本发明涉及中厚钢板技术领域，具体涉及一种低成本q550d高强钢板及其生产方法。
背景技术：
q550d是gb/t1591及gb/t16270中的屈服强度不低于550mpa，要求-20℃冲击韧性的低合金高强度结构钢，广泛应用于各类工程机械、煤矿机械及钢结构中。对于厚度低于50mm的薄规格钢板，采用低碳当量设计，以tmcp（或加回火）工艺生产，易于达到标准要求。但对于50mm以上厚规格钢板，如采用tmcp工艺生产，由于控制轧制细化效果不及薄规格钢板以及轧后冷却速度不易达到控制，韧性会很不稳定。所以厚规格的q550d基本是采取c≥0.12%的成分设计，配合调质工艺生产，导致成本偏高，工序复杂，且不利于焊接性能的改善。
技术实现要素：
本发明的目的是致力于在低碳含量的前提下，通过tmcp+回火方法生产50-80mm厚的低成本q550d高强钢板及其生产方法。在保障钢板强韧性的同时使材料具有良好的焊接性指标，相比以调质方法生产的工艺，具有更低的生产成本。
为达到上述目的，本发明的钢板化学成分控制范围按重量百分比计，为：c：0.03-0.07%，si：0.20-0.40%，mn：1.55-1.70%，p：≤0.015%，s：≤0.003%，alt：0.02-0.06%，nb：0.03-0.05%，ti：0.010-0.025%，v：0.025-0.040%，cr：0.35-0.50%，mo：0.10-0.20%，b：0.0010-0.0020%，ni：≤0.30%，cu：≤0.30%，pcm=c+(mn+cr+cu)/20+si/30+mo/15+v/10+ni/60+5b：0.16~0.22%，余量为fe和不可避免杂质元素，采用以上成分坯料生产50-80mm厚度钢板，包括以下步骤：
（1）坯料厚度为300~350mm或以上；
（2）加热：均热温度1180-1250℃，控制均热时间0.15~0.20min/mm；
（3）通过高压水除鳞箱除鳞后采用两阶段轧制法进行轧制，第一阶段在980℃以上轧制开坯，控制各道次绝对压下量≥25mm且末两道次单道次相对压下率≥17%，中间坯厚度t0不低于2倍成品厚度；
（4）第二阶段在不高于tnr-0.45×t0（mm）℃的温度下进行轧制，单道次压缩变形比按10~20%控制，其中tnr=887+464×c+890×ti+363×al-357×si+6445×nb-644×nb1/2+(732×v-230×v1/2；
（5）轧后20~60s后开始入水冷却，并控制入水温度≥780℃，冷却速度≥10℃/s，返红温度300-450℃；
（6）钢板水冷后堆垛缓冷，至室温后进入热处理炉中进行回火热处理，回火保温温度范围控制在470~510℃，回火保温时间为（2.5-3.5）min×成品钢板厚度（mm）。
本发明主要合金元素作用和范围说明如下：
c：作为间隙固溶体元素，可显著提高钢材的强度，但对韧性、塑性、冷成型性及焊接性能不利。本发明控制0.03-0.07%，是为更易于得到低碳板条贝氏体；碳低于0.03%，所得到的贝氏体板条束宽，强度不足。碳高于0.07%，则条束间易于析出碳化物，影响韧性；
mn：可以提高贝氏体钢淬透性，同时降低贝氏体转变温度，促进组织细化，同时可提供固溶强化作用，提高钢材的强度，本发明mn元素重量百分比含量为1.55-1.70%；
nb：可以显著抑制奥氏体再结晶，扩大未再结晶区，为实施未再结晶区控制轧制提供了很宽的温度窗口，本发明nb元素重量百分比含量为0.03-0.05%；
cr：可以促进珠光体和贝氏体曲线的分离，在中、低碳的条件下显著右移先共析铁素体和珠光体开始转变线，同时可以提高钢材的淬透性，提高钢材的力学性能，本发明cr元素重量百分比含量为0.35-0.50%；
mo：与b元素共同起到推迟先共析铁素体相变的作用，促进针状铁素体和贝氏体的形成，提高钢材的强韧性，本发明mo元素重量百分比含量为0.10-0.20%；
v：具有很强的析出强化作用，尤其在回火工艺下，可有效提高钢材的强度性能，本发明v元素重量百分比含量为0.025-0.040%；
b：可以显著提高钢材淬透性，是高强钢常见的添加强化元素，可降低其他mo等贵重合金元素含量，以固溶状态存在于钢中才能发挥作用。本发明b元素重量百分比含量为0.0010-0.0020%；
