低成本厚规格低合金结构钢及其生产方法
【专利摘要】本发明公开了一种低成本厚规格低合金结构钢，其中各组分的重量百分比为：C：0.17～0.20％，Si：0.15～0.30％，Mn：0.35～0.55％，P≤0.025％，S≤0.01％，N≤0.008％，其余为Fe及不可避免的杂质。该结构钢的生产方法如下：1)连铸成坯；2)铸坯均热；3)高压除鳞，精轧，98％≤F1+F2压下率之和≤105％，F1和F2冷却水量为正常水量70％～80％，虚设F3或F4，出口温度840～870℃；4)层流冷却速度40～83℃/秒，卷取温度540～570℃，头部卷取温度580～600℃；5)冷却。本发明基本消除混晶和冷弯开裂现象、卷形好，适于广泛应用于钢铁生产领域。
【专利说明】低成本厚规格低合金结构钢及其生产方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及钢铁生产【技术领域】，具体地指一种低成本厚规格低合金结构钢及其生
产方法。
【背景技术】
[0002]现在国内大型钢铁企业的薄板坯连铸连轧生产多采用CSP(Compact StripProduction,紧凑式带钢生产线)生产线，该生产线一般包括两座150吨转炉，两座LF (Ladle Refining Furnace，钢包精炼炉)精炼炉、一座RH精炼炉、双流薄板坯连铸线、隧道式加热炉和七机架热连轧机。铸机生产最大铸还宽度为1680mm,厚度为70mm、90mm两种，该铸机具有带液芯铸轧功能，70_厚铸坯可铸轧到52_，90_厚铸坯可铸轧到70_，铸机的设计工作拉速可达5~6m/min。国内最新的CSP生产线热轧带钢的年设计产能为250万t，其中，供热轧酸洗镀锌卷为54.2万t，硅钢原料卷97.8万t，热轧直供卷98万t，生产的钢种包括:碳素结构钢、优碳钢、低合金高强度钢、耐候结构钢、汽车结构钢、管线钢、超低碳钢、无取向硅钢、低碳冷轧基料用钢等。同国内外同类薄板坯连铸连轧生产线相比，国内CSP生产线在达产水平、达产速度和质量控制上已经实现了新的突破。
[0003]目前，Q235B钢种是国内CSP生产线的主力产品，而随着板带市场的发展，低合金钢Q345B在板带市场上也呈现出良好的销售势头。但目前的Q345B钢种的Mn含量达1.2~
1.35 %，合金成本仍然较高，无论是对该产品在市场上的竞争力还是对生产线的效益都有严重影响。由于在品种开发上可以明显降低合金成本和生产组织难度，柔性轧制技术在各大钢企开始得到推广。针对低合金钢Q345B的生产现状，国内一些大型钢铁企业开始考虑通过优化Q235B的成分，并配以低温控轧控冷工艺实现钢的组织细化和强化，使得Q235B钢种生产线柔性轧制出低合金钢Q345B，这对降低板带合金成本、提高产品竞争力具有重要意义。目前，在Q235B生产线上已成功生产出3.0mm以下的薄规格Q345B，Mn含量也由原来的
1.2~1.35%降低到0.5%左右。
[0004]但是，4.0mm以上规格的低成本(Mn降低为0.5%左右)厚规格低合金结构钢的生产还存在如下问题:
[0005]I)性能不稳定，产品合格率仅为85%，由于Mn在钢中的作用主要是固溶强化作用，所以低成本低合金钢降Mn后固溶强化作用降低。同时，因CSP产线特点，厚规格带钢的压缩比较小，铸坯原始柱状晶粒破碎不够彻底，成品晶粒较为粗大且大小不一，组织性能控制不稳定，性能不合偶有发生，参见表1中Q345B对比例的屈服强度值、抗拉强度值、屈强比和延伸率等参数以及图1中Q345B对比例的晶粒组织结构图。
