专利名称：用于制造热轧钢带产品的方法，以及热轧钢带产品的制作方法
用于制造热轧钢带产品的方法，以及热轧钢带产品
背景技术：
本发明涉及一种利用钢来制造具有2至12mm壁厚的热轧钢带产品的方法，所述钢的组成按重量百分比为C 0. 04-0. 08Si 0-0. 5Mn 1-2. 2Nb 0. 04-0. 09Ti 0. 06-0. 16N < 0. 01P ^ 0. 03S < 0. 015Al 0. 01-0. 15V ^ 0. 1Cr < 0. 2Mo < 0. 2Cu ^ 0. 5Ni ^ 0. 5以及其余的铁和不可避免的杂质。低碳含量对于提供给钢良好的焊接特性是极好的。钢的低碳当量对于良好的焊接性也具有正面作用。本发明进一步涉及具有2到12mm壁厚和如上所描述的组成的钢产品。EP 1319725披露了用于制造具有上面的组成的钢带的方法。由此制造的钢带的强度较高，其屈服强度超过690MPa，并且在断裂后具有较高的伸长百分比(12到21%)。根据该出版物，这些机械性能通过对钢进行两步冷却达到。在第一冷却步骤中，进行非常快的冷却，在热轧后冷却速率超过150°C /秒，接着是没有主动冷却的3到10秒的暂停，其后进行第二冷却步骤到待制造的钢带的卷取温度，所述温度根据期望的强度选择。用于超过 690MPa的屈服强度的推荐的卷取温度为580°C。在第一淬火步骤时的超过150°C /秒的高冷却速率仅在低带厚度时可以获得，并且该出版物仅讨论了低于4mm的带厚度。冷却暂停意味着提供相变化时间，其间与持续冷却相比，所述材料的屈服强度尤其降低，并且屈服强度/抗拉强度值减小。该出版物没有披露当卷取温度低于580°C时，在钢中如何获得超过 690MPa的屈服强度。该出版物表明在低于580°C的卷取温度中获得的屈服强度仍然低于 690MPa。所述两步冷却在实践中实施比一步冷却更复杂，并且需要更复杂的生产设备。此外，通过两步冷却获得的钢带的弯曲性不是特别好，虽然所述钢带在断裂后的伸长百分比方面具有较好的值。弯曲性是指钢带弯曲到小的弯曲半径而在弯曲点处没有出现表面损伤的能力。两步冷却没有成功地在低温时为钢提供特别好的冲击强度值以及高强度。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的所述缺点并提供对于制造高强度和特别良好的弯曲性的带钢产品(通常为钢带)容易实施的方法，所述带钢产品具有如上所提及的化学组成。为了实现此目的，本发明的方法的特征为-在1200_1350°C的奥氏体化温度下奥氏体化钢的工件；-在预-轧制步骤中热轧制所述钢工件；-在带材轧机(striprolling mill)中轧制所述预-轧制的钢工件，以便在最后道次(最后精轧道次)中实现用于所述工件的760-960°C的轧制温度；以及-在所述带材轧机中在所述最后道次后，通过单一步骤冷却将所述钢带以 30-150°C/秒的冷却速率直接淬火到最高300°C，平行的熄灭(parallel extinction)在所述最后道次15秒内进行。本发明令人惊奇地表明所述钢组成能够产生也具有良好的弯曲性的高强度钢。 还令人惊奇的是，还发现所述钢的强度是各向同性的，即，不管相对于所述轧制方向纵向还是横向测量，其屈服强度没有显著变化。所述直接淬火速率优选至多120°C /秒，因为这能够获得为钢提供特别良好的机械性能的钢显微结构，所述机械性能包括良好的冲击强度和良好的弯曲性。直接淬火中的最终温度优选至多100°C，因为这能够获得在淬火后具有平面和甚至边缘的平面钢带(平坦钢带)。所述钢带优选被直接淬火直接到卷取温度并被卷取。所述钢带的加工优选为形变热(热机械)的，因此在直接淬火后没有进行回火。已经观察到虽然在产品上不需要增加成本的回火，但用所述方法制造的钢产品具有良好的机械性能。回火并不显著提高产品的机械性能，并且它使所述过程复杂化。本发明的优选实施方式在所附权利要求2-6中披露。本发明的方法的主要优点在于它允许具有良好的机械性能，包括弯曲性的钢产品和预定的组成以简单且经济的方式并用简单的设备制造。本发明进一步涉及在本发明的方法步骤中制造的产品。本发明的钢带产品具有2_12mm的壁厚，并按重量百分比由以下组成C 0. 04-0. 08Si 0-0. 5Mn 1-2. 2Nb 0. 04-0. 09Ti 0. 06-0. 16N < 0. 01P ^ 0. 03S < 0. 015Al 0. 01-0. 15V ^ 0. 1Cr < 0. 2Mo < 0. 2
