一種低成本屈服強(qiáng)度345MPa級(jí)普錳鋼板及其生產(chǎn)工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種低成本屈服強(qiáng)度345MPa級(jí)普錳鋼板，其原始板坯的化學(xué)成分及質(zhì)量含量組成為：C 0.15-0.19％、Si 0.20-0.30％、Mn 0.60-0.90％、P≤0.020％，S≤0.015％、Als0.020-0.030％、Ti 0.020-0.040％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明普錳鋼板在保證產(chǎn)品性能的前提下通過(guò)各成分含量的調(diào)整，最大限度地降低了錳的用量，從而降低了生產(chǎn)成本，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝。
【專利說(shuō)明】
一種低成本屈服強(qiáng)度345MPa級(jí)普錳鋼板及其生產(chǎn)工藝
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及熱乳中厚板技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種低成本屈服強(qiáng)度345MPa級(jí) 普錳鋼板及其生產(chǎn)工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 低合金高強(qiáng)度鋼廣泛應(yīng)用于各類工程機(jī)械，特別是屈服強(qiáng)度345MPa級(jí)普錳鋼板 應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，目前幾乎所有中厚板生產(chǎn)線均可大量生產(chǎn)屈服強(qiáng)度345MPa 級(jí)普錳鋼板，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)非常激烈。
[0003] 在已有的此規(guī)格鋼板產(chǎn)品中，常見(jiàn)的問(wèn)題主要是如下兩個(gè)：一是錳含量一般大于 1. 4%，或至少大于0. 9%，導(dǎo)致合金成本較高，而傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝和鋼板組成下無(wú)法在保持 性能要求的前提下生產(chǎn)出低錳含量的鋼板；二是傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝在生產(chǎn)的鋼板厚度規(guī)格上 具有較大的局限性，只能用來(lái)生產(chǎn)較為狹窄厚度范圍內(nèi)的鋼板。
[0004] 例如，專利申請(qǐng)?zhí)枮?201210586741. 3"的名為"一種新型低成本Q345A/B/C低合 金鋼板及其生產(chǎn)方法"，錳含量較高，在〇. 9 %以上，且需要緩冷，生產(chǎn)成本較高，生產(chǎn)過(guò)程工 藝復(fù)雜；專利申請(qǐng)?zhí)枮?201210578137. 6"的名為"一種資源節(jié)約型Q345低合金系列鋼板及 其生產(chǎn)方法"，錳含量在1. 1 %以上，合金成本依然較高；專利申請(qǐng)?zhí)枮?201210357766. 6" 的名為"一種Q345B中厚鋼板及其生產(chǎn)方法"，錳含量在1. 35%以上，且需添加 Ti和V，合金 成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明公開(kāi)了一種低成本屈服強(qiáng)度345MPa級(jí)普錳鋼板及 其生產(chǎn)工藝，通過(guò)組成成分的改進(jìn)和生產(chǎn)工藝的改進(jìn)，尤其是生產(chǎn)工藝的改進(jìn)，使得鋼板中 錳含量顯著降低，鋼板的厚度范圍顯著擴(kuò)大，有效降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。
