专利名称：一种屈服强度550MPa级低合金高强度钢板及生产方法
技术领域：
本发明属于低合金高强度钢的生产领域。特别提供了矫直能力弱的板材生产线生 产屈服强度大于^OMPa级高强钢及生产方法。
背景技术：
低合金高强度钢Q550广泛用于各类工程机械，如矿山和各类工程施工用的钻机、 电铲、电动轮翻动车、矿用汽车、挖掘机、装载机、推土机、各类起重机、煤矿液压支架等机械 设备。主要应用于交通运输、能源开发如石油、煤炭、电站、管线等、原材料开采如钢铁、有色 金属等矿山、农田水利建设、城乡建设和国防建设这几个领域。由于这些工程机械的主要 结构件承受的是复杂多变的周期载荷，要求其构件材料具有高的屈服强度和疲劳强度、良 好的低温冲击韧性、冷成型性、耐磨性、良好的焊接性能。随着工程机械向大型化、轻型化发 展，对上述性能的要求更为突出。高强度钢板的性能水平对于提高工程机械的能力和效率、 延长使用寿命、减轻设备自重、降低能耗、提高整机的档次有着重要作用，对于工程机械行 业尤为重要。国内外在制造屈服强度彡550MPa, -40°C的低温冲击韧性彡31J的低合金高强度 钢板的开发与生产上采取的主要技术措施有先进的冶炼与炉外处理工艺，保证钢质的纯净 度，然后根据不同情况，对钢板分别采用控轧控冷、正火调质热处理(含轧后直接淬火)等 不同工艺。在采用控轧控冷工艺时，一般要在钢中添加Mo、Cr、Ni元素，形成组织为低碳 贝氏体的组织。为了形成贝氏体组织，在冷却过程中要求较强的冷却，冷却速度一般大于 15°C /s，而且终冷温度低< 550°C，这种工艺容易造成钢板冷却不均，特别是头、中、尾温差 较大，造成头中尾强度差较大，影响成材率。同时对于大多数矫直机来说，较低的终冷温度 增加了矫直机负荷，矫直机经常出现矫直不平，即使采用多道次矫直，随后进入冷床时又会 出现回弹、翘曲等问题，恶化板形，降低成材率。因此，对于屈服强度彡55(Wa钢板来说，矫 直机能否矫平是生产中的主要问题。采用热处理工艺时增加了生产周期，增加了能耗，增加 了生产成本。
发明内容
本发明的目的在于克服上述矫平难、冷却不均影响成材率等不足，采用中碳，添加 微量Nb、V微合金元素的成分设计体系，采用TMCP工艺，控制氮化物的析出过程，形成铁素 体和珠光体组织等工艺，提供一种屈服强度大于550MPa级低合金高强度钢及其生产方法。本发明采用中碳，添加微量Nb、V微合金元素成分设计体系，其中碳起固溶强化作用，能显著提高钢板强度，但降低韧性和塑性。同时一部分碳原子 将与加入的微量Nb、V作用形成微合金碳化物，在高温变形阶段抑制再结晶。锰是能提高钢的强度，在冶炼中的作用是脱氧和消除硫的影响。锰因能减少晶界 碳化物，细化珠光体，相应地也细化了铁素体晶粒，故能提高韧性。Nb可以抑制奥氏体再结晶和晶粒长大，有助于产生微细的铁素体晶粒，并且Nb元素与C、N有极强的亲和力，容易形成细小弥散Nb (C、N)，可以阻止晶界迁移，提高晶粒长大 温度，从而达到细化效果，提高强度和韧性。Nb能够显著地提高钢的再结晶终止温度，在轧 制时析出的碳氮化铌延迟奥氏体的再结晶，拓宽了控轧控冷工艺窗口，使未再结晶区的控 制轧制更易于实现，从而保证了奥氏体晶界基体中的畸变积累，导致相变形核数量大幅度 提高，细化晶核。V可以提高钢的淬透性，溶入铁素体中有强化作用，可以形成稳定的碳化物，细化 晶粒。V仅在900°C以下对再结晶才有推迟作用，在奥氏体转变以后，V几乎已完全溶解。N 能加强V的作用，本发明中N含量控制在50 lOOppm，以充分利用VN的沉淀强化作用。为了获得特别大的强化效果，利用V的沉淀强化和Nb的晶粒细化相结合的方法， 可以得到高强度高韧性的产品。采用TMCP工艺，控制氮化物的析出过程，形成铁素体和珠光体组织。并且采用较 高的终冷温度，解决了矫直机能力低所造成板形不好的难题，节约能源，生产稳定，成材率 和生产率高。本发明主要靠如下手段实现。所述屈服强度大于550MPa级别高强钢板及生产方 法的化学成分按质量百分比(wt% )C = 0. 10 0. 16，Mn = 1. 55 1. 90，Si = 0. 25 0. 50, Nb = 0. 015 0. 030, V = 0. 05 0. 10, Alt = 0. 02 0. 05, P 彡 0. 025, S ^ 0. 010， N = 50 lOOppm，其余为 Fe。其生产方法包括转炉顶底复合冶炼一夹杂物钙处理一LF精炼一板坯连铸一板坯 堆冷一板坯加热一轧制一冷却一钢板堆冷。所述屈服强度550MPa级低合金高强度钢板的生产方法，在转炉冶炼的炉后进行 喂入CaSi线处理。在上述加热过程中，均热温度为1170-1220°C，加热时间大于8min/Cm。 轧制过程中，再结晶区轧制温度为980-1130°C，道次压下率大于15%。未再结晶区轧制温 度为830-940°C ；累积变形量大于50%，冷却终止温度为600-700°C，冷却速度为5_15°C / s。