一种550MPa级非水冷热机械控制工艺钢及其生产方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于热机械控制工艺技术领域，特别涉及一种550MPa级非水冷热机械控 制工艺钢及其生产方法。
【背景技术】
[0002] TMCP (Thermo Mechanical Control Process :热机械控制工艺）是在热乳过程中， 在控制加热温度、乳制温度和压下量的控制轧制（Control Rolling)的基础上，再控制冷却 及加速冷却（Accelerated Cooling)的技术总称。TMCP技术主要是通过细化奥氏体晶粒、 控制轧制和控制冷却等多种方法相结合来实现，在不添加过多合金元素，也不需要后续复 杂热处理条件下就可生产出高强度高韧性的钢材，是一种低成本、低能耗、高效益的生产工 -H- 〇
[0003] 然而，传统的TMCP技术，都是在控制轧制后喷水快冷或喷水超快冷，控轧后加速 水冷容易造成钢板表面和内部冷却速度差而使表面和内部产生残余应力，使钢板的不平度 和弯曲加工性变坏；特别是当冷却速度很大时，可导致大型能量焊接接头热影响区HAZ显 著软化，致使钢的强度和韧性均较低。
【发明内容】
[0004] 本发明提供一种550MPa级非水冷热机械控制工艺钢及其生产方法，解决了或部 分解决了现有技术中控乳后加速水冷容易造成钢板表面和内部冷却速度差而使表面和内 部产生残余应力，致使钢的强度和韧性均较低的技术缺陷。
[0005] 依据本发明的一个方面，提供了一种550MPa级非水冷热机械控制工艺钢，所述钢 至少包括：〇_〇· 08% 的 C、0-0· 010% 的 Ρ、0-0· 005% 的 S、l. 0% -L 5% 的 Μη、0· 70% -L 0% 的 Si、0. 2 % -0· 4 % 的 Ni、l. 0 % -L 5 % 的 Cr、0. 5 % -0· 8 % 的 Μο、1· 2 % -L 6 % 的 Cu、 0.06% -0.20%的V、0. 01% -0.04%的Re和余量的杂质Fe ;其中，所述钢的屈服强度大于 等于550MPa，抗拉强度大于等于620MPa，-60°C时的冲击功大于等于100J。
[0006] 可选的，在所述钢中，所述Ni、所述Cr、所述Mo和所述Cu的组分含量满足下述公 式：（Ni+Cr+Mo)/Cu 彡 1.0。
[0007] 依据本发明的又一方面，提供了一种550MPa级非水冷热机械控制工艺钢生产方 法，包括：将铸坯加热并保温，使得加热后的所述铸坯充分奥氏体化；对充分奥氏体化的所 述铸坯粗轧；对经过粗轧后的所述铸坯待温处理；将待温处理后的所述铸坯进行精轧，获 得钢板；对获得的所述钢板堆垛缓冷至室温。
[0008] 可选的，所述将铸坯加热并保温，使得加热后的所述铸坯充分奥氏体化包括：将所 述铸坯加热到1050~1100°C;对加热后的所述铸坯保温4~6h，使得加热后的所述铸坯充 分奥氏体化。
[0009] 可选的，所述对充分奥氏体化的所述铸坯粗轧包括：在1020±20°C下对所述铸坯 开始粗轧；粗轧过程中确保2道次的压下量为15~20% ;粗轧阶段累计压下量为50~ 70%，乳制速率为1.5-2111/11^11。
[0010] 可选的，所述对经过粗轧后的所述铸坯待温处理过程中，粗轧终轧温度是 950±20°C。
[0011] 可选的，所述将待温处理后的所述铸坯进行精轧包括：在α+γ两相区内精轧， 且精轧前2道次形变量控制在20~25%，末道次形变量逐渐减少，精轧结束温度控制在 660_700°C ;其中，所述α+γ两相区为660_820°C。
[0012] 本发明提供的一种550MPa级非水冷热机械控制工艺钢，通过将至少下述元素 C、 P、S、Mn、Si、Ni、Cr、Mo、Cu、V、Re和杂质Fe，按照合理的比例合成所述工艺钢，通过所述Mn 对所述钢的奥氏体向铁素体转变的温度进行调节，进而调整所述钢的热加工温度区间，实 现对所述钢的抗拉强度进行调节；且通过所述Cr与所述钢中的碳原子结合并析出，使得对 所述钢产生析出强化；且通过所述Mo延长所述钢中珠光体转变的孕育期，实现所述钢中使 铁素体和珠光体区域右移；且通过所述Cu使得所述钢中析出ε -Cu，进而产生沉淀强化；且 通过所述V与所述钢中的碳、氮结合形成第二相粒子，产生析出强化；且通过所述P、所述S、 所述Ni和所述Re，至少对所述钢的下述性能中的一种进行调节：偏析性能、焊接性能、低温 冲击韧性和韧脆转变温度；且通过对所述Si在所述钢中的占比进行调节，使得在所述钢中 每添加1%的所述Si，所述钢的屈服强度至少增加 lOOMPa。使得所形成的工艺钢的屈服强 度彡550MPa，抗拉强度彡620MPa，-60°C时的冲击功彡100J。
【附图说明】
[0013] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所 需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施 例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获 得其他的附图。