5
Cu ^ 0. 5K 0.5，其余为铁和不可避免的杂质，其特征在于所述钢的显微结构为基本上低碳铁素体和/或低碳贝氏体，在弯曲后所述钢维持R < 0. 75t的弯曲半径而没有肉眼可见的裂缝或裂纹，t为所述钢产品的厚度，其屈服强度为650-800MPa，并且断裂后其伸长百分比为至少 12%。已经获得了高强度，然而所述钢的显微结构主要由低碳铁素体和/或贝氏体组成，而不包含显著量的富含碳的马氏体或富含碳的贝氏体。如推荐的，主相由具有几乎完全的铁素体显微结构的铁素体，如推荐的，和富集碳含量的极小的岛中少量的贝氏体和/或马氏体和/或残余的奥氏体组成。对于获得的高强度的显著原因是在用本方法生产的钢中使用铌和钛作为微合金元素。必须使用铌和钛两者。本发明的优选实施方式披露在所附的权利要求8-19中。本发明的钢产品的主要优点是相对于其组成，其良好的机械性能，包括弯曲性和剪切特性以及冲击强度值。所述钢还完全适用于寒冷条件(北极条件)中。本发明的钢由于其与工程工作相关的性能是非常有用的，因为其弯曲性良好，并且其各向同性的强度性能允许其使用的非常有效的最优化。此外，小的弯曲半径特别便于弯曲产品设计者的工作。 本发明的钢带产品特别适合用作强结构钢。
下面将更详细地并参照附图来披露本发明，其中图1示出了本发明的方法步骤；图2为弯曲测试中V-弯曲的示意图；图3示出了成功的弯曲测试结果的实例；图4示出了失败的弯曲测试结果的实例；图5表示用本发明的钢和参考钢获得的却贝-V(Charpy-V)的转变曲线；图6示出了屈服强度各向同性与带材轧制之间的关联；以及图7示出了屈服强度各向同性与卷取温度之间的关联。
具体实施例方式图1示出了用于生产具有2到12mm壁厚的钢带产品的本发明的方法步骤。所述制造从钢的工件开始，其组成按重量百分比为C 0. 04-0. 08
Si:0-0. 5
Mn:1-2. 2
Nb0. 04-0. 09
Ti0. 06-0. 16
N < 0. 01
P 彡 0. 03
S < 0. 015
Al 0. 01-0. 15V ^ 0. 1Cr < 0. 2Mo < 0. 2Cu ^ 0. 5Ni ^ 0. 5以及其余的铁和不可避免的杂质。所述钢具有0. 04到0. 08%的低碳含量C，其考虑到所述材料的冲击强度、弯曲性和焊接性是有利的。硅，Si，可以以0到0. 50%的量使用作为脱氧剂(killing agent)(除了铝之外) 并用于铁素体加强(增强剂)。如果目的是特别良好的表面质量，则硅含量必须被限制成低于 0. 25%。锰，Mn的合金含量为1. 0到2. 2%。因为低碳含量，所以钢在铸造期间不倾向于锰和碳偏析，其也在Mn的较高含量处提高了显微结构的均勻性。优选地，至少1. 3%的锰被合金化以实现高强度并确保至多2. 0%的焊接性。本发明的钢可以通过热(例如，通过激光和等离子体)和机械被切成精密尺寸的件(钢件，片)。已经观察到，获得了具有较平滑的切割表面的件。这对于疲劳强度具有有利的影响。此外，低碳含量防止了热切割期间切割表面变得粗糙，并减小了最大硬度，切割表面在件的形成期间和其应用条件下较不易于变脆和产生裂纹。在机械切割中，切割间隙可以被设置为钢厚度的10-15%的值，切割产物(结果)仍然是平滑和无断裂的，因此，切割表面的分开的磨削或热切割不是必需的，其显著地减小了加工公差(工作容差， allowances)，并减少了制造步骤的数量，由此提高了制造过程。为了实现良好的冲击强度和弯曲性，作为杂质存在的磷，P的量(至多0. 03% )和硫，S的量(至多0.015% )被加以限制。P的最大量优选为0.015%，而S的最大量优选为 0.005%。此外，在必要时，通过用熔化的Ca或CaSi处理，可以改善性能。作为脱氧剂，使用了铝Al 0.01-0.15%。使用的铝的量优选为至多0.05%。使用的氮，N的量为至多0.01%，因为当在含钛的钢中存在时，氮形成削弱钢的弯曲性的硬氮化钛颗粒。使用的氮的优选量为至多0. 006%。铜，Cu的含量被减少到至多0. 