ti：强碳氮化物形成元素，本发明中添加其是为了固定钢中的n而使b以固溶状态存在于钢中，以抑制平衡转变。本发明中ti元素重量百分比含量为0.010-0.025%；
al：强脱氧元素和细化奥氏体的元素，本发明中添加其是为了保障ti的元素在钢中的收得率，本发明中其重量百分比含量按全铝计为alt：0.02-0.06%，与其他本质细晶钢大体一致；
pcm：本发明中，钢中的有效元素除明确规定的上述元素外，可以添加cu和ni元素。在本发明中，需要保障pcm（=c+(mn+cr+cu)/20+si/30+mo/15+v/10+ni/60+5b）在0.16%到0.22%，低于0.16%，则屈服强度容易不足，高于0.22%，焊接性将变差。
本发明主要制造工艺参数控制的原因如下：
本发明限定坯料厚度为300~350mm或以上，是因为目标钢板厚度为50~80mm，需要厚坯料来获得足够的总压缩比，以消除钢板内部缺陷，保障整个断面致密均一，防止内部存在严重的分层缺陷。
本发明含有较高的nb\ti\v等强碳化物形成元素，控制均热温度在1180-1250℃，均热时间在0.15-0.20min/mm，是为了使这些元素的析出相充分固溶到奥氏体中，以使其在第二阶段轧制中抑制再结晶的作用充分发挥，为获得最终的细晶和亚结构组织作准备。低于所选定的温度和时间下限，固溶将不充分，高于所选定的时间和温度上限，则钢坯氧化严重，导致表面铁鳞去除困难，同时也浪费能源。
本发明通过高压水除鳞箱除鳞后采用两阶段轧制法进行轧制，第一阶段在980℃以上轧制开坯，是期望此阶段在完全再结晶区完成变形，获得均一的原始奥氏体晶粒。第一阶段低于980℃变形，易于产生不均匀的奥氏体晶粒，对最终产品的韧性不利。
第一阶段轧制控制绝对压下≥25mm且两道次单道次相对压下率≥17%，是期望在此阶段钢的整个断面均可发生有效的协同变形，以使全断面的奥氏体晶粒均匀，同时消除钢中的内在分层缺陷。低于此限，不足以保障钢的整个断面必要的组织均匀一致性，从而使成品心部韧性不良。
本发明中中间坯厚度t0不低于2倍成品厚度，是为了使在第二阶段的未再结晶区变形量达到50%，为最终的相变强化创造所需的条件。低于此值，最终产品的韧性波动大。
本发明第二阶段需要完全在奥氏体未再结晶区即tnr以下轧制，以获得变形奥氏体和累积尽可能大的位错密度，待温后中间坯心部温度和表面温度之差大约为0.45×t0（mm）℃，因此控制在tnr-0.45×t0（mm）℃的温度下进行第二阶段的轧制可保障全断面均在变形后较长时间不发生再结晶，从而为最终的组织状态均匀一致创造条件。本发明中tnr=887+464×c+890×ti+363×al-357×si+6445×nb-644×nb1/2+(732×v-230×v1/2。
本发明中第二阶段的单道次压缩变形比按10~20%控制，目的是也是使整个断面协同变形，位错累积密度趋于一致。低于10%，内部组织的奥氏体变形状态和表面的差异大，高于20%，会有部分组织过早发生再结晶，影响最终的组织转变一致性。
本发明中钢板轧后需空冷20~60s后开始入水冷却，是为了使变形奥氏体发生位错松弛，并析出纳米级沉淀相，钉轧位错，弱化变形奥氏体内晶体学取向的一致性，细化最终组织。轧后空冷时间低于20s，位错松弛程度不够，最终组织粗大，高于60s则沉淀相析出过量，最终组织韧性将变差。
控制入水温度≥780℃，冷却速度≥10℃/s可抑制先析出铁素体，控制最终组织中的贝氏体比例，提高屈服强度。入水温度低于780℃，以及冷却速度低于10℃，屈服强度有不足的风险。返红温度控制在300-450℃，是为了得到具有良好韧性的贝氏体组织，温度低于300℃，组织强度过高，韧性不好，温度高于450℃，回火后在板条间易于析出片状碳化物，也影响韧性。
钢板水冷后堆垛缓冷，是防止水冷应力导致钢板内部出现裂纹缺陷。
钢板的回火保温温度范围控制在470~510℃，回火保温时间为（2.5-3.5）min×成品钢板厚度（mm）。回火保温温度低于470℃以及保温时间低于2.5min/mm，钢板的韧性不足，强度偏高。回火保温温度高于510℃，本发明钢板会进入回火脆性区，韧性逐步变差，回火保温时间高于3.5min/mm，则也易于出现韧性波动。