[0006] 具體地說(shuō)，本發(fā)明是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0007] -種低成本屈服強(qiáng)度345MPa級(jí)普錳鋼板，原始板坯的化學(xué)成分及質(zhì)量含量組成 為：C0. 15-0. 19 %、Si 0· 20-0. 30 %、Μη 0· 60-0. 90 %、P 彡 0· 020 %，S 彡 0· 015 %、Als 0. 020-0. 030%、Ti 0. 020-0. 040%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0008] 上述的345MPa級(jí)普錳鋼板，厚度為14mm-50mm。
[0009] 在本發(fā)明的產(chǎn)品中，采用了低碳設(shè)計(jì)，C作為間隙固溶體元素可以顯著提高鋼材的 強(qiáng)度，但對(duì)韌性、塑性、冷成型性及焊接性能有負(fù)面效果；Si主要作為固溶強(qiáng)化元素而起作 用，但Si含量較多時(shí)會(huì)造成基體塑性下降；Μη的含量與本發(fā)明制備工藝所采用的快速冷卻 技術(shù)相匹配，所使用的Μη的質(zhì)量含量可以提高貝氏體鋼淬透性，同時(shí)降低貝氏體轉(zhuǎn)變溫度 促進(jìn)組織細(xì)化，增大貝氏體基體中C含量，提高強(qiáng)度；Α1 (酸溶Α1)在本發(fā)明的產(chǎn)品中一方 面作為脫氧元素加入鋼中，另一方面Α1與Ν結(jié)合形成Α1Ν，細(xì)化晶粒；在板坯加熱過(guò)程中Ti 的化合物可以釘扎晶粒避免原始奧氏體晶粒過(guò)分長(zhǎng)大。在鋼板焊接過(guò)程中，熱影響區(qū)中Ti 的化合物TiN和Ti (CN)以第二相質(zhì)點(diǎn)的形式存在，對(duì)熱影響區(qū)晶粒長(zhǎng)大有阻礙作用。此外， Tic后期析出，還有析出強(qiáng)化作用。
[0010] 相應(yīng)的，本發(fā)明公開(kāi)了上述低成本屈服強(qiáng)度345MPa級(jí)普錳鋼板的生產(chǎn)工藝，工藝 流程為冶煉一連鑄一再加熱一除鱗一粗乳一精乳一冷卻一熱矯直，其中，冷卻方式為快速 冷卻，將精乳得到的高溫鋼板快速冷卻至終冷溫度550-600°C，冷卻速度15-25°C /s。
[0011] 與傳統(tǒng)工藝相比，本發(fā)明生產(chǎn)工藝的核心特點(diǎn)是采用了加速冷卻系統(tǒng)（ACC)執(zhí)行 鋼板冷卻過(guò)程。在該冷卻工藝下，鋼板經(jīng)控制乳制后，奧氏體晶粒被拉長(zhǎng)呈"扁平化"，晶粒 內(nèi)部累積有大量位錯(cuò)和胞狀亞結(jié)構(gòu)，在較大冷速作用下變形奧氏體"過(guò)冷"，較大的相變驅(qū) 動(dòng)力作用下促進(jìn)新相在變形奧氏體內(nèi)和晶界處形核，形成細(xì)小均勻的貝氏體組織，從而保 證了在較低的Μη含量下產(chǎn)品在較為寬泛的厚度范圍內(nèi)均保持有良好的性能。
[0012] 在本發(fā)明中，除了冷卻階段外，乳制過(guò)程的溫度選擇對(duì)保證鋼板乳態(tài)組織為細(xì)小 鐵素體、珠光體和貝氏體也具有重要作用，優(yōu)選的，再加熱溫度為1180-1220°C，粗乳開(kāi)乳 溫度為1160-1200 °C，精乳開(kāi)乳溫度920-1050 °C，終乳溫度820-860 °C，鋼板矯直溫度為 400-1000。。。
[0013] 本發(fā)明上述采用的各階段工藝名稱，是為本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)的，通常是鐵 水深脫硫，轉(zhuǎn)爐冶煉一冶煉成功的鋼水送到鑄機(jī)進(jìn)行連鑄一鋼水連鑄成坯時(shí)在加熱爐進(jìn)行 板坯再加熱一板坯出爐后采用高壓水除鱗一板坯經(jīng)除鱗后送到粗乳機(jī)進(jìn)行粗乳一板坯經(jīng) 粗乳階段乳制成中間坯后輸送到精乳機(jī)進(jìn)行精乳一采用加速冷卻系統(tǒng)進(jìn)行快速冷卻一鋼 板冷卻后經(jīng)矯直機(jī)進(jìn)行熱矯直。
[0014] 下面對(duì)上述工藝進(jìn)行較為詳細(xì)的說(shuō)明，以便本領(lǐng)域技術(shù)人員更好的理解本發(fā)明。
[0015] 冶煉：鐵水需經(jīng)過(guò)預(yù)處理進(jìn)行深脫硫，然后進(jìn)行轉(zhuǎn)爐冶煉。鐵水和廢鋼總裝入量為 230±15噸，其中廢鋼加入量為30~60噸，鐵水溫度為1250~1350°C。