[0014] 图1为本发明实施例提供的550MPa级非水冷热机械控制工艺钢生产方法流程 图；
[0015] 图2为本发明实施例提供的示例1中的钢板组织示意图；
[0016] 图3为本发明实施例提供的示例2中的钢板组织示意图；
[0017] 图4为本发明实施例提供的示例3中的钢板组织示意图；以及
[0018] 图5为本发明实施例提供的示例4中的钢板组织示意图。
【具体实施方式】
[0019] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的 范围。
[0020] 本发明实施例提供的一种550MPa级非水冷热机械控制工艺钢及其生产方法，实 现了提供一种屈服强度大于等于550MPa(钢板厚度可选用10-35mm)，且采用非水冷TMCP 工艺生产制作的高强工艺钢。该工艺钢通过合理的成分设计，采用固溶强化、位错强化和析 出强化等方法相结合，以及α+γ两相区内合适的压下量及精轧温度控制等非水冷TMCP工 艺，使得所生产的钢种屈服强度大于等于550MPa，抗拉强度大于等于620MPa，-60°C时的冲 击功大于等于100J，同时钢板板型良好，焊接性能优良，生产成本低，具有适应性广的特点。
[0021] 具体来说，所述550MPa级非水冷热机械控制工艺钢至少包括如下成分：0_0. 08% 的 C、0-0· 010% 的 Ρ、0-0· 005% 的 S、l. 0% -L 5% 的 Μη、0· 70% -L 0% 的 Si、0. 2% -0· 4% 的附、1.0%-1.5%的0、0.5%-〇.8%的]?〇、1.2%-1.6%的〇1、0.06%-〇.20%的￥、 0. 01% -0. 04%的Re和余量的杂质Fe。
[0022] 其中，对于工艺钢中的C而言：工艺钢中C的含量在本发明实施例中小于等于 0. 08%，因为C是钢中不可缺少的提高钢材强度的元素之一，为了保证高韧性、优良的焊接 性及冷成型等，将C含量限制在< 0. 08%之间，在保证钢的强度的同时，又可以达到适合生 产操作的技术效果。对于工艺钢中的P和S而言：P在工艺钢中容易造成偏析、恶化焊接， 且极易对降低钢的低温冲击韧性和提高韧脆转变温度等造成不利影响。同时，S容易与工 艺钢中的Mn结合形成MnS夹杂，从而影响工艺钢的低温冲击韧性。因此，本发明实施例中， 应尽量减少P、S元素对钢性能的不利影响，因而将其控制在P彡0. 010%，S < 0. 005%。
[0023] 同时，对于工艺钢中的Ni而言：工艺钢中Ni是一种固溶强化元素，能提高铁素体 基体的强度。同时，Ni可显著提高钢的低温韧性，降低韧脆转变温度，能有效阻止工艺钢中 因 Cu的热脆而引起的网裂。对于工艺钢中的Cr而言：工艺钢中Cr强碳化物析出元素，能 与工艺钢中的碳原子结合大量析出，从而产生析出强化。此外，Cr还能提高工艺钢的耐大 气腐蚀和海水腐蚀的能力。对于工艺钢中的Mo而言：工艺钢中Mo能有效延长珠光体转变 的孕育期，使铁素体和珠光体区域右移，同时还对贝氏体相变的影响很小。
[0024] 另外，对于工艺钢中的Cu而言：Cu在工艺钢中作为强析出强化元素，使得钢中析 出大量细小的ε-Cu，产生强烈的沉淀强化，可以弥补钢中因 C含量引起的强度损失。此外， Cu还能提高钢的耐大气腐蚀性能，特别是当Cu、Cr同时加入时效果更为明显。对于工艺钢 中的V而言：V可与工艺钢中的C、N结合而形成第二相粒子，也可产生析出强化。使得钢中 无需添加 Nb，Ti等合金元素，主要是由于NbC，TiC，NbN，TiN等粒子的溶解温度较高，铸坯 加热时温度需在ll〇〇°C以下，从而对钢板表面质量产生不利影响。
[0025] 最后，对于工艺钢中的Mn而言：Mn在工艺钢中是固溶强化元素，添加1.0-1. 5%的 Mn可降低奥氏体向铁素体转变的温度，扩大热加工温度区间。同时，Mn容易使奥氏体转变 为硬质的M-A组织，并且在发生M-A转变时伴随有体积变化，使软质的铁素体产生塑性变 形，在M-A与铁素体界面上产生可动位错。这种可动位错即使在小应力作用下也容易发生 运动，从而导致钢种屈服强度降低，但可移动位错产生的加工硬化，则可致使钢种抗拉强度 提高。对于工艺钢中的Si而言：Si对工艺钢的强度有一定的固溶强化元素，使得钢中每添 加1%的Si，其屈服强度可增加 lOOMPa。对于工艺钢中的Re而言：Re在工艺钢中作为晶界 净化元素，可以起到提高钢的低温韧性的作用。
[0026] 由上述叙述可知，本发明实施例正是创新型将至少下述元素 C、P、S、Mn、Si、Ni、 Cr、Mo、Cu、V、Re和杂质Fe，按照合理的比例合成所述工艺钢，使得所述工艺钢的屈服强度 彡550MPa，抗拉强度彡620MPa，-60°C时的冲击功彡100J，而且钢板板型良好，焊接性能优 良；且生产成本较低，工业生产中容易实施。
[0027] 需要注意的是，本工艺钢中，所述Ni、所述Cr、所述Mo和所述Cu的组分含量满足 下述公式：(Ni+Cr+Mo)/Cu彡1. 0。这样一方面可以阻碍铸坯加热时液体Cu的析出，另一方 面Cr、Mo等强碳化物形成元素在轧制或