本发明与现有技术不同之处在于本发明取得了如下技术效果：
采用单回火热处理工艺生产50-80mm厚规格钢板，较常规的调质工艺工序简单，成本低。同时可大幅度降低焊接裂纹敏感性，保障焊接加工的可靠性并简化焊接工艺。
附图说明
图1为本发明实施例1中回火态的金相照片；
图2为本发明实施例4中回火态的金相照片；
图3为本发明实施例7中回火态的金相照片。
下面将结合附图通过实例，对本发明作进一步详细说明，但下述实例仅仅是本发明的例子而已，并不代表本发明所限定的权利保护范围，本发明的权利保护范围以权利要求书为准。
具体实施方式
实施例1
轧制钢板成品厚度为50mm，q550d高强钢，其化学成分（wt%）如下：c：0.053%，si：0.289%，mn：1.66%，p：0.011%，s：0.001%，alt：0.032%，nb：0.034%，ti：0.017%，v：0.029%，cr：0.43%，mo：0.15%，b：0.0016%，ni：0.013%，cu：0.017%，pcm：0.19%，余量为fe和不可避免杂质元素，其生产工艺包含转炉冶炼、lf炉精炼、连铸、轧制、水冷及回火处理工序。钢水冶炼浇铸连铸坯厚度为300mm，钢坯进入蓄热式加热炉再加热到1210℃，在均热段保温时间为46min，进入粗轧机开轧温度为1050℃，经展宽及纵向轧制，最大单道次压下量为28mm，末两道次单道次相对压下率为17%和20%，中间坯厚度为140mm，粗轧终轧温度为1012℃，进入精轧机开轧温度为850℃，有效变形道次为6道，单道次压缩变形比为11~20%，精轧终轧温度为840℃，轧制结束后立即进入acc层流冷却，开冷温度为831℃，冷却速度15℃/s，返红温度为432℃，钢板经矫直后下线堆垛缓冷至室温。随后钢板进入热处理炉中进行回火处理，回火温度为510℃，保温时间为170min，出炉后在空气中自然冷却至室温。此成分及工艺下，钢板综合力学性能见下表1所示。
实施例2
轧制钢板成品厚度为50mm，q550d高强钢，其化学成分（wt%）如下：c：0.032%，si：0.22%，mn：1.58%，p：0.014%，s：0.003%，alt：0.045%，nb：0.032%，ti：0.012%，v：0.028%，cr：0.38%，mo：0.12%，b：0.0012%，ni：0.014%，cu：0.016%，pcm：0.16%，余量为fe和不可避免杂质元素，其生产工艺包含转炉冶炼、lf炉精炼、连铸、轧制、水冷及回火处理工序。钢水冶炼浇铸连铸坯厚度为300mm，钢坯进入蓄热式加热炉再加热到1202℃，在均热段保温时间为50min，进入粗轧机开轧温度为1070℃，经展宽及纵向轧制，最大单道次压下量为26mm，末两道次单道次相对压下率为16%和18%，中间坯厚度为120mm，粗轧终轧温度为1024℃，进入精轧机开轧温度为840℃，有效变形道次为6道，单道次压缩变形比为11~20%，精轧终轧温度为828℃，轧制结束后立即进入acc层流冷却，开冷温度为808℃，冷却速度15℃/s，返红温度为381℃，钢板经矫直后下线堆垛缓冷至室温。随后钢板进入热处理炉中进行回火处理，回火温度为500℃，保温时间为130min，出炉后在空气中自然冷却至室温。此成分及工艺下，钢板综合力学性能见下表1所示。
实施例3
轧制钢板成品厚度为50mm，q550d高强钢，其化学成分（wt%）如下：c：0.068%，si：0.35%，mn：1.68%，p：0.012%，s：0.001%，alt：0.03%，nb：0.05%，ti：0.02%，v：0.038%，cr：0.48%，mo：0.20%，b：0.0022%，ni：0.014%，cu：0.017%，pcm：0.22%，余量为fe和不可避免杂质元素，其生产工艺包含转炉冶炼、lf炉精炼、连铸、轧制、水冷及回火处理工序。钢水冶炼浇铸连铸坯厚度为300mm，钢坯进入蓄热式加热炉再加热到1227℃，在均热段保温时间为55min，进入粗轧机开轧温度为1091℃，经展宽及纵向轧制，最大单道次压下量为26mm，末两道次单道次相对压下率为16%和18%，中间坯厚度为105mm，粗轧终轧温度为1032℃，进入精轧机开轧温度为820℃，有效变形道次为6道，单道次压缩变形比为11~20%，精轧终轧温度为807℃，轧制结束后立即进入acc层流冷却，开冷温度为792℃，冷却速度15℃/s，返红温度为430℃，钢板经矫直后下线堆垛缓冷至室温。随后钢板进入热处理炉中进行回火处理，回火温度为470℃，保温时间为170min，出炉后在空气中自然冷却至室温。此成分及工艺下，钢板综合力学性能见下表1所示。
