专利名称：一种屈服强度420MPa级超细晶钢板及其制造方法
技术领域：
本发明涉及钢铁冶金领域，特别属于超细晶粒结构钢板及其制造方法。
背景技术：
晶粒细化是提高钢的强度的方法之一，与其他强化手段相比较，细化晶粒可以在提高钢的强度的同时，提高钢的韧性。钢铁材料领域普遍采用细晶强化作为改善材质的有效途径。近年来，加强对钢的细晶化控制、并使其达到超细晶化的技术研究取得了较大进展，逐步生产出了系列超细晶钢产品。
在钢的加工过程中，晶粒细化包括对钢的奥氏体组织进行控制，和对奥氏体—铁素体转变过程进行全面有效控制，以达到细化最终铁素体或其他组织的目的。在生产过程中，就是充分利用了这一控制方法，使最终转变产物—铁素体或贝氏体达到超细化程度，从而生产出超细晶钢。
目前，超细晶钢板的主要制造方法是在较低温度进行较大变形率的轧制，以形变诱导形变的原理获得超细化的铁素体晶粒。现有公开专利(或技术文献)均是按照这一原理。
如公开号为CN1614067的专利—“厚规格超细晶粒热轧钢板及其制造方法”，涉及钢种的化学成分(重量百分比)为C 0.13～0.18％，Si 0.12～0.30％，Mn 0.50～0.70％，P≤0.020％，S≤0.015％，其余为铁及不可避免的杂质。其制造方法的要点为钢坯加热温度1150～1200℃，中间坯厚度30～35mm，终轧温度800～830℃，卷取温度500～560℃。利用该专利提供的方法可生产6.5～8.0mm超细晶粒钢板。
又如公开号为CN1537964的专利“一种低碳420MPa级复合强化超细晶粒带钢的制备方法”，涉及钢种的化学成分(重量百分比)为C0.10～0.14％，Si 0.18～0.40％，Mn 0.85～1.10％，P≤0.010％，S≤0.010％，其余为铁及不可避免的杂质。其制造方法的要点为钢坯加热温度1190～1210℃，中间坯厚度38～50mm，终轧温度770～790℃，轧制后冷却速度20～30℃，卷取温度430～470℃。利用该专利提供的方法可生产铁素体晶粒为3～5μm、屈服强度为420～450MPa、抗拉强度530～550MPa的超细晶粒带钢。
上述两项专利钢的化学成分如表1所示，其所涉及的产品，均为厚度不超过8.0mm的钢板或钢带。
表1 (重量百分比，wt.％)
发明内容
本发明的目的是通过提供一种屈服强度420MPa级超细晶钢板及其制造方法，获得一种具有超细化的铁素体和贝氏体复合组织，焊接裂纹敏感性较低，屈服强度大于420MPa的高强高韧性钢板。
本发明的技术方案为一种屈服强度420MPa级超细晶钢板，包括如下重量百分配比的化学元素C0.06～0.09，Si0.30～0.60，Mn1.00～1.30，P≤0.015，S≤0.010，Ti0.01～0.02，其余为Fe和不可避免杂质。
CC在钢中的作用是固溶强化，但是C对焊接性能不利。C越高焊接性能越差。本发明C上限为0.09％，而对照专利中C的含量分别为0.18％和0.14％。对于采用控制轧制和控制冷却工艺生产、组织中包含有贝氏体的钢来说，碳越低则韧性越好。正是因为如此，较低的碳含量可以生产更大厚度的高韧性钢板。
SiSi在钢中的作用主要是固溶强化，另外，较高的Si能够提高钢的淬透性，一般钢中加入不超过0.60％的Si有利于钢的强度和韧性。本发明比对照专利添加了较高的Si，由于加入较高的Si，起到更大的强化作用，可以相应降低碳的加入量，改善钢的焊接性能。此外，相对于其他合金元素，Si是一种价格十分低廉的元素，因此，本发明添加了较高含量的Si，还可以降低制造成本。
Ti本发明加入0.01～0.02％的Ti，其目的是避免焊接热影响区组织粗化，改善HAZ韧性。较少的合金元素含量使得本发明所得产品成本较低，同时具有优良的机械及焊接性能。
一种屈服强度420MPa级超细晶钢板的制造方法，包括以下步骤 1)冶炼钢锭按照下述成分C0.06～0.09，Si0.30～0.60，Mn1.00～1.30，P≤0.015，S≤0.010，Ti0.01～0.02，其余为Fe和不可避免杂质，在电炉或转炉中冶炼，并浇铸成连铸坯或钢锭。
2)加热对连铸坯或钢锭加热至970～1050℃，保温；采用较低的铸坯加热温度(970℃～1050℃)可以抑制奥氏体晶粒长大，细化轧制前的原始组织。
3)轧制钢坯出炉后即在中、厚板轧机上进行轧制，轧后进入中间水冷装置冷却至780～820℃，在中间辊道上待温至720～780℃开始第二阶段轧制，终轧温度为700～760℃；当粗轧结束时，采取中间水冷装置快冷降温，与空冷待温方式相比，可以阻止奥氏体晶粒长大，进而细化最终相变组织，对钢的强度与韧性起到有利作用。同时，强调精轧区轧制温度并将终轧温度控制在钢的Ac3附近至Ar3以下50℃，是为了保证形变诱导铁素体相变的效果，从而实现铁素体晶粒超细化。在这个温度范围终轧，既为相变提供更高的能量累积，也不至于给轧机带来过高的负荷，比较适合于厚板生产。
4)冷却轧制结束后，钢板快速冷却至440～480℃，钢板出水后空冷。由于钢板在轧制过程中多个道次发生较大变形，钢中积累了密度很高的位错和应变能，导致应变诱导铁素体相变现象，形成了超细晶粒铁素体。
