基于柔性轧制技术生产含Ti的高强钢及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于柔性轧制技术生产的含Ti高强钢，其特征在于：该含Ti高强钢的化学成份按重量百分计为C：0.04～0.08%、Si≤0.05%、Mn：0.60～1.20%、P≤0.015%、S≤0.010%、Ti：0.07%～0.10%、Als：0.02%～0.05%、N≤0.005%，其余为Fe和不可避免的杂质；该方法参数为钢坯加热温度为1150～1300℃，热轧终轧温度为850～950℃，终冷温度为550～750℃，采用不同的冷却方式，冷却速度5～50℃/s。本发现是采用同一浇次甚至同一炉钢水成分，采用柔性轧制技术，通过调整工艺，生产出屈服强度从420～600MPa不等的产品。
【专利说明】基于柔性轧制技术生产含Ti的高强钢及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及CSP产线生产含Ti的高强钢制造领域，具体地指一种基于柔性轧制技术生产含Ti的高强钢及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着现代科学技术和经济的发展，钢铁作为国民经济的支柱产业，实现了大规模生产。而钢铁行业的大规模生产，降低了钢铁产品的成本，也为我国经济的快速发展创造了良好的发展条件。CSP产线作为钢铁生产的新模式，一个浇次约一千五百余吨产品，具有流程短、大型化、连续化、集约化的特点。但与用户多样化、个性化的需求之间的矛盾也越来越明显，且随着钢铁行业产能过剩变得更为突出，解决这一矛盾的责任者自然就转移到钢材企业自身，研究和开发柔性制造技术势在必行。
[0003]柔性制造技术是指轧制过程具有较大灵活性和适应性的轧制技术，是在现代金属生产流程的条件下，最大限度地按照用户需求组织生产的方式，它能解决大规模生产与个性化需求之间的矛盾。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题就是提供一种基于柔性轧制技术生产含Ti的高强钢及其制备方法。本发明是柔性制造技术的一个方面，结合CSP产线的实际特点，采用同一浇次甚至同一炉钢水，利用Ti的析出强化作用，以及Ti析出强化效果与温度的关系，通过调整轧钢工艺，生产出屈服强度级别从420~600MPa不等的系列产品，满足各车辆改装厂、集装箱生产企业等对钢铁产品的个性化需求，从而解决CSP产线生产组织过程中出现的大量带出品。
[0005]为解决上述技术问题，本发明提供的一种基于柔性轧制技术生产的含Ti高强钢，该含Ti高强钢的化学成份按重量百分计为C:0.04~0.08%、Si ( 0.05%、Mn:0.60~
1.20%、P ( 0.015%、S ( 0.010%、Ti:0.07% ~0.10%、Als:0.02% ~0.05%、N ≤ 0.005%，其余为Fe和不可避免的杂质；其中，该含Ti高强钢的性能指标为下述组合中的一种:
[0006]1) ReL ≥ 420MPa, Rm ≥ 480MPa, A ≥ 22%, d=0.5a, 180。冷弯合格；或者，
[0007]2) ReL ≥ 460MPa, Rm ≥ 520MPa, A ≥ 21%, d=a，180。冷弯合格，或者，
[0008]3) ReL ^≥ 500MPa, Rm ≥ 550MPa, A ≥ 20%, d=a，180。冷弯合格，或者，
[0009]4) ReL ≥ 550MPa, Rm ≥ 600MPa, A ≥ 18%, d=l.5a, 180。冷弯合格，或者，
[0010]5) ReL ≥ 600MPa,Rm ≥ 650MPa，A ≥ 17%，d=l.5a, 180。冷弯合格；其中:ReL 为屈服强度，Rm为抗拉强度，A为延伸率，d为弯心直径，a为板厚。
[0011]本发明还提供了一种基于柔性轧制技术生产的含Ti高强钢的制备方法，在柔性轧制过程中操作参数控制如下:加热环节:钢坯加热温度为1150~1300°C，精轧环节:热轧终轧温度为850~950°C，卷取环节:终冷温度为550~750°C，层流冷却环节:冷却速度5 ~50。。/s。[0012]本发明中各合金成分以及工艺参数的作用机理如下:
[0013]C:钢中最经济、最基本的强化元素，通过固溶强化和析出强化作用以提高钢的强度，特别是与钢中Ti元素作用形成微合金碳化物，起到析出强化作用，但过高的碳含量会对焊接产生不良的影响，且含C量为0.08~0.12%进入包晶区，影响CSP产线连铸生产，因此本发明采用碳含量为0.04~0.08%。
[0014]S1:在钢中起固溶强化作用，但容易使钢板表面产生红铁皮等表面缺陷，也会影响钢卷后续工序中的镀锌效果，故本发明Si含量≤ 0.05% ；
[0015]Mn:可以溶入铁素体，提高钢的强度，还能与S形成MnS，以消除S的有害作用。本发明采用0.60~1.20%Mn即可达到所需要的强度。
[0016]P:为钢中有害元素，它很容易造成偏析，恶化冷弯成型性能，对于高强度冷弯型钢来说，要严格控制其含量。本发明PS0.015%。
[0017]S、N:为钢中的有害元素，它们的存在会严重降低Ti的有效含量，从而降低TiC的析出强化，因此，本发明中严格控制S、N的含量，即S≤0.010%, N≤0.005%。
[0018]T1:本发明采用Ti作为整个成分设计的关键，Ti元素具有强烈的析出强化效果，价格低廉，且对轧制工艺敏感。可在合金成本基本不增加的情况下，将数个强度级别的产品合并成同一个成分，通过对加热温度、终轧温度、冷却速率以及终冷温度的控制，来调节Ti的析出强化效果，从而实现同一浇次生产不同性能的产品。这样就大大降低了生产过程中的带出品，而且还可减少浇次转换过程中带来的生产效率低下。在本发明中，Ti含量为0.07~0.10%较合理。
[0019]Als:铝是强脱氧元素，采用铝脱氧不但可以有效地降低钢中的氧，还可以细化晶粒、改善韧性、防止时效的作用。本发明Als为0.02%~0.05%。
[0020]加热温度:加热温度必须使得已经存在的大部分碳氮化物再度固溶，然后在轧制和卷取过程中析出，起到晶粒细化和析出强化等作用。因此它的关键是保证能够有相当数量的微合金化元素溶解在奥氏体中，保证微合金元素形变诱导析出的数量、大小和分布。因此，奥氏体化温度应该在一个比较高的水平，以促进微合金化元素在钢中的溶解
[0021]终轧温度:采用较低的轧制温度，将加大材料在非再结晶奥氏体区的变形，增加变形奥氏体中的位错，促进得到细晶粒转变组织，加强了细晶强化。但对含Ti钢来说，轧制温度除了影响细晶强化外，还影响析出强化。较低的轧制温度下，板坯在奥氏体区的应变诱导析出增多，则会消耗大量的析出元素，在随后铁素体区的析出强化就可能减弱。所以，轧制温度的选择对析出强化和细晶强化有此消彼长的影响。
[0022]终冷温度:对于以析出强化为主的高强钢来说，卷取温度对碳氮化物的析出有着重要的影响。从热力学角度来说，温度越低，形成析出物的驱动力越大，析出越多。但从动力学角度考虑，析出物的形成需要析出元素的扩散，温度越低，析出元素扩散越困难，析出物形成也越困难，因此有一最佳析出温度。当终冷温度为550~630°C，随着温度的增加，强度增加，在630~680°C时，30nm以下的TiC颗粒呈絮状大量析出，主要成分为Ti (见图1~2)，析出强化效果达到最大，且基本保持稳定，而在680~750°C，析出相约为1OOnm的颗粒，主要成分为Ti和S (见图3~4)，析出强化效果弱小，且随着温度的增加，强度降低。控制TiC析出是实现柔性轧制的关键因素，30nm以下级别的TiC粒子对析出强化起到了决定性的作用，而终冷温度是控制TiC析出的最直接的工艺环节。[0023]冷却速率:对于< 4.0mm规格产品，空冷速率约为5~15°C /s，层流冷却速率约为20~50°C /s，较大的冷速对等轴铁素体和珠光体的产生有抑制作用，能够增大晶界不规则铁素体和贝氏体的分数。30~50°C /s不但能得到贝氏体组织(见图5)，能够抑制Ti的析出物在晶界上的析出，从而使更多的TiC在铁素体晶粒内析出，这样对强度的贡献更大，从而得到高强度级别的产品。而采用空冷方式，则得到铁素体+贝氏体类组织(见图6)，且卷取温度较高，可避开TiC的析出峰，从而得到低强度级别的产品。贝氏体组织较铁素体+珠光体组织有更高的强度，控制冷却速率得到不同的组织，从而实现柔性轧制效果。
