷取后空冷至室温。
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
各实施例及对比例中的热轧钢带的成分及重量百分比如表1所示。
表1
| 编号 | C | Si | Mn | P | S | Als | Ti | N |
| 实施例1 | 0.077 | 0.156 | 0.678 | 0.0125 | 0.0041 | 0.0323 | 0.0853 | 0.0017 |
| 实施例2 | 0.082 | 0.163 | 0.689 | 0.0098 | 0.0010 | 0.0331 | 0.0833 | 0.0020 |
| 实施例3 | 0.076 | 0.147 | 0.699 | 0.0138 | 0.0014 | 0.0305 | 0.0819 | 0.0019 |
| 实施例4 | 0.081 | 0.155 | 0.653 | 0.0098 | 0.0023 | 0.0275 | 0.0767 | 0.0021 |
| 对比例1 | 0.171 | 0.202 | 1.205 | 0.0152 | 0.0035 | 0.0401 | 0.1071 | 0.0037 |
| 对比例2 | 0.080 | 0.164 | 0.704 | 0.0146 | 0.0027 | 0.0299 | 0.0912 | 0.0017 |
各实施例及对比例中的热轧钢带的生产工艺参数如表2所示。
表2
各实施例及对比例中的热轧钢带的性能如表3所示。
表3
从表3中可以看出，采用本发明方法生产的热轧钢板，其显微组织为铁素体+珠光体+大量Ti的析出物，其中铁素体体积70％-80％，珠光体体积19％-29％，析出物体积≥0.4％，产品的屈服强度≥600MPa，抗拉强度≥680MPa，延伸率A50≥25％，冷弯性能180°，D＝a合格，具有较高的强度和较好的成形性能。
上述参照实施例对一种低成本Ti微合金化600MPa级热轧钢带及其制备方法和应用进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种低成本Ti微合金化600MPa级热轧钢带，其特征在于，其化学成分重量百分比含量为C：≤0.10％；Si：0.10～0.20％；Mn：≤0.80％；P：≤0.015％；S：
≤0.008％；Ti：0.07～0.09％；Als：0.015～0.035％；其余为Fe及不可避免的夹杂。
2.根据权利要求1所述的低成本Ti微合金化600MPa级热轧钢带，其特征在于，所述低成本Ti微合金化600MPa级热轧钢带的金相组织为铁素体+珠光体+Ti的析出物。
3.根据权利要求2所述的低成本Ti微合金化600MPa级热轧钢带，其特征在于，所述低成本Ti微合金化600MPa级热轧钢带的金相组织中，铁素体体积70％-80％，珠光体体积19％-29％，析出物体积≥0.4％。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的低成本Ti微合金化600MPa级热轧钢带，其特征在于，所述低成本Ti微合金化600MPa级热轧钢带的屈服强度≥600MPa，抗拉强度≥680MPa，延伸率A50≥25％，冷弯性能180°，D＝a合格。
5.如权利要求1-4任意一项所述的低成本Ti微合金化600MPa级热轧钢带的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括以下步骤：转炉冶炼、精炼、连铸、加热、轧制、冷却以及卷取。
6.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于，冷却步骤中，采用超快冷-空冷-超快冷三段控制冷却工艺，轧后钢板I段水冷采用超快冷以≥100℃/s的冷却速度冷却至640-660℃进行空冷，II段空冷15～25s，III段水冷采用超快冷以≥100℃/s的冷却速度冷却至570-610℃进行卷取，卷取后空冷至室温。
7.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于，精炼终点钢水成分中N≤50ppm。
8.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于，加热步骤中，加热温度为1250±20℃，总在炉时间≥160min。
9.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于，轧制步骤中，采用两阶段控制轧制工艺，粗轧累积压下率为≥70％，精轧累积压下率为≥80％；粗轧开轧温度为1130～1180℃，精轧终轧温度为860～900℃；凸度控制40±20μm、楔度控制0±20μm、平直度控制-50I～+50I。
10.如权利要求1-4任意一项所述的低成本Ti微合金化600MPa级热轧钢带作为光伏支架用钢的应用。
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| CN202310703396.5A CN116815070A (zh) | 2023-06-14 | 2023-06-14 | 一种低成本Ti微合金化600MPa级热轧钢带及其制备方法和应用 |
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