专利名称：一种非调质处理耐疲劳的钢板及其制造方法
技术领域：
本发明属于热轧高强钢生产技术领域，涉及一种抗拉强度达到SOOMPa级别的非调质处理高耐疲劳性能的钢板及其制造方法。
背景技术：
目前工程机械用钢和汽车结构钢中，高强钢的使用量占据一定比例，主要用于制造吊车悬臂，汽车大梁钢等关键部位。由于关系到整体结构的稳定性和使用寿命，所以对高强钢的使用要求和条件非常苛刻。对于这种高强钢的使用要求主要是钢的疲劳性能，从而对制造材料提出的要求是在具备高强度的同时，又具有优良的耐疲劳性能。对此，本领域技术人员通常采用不同微合金化的方法制造高强度高耐疲劳性能钢板的工艺技术。公开号CN101139685A的发明专利申请涉及一种高强度耐疲劳钢材及其制造方法，属特种钢及其冶炼技术领域。该专利申请通过添加适量的Nb、Ti元素进行微合金化， 采用复吹转炉冶炼、LF精炼、板坯连铸、高压水除鳞、热轧层流冷却，卷取工艺，生产出成分按重量百分比(wt% )计包括0. 07% 0. 13%的C、0. 15% 0. 的Si、l. 0% 1. 3% 的 Mn、P < 0. 025 %、S < 0. 01 %、0. 015 % 0. 020 % 的 Nb、0. 01 % 0. 025 % 的 Ti 和 0. 015% 0. 050%的Alt，其余为!^e和微量杂质的高强度耐疲劳钢，这种钢的疲劳极限在应力比R = 0. 76时达到510MPa，适用于制造重卡、轻卡等载重车车架的纵梁、横梁等构件。 因此，该发明中钢的疲劳强度适合制造低牌号的汽车结构件。公开号CN1957100A的发明专利申请公开了一种耐疲劳裂纹扩展性优异的钢板及其制造方法，属于低合金化钢制造领域。该专利申请提供了一种耐疲劳破坏性能优异的钢板及其制造方法，其提高了针对在各种焊接结构物等的焊接部等内在的裂纹因受到反复应力而扩展的阻抗性。该钢板以质量％计含有C:0. 01% 0. 10%,Si :0. 03% 0. 6%、Mn 0. 3% 2%、sol. Al :0. 001% 0. 1%、N :0· 0005% 0. 008%，并且根据需要添加一定含量的Nb、Ti、Mo、V、Cr、Cu、Ni、B等合金元素，余量为!^e和杂质，且金相组织以面积率计为 30%以上的贝氏体组织，合计5%以下的马氏体组织和珠光体组织，余量是铁素体组织。该发明采用相变强化的成分设计思路，但是最高抗拉强度在700Mpa以下。目前，不同企业生产的耐疲劳性能的钢的强度一般较低。随着社会和经济的发展， 钢铁工业所面临的低碳经济发展，以节省资源、节约能源、保护环境为主要目标，同时轻量化技术也要求不断改善材料的性能，这也是目前钢铁材料发展的趋势。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种高强度非调质处理的热轧钢板，所述钢板在具备高强度的同时，也具有良好的耐疲劳性能，能够满足不同行业的需要。本发明提供了一种非调质处理耐疲劳的钢板，所述钢板的化学成分按重量百分计由以下物质组成C :0. 05% 0. 15%、Si 彡 0. 1%、Mn :2. 0% 3. 0%、P 彡 0. 010%、 S 彡 0. 002%, Cr 0. 2% 1. 0%, V :0. 02% 0. 1%, Ti :0. 08% 0. 18%, Nb :0. 02% 0. 06%,N ^ 0. 004%和0 < 0. 002%，其余为铁!^e和不可避免的杂质，其中，所述钢板的抗拉强度在800MPa以上。根据本发明的一方面，所述钢板的金相组织为超细多边形铁素体和少量贝氏体， 其中多边形铁素体的体积百分比为整个金相组织的85%以上。根据本发明的一方面，所述钢板的化学成分按重量百分计可以由以下物质组成C :0· 05 % 0. 12 %、Si 彡 0. 1 %、Mn :2. 0 % 2. 6 %、P 彡 0. 010 %、S 彡 0. 002 %、 Cr :0. 3 % 0. 8 %、V :0. 04 % 0. 08 %、Ti :0. 10 % 0. 15 %、Nb :0. 03 % 0. 06 %、 N < 0. 004%和0 < 0. 002%，其余为铁!^e和不可避免的杂质。