專利名稱：一種屈服強(qiáng)度550MPa級低合金高強(qiáng)度鋼板及生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于低合金高強(qiáng)度鋼的生產(chǎn)領(lǐng)域。特別提供了矯直能力弱的板材生產(chǎn)線生 產(chǎn)屈服強(qiáng)度大于^OMPa級高強(qiáng)鋼及生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
低合金高強(qiáng)度鋼Q550廣泛用于各類工程機(jī)械，如礦山和各類工程施工用的鉆機(jī)、 電鏟、電動(dòng)輪翻動(dòng)車、礦用汽車、挖掘機(jī)、裝載機(jī)、推土機(jī)、各類起重機(jī)、煤礦液壓支架等機(jī)械 設(shè)備。主要應(yīng)用于交通運(yùn)輸、能源開發(fā)如石油、煤炭、電站、管線等、原材料開采如鋼鐵、有色 金屬等礦山、農(nóng)田水利建設(shè)、城鄉(xiāng)建設(shè)和國防建設(shè)這幾個(gè)領(lǐng)域。由于這些工程機(jī)械的主要 結(jié)構(gòu)件承受的是復(fù)雜多變的周期載荷，要求其構(gòu)件材料具有高的屈服強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度、良 好的低溫沖擊韌性、冷成型性、耐磨性、良好的焊接性能。隨著工程機(jī)械向大型化、輕型化發(fā) 展，對上述性能的要求更為突出。高強(qiáng)度鋼板的性能水平對于提高工程機(jī)械的能力和效率、 延長使用壽命、減輕設(shè)備自重、降低能耗、提高整機(jī)的檔次有著重要作用，對于工程機(jī)械行 業(yè)尤為重要。國內(nèi)外在制造屈服強(qiáng)度彡550MPa, -40°C的低溫沖擊韌性彡31J的低合金高強(qiáng)度 鋼板的開發(fā)與生產(chǎn)上采取的主要技術(shù)措施有先進(jìn)的冶煉與爐外處理工藝，保證鋼質(zhì)的純凈 度，然后根據(jù)不同情況，對鋼板分別采用控軋控冷、正火調(diào)質(zhì)熱處理(含軋后直接淬火)等 不同工藝。在采用控軋控冷工藝時(shí)，一般要在鋼中添加Mo、Cr、Ni元素，形成組織為低碳 貝氏體的組織。為了形成貝氏體組織，在冷卻過程中要求較強(qiáng)的冷卻，冷卻速度一般大于 15°C /s，而且終冷溫度低< 550°C，這種工藝容易造成鋼板冷卻不均，特別是頭、中、尾溫差 較大，造成頭中尾強(qiáng)度差較大，影響成材率。同時(shí)對于大多數(shù)矯直機(jī)來說，較低的終冷溫度 增加了矯直機(jī)負(fù)荷，矯直機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)矯直不平，即使采用多道次矯直，隨后進(jìn)入冷床時(shí)又會(huì) 出現(xiàn)回彈、翹曲等問題，惡化板形，降低成材率。因此，對于屈服強(qiáng)度彡55(Wa鋼板來說，矯 直機(jī)能否矯平是生產(chǎn)中的主要問題。采用熱處理工藝時(shí)增加了生產(chǎn)周期，增加了能耗，增加 了生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述矯平難、冷卻不均影響成材率等不足，采用中碳，添加 微量Nb、V微合金元素的成分設(shè)計(jì)體系，采用TMCP工藝，控制氮化物的析出過程，形成鐵素 體和珠光體組織等工藝，提供一種屈服強(qiáng)度大于550MPa級低合金高強(qiáng)度鋼及其生產(chǎn)方法。本發(fā)明采用中碳，添加微量Nb、V微合金元素成分設(shè)計(jì)體系，其中碳起固溶強(qiáng)化作用，能顯著提高鋼板強(qiáng)度，但降低韌性和塑性。同時(shí)一部分碳原子 將與加入的微量Nb、V作用形成微合金碳化物，在高溫變形階段抑制再結(jié)晶。錳是能提高鋼的強(qiáng)度，在冶煉中的作用是脫氧和消除硫的影響。錳因能減少晶界 碳化物，細(xì)化珠光體，相應(yīng)地也細(xì)化了鐵素體晶粒，故能提高韌性。Nb可以抑制奧氏體再結(jié)晶和晶粒長大，有助于產(chǎn)生微細(xì)的鐵素體晶粒，并且Nb元素與C、N有極強(qiáng)的親和力，容易形成細(xì)小彌散Nb (C、N)，可以阻止晶界遷移，提高晶粒長大 溫度，從而達(dá)到細(xì)化效果，提高強(qiáng)度和韌性。Nb能夠顯著地提高鋼的再結(jié)晶終止溫度，在軋 制時(shí)析出的碳氮化鈮延遲奧氏體的再結(jié)晶，拓寬了控軋控冷工藝窗口，使未再結(jié)晶區(qū)的控 制軋制更易于實(shí)現(xiàn)，從而保證了奧氏體晶界基體中的畸變積累，導(dǎo)致相變形核數(shù)量大幅度 提高，細(xì)化晶核。