3%，以确保热轧带的良好的表面质量。如果铜含量超过0.3%，推荐也合金化(熔合)至少等于Cu含量的0.25倍的量的镍，Ni。虽然钢在没有铜的情况下也实现了其良好的性能，但当必要时它可以被使用，以稍微增加强度。Cu含量为至多0. 5%。尤其对于例如8到12mm的厚带，优选使用合金0. 3-0. 5%的铜和至少0. 1 % 的镍。即使所述合金中没有铜，Ni也被限制为至多0. 5%。虽然没有混合Ni时钢也实现了其良好的强度性能，但是必要时，它可以稍微增加强度。硼，B完全没有被合金化(熔合)，因为它将不必要地增加硬化。因此本发明的钢带产品中的硼含量被限制于杂质水平，即B < 0. 0005%。钛，T，可以被合金化(熔合)以实现期望的强度水平。典型地为0.06-0. 16%，虽然更高的Ti水平也可以被使用，但是在所述情况下其强度增加作用极小，并且可以使工件
7的铸造复杂化。较低的Ti百分比不被使用，因为这样的话，不使用更昂贵的合金化或增加碳含量到超过0. 08%就难以获得高强度。令人吃惊的是，本发明表明即使在低温，如-40°C 和_60°C下，钛也不显著地降低基础试剂的冲击强度，如通过表3的测量结果所示出的。铬，Cr，和钼，Mo，不需要被合金化(熔合)。它们是增加硬化并至少在较高的量时对焊接性具有不利影响的元素。为此，Cr被限制为0. 2%的最大含量，并且类似地，Mo被限制为0.2%的最大含量。铬的量优选小于0. 1%。钼优选被允许以至多0. 10 %的量，最优选至多0. 5 %的量，因为本发明的钢的机械性能通过合金化(熔合)提供比钼更可负担得起的合金元素成本的钛而被最优先实现。 钼在本发明的直接淬火的钢带产品中对于强度甚至可能是有害的。在任何情况中，当产品通过形变热处理生产时，加入的钼并不显著地提高本发明的钢带产品的强度。钒，V，不需要被合金化(熔合)。此外，它增加了不必要的硬化，并至少在高浓度下对于焊接性具有不利影响。为此，V被限制为0. 的最大含量。然而，尤其是对具有2到6mm的低带厚度t，在高轧制力时，为了减少轧制力，Nb和 Ti浓度被限制如下=Nb 0. 04-0. 06%和Ti :0. 06-0. 10%，同时可以选择0. 06-0. 10%的钒浓度V以获得高强度。对于低带厚度t = 2_6mm，硅也可以有利地以Si :0. 30-0. 50%的量被加入，以增加强度，如用实验组合物(组成)El进行的测试的表1中所示出的。根据本发明的优选实施方式，铌、钛和钒浓度的总和大于0. 15%, BP, Ti+Nb+V > 0. 15%，钢带产品被用作特别强的结构钢。尤其是在较低的碳含量限制时，本发明的钢带产品在弯曲(压折)和焊接方面极好，如，通过自动高频(HF)焊接焊接到管或管粱中。制造实验已经表明所述材料非常适合于生产HF-焊接的管粱。钢的工件为210mm厚，例如，并被加热到1280°C的奥氏体化温度，此处将其保持约 3小时。当然，钢工件的厚度可以不同于这里披露的厚度，并且奥氏体化温度可以被不同地选择，但是推荐1200-1350°C的范围。如果奥氏体化温度低于给出的下限，则存在这样的风险微合金化元素不能溶入奥氏体，即，不能获得均质的奥氏体。最优选地，退火时间在2-4 小时的范围内变化。钢的碳当量C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+Ni+Cu)/15优选不高于0. 45，其保证了钢的良
好焊接性。在奥氏体化后，钢工件在950-1250°C的温度下被热轧到通常为25_50mm的厚度， 随后被立即转移到带材轧机以被轧成具有2-12mm的最终厚度的带。钢带的推荐的最终厚度为至少4mm。还推荐最终厚度不超过10mm。带材轧机中道次的数量通常为5到7。带材轧机中的最后道次在760-960°C的温度范围处实施，推荐为780-850°C。在最后道次后，钢带的直接淬火在15秒内开始。在直接淬火的开始处，钢带的温度必须为至少700°C。直接淬火作为水淬火以30-150°C /秒的淬火速率实施，推荐的上限为至多120°C/秒。直接淬火持续直到至多300°C的温度，推荐的温度为100°C。直接淬火后，钢立即被卷取。因此，卷取温度可以落入30-300°C的温度范围内。