优选地，所述步骤1)中，铸坯或钢锭的厚度≥成品钢板厚度的10倍。
优选地，所述步骤3)中，在钢坯冷却前，轧件厚度为成品钢板厚度的3～5倍。将精轧厚度设计为板厚的3～5倍，可以加大在奥氏体未再结晶区的累积变形量，保证足够的变形能，从而为铁素体转变提供更高的形核率。
优选地，所述步骤3)中，第二阶段轧制道次变形率为15～20％。强调道次变形率，可以保证形变诱导铁素体相变的效果。
优选地，所述步骤4)中，轧后钢板快速冷却的速度为15～20℃/秒，可以加速冷却装置(ACC)中进行。采用较高的冷却速度，可以为相变提供更高的过冷度，增加相变驱动力，获得更高的形核率，进一步细化铁素体晶粒；较高的冷却速度和较低的停冷温度，也为贝氏体转变提供有利条件，从而得到更加细化的贝氏体组织。
优选地，所述步骤4)中，钢板出水后空冷采用堆垛或在冷床冷却。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果 1.本发明钢，在指定工艺下获得以超细化的铁素体和贝氏体复合组织，因此具有较高的强度和良好的韧性，尤其是低温韧性优良。
2.本发明钢采用低碳Mn-Si-Ti系成分，焊接裂纹敏感性较低Pcm≤0.20％，焊前不需要预热，因而具有良好的焊接性。
3.本发明钢可以在厚钢板产线上进行生产，屈服强度大于420MPa、抗拉强度大于530MPa、夏氏冲击功Akv(—40℃)≥150J、板厚可达20mm，铁素体晶粒尺寸3～5μm。
图1为本发明钢种实施例2的金相照片。
图2为本发明钢种实施例3的金相照片。
具体实施例方式 本发明实施例和对比例的化学成分重量百分配比见表2。
表2(单位质量百分比) 注Pcm—为焊接裂纹敏感性指数，Pcm≤0.20％为焊接无裂缝钢。
本发明降低碳含量，提高了焊接性能，增加微合金元素Ti，配合适当的工艺，提高了屈服强度，并使超细晶钢的板厚从对比例的8mm提高到20mm。
本发明实施例和对比例的生产工艺参数见表3，力学性能参见表4。表3和表4中的本发明1—6和对比例1—2分别对应表2中的本发明1—6和对比例1—2。
表3
表4 实施例力学性能
由表2、表3和表4中所列的实施例和对比例可以看出，本发明钢的屈服强度大于420MPa、抗拉强度大于530MPa、夏氏冲击功Akv(—40℃)≥150J、延伸率≥20％、板厚可达20mm，其与现有技术相比，在保证了屈服强度和抗拉强度的同时，焊接裂纹敏感性较低Pcm≤0.20％，且焊前不需要预热，因而具有良好的焊接性。
权利要求
1.一种屈服强度420MPa级超细晶钢板，其特征在于包括如下重量百分配比的化学元素C0.06～0.09，Si0.30～0.60，Mn1.00～1.30，P≤0.015，S≤0.010，Ti0.01～0.02，其余为Fe和不可避免杂质。
2.一种屈服强度420MPa级超细晶钢板的制造方法，其特征在于包括以下步骤
1)冶炼钢锭按照下述重量百分配比冶炼C0.06～0.09，Si0.30～0.60，Mn1.00～1.30，P≤0.015，S≤0.010，Ti0.01～0.02，其余为Fe和不可避免杂质，并浇铸成连铸坯或钢锭；
2)加热连铸坯或钢锭加热至970～1050℃，保温；
3)轧制钢坯出炉后即轧制，轧后冷却至780～820℃，在辊道上待温至720～780℃开始第二阶段轧制，终轧温度为700～760℃；
4)冷却轧后钢板快速冷却至440～480℃，钢板出水后空冷。
3.如权利要求2所述的屈服强度420MPa级超细晶钢板的制造方法，其特征在于所述步骤1)中，铸坯或钢锭的厚度≥成品钢板厚度的10倍。
4.如权利要求2所述的屈服强度420MPa级超细晶钢板的制造方法，其特征在于所述步骤3)中，在钢坯冷却前，轧件厚度为成品钢板厚度的3～5倍。
5.如权利要求2所述的屈服强度420MPa级超细晶钢板的制造方法，其特征在于所述步骤3)中，第二阶段轧制道次变形率为15～20％。
6.如权利要求2所述的屈服强度420MPa级超细晶钢板的制造方法，其特征在于所述步骤4)中，轧后钢板快速冷却的速度为15～20℃/秒。
7.如权利要求2所述的屈服强度420MPa级超细晶钢板制造方法，其特征在于所述步骤4)中，钢板出水后空冷采用堆垛或在冷床冷却。
全文摘要
本发明公开了一种屈服强度420MPa级超细晶钢板及其制造方法，其化学元素重量百分配比为C0.06～0.09，Si0.30～0.60，Mn1.00～1.30，P≤0.015，S≤0.010，Ti0.01～0.02，其余为Fe和不可避免杂质。该超细晶钢板制造方法的主要技术特征为连铸坯或钢锭加热至970～1050℃，钢坯轧后冷却至780～820℃，在辊道上待温至720～780℃开始第二阶段轧制，终轧温度为700～760℃，轧后钢板冷却至440～480℃，钢板出水后空冷。本发明钢屈服强度大于420MPa、具有较高的强度、良好的韧性和焊接性。
文档编号B21B37/00GK101397625SQ200710046298
公开日2009年4月1日 申请日期2007年9月24日 优先权日2007年9月24日
发明者姚连登, 赵小婷 申请人:宝山钢铁股份有限公司