实施例4
轧制钢板成品厚度为60mm，q550d高强钢，其化学成分（wt%）如下：c：0.057%，si：0.269%，mn：1.63%，p：0.011%，s：0.002%，alt：0.022%，nb：0.04%，ti：0.016%，v：0.035%，cr：0.42%，mo：0.156%，b：0.0015%，ni：0.015%，cu：0.017%，pcm：0.19%，余量为fe和不可避免杂质元素，其生产工艺包含转炉冶炼、lf炉精炼、连铸、轧制、水冷及回火处理工序。钢水冶炼浇铸连铸坯厚度为300mm，钢坯进入蓄热式加热炉再加热到1190℃，在均热段保温时间为49min，进入粗轧机开轧温度为1007℃，经展宽及纵向轧制，最大单道次压下量为28mm，末两道次单道次相对压下率为16%和18%，中间坯厚度为121mm，粗轧终轧温度为985℃，进入精轧机开轧温度为825℃，有效变形道次为4道，单道次压缩变形比为12~20%，精轧终轧温度为810℃，轧制结束后立即进入acc层流冷却，开冷温度为785℃，冷却速度14℃/s，返红温度为375℃，钢板经矫直后下线堆垛缓冷至室温。随后钢板进入热处理炉中进行回火处理，回火温度为480℃，保温时间为150min，出炉后在空气中自然冷却至室温。此成分及工艺下，钢板综合力学性能见下表1所示。
实施例5
轧制钢板成品厚度为60mm，q550d高强钢，其化学成分（wt%）如下：c：0.032%，si：0.22%，mn：1.58%，p：0.014%，s：0.003%，alt：0.045%，nb：0.032%，ti：0.012%，v：0.028%，cr：0.38%，mo：0.12%，b：0.0012%，ni：0.014%，cu：0.016%，pcm：0.16%，余量为fe和不可避免杂质元素，其生产工艺包含转炉冶炼、lf炉精炼、连铸、轧制、水冷及回火处理工序。钢水冶炼浇铸连铸坯厚度为300mm，钢坯进入蓄热式加热炉再加热到1241℃，在均热段保温时间为48min，进入粗轧机开轧温度为1110℃，经展宽及纵向轧制，最大单道次压下量为29mm，末两道次单道次相对压下率为17%和20%，中间坯厚度为135mm，粗轧终轧温度为1040℃，进入精轧机开轧温度为847℃，有效变形道次为4道，单道次压缩变形比为12~20%，精轧终轧温度为834℃，轧制结束后立即进入acc层流冷却，开冷温度为821℃，冷却速度12℃/s，返红温度为416℃，钢板经矫直后下线堆垛缓冷至室温。随后钢板进入热处理炉中进行回火处理，回火温度为500℃，保温时间为180min，出炉后在空气中自然冷却至室温。此成分及工艺下，钢板综合力学性能见下表1所示。
实施例6
轧制钢板成品厚度为60mm，q550d高强钢，其化学成分（wt%）如下：c：0.068%，si：0.35%，mn：1.68%，p：0.012%，s：0.001%，alt：0.03%，nb：0.05%，ti：0.02%，v：0.038%，cr：0.48%，mo：0.20%，b：0.0022%，ni：0.014%，cu：0.017%，pcm：0.22%，余量为fe和不可避免杂质元素，其生产工艺包含转炉冶炼、lf炉精炼、连铸、轧制、水冷及回火处理工序。钢水冶炼浇铸连铸坯厚度为300mm，钢坯进入蓄热式加热炉再加热到1207℃，在均热段保温时间为55min，进入粗轧机开轧温度为1011℃，经展宽及纵向轧制，最大单道次压下量为30mm，末两道次单道次相对压下率为18%和20%，中间坯厚度为121mm，粗轧终轧温度为995℃，进入精轧机开轧温度为830℃，有效变形道次为4道，单道次压缩变形比为12~20%，精轧终轧温度为814℃，轧制结束后立即进入acc层流冷却，开冷温度为803℃，冷却速度16℃/s，返红温度为372℃，钢板经矫直后下线堆垛缓冷至室温。随后钢板进入热处理炉中进行回火处理，回火温度为510℃，保温时间为210min，出炉后在空气中自然冷却至室温。此成分及工艺下，钢板综合力学性能见下表1所示。
