一种低屈强比空冷铁素体贝氏体双相钢板及其生产方法与流程

本发明属于低合金高强钢制造领域，涉及一种低屈强比空冷铁素体贝氏体双相钢板及其生产方法。

背景技术：

近年来随着高强钢的不断发展，获得具有低屈强比安全性能的钢板来讲，越来越重要。同时对于薄规格的钢板，采用轧后水冷往往会造成的钢板板型差、性能不稳定。因此，开发具有低屈强比高强度且板型较好、性能稳定的钢板已经成为钢铁企业重点研究的一个方向。

目前已经有大量有关低屈强比高强钢的专利，从化学成分的特点来看，专利cn103981452a公开了一种经济型空冷双相低屈强比钢板及其生产工艺，采用高si-mn-cr成分体系，虽然合金成分简单且不添加微合金元素nb、v、ti和较贵重元素mo等，但不足之处是成品钢板的屈服强度rp0.2最大值只有440mpa，延伸率下限值较低。专利jp2077523a中mo添加量较大(0.4％～0.7％)，因为mo是贵重元素，造成生产成本增加。微合金元素的范围较宽，如ti、v所占质量百分比均在0.005％～0.10％，但钢板的强度偏低，仅235mpa～440mpa，且屈强比≤0.80较高。专利jp11021622a公开了一种低屈强比耐候钢板及其制造方法，化学成分与本专利的成分设计最为接近，不足之处在于制得的钢板屈服强度和抗拉强度均偏低，且屈强比≤0.80较高。从生产工艺特点来看，绝大多数低屈强比高强钢的研制或生产都采用了在线水冷或多次水冷，如cn101545079a，cn101775552a，cn101775561a，cn1524976a等，其不足之处在于轧后的冷却装置增加了生产成本，而且较大的冷速会对钢板的组织均匀性造成较大的影响，从而导致钢板性能的稳定性差，水冷却后的钢板板型难控，严重的还需要矫直机矫平，增加了成本。还有一些专利采用了离线热处理工序，以获得低屈强比高强钢的目的，如cn1786246a，cn10132856a，cn101613828a，cn101111621a，cn102011068a等，不足之处在于增加了热处理工序使得生产周期变长，生产成本增加，生产效率低。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种低屈强比空冷铁素体贝氏体双相钢板及其生产方法，通过对合金成分的合理设计，控制1.71％≤mn+mo+cr≤2.74％，0.035％≤nb+v+ti≤0.097％，ni/cu≥2.4，14.9≤mn/c≤50.5，采用两阶段轧制，并且采用较低的终轧温度，较少的精轧压下量和压下道次来降低钢板的屈强比，轧后空冷得到的组织为铁素体+贝氏体双相组织。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种低屈强比空冷铁素体贝氏体双相钢板的化学成分以重量百分比计包括：c0.04％～0.10％、si0.18％～0.25％、mn1.06％～2.02％、cr0.12％～0.40％、ni0.20％～0.68％、mo0.10％～0.37％、cu≤0.28％、nb0.009％～0.046％、v≤0.041％、ti0.001％～0.03％、alt0.0216％～0.0319％、p≤0.0104％、s≤0.0075％，且1.71％≤mn+mo+cr≤2.74％，0.035％≤nb+v+ti≤0.097％，ni/cu≥2.4，14.9≤mn/c≤50.5，其余为fe及不可避免的杂质。

以下对本发明的空冷低屈强比高强度铁素体贝氏体钢板中所含组分的作用及其用量的选择具体分析如下：

c：c是最常用、最廉价的合金元素，c一方面具有扩大奥氏体相区、稳定奥氏体的作用，另一方面少量的c可显著提高钢的强度。但随c含量的提高，钢的低温冲击韧性、焊接性能及抗层状撕裂性能恶化。故本发明中c的含量选择在0.04％～0.10％。

si：si是常见并且廉价的合金元素，有固溶强化的作用，还能推迟珠光体相变，对强度提升有利。但si含量过高会对连铸生产有较大影响，同时会使钢的韧脆转变温度升高。因此本发明中si的含量选择在0.18％～0.25％。

mn：mn典型的奥氏体稳定元素，促进贝氏体相变，有固溶强化的作用，可提高钢的淬透性，并且对钢的屈强比的影响较小，在低c的条件下提高mn含量对钢的强度有显著作用。但mn含量过多会使得连铸过程难控，而且mn易于p、s等元素形成偏析，恶化冲击韧性和焊接性能。本发明中mn的含量选择在1.06％～2.02％。