[0006] 2)混晶现象和冷弯开裂问题，因采用低温出炉和低温轧制，F3 (Finish Mill，精轧英文意译，该处F3指第三座热轧机，F4指第四座热轧机)或F4道次较低的温度和压下率，导致成品带钢混晶现象的发生，影响组织的控制，并最终影响客户的冷弯成型性能。部分低成本低合金钢产生冷弯开裂现象，规格越厚，冷弯开裂几率越明显，影响CSP生产线的产品形象和客户信任度，参见图1中Q345B对比例的晶粒组织结构图。[0007]3)卷形问题，主要指头塔和头部溢出边问题，原因有两个:①因低温终轧和低温卷取，冷却速度较大容易产生不均匀，头部板形控制较差，从而容易产生头部塔形；②带钢头部形状不规则，同时温度较低，影响带钢头部跟踪信号的检测，影响头部侧导板的动作和夹送辊的动作，从而产生头部塔形和头部溢出边；此类问题易导致钢卷吊运损伤切损，严重的整卷判废，影响产品的成材率，不仅增加人工成本，而且影响到物流发货和合同兑现，不利于产品竞争力的提高，参见图2中Q345B对比例的卷形示意图。
[0008]因上述问题，4.0mm以上的厚规格低成本低合金结构钢的攻关进展不明显，Mn含量也仅仅降低到0.8 %，配合工艺参数进行批量生产。
【发明内容】
[0009]本发明的目的就是要提供一种性能稳定、产品强度和产品质量高、成材率高、基本消除混晶和冷弯开裂现象、卷形好的低成本厚规格低合金结构钢及其生产方法。
[0010]为实现上述目的，本发明所设计的低成本厚规格低合金结构钢，其特征在于:所述结构钢中各组分的重量百分比为:c:0.17~0.20%, S1:0.15~0.30%, Mn:0.35~0.55%, P ≤ 0.025%, S≤0.01%, N ≤ 0.008%，其余为 Fe 及不可避免的杂质。
[0011]作为优选方案，所述结构钢中各组分的重量百分比为:C:0.18~0.19%, Si:0.17 ~0.21 %, Mn:0.39 ~0.50 %，P:0.016 ~0.023 %，S:0.0062 ~0.0095 %, N:0.0051~0.0072%，其余为Fe及不可避免的杂质。
[0012]再进一步地，所述结构钢中各组分的重量百分比为:C:0.18%，Si:0.19%, Mn:0.45%, P:0.020%, S:0.0080%, N:0.0060%，其余为 Fe 及不可避免的杂质。
[0013]为实现上述目的，本发明所设计的低成本厚规格低合金结构钢的生产方法，包括以下步骤:1)冶炼、炉外精炼及连铸成坯；2)对铸坯进行均热，将铸坯出炉温度控制在1080~1130°C ；3)板坯出炉后经高压除鳞后进行精轧，将成品厚度控制在4~8mm，98%≤Fl+F2 (Finish Mill，精轧英文意译，该处Fl指第一座热轧机，F2指第二座热轧机)的压下率之和≤105%，同时，Fl和F2的轧辊冷却水量为600~630m3/小时正常水量的70%~80%，当4mm≤成品厚度< 5mm时虚设F3，成品厚度为5~8mm时虚设F4机架，精轧出口温度为840~870°C;4)精轧后进行层流，层流冷却采用前段快速冷却方式结合头部阶梯冷却方式，冷却速度控制在40~83°C /秒，层流后进行卷取，卷取温度控制在540~570°C，其中，带钢头部5~IOm卷取温度为580~600°C;5)冷却后即可获得低成本厚规格低合金结构钢。
[0014]作为优选方案，所述步骤2)中，铸坯出炉温度控制在1100~1120°C ;所述步骤
3)中，99%≤F1+F2的压下率之和≤104%, Fl和F2的轧辊冷却水量为610~620m3/小时正常水量的72%~78%，精轧出口温度为850~860°C ;所述步骤4)中，冷却速度控制在43.8~64.8°C /秒，卷取温度控制在550~565°C，其中，带钢头部6~8m卷取温度为585 ~594°C。
[0015]进一步地，所述步骤2)中，铸坯出炉温度控制在1110°C;所述步骤3)中，F1+F2的压下率之和为102%，Fl和F2的轧辊冷却水量为615m3/小时正常水量的75%，精轧出口温度为855°C ;所述步骤4)中，冷却速度控制在56.70C /秒，卷取温度控制在560°C，其中，带钢头部7m卷取温度为590°C。[0016]再进一步地，所述步骤I)中，连铸坯厚度为70mm。