[0016] 本發(fā)明的工藝，優(yōu)選采用單渣工藝冶煉，采用硅鋁鐵、低碳錳鐵和硅鐵脫氧合金 化，錳回收率按95 %計(jì)算，鋁線收得率按55~70%計(jì)算，出鋼擋渣，保證一次拉碳成功，轉(zhuǎn) 爐出鋼溫度控制在1620-1660°C。出鋼過(guò)程鋼包要進(jìn)行底吹氬操作。鋼水經(jīng)轉(zhuǎn)爐冶煉后進(jìn) 行LF爐外精煉，本工序要求轉(zhuǎn)爐出鋼后，鋼包內(nèi)鋼水溫度大于1500Γ，該階段對(duì)鋼水配Si、 Mn、Ti等合金，確保合金命中目標(biāo)，金屬錳鐵收得率按99%計(jì)算，鈮鐵收得率按100%計(jì)算， 硅增加0. 01 %硅鐵加入量不小于25kg，鈦鐵收得率較低，且極易氧化，在處理后期加入，根 據(jù)鋼水量、鈦鐵品位來(lái)調(diào)整合金加入量。
[0017] 連鑄：冶煉成功的鋼水送到鑄機(jī)進(jìn)行連鑄，控制鋼水過(guò)熱度15-50°C。連鑄機(jī)為直 弧形連鑄機(jī)，詳細(xì)工藝及參數(shù)控制如下：使用低碳高錳合金鋼保護(hù)渣，渣子要保持干燥；中 包使用堿性空心顆粒無(wú)碳覆蓋劑；保持恒速澆注，澆注速度控制在〇. 8-1. 2m/min ;做好保 護(hù)澆注，謹(jǐn)防鋼水二次氧化和吸氣增氮；鑄坯低倍檢驗(yàn)結(jié)果應(yīng)滿足C類中心偏析多2. 0級(jí)、 中間裂紋彡1. 5級(jí)、中心疏松彡1. 0級(jí)。
[0018] 板坯再加熱：鋼水連鑄成坯時(shí)溫度從1500多度冷卻到1200多度再冷卻到室溫，板 坯再加熱是指板坯又從室溫升高到1200多度，溫度再次升高的加熱過(guò)程。
[0019] 板坯再加熱過(guò)程在推鋼式加熱爐或步進(jìn)式加熱爐中進(jìn)行。再加熱溫度的制定 主要依賴于合金元素的溶解度。加熱過(guò)程要求合適的溫度和合理的時(shí)間，促進(jìn)合金元 素的充分溶解和成分、組織均勻。一般情況下，合金元素碳（氮）化物的溶解溫度約為 1150°C -1200°C。為了促進(jìn)合金元素碳（氮）化物的充分溶解，并考慮現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際生產(chǎn)條 件，本發(fā)明的再加熱溫度為1180-1220 °C，再加熱過(guò)程包括加熱段和均熱段，由于加熱段板 坯內(nèi)外溫差很大，需要最后進(jìn)行均熱以保證板坯溫度均勻。板坯再加熱的總再加熱時(shí)間為 250-350分鐘，加熱時(shí)板坯移動(dòng)速度按10-20分鐘/厘米控制，其中均熱段時(shí)間為30-60分 鐘。
[0020] 除磷：板坯在再加熱過(guò)程中表面會(huì)嚴(yán)重生成氧化鐵皮，因此，板坯出爐后需要進(jìn)行 除鱗以消除其表面氧化鐵皮。板坯采用高壓水除鱗，要求除鱗壓力不小于18MPa。一般情況 下除鱗壓力在25MPa以內(nèi)即可。
[0021] 粗乳：板坯經(jīng)除鱗后送到粗乳機(jī)進(jìn)行粗乳。粗乳分為三個(gè)階段：整形階段、展寬階 段和高溫延伸階段。整形階段消除板坯表面的凹凸不平等缺陷，并促進(jìn)板坯厚度均勻。展 寬階段主要是將板坯寬度增加到成品寬度。一般認(rèn)為，整形階段和展寬階段不會(huì)對(duì)鋼板性 能產(chǎn)生明顯影響。高溫延伸階段要充分發(fā)揮乳機(jī)能力，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)力大壓下，以最少道次數(shù)將板 坯乳到中間坯厚度，促進(jìn)奧氏體晶粒反復(fù)再結(jié)晶以細(xì)化晶粒，要求粗乳高溫延伸階段有效 乳制道次數(shù)不超過(guò)8道。本發(fā)明的粗乳的開(kāi)乳溫度為1160-1200°C，至少有2道次壓下率大 于25%，中間坯的厚度為成品板坯的厚度的2. 0-3. 0倍。粗乳階段開(kāi)乳第一道次、轉(zhuǎn)鋼后第 一道次必須采取機(jī)架除鱗設(shè)備進(jìn)行除鱗，高溫延伸階段視鋼板表面情況靈活進(jìn)行除鱗，保 證鋼板表面質(zhì)量。
[0022] 精乳：精乳階段從中間坯溫度降到奧氏體未再結(jié)晶區(qū)后開(kāi)始。板坯經(jīng)粗乳階段 乳制成中間坯后在粗乳機(jī)和精乳機(jī)之間的輥道上進(jìn)行擺動(dòng)待溫，中間坯溫度降低到精乳階 段開(kāi)乳溫度范圍后輸送到精乳機(jī)進(jìn)行精乳階段乳制。精乳階段開(kāi)乳第一道次必須采取機(jī) 架除鱗設(shè)備進(jìn)行除鱗，精乳乳制過(guò)程中視鋼板表面情況靈活進(jìn)行除鱗，保證鋼板表面質(zhì)量。 精乳階段在奧氏體未再結(jié)晶區(qū)進(jìn)行，該階段變形逐漸累積，一方面促進(jìn)奧氏體晶粒"扁平 化"，另一方面在奧氏體經(jīng)理內(nèi)形成大量位錯(cuò)，增加鐵素體晶粒形核位置，細(xì)化晶粒。要求 精乳階段有效乳制道次數(shù)不超過(guò)7道。本發(fā)明的精乳開(kāi)乳溫度為920-1050°C，終乳溫度為 820-860。。。