连铸坯堆垛缓冷时间彡48h，钢板缓冷时间彡48h。具体实施措施包括。在炼钢工艺中，采用夹杂物钙处理技术及心部质量控制的方 法，CaSi线喂入要合适，夹杂物变性要充分，铸坯采用4 缓冷，使铸坯中的氢充分扩散，减 少冷却带来的内应力。在板坯加热工序中，均热段温度为1170 1220°C，加热时间大于8min/Cm，保证钢 中微合金元素溶于奥氏体中，同时又要防止奥氏体晶粒粗化。在热轧工序在第一阶段完全再结晶区轧制过程中，温度980 1130°C，轧制时采 用低速大压下轧制，保证钢坯内部缺陷压合，改善铸坯内部缺陷，确保发生动态/静态再结 晶，细化奥氏体晶粒；为此，道次压下率> 15%，变形量40 60%。在第二阶段未再结晶区 轧制过程中，变形温度940-830°C，变形量> 50% ；终轧采用较高的温度，控制微合金碳、氮 化物的析出。在轧后冷却工序中，采用层流冷却，冷却速度为5°C/s 15°C/s，并诱导氮化钒析 出物的析出，此时析出物细小弥散，钢板下线堆冷去除钢板中的氢。本发明通过提高钢的纯净度，以及夹杂物控制技术，结合控轧控冷工艺，在矫直能 力低的生产线能够生产屈服强度大于550MI^级别高强钢。采用较高的终冷温度，解决了矫 直机能力低所造成板形不好的难题，节约能源，生产稳定，成材率和生产率高。
最终得到的F+P+少量B组织，屈服强度大于550MPa，抗拉强度为610 770MPa, -40°C低温冲击韧性大于31J。本发明的优点是此类钢不仅是高附加值，而且由于本发明不需要添加任何其他 设备，生产工艺简单，过程控制容易，成材率高，具有很强的适应性，操作性，应用推广能力 强。
图1为本发明实施例子的金相组织。
具体实施例方式实施例1根据本发明低合金高强钢的化学成分范围，化学成分如表1所示，制造方法包括 以下步骤转炉冶炼一LF炉精炼一连铸一堆冷一板坯加热一轧制一控制冷却一矫直一堆 冷一检查。连铸坯250mm，成品规格30mm，在钢包中喂入CaSi线，夹杂物变性处理，采用动 态轻压下。具体控轧控冷工艺参数如表2所示，上述方法生产的钢板力学性能如表3所示。表1 Q550高强钢的化学成分(wt，% )
权利要求
1.一种屈服强度^OMh级低合金高强度钢板及生产方法，其特征在于，其钢成分按质 量百分比(wt% )C = 0· 10 0. 16,Mn = 1. 55 1. 90, Si = 0. 25 0. 50,Nb = 0. 015 0. 030，V = 0. 05 0. 10，Alt = 0. 02 0. 05，P 彡 0. 025，S 彡 0. 010，N = 50 lOOppm，其余为i^e。
2.根据权利要求1所述屈服强度550MPa级低合金高强度钢板及生产方法，其特征在于 其生产方法包括转炉顶底复合冶炼一夹杂物钙处理一LF精炼一板坯连铸一板坯堆冷一板 坯加热一轧制一冷却一钢板堆冷。
3.根据权利要求2所述屈服强度550MPa级低合金高强度钢板的生产方法，其特征在 于，在转炉冶炼的炉后进行喂入CaSi线处理。
4.根据权利要求2所述屈服强度550MPa级低合金高强度钢板的生产方法，其特征在 于，在上述加热过程中，均热温度为1170-1220°C，加热时间大于Smin/cm。
5.根据权利要求2所述屈服强度550MPa级低合金高强度钢板的生产方法，其特征在 于，轧制过程中，再结晶区轧制温度为980-1130°C，道次压下率大于15% .
6.根据权利要求2所述屈服强度550MPa级低合金高强度钢板的生产方法，其特征在 于，轧制过程中，未再结晶区轧制温度为830-940°C ；累积变形量大于50%，冷却终止温度为 600-700°C，冷却速率为 5-15°C /s。
7.根据权利要求2所述屈服强度550MPa级低合金高强度钢板的生产方法，其特征在 于，连铸坯堆垛缓冷时间彡48h，钢板缓冷时间彡48h。
全文摘要
本发明属于低合金高强度钢的生产领域。采用中碳，添加微量Nb、V微合金元素的成分设计体系，其钢的成份按质量百分(wt％)，C＝0.10～0.16，Mn＝1.55～1.90，Si＝0.25～0.50，Nb＝0.015～0.030，V＝0.05～0.10，Alt＝0.02～0.05，P≤0.025，S≤0.010，N＝50～100ppm，其余为Fe。采用TMCP工艺，工艺方法包括，冶炼、LF精炼、板坯连铸、板坯加热、除鳞、轧制、轧后冷却、矫直、堆垛缓冷。本发明工艺简单，生产效率高，特别针对不能生产屈服强度大于550MPa级低合金钢的矫直机能力弱的生产线，提供了一种生产此类钢的生产方法。本发明生产高强度钢板形良好，产品性能稳定，成材率高。
文档编号C22C33/04GK102071358SQ201110027518
公开日2011年5月25日 申请日期2011年1月26日 优先权日2011年1月26日
发明者信海喜, 吴波, 巩文旭, 谭海鹏, 高秀华 申请人:天津钢铁集团有限公司