專利名稱：一種600MPa級(jí)高強(qiáng)度熱連軋結(jié)構(gòu)鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于低合金鋼制造領(lǐng)域，具體涉及一種600MPa級(jí)高強(qiáng)度熱連軋結(jié)構(gòu)鋼及其制造方法。
背景技術(shù)：
高強(qiáng)度鋼的應(yīng)用可以顯著減 輕構(gòu)件的重量，減輕設(shè)備的自重量，從而減少設(shè)備的燃料消耗，提高設(shè)備的工作效率。提高結(jié)構(gòu)鋼強(qiáng)度通?？梢圆捎眉?xì)晶強(qiáng)化、析出強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化、相變強(qiáng)化等一種或多種手段。目前，600MPa級(jí)別高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼主要有兩大類。一類是低碳或超低碳貝氏體鋼，通過添加一定量的合金元素Mo、Mn、Cr、Ni和B等，使得鋼板形成低碳貝氏體為主的組織，使鋼板具有較高的強(qiáng)度和較好的韌性。這一類高強(qiáng)鋼的缺點(diǎn)是添加的合金元素較多，既增加鋼的制造成本，又影響鋼板的焊接性。另外一類是析出強(qiáng)化鋼，其特點(diǎn)是添加適量的強(qiáng)碳氮化物形成元素Nb、V和Ti等中的一種或多種，通過形成大量納米級(jí)尺寸的第二相析出粒子來提高鋼板的強(qiáng)度。中國專利CNlOl 15337IA公開了一種700MPa級(jí)別的熱連軋鋼板，主要通過Nb和Ti的析出強(qiáng)化來提高鋼板的強(qiáng)度，鋼中Nb、Mo等貴重元素的含量相對(duì)較高，鋼板的成本較高。中國專利CN101736199A公開了一種600MPa以上級(jí)別的高強(qiáng)度冷成型用結(jié)構(gòu)鋼。該專利C含量較低，Nb、Mn和Cr等元素含量較多，導(dǎo)致鋼板的成本相對(duì)較高。中國專利CN101285156A公開了一種Ti析出強(qiáng)化的貝氏體鋼，鋼中的合金元素Cr和Mn含量相對(duì)較多，鋼板的成本相對(duì)較高，且合金含量較高將對(duì)其焊接性產(chǎn)生一定的不利影響。上述三個(gè)中國專利都是低碳高錳的析出強(qiáng)化鋼，其金相組織以F+B為主。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種600MPa級(jí)高強(qiáng)度熱連軋結(jié)構(gòu)鋼及其制造方法，其屈服強(qiáng)度彡600MPa，抗拉強(qiáng)度彡650MPa，延伸率彡16%, -20°C沖擊功彡100J，不僅具有優(yōu)良的力學(xué)性能，還具有良好的冷彎成形性能，可適用于特種汽車、保險(xiǎn)柜等用結(jié)構(gòu)件、集裝箱行業(yè)等領(lǐng)域。本發(fā)明的設(shè)計(jì)思路如下:本發(fā)明的化學(xué)成分中碳含量較高，添加的合金元素種類少、含量低,屬于低成本成分設(shè)計(jì)。并通過再加熱溫度、軋制溫度、冷卻速度等制造工藝，形成以下貝氏體為主的組織，下貝氏體組織具有較高的強(qiáng)度和良好的低溫韌性，通過貝氏體相變強(qiáng)化能夠大幅提高鋼板的強(qiáng)度，并使其具有良好的韌塑性。使本發(fā)明高強(qiáng)度熱連軋結(jié)構(gòu)鋼的屈服強(qiáng)度> 600MPa，抗拉強(qiáng)度彡650MPa，延伸率彡16%，-20°C沖擊功彡100J，冷彎成形性能良好。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種600MPa級(jí)高強(qiáng)度熱連軋結(jié)構(gòu)鋼，其化學(xué)成分重量百分比為:C:0.14 0.24%, Si..( 0.50%, Mn:0.5 1.5%，P:彡 0.020%, S 彡 0.010%, Ti:0.04-0.15%,B:0.0005-0.003%,Al ≤0.05%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)；所述高強(qiáng)度熱連軋結(jié)構(gòu)鋼的微觀金相組織為少量的鐵素體+下貝氏體，其中鐵素體組織的比例少于20%，下貝氏體組織所占的體積比大于80%，該結(jié)構(gòu)鋼的屈服強(qiáng)度≥600MPa，抗拉強(qiáng)度≥650MPa，延伸率≥16%，-20°C沖擊功≥IOOJ0進(jìn)一步，本發(fā)明的600MPa級(jí)高強(qiáng)度熱連軋結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)成分還可包括:Cu ≤ 0.20 %, Cr ≤0.20 %, Ni≤0.20 %, Mo ≤ 0.20 %, Nb ≤ 0.030 %, V ≤ 0.050 %，Ca ≤0.005%中的一種或多種，以重量百分比計(jì)。