[0023] 冷卻：本發(fā)明的冷卻的終冷溫度550-600°C，冷卻速度15-25°C /s。在鋼板進(jìn)行加 速冷卻過(guò)程中，為了確保鋼板整體頭部、尾部、邊部及板身溫度均勻，采用頭尾遮蔽和邊部 遮擋，一般頭部遮蔽0-2. 0m，尾部遮蔽0-2. 5m，邊部遮擋0-2. 0m，控制鋼板返紅后整體溫度 差< 50°C。
[0024] 熱矯直：鋼板從ACC出來(lái)后需要進(jìn)行熱矯直處理以使鋼板具有良好板形，綜合考 慮鋼板矯直難度和熱矯直機(jī)能力，要求鋼板矯直溫度為400-100(TC。若鋼板一道次不能矯 平，可以采用多道次矯直，但原則上不超過(guò)3道次，鋼板不平度達(dá)到< 6mm/2m。熱矯直后的 鋼板通過(guò)剪切后加工成要求的規(guī)格。
[0025] 矯直溫度大于1000°C，溫度太高，矯直機(jī)無(wú)法工作，因?yàn)槌C直機(jī)自身冷卻能力有 限，會(huì)把矯直機(jī)燙壞，而且溫度很高矯直后鋼板還會(huì)變形，失去了矯直的意義。溫度低于 400°C鋼板太硬，熱矯直機(jī)也能力有限"矯不動(dòng)"。矯直溫度主要由鋼板終冷溫度決定，鋼板 出ACC后約1分鐘左右后就開(kāi)始矯直，一般矯直溫度比終冷返紅溫度低20-30°C。
[0026] 在上述完成后，對(duì)成品的鋼板取樣、檢驗(yàn)。檢驗(yàn)合格的成品入庫(kù)、發(fā)貨。
[0027] 本發(fā)明通過(guò)控制乳制工藝和冷卻工藝，能夠穩(wěn)定生產(chǎn)14mm-50mm低成本屈服強(qiáng)度 345MPa級(jí)高強(qiáng)度高韌性鋼板，其力學(xué)性能優(yōu)異，鋼板的屈服強(qiáng)度大于370MPa，抗拉強(qiáng)度大 于490MPa，延伸率不低于25. 0%，鋼板-20°C沖擊功可達(dá)150J以上。
【附圖說(shuō)明】
[0028] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例3乳態(tài)的金相照片。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0030] 實(shí)施例1
[0031] 將冶煉、連鑄后的擬乳制的板坯放入加熱爐，加熱時(shí)間為260分鐘，均熱時(shí)間為40 分鐘。板坯的化學(xué)成分的質(zhì)量百分含量為：C 0. 15%、Si 0. 23%、Μη 0. 70%、P 0. 016%、 S 0.012%、Als0.0 24%、Ti 0.024%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。乳制成厚度為14mm的 鋼板，詳細(xì)的乳制工藝見(jiàn)表1，其力學(xué)性能見(jiàn)表2。
[0032] 實(shí)施例2
[0033] 將冶煉、連鑄后的擬乳制的板坯放入加熱爐，加熱時(shí)間為250分鐘，均熱時(shí)間為30 分鐘。板坯的化學(xué)成分的質(zhì)量百分含量為：C 0. 16%、Si 0. 20%、Μη 0. 71%、P 0. 012%、 S 0.003%、Als0.0 27%、Ti 0.032%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。乳制成厚度為16mm的 鋼板，詳細(xì)的乳制工藝見(jiàn)表1，其力學(xué)性能見(jiàn)表2。
[0034] 實(shí)施例3
[0035] 將冶煉、連鑄后的擬乳制的板坯放入加熱爐，加熱時(shí)間300分鐘，均熱時(shí)間為45分 鐘。板坯的化學(xué)成分的質(zhì)量百分含量為：C 0. 17%、Si 0.24%、Μη 0.60%、P 0.0015%、S 0. 013%、Als0.0 30%、Ti 0.020%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。乳制成厚度為20mm的鋼 板，詳細(xì)的乳制工藝見(jiàn)表1，其力學(xué)性能見(jiàn)表2。