[0024]生产组织:对于柔性轧制来说，除了化学成分和生产工艺等因素外，生产组织安排也是非常重要的因素。同一炉或同一个浇次要生产不同强度级别、不同厚度规格的产品，既要考虑厚度规格上“先厚再薄最后再厚”的轧制规律，又要考虑加热炉加热速率“升温慢、降温快”的规律，合理安排轧制单元。
[0025]本发明的有益效果在于:
[0026]本发明基于CSP产线的流程短、大型化、连续化、集约化的特点，能减低生产成本，缩短供货周期，但也存在无法满足用户个性化需求的矛盾。而要满足用户个性化的需求，又会产生大量的带出品，严重影响钢铁企业的资金流动、吨钢效益。因此，柔性轧制技术对CSP产线来说就显得非常重要。
[0027]本发现是采用同一浇次甚至同一炉钢水成分，采用柔性轧制技术，通过调整工艺，生产出屈服强度从420~600MPa不等的产品。
[0028]未采用本发明之前，CSP产线在满足用户个性化订单时，产生大量的带出品，给生产组织产生非常不利的影响。采用本发明之后，对多项小订单进行合并，生产出了屈服强度从420~500MPa以及500~600MPa级别的产品，显著降低了 CSP产线的带出品，又满足了用户的个性化需求。`
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1为630~680°C时，30nm以下的TiC大量析出显示图；
[0030]图2为TiC的析出物成分显示图；
[0031]图3为680~750°C时，IOOnm的Ti2S4C4的少量析出，TiC基本不析出显示图；
[0032]图4为Ti2S4C4的析出物成分；
[0033]图5为冷速为15°C /s以下，得到的铁素体+珠光体组织显示图；
[0034]图6为冷速为40~50°C /s，得到的贝氏体组织显示图。
【具体实施方式】
[0035]为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。
[0036]以下结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述:
[0037]可按本发明中化学成分的上、中、下限冶炼3炉钢(如表1)，轧制顺序为下限成分—上限成分一中限成分(如表2)。则按上限成分一下限成分组织生产(如表3)。
[0038]表1本发明钢的化学成分(wt%)
[0039]
【权利要求】
1.一种基于柔性轧制技术生产的含Ti高强钢，其特征在于:该含Ti高强钢的化学成份按重量百分计为 C:0.04 ~0.08%、Si ( 0.05%、Mn:0.60 ~1.20%、P ≤ 0.015%、S ≤ 0.010%、Ti:0.07% ~0.10%、Als:0.02% ~0.05%、N ≤ 0.005%，其余为 Fe 和不可避免的杂质；其中，该含Ti高强钢的性能指标为下述组合中的一种:
1)ReL ^ 420MPa, Rm ≥ 480MPa, A ≥ 22%, d=0.5a, 180。冷弯合格；或者，
2)ReL ^ 460MPa, Rm ≥ 520MPa, A ≥ 21%, d=a，180。冷弯合格，或者，
3)ReL ^ 500MPa, Rm ≥ 550MPa, A ≥ 20%, d=a，180。冷弯合格，或者，
4)ReL ≥ 550MPa, Rm ≥ 600MPa, A ≥ 18%, d=l.5a, 180。冷弯合格，或者， 5)ReL ≥ 600MPa, Rm ≥ 650MPa, A ≥ 17%, d=l.5a, 180。冷弯合格；其中:ReL 为屈服强度，Rm为抗拉强度，A为延伸率，d为弯心直径，a为板厚。
2.—种权利要求1所述基于柔性轧制技术生产的含Ti高强钢的制备方法，其特征在于:在柔性轧制过程中操作参数控制如下:加热环节:钢坯加热温度为1150~1300°C，精轧环节:热轧终轧温度为850~950°C，卷取环节:终冷温度为550~750°C，层流冷却环节:冷却速度5~50°C /S。
【文档编号】B21B37/74GK103614627SQ201310673977
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年12月11日 优先权日:2013年12月11日
【发明者】梁文, 陈吉清, 张永锟, 刘志勇, 徐进桥, 周学俊, 郭斌, 谭佳梅, 陶军晖, 陶文哲 申请人:武汉钢铁(集团)公司