[0017]本发明的工作原理是这样的:
[0018]I)性能稳定，产品合格率高:通过增加前道次的压下量，产生完全高温奥氏体再结晶，有利于破碎原始铸坯柱状晶，细化奥氏体晶粒尺寸。通过F3或F4机架的虚设，在总压缩比不变的情况下，增大了单道次压下量，增加了非再结晶区的压下率，使奥氏体晶粒扁平化，通过晶粒的变形积累细化奥氏体晶粒和奥氏体中缺陷密度的积累，细化了相变后铁素体晶粒，保证了低成本厚规格低合金结构钢性能的实现。
[0019]2)消除混晶和冷弯开裂现象:F1和F2工作辊冷却水适当减少，避免变形区轧件表面温降明显，同时F3或F4机架虚设，避免了在部分再结晶区轧制导致的混晶现象发生，基本消除了冷弯开裂现象。
[0020]卷形得到改善:层流冷却采用头部阶梯冷却工艺，头部5~IOm以较高温度卷取，避免因头部冷速过大造成热应力过大进而影响到板型控制和带钢跟踪信号检测，在保证头部卷形的同时保证带钢头部跟踪信号的检测，以便卷取侧导板和夹送辊的及时动作保证卷形合格。
[0021]综上所述，本发明的优点在于:本发明解决了 CSP生产线厚规格低合金结构钢存在的性能控制不稳定、组织存在混晶或冷弯开裂、卷取头塔、溢出边等卷形不好的问题，有利于细化晶粒，提高了产品性能的稳定性，在CSP生产线获得了晶粒尺寸较为细化、性能指标稳定良好的厚规格低合金结构钢，性能合格率达到99.8%以上，基本消除了厚规格低合金结构钢的混晶现象，改善了冷弯成型性能。同时，因工艺问题导致的卷取头塔和溢出边问题也得到了解决，Mn含量也降低到0.5%左右，进一步降低了合金成本，每吨产品降低合金成本20元以上。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为现有技术生产的厚规格合金结构钢对比例的晶粒组织结构图；
[0023]图2为现有技术生产的厚规格合金结构钢的卷形结构示意图；
[0024]图3为本发明低成本厚规格低合金结构钢中实施例4的晶粒组织结构图；
[0025]图4为本发明低成本厚规格低合金结构钢中实施例4的卷取过程示意图；
[0026]图5为本发明低成本厚规格低合金结构钢的卷形结构示意图。
【具体实施方式】
[0027]以下结合具体实施例和附图对本发明作进一步的详细描述，各实施例与现有技术的对比例的参数对比详见附在后面的表1:
[0028]图1至图2中现有技术条件下厚规格合金结构钢在【背景技术】中已有描述，在此不再赘述。
[0029]实施例1:
[0030]本实施例生产的低成本厚规格低合金结构钢，由以下重量百分比的组分制成:C:0.17%, Si:0.21%, Mn:0.35%, P:0.02%, S:0.0062%, N:0.0053%，其余为 Fe 及不可避免的杂质，厚度为4.0mm。
[0031]低成本厚规格低合金结构钢的生产方法，包括以下步骤:[0032]I)冶炼、炉外精炼及连铸成坯，连铸坯厚度为70_ ；
[0033]2)对铸坯进行均热，将铸坯出炉温度控制在1130°C ;
[0034]3)板坯出炉后经高压除鳞后进行精轧，成品厚度为6mm，F1+F2的压下率之和为105%, Fl和F2的轧辊冷却水水量为480m3/小时，虚设F4机架，精轧出口温度为870°C ；
[0035]4)精轧后进行层流，层流冷却为前段快速冷却方式结合头部阶梯冷却方式，冷却速度达到82.760C /秒，卷取温度在570°C。带钢头部IOm卷取温度为600°C。
[0036]实施例2:
[0037]本实施例生产的低成本厚规格低合金结构钢，由以下重量百分比的组分制成:C:0.19%, Si:0.17%,Mn:0.45%, P:0.018%, S:0.008%，N:0.006%，其余为 Fe 及不可避免的杂质，厚度为7.0mm。
[0038]低成本厚规格低合金结构钢的生产方法，包括以下步骤:
[0039]I)冶炼、炉外精炼及连铸成坯，连铸坯厚度为70mm ；