V可以提高鋼的淬透性，溶入鐵素體中有強(qiáng)化作用，可以形成穩(wěn)定的碳化物，細(xì)化 晶粒。V僅在900°C以下對再結(jié)晶才有推遲作用，在奧氏體轉(zhuǎn)變以后，V幾乎已完全溶解。N 能加強(qiáng)V的作用，本發(fā)明中N含量控制在50 lOOppm，以充分利用VN的沉淀強(qiáng)化作用。為了獲得特別大的強(qiáng)化效果，利用V的沉淀強(qiáng)化和Nb的晶粒細(xì)化相結(jié)合的方法， 可以得到高強(qiáng)度高韌性的產(chǎn)品。采用TMCP工藝，控制氮化物的析出過程，形成鐵素體和珠光體組織。并且采用較 高的終冷溫度，解決了矯直機(jī)能力低所造成板形不好的難題，節(jié)約能源，生產(chǎn)穩(wěn)定，成材率 和生產(chǎn)率高。本發(fā)明主要靠如下手段實(shí)現(xiàn)。所述屈服強(qiáng)度大于550MPa級別高強(qiáng)鋼板及生產(chǎn)方 法的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比(wt% )C = 0. 10 0. 16，Mn = 1. 55 1. 90，Si = 0. 25 0. 50, Nb = 0. 015 0. 030, V = 0. 05 0. 10, Alt = 0. 02 0. 05, P 彡 0. 025, S ^ 0. 010， N = 50 lOOppm，其余為 Fe。其生產(chǎn)方法包括轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合冶煉一夾雜物鈣處理一LF精煉一板坯連鑄一板坯 堆冷一板坯加熱一軋制一冷卻一鋼板堆冷。所述屈服強(qiáng)度550MPa級低合金高強(qiáng)度鋼板的生產(chǎn)方法，在轉(zhuǎn)爐冶煉的爐后進(jìn)行 喂入CaSi線處理。在上述加熱過程中，均熱溫度為1170-1220°C，加熱時(shí)間大于8min/Cm。 軋制過程中，再結(jié)晶區(qū)軋制溫度為980-1130°C，道次壓下率大于15%。未再結(jié)晶區(qū)軋制溫 度為830-940°C ；累積變形量大于50%，冷卻終止溫度為600-700°C，冷卻速度為5_15°C / s。連鑄坯堆垛緩冷時(shí)間彡48h，鋼板緩冷時(shí)間彡48h。具體實(shí)施措施包括。在煉鋼工藝中，采用夾雜物鈣處理技術(shù)及心部質(zhì)量控制的方 法，CaSi線喂入要合適，夾雜物變性要充分，鑄坯采用4 緩冷，使鑄坯中的氫充分?jǐn)U散，減 少冷卻帶來的內(nèi)應(yīng)力。在板坯加熱工序中，均熱段溫度為1170 1220°C，加熱時(shí)間大于8min/Cm，保證鋼 中微合金元素溶于奧氏體中，同時(shí)又要防止奧氏體晶粒粗化。在熱軋工序在第一階段完全再結(jié)晶區(qū)軋制過程中，溫度980 1130°C，軋制時(shí)采 用低速大壓下軋制，保證鋼坯內(nèi)部缺陷壓合，改善鑄坯內(nèi)部缺陷，確保發(fā)生動(dòng)態(tài)/靜態(tài)再結(jié) 晶，細(xì)化奧氏體晶粒；為此，道次壓下率> 15%，變形量40 60%。在第二階段未再結(jié)晶區(qū) 軋制過程中，變形溫度940-830°C，變形量> 50% ；終軋采用較高的溫度，控制微合金碳、氮 化物的析出。在軋后冷卻工序中，采用層流冷卻，冷卻速度為5°C/s 15°C/s，并誘導(dǎo)氮化釩析 出物的析出，此時(shí)析出物細(xì)小彌散，鋼板下線堆冷去除鋼板中的氫。本發(fā)明通過提高鋼的純凈度，以及夾雜物控制技術(shù)，結(jié)合控軋控冷工藝，在矯直能 力低的生產(chǎn)線能夠生產(chǎn)屈服強(qiáng)度大于550MI^級別高強(qiáng)鋼。采用較高的終冷溫度，解決了矯 直機(jī)能力低所造成板形不好的難題，節(jié)約能源，生產(chǎn)穩(wěn)定，成材率和生產(chǎn)率高。
最終得到的F+P+少量B組織，屈服強(qiáng)度大于550MPa，抗拉強(qiáng)度為610 770MPa, -40°C低溫沖擊韌性大于31J。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是此類鋼不僅是高附加值，而且由于本發(fā)明不需要添加任何其他 設(shè)備，生產(chǎn)工藝簡單，過程控制容易，成材率高，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，操作性，應(yīng)用推廣能力 強(qiáng)。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例子的金相組織。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1根據(jù)本發(fā)明低合金高強(qiáng)鋼的化學(xué)成分范圍，化學(xué)成分如表1所示，制造方法包括 以下步驟轉(zhuǎn)爐冶煉一LF爐精煉一連鑄一堆冷一板坯加熱一軋制一控制冷卻一矯直一堆 冷一檢查。連鑄坯250mm，成品規(guī)格30mm，在鋼包中喂入CaSi線，夾雜物變性處理，采用動(dòng) 態(tài)輕壓下。具體控軋控冷工藝參數(shù)如表2所示，上述方法生產(chǎn)的鋼板力學(xué)性能如表3所示。表1 Q550高強(qiáng)鋼的化學(xué)成分(wt，% )