实施例7
轧制钢板成品厚度为80mm，q550d高强钢，其化学成分（wt%）如下：c：0.053%，si：0.289%，mn：1.66%，p：0.011%，s：0.001%，alt：0.032%，nb：0.034%，ti：0.017%，v：0.029%，cr：0.43%，mo：0.15%，b：0.0016%，ni：0.013%，cu：0.017%，pcm：0.19%，余量为fe和不可避免杂质元素，其生产工艺包含转炉冶炼、lf炉精炼、连铸、轧制、水冷及回火处理工序。钢水冶炼浇铸连铸坯厚度为300mm，钢坯进入蓄热式加热炉再加热到1212℃，在均热段保温时间为46min，进入粗轧机开轧温度为1054℃，经展宽及纵向轧制，最大单道次压下量为26mm，末两道次单道次相对压下率为17%和21%，中间坯厚度为162mm，粗轧终轧温度为1002℃，进入精轧机开轧温度为845℃，有效变形道次为6道，单道次压缩变形比为10~18%，精轧终轧温度为837℃，轧制结束后立即进入acc层流冷却，开冷温度为832℃，冷却速度11℃/s，返红温度为368℃，钢板经矫直后下线堆垛缓冷至室温。随后钢板进入热处理炉中进行回火处理，回火温度为505℃，保温时间为200min，出炉后在空气中自然冷却至室温。此成分及工艺下，钢板综合力学性能见下表1所示。
实施例8
轧制钢板成品厚度为80mm，q550d高强钢，其化学成分（wt%）如下：c：0.032%，si：0.22%，mn：1.58%，p：0.014%，s：0.003%，alt：0.045%，nb：0.032%，ti：0.012%，v：0.028%，cr：0.38%，mo：0.12%，b：0.0012%，ni：0.014%，cu：0.016%，pcm：0.16%，余量为fe和不可避免杂质元素，其生产工艺包含转炉冶炼、lf炉精炼、连铸、轧制、水冷及回火处理工序。钢水冶炼浇铸连铸坯厚度为300mm，钢坯进入蓄热式加热炉再加热到1211℃，在均热段保温时间为56min，进入粗轧机开轧温度为1024℃，经展宽及纵向轧制，最大单道次压下量为28mm，末两道次单道次相对压下率为17%和19%，中间坯厚度为165mm，粗轧终轧温度为987℃，进入精轧机开轧温度为827℃，有效变形道次为6道，单道次压缩变形比为10~18%，精轧终轧温度为803℃，轧制结束后立即进入acc层流冷却，开冷温度为796℃，冷却速度13℃/s，返红温度为369℃，钢板经矫直后下线堆垛缓冷至室温。随后钢板进入热处理炉中进行回火处理，回火温度为480℃，保温时间为280min，出炉后在空气中自然冷却至室温。此成分及工艺下，钢板综合力学性能见下表1所示。
实施例9
轧制钢板成品厚度为80mm，q550d高强钢，其化学成分（wt%）如下：c：0.068%，si：0.35%，mn：1.68%，p：0.012%，s：0.001%，alt：0.03%，nb：0.05%，ti：0.02%，v：0.038%，cr：0.48%，mo：0.20%，b：0.0022%，ni：0.014%，cu：0.017%，pcm：0.22%，余量为fe和不可避免杂质元素，其生产工艺包含转炉冶炼、lf炉精炼、连铸、轧制、水冷及回火处理工序。钢水冶炼浇铸连铸坯厚度为300mm，钢坯进入蓄热式加热炉再加热到1216℃，在均热段保温时间为55min，进入粗轧机开轧温度为1007℃，经展宽及纵向轧制，最大单道次压下量为29mm，末两道次单道次相对压下率为17%和20%，中间坯厚度为165mm，粗轧终轧温度为986℃，进入精轧机开轧温度为840℃，有效变形道次为6道，单道次压缩变形比为10~18%，精轧终轧温度为829℃，轧制结束后立即进入acc层流冷却，开冷温度为814℃，冷却速度17℃/s，返红温度为440℃，钢板经矫直后下线堆垛缓冷至室温。随后钢板进入热处理炉中进行回火处理，回火温度为500℃，保温时间为240min，出炉后在空气中自然冷却至室温。此成分及工艺下，钢板综合力学性能见下表1所示。
表1钢板综合力学性能