al：al是有效的脱氧元素之一，而且可与微合金元素形成氮化物从而细化晶粒，本发明中al的含量选择在0.0216％～0.0319％。

p、s：是钢中的有害元素，含量高会恶化钢的韧性塑性和焊接性能，所以尽量减少钢中p、s含量，故本发明中p的含量控制在p≤0.0104％，s的含量控制在s≤0.0075％。

nb：nb是强碳氮化物形成元素，钢中添加nb会阻止奥氏体变形后再结晶，提高奥氏体的未再结晶温度，nb还可以抑制铁素体转变，细化晶粒。本发明中nb的含量选择在0.009％～0.046％。

v：v在钢中主要起析出强化作用，可阻碍奥氏体晶粒长大，细化奥氏体晶粒；在相变过程中vc析出物可以作为铁素体形核的核心，增加形核率；vc析出物还可以阻碍相变后铁素体晶粒长大，从而细化相变后晶粒。本发明中v的含量选择在v≤0.041％。

ti：ti在钢中的主要作用是固n、完全脱氧和形成碳氮化物，有细化晶粒和析出强化的作用，还可以提高强度，改善低温冲击韧性，但过量的ti含量会造成钢的韧性下降，且对降低钢板的屈强比不利。故本发明中ti的含量控制在0.001％～0.03％。

mo：mo可以显著提高钢的强度，提高钢板在空冷过程中的淬透性，对微细贝氏体的形成有促进作用。但含量过高会对焊接性能不利。本发明中mo的含量控制在0.10％～0.37％。

cr：cr重要的合金元素，可是cct曲线右移，促进贝氏体相变，起固溶强化作用，cr较mn有更小的偏析倾向，但cr含量过高，为降低钢的韧性，增加焊接裂纹敏感性。故本发明中cr的含量控制在0.12％～0.40％。

cu：cu在钢中的固溶度不大，与c不形成碳化物，通常以细小的析出粒子状态存在于钢中，有析出强化的作用，可以提高钢的强度。但cu含量过高会造成钢坯在加热或者轧制过程中出现裂纹，故本发明中cu的含量控制在cu：≤0.28％。

ni：ni可以改善钢的低温冲击韧性和焊接热影响区冲击韧性，同时还可以提高钢的强度，故本发明中ni的含量控制在0.20％～0.68％。

上述低屈强比高强度空冷铁素体贝氏体双相钢板的生产方法包括按钢板的化学成分重量百分比在真空感应炉内进行冶炼，并浇铸成坯料，然后进行粗轧、冷轧和冷却，其中：

(1)轧制开始前对铸坯加热，加热温度为1180℃～1200℃；

(2)采用两阶段轧制，粗轧开始温度为1020℃～1050℃，粗轧结束温度为960℃～990℃，粗轧总压下量为60％～75％，然后待温，待温系数t为1.3～1.6；精轧开始温度为800℃～820℃，精轧结束温度为770℃～800℃，精轧总压下量为25％～40％；

(3)钢板轧后置于冷床空冷至室温。

进一步，所述的低屈强比高强度空冷铁素体贝氏体双相钢板的生产方法生产的钢板的组织为铁素体+贝氏体双相组织，板厚≤15mm。

进一步，所述的低屈强比高强度空冷铁素体贝氏体双相钢板的生产方法生产的钢板的屈服强度rp0.2420mpa～550mpa，抗拉强度rm≥640mpa，断后伸长率≥20％，屈强比(rp0.2/rm)≤0.70，焊接冷裂纹敏感系数pcm＝c+si/30+mn/20+cu/20+ni/60+cr/20+mo/15+v/10+5b≤0.20。

本发明生产工艺中，精轧采用较低开轧温度800℃～820℃，较低的精轧总压下量25％～40％和较小的待温系数1.3～1.6，是因为较低的精轧温度可使钢板中微合金元素的析出强化效果增强，增加相变的形核点，细化晶粒；较低的总压下量和较小的待温系数能显著改善钢板的屈强比和韧性，同时对板型的控制有利，还能减小轧机低温轧制负荷。

与现有技术相比较，本发明至少具有如下有益效果：

1.本发明中采用较低的精轧温度、较小的压下量和待温系数，是通过充分的析出强化作用配合较小的压下量，获得高强度低屈强比的目的，同时减小低温轧制时轧机负荷，提高生产率。

2.本发明不需要轧后水冷装置，只需空冷即可制得一种低屈强比铁素体贝氏体双相钢板，可以节省水冷装置成本，并且生产周期短，工艺简洁，空冷后钢板的板型优良，组织均匀，生产效率高。