權(quán)利要求
1.一種屈服強(qiáng)度^OMh級低合金高強(qiáng)度鋼板及生產(chǎn)方法，其特征在于，其鋼成分按質(zhì) 量百分比(wt% )C = 0· 10 0. 16,Mn = 1. 55 1. 90, Si = 0. 25 0. 50,Nb = 0. 015 0. 030，V = 0. 05 0. 10，Alt = 0. 02 0. 05，P 彡 0. 025，S 彡 0. 010，N = 50 lOOppm，其余為i^e。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述屈服強(qiáng)度550MPa級低合金高強(qiáng)度鋼板及生產(chǎn)方法，其特征在于 其生產(chǎn)方法包括轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合冶煉一夾雜物鈣處理一LF精煉一板坯連鑄一板坯堆冷一板 坯加熱一軋制一冷卻一鋼板堆冷。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述屈服強(qiáng)度550MPa級低合金高強(qiáng)度鋼板的生產(chǎn)方法，其特征在 于，在轉(zhuǎn)爐冶煉的爐后進(jìn)行喂入CaSi線處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述屈服強(qiáng)度550MPa級低合金高強(qiáng)度鋼板的生產(chǎn)方法，其特征在 于，在上述加熱過程中，均熱溫度為1170-1220°C，加熱時(shí)間大于Smin/cm。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述屈服強(qiáng)度550MPa級低合金高強(qiáng)度鋼板的生產(chǎn)方法，其特征在 于，軋制過程中，再結(jié)晶區(qū)軋制溫度為980-1130°C，道次壓下率大于15% .
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述屈服強(qiáng)度550MPa級低合金高強(qiáng)度鋼板的生產(chǎn)方法，其特征在 于，軋制過程中，未再結(jié)晶區(qū)軋制溫度為830-940°C ；累積變形量大于50%，冷卻終止溫度為 600-700°C，冷卻速率為 5-15°C /s。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述屈服強(qiáng)度550MPa級低合金高強(qiáng)度鋼板的生產(chǎn)方法，其特征在 于，連鑄坯堆垛緩冷時(shí)間彡48h，鋼板緩冷時(shí)間彡48h。
全文摘要
本發(fā)明屬于低合金高強(qiáng)度鋼的生產(chǎn)領(lǐng)域。采用中碳，添加微量Nb、V微合金元素的成分設(shè)計(jì)體系，其鋼的成份按質(zhì)量百分(wt％)，C＝0.10～0.16，Mn＝1.55～1.90，Si＝0.25～0.50，Nb＝0.015～0.030，V＝0.05～0.10，Alt＝0.02～0.05，P≤0.025，S≤0.010，N＝50～100ppm，其余為Fe。采用TMCP工藝，工藝方法包括，冶煉、LF精煉、板坯連鑄、板坯加熱、除鱗、軋制、軋后冷卻、矯直、堆垛緩冷。本發(fā)明工藝簡單，生產(chǎn)效率高，特別針對不能生產(chǎn)屈服強(qiáng)度大于550MPa級低合金鋼的矯直機(jī)能力弱的生產(chǎn)線，提供了一種生產(chǎn)此類鋼的生產(chǎn)方法。本發(fā)明生產(chǎn)高強(qiáng)度鋼板形良好，產(chǎn)品性能穩(wěn)定，成材率高。
文檔編號(hào)C22C33/04GK102071358SQ201110027518
公開日2011年5月25日 申請日期2011年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月26日
發(fā)明者信海喜, 吳波, 鞏文旭, 譚海鵬, 高秀華 申請人:天津鋼鐵集團(tuán)有限公司