本發(fā)明600MPa級(jí)高強(qiáng)度熱連軋結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)選的化學(xué)成分為:C:0.14 0.24%、S1:≤ 0.50 %、Mn:0.6 1.2 %，P:≤ 0.020 %，S ≤ 0.010 %，Ti:0.04-0.10 %, B:
0.0005-0.003%, Al ≤ 0.05%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)，以重量百分比計(jì)。本發(fā)明成分設(shè)計(jì)中:C:C是鋼中不可缺少的強(qiáng)化組元，溶入基體中的碳可以起到固溶強(qiáng)化的作用。另夕卜，C是提高鋼板淬透性最有效的元素之一，合適的C含量可以充分發(fā)揮相變強(qiáng)化作用。而過高的碳含量則會(huì)影響鋼材的焊接性和冷成型性。因此，本發(fā)明控制C含量為0.14
0.24%。Si =Si主要是以固溶強(qiáng)化形式提高鋼的強(qiáng)度，同時(shí)也是鋼中的脫氧元素，但含量過高會(huì)惡化鋼材的焊接性能。因此，本發(fā)明控制Si含量為≤0.50%。Mn:Mn主要通過固溶強(qiáng)化提高鋼的強(qiáng)度。Mn促進(jìn)碳氮化物析出相在加熱的時(shí)候溶解，抑制析出相在軋制的時(shí)候析出，有利于保持較多的析出元素在軋后的冷卻過程中在鐵素體中析出，加強(qiáng)析出強(qiáng)化。此外，Mn可擴(kuò)大奧氏體相區(qū)，降低過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變溫度，有利于相變組織的細(xì)化。但，Mn含量過高時(shí)，連鑄坯表面易出現(xiàn)裂紋，并且對(duì)鋼的焊接性能有不利影響。因此，本發(fā)明控制Mn含量為0.5 1.5%。S、P:低的硫、磷含量可以使鋼具有良好的韌性、冷成型性和焊接性，因此，本發(fā)明中應(yīng)盡量降低硫、磷含量，控制P含量≤0.020%、S含量≤0.010%。Ti =Ti是一種強(qiáng)烈的碳氮化物形成元素，Ti的未溶的碳氮化物在鋼加熱時(shí)可以阻止奧氏體晶粒的長大，在高溫奧氏體區(qū)粗軋時(shí)析出的TiN和TiC可有效抑制奧氏體晶粒長大，而在鐵素體區(qū)析出的細(xì)小的TiC顆粒能夠阻止位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)從而大大提高屈服強(qiáng)度。因此，本發(fā)明控制Ti含量為0.04 0.15%。B:B是提高鋼的淬透性有效且廉價(jià)的元素，鋼中加入適量的B元素，能夠保證在合適的冷卻速度條件下獲得貝氏體組織，保證鋼板的拉伸強(qiáng)度。但B元素含量過多，B易在晶界聚集，引起脆化。因此，本發(fā)明控制B含量0.0005-0.003%。Al:A1的作用主要是煉鋼過程中的脫氧劑，是保證鋼水中氧含量處于較低水平所必須的。但Al含量過多，易在鋼中形成較多的夾雜物，影響鋼板的性能。因此，本發(fā)明控制Al 含量≤0.050% οNb =Nb是強(qiáng)碳氮化合物形成元素，通過細(xì)晶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化提高鋼的強(qiáng)度。Nb可提高奧氏體再結(jié)晶溫度，在較高的溫度下實(shí)現(xiàn)奧氏體非再結(jié)晶軋制，從而可使軋件在較高的溫度下完成軋制變形同時(shí)得到細(xì)小的相變組織。因此，本發(fā)明控制Nb含量彡0.030%。V:V是強(qiáng)碳氮化合物形成元素，通過細(xì)晶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化提高鋼的強(qiáng)度。因此，本發(fā)明控制V含量≤0.05%。