推荐的起始卷取温度为至多100°C，因为当钢在超过100°C的温度下被卷取时，使所述过程复杂化的不连续的蒸汽垫可以形成在钢表面上。作为形变热处理的结果，钢的显微结构变得均勻，并由主导相构成，其优选为低碳铁素体和/或低碳贝氏体。主导相的量通常超过90%。换言之，极低量的高碳贝氏体和/ 或残余奥氏体和/或马氏体在极高的碳组中存在。显微结构中的平均晶粒尺寸(粒度)较小，优选为约2-4微米。还必须的是所述显微结构首先不包含大的晶粒，因此，考虑到钢的强度，所述钢具有特别良好的弯曲特性。晶粒尺寸必须尽可能均一和精细，其通过本发明的方法实现。下面的表1到3提供了本发明的钢的浓度和制造参数的实例以及利用它们获得的强度和韧性值的实例。为了比较，表2和3还包含不属于本发明的方法的范围的制造参数， 即，不对应于本发明的方法的处理。在表2中，对于制造参数，并且在表中对于机械强度性能参考测试已经用R示出。检测的另外的主题为利用本发明的处理获得的弯曲特性，这些与通过本发明的范围之外的制造参数获得的弯曲特性比较，参见表3和4，钢B3Q23 (根据本发明的弯曲测试 a))和钢A3M33 (本发明之外的弯曲测试b))。表2中的指标T_f表示最后轧制道次时的温度，指标T_c表示卷取开始时的温度， 指标Th表示钢带的厚度，而指标Wi表示钢带的宽度。在表3的第一列中，T表示这样的样品，其强度和韧性已经在横过卷取方向的方向上被测定。末端(结尾)L表示这样的样品，其强度和韧性已经在卷取方向上被测定。表1.试验组成(试验组合物)
分析CSIMNPSALNBVCUCRNINMOTICATi+Nb+V实施例Al〇.049〇.231. 99〇.008〇.003〇.03〇.08〇.01〇.03〇.04〇.04〇.005〇.10〇.201. 2. 3A2〇.049〇.191. 92〇.007〇.003〇.03〇.09〇.01〇.04〇.04〇.05〇.005〇.01〇.10〇.003〇.1910A3〇.049〇.191. 89〇.009〇.002〇.03〇.08〇.01〇.01〇.03〇.05〇.005〇.00〇.10〇.003〇.199B2〇.056〇.211. 81〇.007〇.003〇.03〇.09〇.01〇.04〇.04〇.05〇.007〇.01〇.11〇.003〇.215B3〇.056〇.211. 76〇.008〇.004〇.03〇.08〇.01〇.03〇.04〇.05〇.004〇.01〇.11〇.002〇.196.9B4〇.064〇.211. 78〇.011〇.001〇.03〇.09〇.01〇.04〇.06〇.06〇.009〇.01〇.11〇.003〇.204. 10Cl〇.053〇.181. 78〇.008〇.004〇.03〇.06〇.00〇.03〇.05〇.05〇.008〇.01〇.14〇.003〇.198Dl〇.057〇.171. 65〇.008〇.003〇.03〇.04〇.01〇.03〇.03〇.04〇.005〇.09〇.147El〇.079〇.391. 43〇.011〇.003〇.03〇.05〇.08〇.04〇.06〇.06〇.007〇.01〇.06〇.002〇.201权利要求
1.一种通过利用钢来制造具有2至12mm厚度的热轧钢带产品的方法，所述钢的组成按重量百分比为C 0. 04-0. 08 Si 0-0. 5 Mn 1-2. 2 Nb 0. 04-0. 09 Ti 0. 06-0. 16 N < 0. 01 P 彡 0. 03 S < 0. 015 Al 0. 01-0. 15 V ^ 0. 1 Cr < 0. 2 Mo < 0. 2 Cu 彡 0. 5 Ni ^ 0. 5，其余由铁和不可避免的杂质组成，其特征在于 -在1200至1350°C的奥氏体化温度下奥氏体化钢的工件； -在预轧制步骤中热轧制所述钢工件；-在带材轧机中轧制所述预轧制的钢工件，使得在最后道次中对于所述工件达到760 至960°C的轧制温度；以及-在所述带材轧机中在所述最后道次后，通过单一步骤冷却以30至150°C /秒的冷却速率，将所述钢带直接淬火到至多300°C，所述直接淬火在离所述最后道次15秒内进行。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述直接淬火速率为至多120°C/秒。