[0040]2)对铸坯进行均热，控制铸坯出炉温度为1100°C ；
[0041]3)板还出炉后经高压除鳞后进行精轧,成品厚度为4mm, F1+F2的压下率之和为102%, Fl和F2的轧辊冷却水水量为488m3/小时，虚设F3机架，精轧出口温度为850°C ；
[0042]4)精轧后进行层流，层流冷却采用前段快速冷却方式结合头部阶梯冷却方式，冷却速度达到56.7°C /秒，卷取温度在560°C。带钢头部IOm卷取温度为600°C。
[0043]实施例3:
[0044]本实施例生产的低成本厚规格低合金结构钢，由以下重量百分比的组分制成:C:0.20%, Si:0.15%, Mn:0.5%, P:0.023%, S:0.01%, N:0.0051%，其余为 Fe 及不可避免的杂质，厚度为6.0mm。
[0045]低成本厚规格低合金结构钢的生产方法，包括以下步骤:
[0046]I)冶炼、炉外精炼及连铸成坯，连铸坯厚度为70mm ；
[0047]2)对铸坯进行均热，将铸坯出炉温度控制在1120°C ;
[0048]3)板还出炉后经高压除鳞后进行精轧,成品厚度为4mm, F1+F2的压下率之和为104%, Fl和F2的轧辊冷却水水量为434m3/小时，虚设F3机架，精轧出口温度为850°C ；
[0049]4)精轧后进行层流，层流冷却采用前段快速冷却方式结合头部阶梯冷却方式，冷却速度达到61.2V /秒，卷取温度在560°C。带钢头部5m卷取温度为600°C。
[0050]实施例4:
[0051]本实施例生产的低成本厚规格低合金结构钢，由以下重量百分比的组分制成:C:
0.18%, Si:0.3%,Mn:0.42%, P:0.025%, S:0.007%，N:0.0072%，其余为 Fe 及不可避免的杂质，厚度为8.0mm。
[0052]低成本厚规格低合金结构钢的生产方法，包括以下步骤:
[0053]I)冶炼、炉外精炼及连铸成坯，连铸坯厚度为70_ ；
[0054]2)对铸坯进行均热，将铸坯出炉温度控制在1100°C ；
[0055]3)板还出炉后经高压除鳞后进行精轧,成品厚度为4mm, F1+F2的压下率之和为99%, Fl和F2的轧辊冷却水水量为441m3/小时，虚设F3机架，精轧出口温度为840°C ；
[0056]4)精轧后进行层流，层流冷却采用前段快速冷却方式结合头部阶梯冷却方式，冷却速度达到43.8°C /秒，卷取温度(Coil Temperature,即图4中的CT)在540°C,带钢头部5m卷取温度为590°C。
[0057]参见图3，从本发明低成本厚规格低合金结构钢中实施例4的晶粒组织结构图可以看出，晶粒细而均匀，消除了混晶现象，相对于图1的晶粒组织图有明显改善。
[0058]参见图4，从本发明低成本厚规格低合金结构钢中实施例4的卷取过程图可以看出，带钢头部的卷取温度高于带钢其他部分的卷取温度，头部以较高温度卷取，能避免因头部冷速过大造成热应力过大进而影响到板型控制和带钢跟踪信号检测，在保证头部卷形的同时保证带钢头部跟踪信号的检测，便于卷取侧导板和夹送辊的及时动作保证卷形合格。
[0059]参见图5，从本发明低成本厚规格低合金结构钢中实施例4的晶粒组织结构图可以看出，解决了图2中因工艺问题导致的卷取头塔和溢出边问题，卷形得到了改善。
[0060]实施例5:
[0061]本实施例生产的低成本厚规格低合金结构钢，由以下重量百分比的组分制成:C:
0.18%, Si:0.21%, Mn:0.39%, P:0.016%, S:0.0095%，N:0.0058%，其余为 Fe 及不可避免的杂质，厚度为5.0mm。
[0062]低成本厚规格低合金结构钢的生产方法，包括以下步骤:
[0063]I)冶炼、炉外精炼及连铸成坯，连铸坯厚度为70_ ；
[0064]2)对铸坯进行均热，控制铸坯出炉温度为1120°C ;