Mo:Mo能夠有效提高淬透性，抑制多邊形鐵素體和珠光體的產(chǎn)生，促進(jìn)在中溫和低溫區(qū)內(nèi)形成晶內(nèi)有大量位錯(cuò)分布的鐵素體或貝氏體。但Mo為貴重合金元素，含量較高將使得鋼的制造成本大大增加。因此，本發(fā)明控制Mo含量< 0.20%。Cu:Cu通常以細(xì)小析出粒子狀態(tài)存在于鋼中，產(chǎn)生強(qiáng)化作用。但Cu含量高時(shí)將引起鋼坯加熱或熱軋過程中產(chǎn)生裂紋。因此，本發(fā)明控制Cu含量< 0.20%。Cr =Cr是提高淬透性的元素，能夠使鋼的強(qiáng)硬度增加。但Cr含量過高將影響鋼的韌性,并引起回火脆性。因此,本發(fā)明控制Cr含量< 0.20%。Ni =Ni在提高鋼強(qiáng)度的同時(shí)能夠改善其低溫韌性。但Ni為貴重元素，故Ni含量上限控制在0.20%。因此，本發(fā)明控制Ni含量< 0.20%。Ca:通過鈣處理可以改變硫化物形態(tài)，從而改善鋼的低溫韌性。因此，本發(fā)明控制Ca 含量彡 0.0050% ο本發(fā)明的600MPa級(jí)高強(qiáng)度熱連軋結(jié)構(gòu)鋼的制造方法，包括如下步驟:I)冶煉、精煉、連鑄:按本發(fā)明的上述化學(xué)成分采用鐵水深脫硫、轉(zhuǎn)爐冶煉、爐外精煉、連鑄形成板坯。2)再加熱、軋制將步驟I)得到的板坯再加熱到1200°C以上，保溫3小時(shí)以上，再通過粗軋和精軋，其中粗軋結(jié)束溫度1000 1050°C，精軋結(jié)束溫度820 920°C。3)層流冷卻、卷取軋制后的軋件采用層流冷卻，以10 50°C /s的冷卻速度冷卻至400 550°C，再在400 550°C下卷取，獲得所述600MPa級(jí)高強(qiáng)度熱連軋結(jié)構(gòu)鋼。本發(fā)明通過成分和軋制工藝的匹配，特別是采用層流冷卻并控制冷卻速度為10 50°C /s，卷取溫度為400 550°C，在冷卻和卷取過程中避免形成大量的鐵素體組織，而形成以下貝氏體為主的組織，其中，下貝氏體組織所占的體積比大于80%，使強(qiáng)韌性得到大幅提高。具體為:本發(fā)明通過成分的匹配，使得其鐵素體相變過程向右移，因而當(dāng)精軋結(jié)束后鋼卷的層流冷卻速度高于10°C /s時(shí)，能夠避免形成較多的鐵素體組織；本發(fā)明通過化學(xué)成分匹配，其貝氏體開始轉(zhuǎn)變溫度約為580°C左右，馬氏體開始轉(zhuǎn)變溫度約為420°C。當(dāng)卷取溫度為400-550°C時(shí)，處于貝氏體轉(zhuǎn)變溫度范圍，使本發(fā)明形成以下貝氏體為主的組織。另一方面，本發(fā)明中加入了適量的Ti元素，Ti元素在鋼坯的再加熱過程中大部分溶解至鋼中，隨著軋制過程溫度的逐漸降低，Ti的固溶度迅速降低，將在層流冷卻階段和卷取階段形成TiCN析出粒子。本發(fā)明鋼精軋結(jié)束后以10 50°C /s的冷卻速度層流冷卻，由于冷卻速度較快，鋼中的Ti來不及在層流冷卻過程中析出，尚未析出的Ti將在卷取以后析出。本發(fā)明的卷取溫度較低，因而有利于形成尺寸更加小的析出相粒子，其對(duì)強(qiáng)度的提高作用更大。本發(fā)明的有益效果:1.本發(fā)明添加的微合金元素種類少、含量低，尤其是貴重合金元素Nb、Mo和Ni等含量較少，大大降低了`生產(chǎn)成本；2.本發(fā)明中碳含量較高，并控制冷卻速度為10 50°C/s，卷取溫度400 550°C，可形成以下貝氏體為主的組織，使強(qiáng)韌性得到大幅提高；
3.本發(fā)明通過化學(xué)成分以及軋制工藝參數(shù)的配合，既充分利用了相變強(qiáng)化，又利用了 Ti的析出強(qiáng)化作用，使得高強(qiáng)度熱連軋結(jié)構(gòu)鋼具有良好的強(qiáng)韌性和冷彎成形性能，其屈服強(qiáng)度彡600MPa，抗拉強(qiáng)度彡650MPa，延伸率彡16%，_20°C沖擊功彡100J ；4.本發(fā)明卷取溫度選擇400 550°C，使形成的組織主要為下貝氏體，大大改善了本發(fā)明高強(qiáng)度熱連軋結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度和韌塑性。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例2的微觀金相組織。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。本發(fā)明鋼板實(shí)施例的化學(xué)成份見表1，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。采用鐵水深脫硫、500kg真空感應(yīng)爐冶煉、爐外精煉、連鑄形成板坯。將板坯加熱到1230-1280°C，保溫3小時(shí)以上，粗軋結(jié)束溫度1000 1050°C，精軋結(jié)束溫度820 920°C，軋后水冷至規(guī)定的卷取溫度，冷卻速度10 50°C /S，卷取溫度400-550°C。本發(fā)明實(shí)施例制造方法的工藝參數(shù)參見表2,力學(xué)性能參見表3。表I單位:重量百分比