[0036] 實(shí)施例4
[0037] 將冶煉、連鑄后的擬乳制的板坯放入加熱爐，加熱時(shí)間300分鐘，均熱時(shí)間為45分 鐘。板坯的化學(xué)成分的質(zhì)量百分含量為：C 0. 18%、Si 0. 30%、Μη 0. 78%、P 0. 008%、S 0. 010%、Als 0.030%、Ti 0.040%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。乳制成厚度為30mm的 鋼板，詳細(xì)的乳制工藝見(jiàn)表1，其力學(xué)性能見(jiàn)表2。
[0038] 實(shí)施例5
[0039] 將冶煉、連鑄后的擬乳制的板坯放入加熱爐，加熱時(shí)間330分鐘，均熱時(shí)間為50 分鐘，板坯的化學(xué)成分的質(zhì)量百分含量為：C 0. 19%、Si 0.30%、Μη 0.82%、P 0.005%、S 0. 012%、Als 0.024%、Ti 0.037%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。乳制成厚度為40mm的 鋼板，詳細(xì)的乳制工藝見(jiàn)表1，其力學(xué)性能見(jiàn)表2。
[0040] 實(shí)施例6
[0041] 將冶煉、連鑄后的擬乳制的板坯放入加熱爐，加熱時(shí)間330分鐘，均熱時(shí)間為50 分鐘，板坯的化學(xué)成分的質(zhì)量百分含量為：C 0. 19%、Si 0.27%、Μη 0.90%、P 0.014%、S 0.001 %、Als 0.021 %、Ti 0.033%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。乳制成厚度為50mm的 鋼板，詳細(xì)的乳制工藝見(jiàn)表1，其力學(xué)性能見(jiàn)表2。
[0042] 表1實(shí)施例1~6的工藝參數(shù)
[0043]
[0044] 表2實(shí)施例1~6的力學(xué)性能
[0045]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種低成本屈服強(qiáng)度345MPa級(jí)普錳鋼板，其特征在于原始板坯的化學(xué)成分及 質(zhì)量含量組成為：C 0· 15-0. 19 %、Si 0· 20-0. 30 %、Μη 0· 60-0. 90 %、P 彡 0· 020 %， S 彡 0.015%、Als 0.020-0. 030%、Ti 0.020-0. 040%，余量為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1的345MPa級(jí)普錳鋼板，其特征在于厚度為14mm-50mm。3. 權(quán)利要求1的低成本屈服強(qiáng)度345MPa級(jí)普錳鋼板的生產(chǎn)工藝，其特征在于工藝流程 為冶煉一連鑄一再加熱一除鱗一粗乳一精乳一冷卻一熱矯直，其中，冷卻方式為快速冷卻， 將精乳得到的高溫鋼板快速冷卻至終冷溫度550-600°C，冷卻速度15-25°C /s。4. 根據(jù)權(quán)利要求3的生產(chǎn)工藝，其特征在于再加熱溫度為1180-1220°C，粗乳開(kāi)乳 溫度為1160-1200 °C，精乳開(kāi)乳溫度920-1050 °C，終乳溫度820-860 °C，鋼板矯直溫度為 400-1000。。。5. 根據(jù)權(quán)利要求3的生產(chǎn)工藝，其特征在于連鑄階段保持恒速澆注，澆注速度控制在 0· 8-1. 2m/min〇6. 根據(jù)權(quán)利要求3的生產(chǎn)工藝，其特征在于再加熱過(guò)程包括加熱段和均熱段，板坯再 加熱的總再加熱時(shí)間為250-350分鐘，加熱時(shí)板坯移動(dòng)速度為10-20分鐘/厘米，其中均熱 段時(shí)間為30-60分鐘。
【文檔編號(hào)】C22C38/14GK105839007SQ201510013319
【公開(kāi)日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2015年1月12日
【發(fā)明人】劉澤田, 陸斌, 張大治, 高軍, 惠鑫, 王宏盛
【申請(qǐng)人】?jī)?nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司