[0065]3)板还出炉后经高压除鳞后进行精轧,成品厚度为8mm, F1+F2的压下率之和为105%, Fl和F2的轧辊冷却水水量为462m3/小时，虚设F4机架，精轧出口温度为860°C ；
[0066]4)精轧后进行层流，层流冷却采用前段快速冷却方式结合头部阶梯冷却方式，冷却速度达到64.8°C /秒，卷取温度在560°C，带钢头部IOm卷取温度为590°C。
[0067]表1实施例与对比例的力学性能对比
【权利要求】
1.一种低成本厚规格低合金结构钢，其特征在于:所述结构钢中各组分的重量百分比为:C:0.17 ~0.20%, Si:0.15 ~0.30%, Mn:0.35 ~0.55%, P ^ 0.025%, S ( 0.01%,N^0.008%，其余为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的低成本厚规格低合金结构钢，其特征在于:所述结构钢中各组分的重量百分比为:C:0.18 ~0.19%, Si:0.17 ~0.21%, Mn:0.39 ~0.50%，P:0.016 ~0.023%,S:0.0062 ~0.0095%,N:0.0051 ~0.0072%，其余为 Fe 及不可避免的杂质。
3.根据权利要求2所述的低成本厚规格低合金结构钢，其特征在于:所述结构钢中各组分的重量百分比为:C:0.18%, Si:0.19%, Mn:0.45%, P:0.020%, S:0.0080%, N:0.0060%，其余为Fe及不可避免的杂质。
4.一种权利要求1所述低成本厚规格低合金结构钢的生产方法，包括以下步骤: 1)冶炼、炉外精炼及连铸成还; 2)对铸坯进行均热，将铸坯出炉温度控制在1080~1130°C； 3)板坯出炉后经高压除鳞后进行精轧，将成品厚度控制在4~8mm，98%<F1+F2的压下率之和< 105%，同时，Fl和F2的轧辊冷却水量为600~630m3/小时正常水量的70%~80%，当4mm≤成品厚度< 5mm时虚设F3，成品厚度为5~8mm时虚设F4机架，精轧出口温度为840~870°C ； 4)精轧后进行层流，层流冷却采用前段快速冷却方式结合头部阶梯冷却方式，冷却速度控制在40~83°C /秒，层流后进行卷取，卷取温度控制在540~570°C，其中，带钢头部5~IOm卷取温度为580~600°C ；~与~要统一。 5)冷却后即可获得低成本厚规格低合金结构钢。
5.根据权利要求4所述低成本厚规格低合金结构钢的生产方法，其特征在于:所述步骤2)中，铸坯出炉温度控制在1100~1120°C ;所述步骤3)中，99%≤F1+F2的压下率之和≤104%, Fl和F2的轧辊冷却水量为610~620m3/小时正常水量的72%~78%，精轧出口温度为850~860°C ;所述步骤4)中，冷却速度控制在43.8~64.8°C /秒，卷取温度控制在550~565°C，其中，带钢头部6~8m卷取温度为585~594°C。
6.根据权利要求5所述低成本厚规格低合金结构钢的生产方法，其特征在于:所述步骤2)中，铸坯出炉温度控制在1110°C;所述步骤3)中，F1+F2的压下率之和为102%，F1和F2的轧辊冷却水量为615m3/小时正常水量的75%，精轧出口温度为855°C ;所述步骤4)中，冷却速度控制在56.70C /秒，卷取温度控制在560°C，其中，带钢头部7m卷取温度为590°C。
7.根据权利要求4至6中任一项所述低成本厚规格低合金结构钢的生产方法，其特征在于:所述步骤I)中，连铸坯厚度为70_。
【文档编号】C21D8/02GK103911544SQ201410164054
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年4月23日 优先权日:2014年4月23日
【发明者】谭佳梅, 陈良, 张永锟, 李国全, 高智, 刘义滔, 钱龙, 鲁娟, 陈波 申请人:武汉钢铁(集团)公司