權(quán)利要求
1.一種600MPa級(jí)高強(qiáng)度熱連軋結(jié)構(gòu)鋼，其化學(xué)成分重量百分比為:C:0.14 0.24%、S1:≤ 0.50 %、Mn:0.5 1.5 %，P:≤0.020 %，S ≤ 0.010 %，T1:0.04 0.15 %，B:0.0005 0.003%, Al ( 0.05%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)；所述高強(qiáng)度熱連軋結(jié)構(gòu)鋼的微觀金相組織為少量的鐵素體+下貝氏體，其中鐵素體組織的比例少于20%，下貝氏體組織所占的體積比大于80%，該結(jié)構(gòu)鋼的屈服強(qiáng)度≥600MPa，抗拉強(qiáng)度≥650MPa，延伸率≥16%，-20°C沖擊功≥IOOJ0
2.如權(quán)利要求1所述的600MPa級(jí)高強(qiáng)度熱連軋結(jié)構(gòu)鋼，其特征在于，所述高強(qiáng)度熱連軋結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)成分中Mn:0.6 1.2%，T1:0.04-0.10%，以重量百分比計(jì)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的600MPa級(jí)高強(qiáng)度熱連軋結(jié)構(gòu)鋼，其特征在于，所述化學(xué)成分還包括:Cu ≤ 0.20 %, Cr ≤ 0.20 %, Ni≤ 0.20 %, Mo ≤ 0.20 %, Nb ≤ 0.050 %，V≤0.050%, Ca ≤ 0.005%中的一種或多種，以重量百分比計(jì)。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的600MPa級(jí)高強(qiáng)度熱連軋結(jié)構(gòu)鋼的制造方法，包括如下步驟: 1)冶煉、精煉、連鑄: 按上述化學(xué)成分采用鐵水深脫硫、轉(zhuǎn)爐冶煉、爐外精煉、連鑄形成板坯； 2)再加熱、軋制 將步驟I)得到的板坯再加熱到1200°C以上，保溫3小時(shí)以上，再通過粗軋和精軋，其中粗軋結(jié)束溫度1000 1050°C，精軋結(jié)束溫度820 920°C ； 3)層流冷卻、卷取 軋制后的軋件采用層流冷卻，以10 50°C /s的冷卻速度冷卻至400 550°C，在該溫度下卷取，獲得所述600MPa級(jí)高強(qiáng)度熱連軋結(jié)構(gòu)鋼。
5.如權(quán)利要求4所述的600MPa級(jí)高強(qiáng)度熱連軋結(jié)構(gòu)鋼的制造方法，其特征在于，所述高強(qiáng)度熱連軋結(jié)構(gòu)鋼的微觀金相組織為少量的鐵素體+下貝氏體，其中鐵素體組織的比例少于20 %，下貝氏體組織所占的體積比大于80 %，該結(jié)構(gòu)鋼的屈服強(qiáng)度≥600MPa,抗拉強(qiáng)度≥650MPa，延伸率≥16%，-20°C沖擊功≥100J。
全文摘要
一種600MPa級(jí)高強(qiáng)度熱連軋結(jié)構(gòu)鋼及其制造方法，所述結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)成分重量百分比為C0.14～0.24％、Si≤0.50％、Mn0.5～1.5％，P≤0.020％，S≤0.010％，Ti0.04-0.15％，B0.0005-0.003％，Al≤0.05％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。根據(jù)上述成分設(shè)計(jì)，經(jīng)鐵水深脫硫、爐外精煉、連鑄成板坯、板坯再加熱、控制軋制、控制冷卻、卷取得到本發(fā)明的結(jié)構(gòu)鋼，其屈服強(qiáng)度≥600MPa，抗拉強(qiáng)度≥650MPa，延伸率≥16％，-20℃沖擊功≥100J，并具有優(yōu)良的冷彎成形性能。
文檔編號(hào)C22C33/04GK103255342SQ20131020301
公開日2013年8月21日 申請(qǐng)日期2013年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月28日
發(fā)明者胡曉萍, 溫東輝, 楊阿娜, 楊曉臻, 王煥榮, 劉剛, 張志超 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司