3.本发明通过合理的成分及设计，在低c的前提下，控制1.71％≤mn+mo+cr≤2.74％可保证钢板空冷过程中发生贝氏体相变，控制0.035％≤nb+v+ti≤0.097％可保证轧后空冷的钢板既有较高的强度，又不会因为析出过多而恶化钢板的韧性，控制ni/cu≥2.4可有效降低元素cu给钢板带来的裂纹隐患，采用控扎+空冷工艺，可获得屈强比rp0.2/rm≤0.70，屈服强度rp0.2420mpa～550mpa，抗拉强度rm≥640mpa，断后伸长率≥20％的铁素体贝氏体钢板。

附图说明

图1为实施例1中钢板纵截面1/4处200倍的显微组织照片；

图2为实施例2中钢板纵截面1/4处200倍的显微组织照片；

图3为实施例3中钢板纵截面1/4处200倍的显微组织照片。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明，但不限于此。

实施例1

钢板的化学成分以重量百分比计包括：c0.04％，si0.25％，mn2.02％，cr0.30％，ni0.41％，mo0.37％，cu0.02％，nb0.046％，v0.021％，ti0.029％，alt0.0319％，p0.0104％，s0.0024％，pcm＝0.20，且mn+mo+cr＝2.69％，nb+v+ti＝0.096％，ni/cu＝20.5，mn/c＝50.5，其余为fe及不可避免的杂质。

上述钢板的生产方法包括按钢板的化学成分重量百分比在真空感应炉内进行冶炼，并浇铸成坯料，然后进行粗轧、冷轧和冷却。其中：

1)轧制开始前对铸坯加热，加热温度为1185℃；

2)采用两阶段轧制，粗轧开始温度1025℃，粗轧结束温度980℃，粗轧总压下量62.5％，然后待温，待温系数1.6；精轧开始温度800℃，精轧结束温度770℃，精轧总压下量37.5％，轧后置于冷床空冷至室温。

生产的钢板板厚为15mm，钢板纵截面1/4处200倍的显微组织照片如图1所示，钢板的组织为铁素体+贝氏体双相组织。钢板的力学性能如表1。

实施例2

钢板的化学成分以重量百分比计包括：c0.06％，si0.21％，mn1.06％，cr0.40％，ni0.68％，mo0.22％，cu0.28％，nb0.021％，v0.001％，ti0.013％，alt0.0273％，p0.0066％，s0.0075％，pcm＝0.18，且mn+mo+cr＝1.68％，nb+v+ti＝0.035％，ni/cu＝2.4，mn/c＝17.67，其余为fe及不可避免的杂质。

上述钢板的生产方法包括按钢板的化学成分重量百分比在真空感应炉内进行冶炼，并浇铸成坯料，然后进行粗轧、冷轧和冷却。其中：

1)轧制开始前对铸坯加热，加热温度为1190℃；

2)采用两阶段轧制，粗轧开始温度1030℃，粗轧结束温度970℃，粗轧总压下量75％，然后待温，待温系数1.3；精轧开始温度810℃，精轧结束温度790℃，精轧总压下量25％，轧后置于冷床空冷至室温。

生产的钢板板厚为18mm，钢板纵截面1/4处200倍的显微组织照片如图2所示，钢板的组织为铁素体+贝氏体双相组织。钢板的力学性能如表1。

实施例3

钢板的化学成分以重量百分比计包括：c0.10％，si0.18％，mn1.49％，cr0.12％，ni0.20％，mo0.10％，cu0.01％，nb0.009％，v0.041％，ti0.001％，alt0.0216％，p0.0077％，s0.0022％，pcm＝0.20，且mn+mo+cr＝1.71％，nb+v+ti＝0.051％，ni/cu＝20，mn/c＝14.9，其余为fe及不可避免的杂质。

上述钢板的生产方法包括按钢板的化学成分重量百分比在真空感应炉内进行冶炼，并浇铸成坯料，然后进行粗轧、冷轧和冷却。其中：

1)轧制开始前对铸坯加热，对铸坯加热，加热温度为1200℃；

2)采用两阶段轧制，粗轧开始温度1040℃，粗轧结束温度990℃，粗轧总压下量66.7％，然后待温，待温系数1.5；精轧开始温度820℃，精轧结束温度800℃，精轧总压下量33.3％，轧后置于冷床空冷至室温。

生产的钢板板厚为12mm，钢板纵截面1/4处200倍的显微组织照片如图3所示，钢板的组织为铁素体+贝氏体双相组织。钢板的力学性能如表1。

表1本发明实施例1-3中钢板的力学性能

本发明虽然公开部分实施例，但并不是用来限制本发明。本发明还可以有其他多种实施方式，本领域技术人员可根据本发明做成各种相应的改变，但这些相应的改变都应属于本发明所附权利要求的保护范围。