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述直接淬火的最终温度为至多 100°C。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述钢带被直接淬火直接到卷取温度并被卷取。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述钢带被形变热处理，在这种情况中直接淬火后没有进行退火。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述钢带在所述直接淬火后被成形为管产品。
7.一种热轧钢带产品，具有2-12mm的厚度和按重量百分比的以下组成P (0. 03S < 0. 015Al0. 01-0.V ^ 0. 1Cr< 0. 2Mo< 0. 2Cu^ 0. 5Ni^ 0. 5，其余为铁和不可避免的杂质，其特征在于，所述钢的显微结构为基本上低碳铁素体和/ 或低碳贝氏体，所述钢的屈服强度为650-800MPa，并且断裂后的伸长百分比为至少12% ；并且在所述钢在所述轧制方向上的屈服强度与横向于所述轧制方向的方向上的屈服强度至多6. 5%不同的情况下，所述钢的结构是各向同性的。
8.根据权利要求7所述的钢带产品，其特征在于，所述基本上低碳铁素体和/或低碳贝氏体结构包含高碳岛。
9.根据权利要求7或8所述的钢带产品，其特征在于，在横向弯曲中，所述钢维持 0.4^ R^O. 75t的弯曲半径，没有肉眼可见的裂纹或裂缝，其中t为所述钢产品的壁厚。
10.根据前述权利要求7至9中任一项所述的钢带产品，其特征在于，所述钢带产品的平均晶粒尺寸为2至4微米。
11.根据前述权利要求7至10中任一项所述的钢带产品，其特征在于，所述钢带产品的碳当量为至多0. 45。
12.根据前述权利要求7至11中任一项所述的钢带产品，其特征在于，所述钢带产品的屈服强度超过680MPa。
13.根据前述权利要求7至12中任一项所述的钢带产品，其特征在于，所述钢带产品的冲击强度在_20°C的温度下为至少200J/cm2和/或在_40°C的温度下为至少190J/cm2和/ 或在_60°C的温度下为至少180J/cm2。
14.根据前述权利要求7至13中任一项所述的钢带产品，其特征在于，所述钢带产品可以在薄板厚度的10-15%的切割间隙处被切割而没有视觉上可察觉的裂纹。
15.根据权利要求7或8所述的钢带产品，其特征在于，所述钢组成还满足要求 Ti+Nb+V > 0. 15。
16.根据权利要求15所述的钢带产品，其特征在于，所述钢带产品的厚度为2-6mm，并且所述钢中合金元素Nb、Ti和V的含量为Nb 0. 04-0. 06Ti 0. 06-0. 10V 0. 06-0. 10。
17.根据权利要求15所述的钢带产品，其特征在于，所述钢的钼含量为Mo< 0. 10。
18.根据权利要求7或18所述的钢带产品，其特征在于，所述钢的钼含量为Mo<0.05。
19.根据权利要求7或8所述的钢带产品，其特征在于，所述钢带产品的厚度超过8mm， 并且所述钢的铜和镍含量为0. 3彡Cu < 0. 5和Ni < 0. 1 %。
全文摘要
本发明涉及一种用于由低合金钢制造具有2-12mm的厚度的热轧钢带产品的方法，所述低合金钢具有重量百分比为0.04-0.08的碳含量并包含铌和钛。为了使所述钢带产品获得良好的机械性能，包括弯曲性能，钢的工件在1200-1350℃的奥氏体化温度下被奥氏体化，所述钢工件在预轧制步骤被热轧制，预轧制的钢工件在带材轧机中被轧制，使得对于所述工件在最后道次中达到760-960℃的轧制温度，并且在带材轧机中在最后道次后，通过单一步骤冷却，所述钢带以30-150℃/秒的冷却速率被直接淬火到至多300℃的温度，直接淬火在离最后道次15秒内进行。本发明还涉及一种钢带产品。
文档编号C22C38/04GK102439179SQ201080020753
公开日2012年5月2日 申请日期2010年4月16日 优先权日2009年5月11日
发明者托米·利马泰嫩, 米科·黑米拉 申请人:罗奇钢铁公司