本发明还提供了一种制造上述非调质处理耐疲劳的钢板的方法，所述方法包括冶炼工艺、轧制成型工艺及冷却工艺和卷取工艺，其中，在轧制成型工艺中，控制连铸坯的加热温度为11501250°C，加热时间达100分钟 160分钟；然后，进行控制轧制，粗轧开轧温度为1120°C 1180°C，粗轧终轧温度为1020°C 1060°C，精轧终轧温度控制在 850°C 900°C，精轧过程每道次的压下量控制在15% 40%，精轧机架间采用水冷。根据本发明的另一方面，在冶炼工艺中，采用预脱硫工艺，将铁水中的S含量控制在0. 005%以下；转炉石灰采用优质石灰，以降低S的掺杂；转炉挡渣全部挡住；将精炼后钢水中的Si和Al含量控制在0. 和以0. 05%下；采用添加钛铁和钛线复合添加的方式来控制铁水中的Ti含量。根据本发明的另一方面，在冷却工艺和卷取工艺中，将轧制后的坯料进行层流冷却然后进行卷取，冷却速度为5°C /s 20°C /s，卷取温度为500°C 600°C。根据本发明的另一方面，粗轧过程可以进行3 5道次轧制，精轧过程可以进行 4 6道次轧制。根据本发明，在提高钢板的强度的同时，能够使钢板具备良好的耐疲劳性能，从而根据本发明的钢板能够满足工程机械和汽车结构钢用户的使用的要求。
具体实施例方式为了节省资源，使得生产的钢板不仅抗拉强度在SOOMPa以上，并且具有优良的耐疲劳性能，同时成形性能良好，本发明提供了一种能够降低成本的非调质处理耐疲劳钢板的制造方法，而且在普通热连轧机上就能够实现。本发明提供了一种低成本且抗拉强度在SOOMPa级非调质处理的高强耐疲劳钢及其制造方法。具体地讲，本发明是在碳锰结构钢成分的基础上，通过添加适量的Nb、V、Ti、 Cr等微合金元素和采用控轧控冷技术，考虑到普通热连轧机的生产特点，利用高Ti成分设计，同时严格控制S和Si的含量在较低的水平，制造出屈服强度在700MPa以上、抗拉强度在SOOMPa以上、延伸率在18%以上并且具有良好的耐疲劳性和成型性能的钢板。根据本发明的钢板，一方面其高强度能够满足轻量化的需要，另一方面其疲劳性能也得以大大提高。根据本发明的非调质处理耐疲劳性能高的钢板，按重量百分比(％ )计其化学成分为C :0. 05% 0. 15%,Si 彡 0. 1%,Μη :2. 0% 2· 6%、P 彡 0. 010%,S 彡 0. 002%,Cr 0. 2% 1. 0%、V :0. 02% 0. l%,Ti :0. 0. 16%,Nb :0. 02% 0. 06%、N 彡 0. 004%和0 < 0. 002%，其余为铁！^和不可避免的杂质，根据本发明的钢板的抗拉强度在800MPa 级。根据本发明的钢板的抗拉强度在SOOMI^级。根据本发明的钢板，其金相组织为超细多边形铁素体和少量贝氏体，其中，多边形铁素体的体积百分比占整个金相组织的85%以上。根据本发明的优选实施例，根据本发明的非调质处理耐疲劳性能高的钢板，按重量百分比(％ )计其化学成分为C :0.05% 0. 12%、Si彡0. 1%、Mn :2.0% 2.6%、 P 彡 0. 010%,S 彡 0. 002%,Cr :0. 3% 0. 8%,V :0. 04% 0. 08%,Ti :0. 10% 0. 15%, Nb 0. 03% 0. 06%,N ^ 0. 004%和0彡0. 002%，其余为铁!^e和不可避免的杂质。下面将详细地描述根据本发明的钢板中各主要元素所起的作用。锰(Mn)能够降低奥氏体向铁素体转变的相变温度，而奥氏体向铁素体转变的相变温度的降低对于热轧态或正火态钢材的铁素体晶粒尺寸有细化作用，因此，Mn早就作为高强度微合金钢中的主要合金元素而被广泛应用。根据本发明，考虑到本发明的钢板的性能要求，将Mn在钢中的含量限定在2. Owt% 3. Owt%。如果Mn含量过高(超过3. 0wt%), 则钢板的裂纹敏感性显著增加，而如果Mn含量过低(低于2. 0wt%),则固溶强化效果不明显，从而影响强度性能。硅(Si)固溶于铁素体和奥氏体中，能够提高钢的强度、硬度、弹性和耐磨性。当钢中Si含量较高时，钢的焊接性能会恶化，而且Si含量高于0. 以上将损害钢的冷弯性能。 因此，在本发明中，Si在钢中的含量不超过0. Iwt %。铬(Cr)可提高钢的强度和硬度以及耐磨性。将铬加入钢中能够显著改善钢的高温抗氧化性(不起皮)，显著提高钢的淬透性，并且改善钢的抗回火稳定性。另一方面，铬也能促进钢的回火脆性倾向。如果Cr含量太低，则钢的抗耐磨效果较差，而如果Cr含量较高，则会对钢的淬透性、延迟断裂性不利。因此，根据本发明，将Cr在钢中的含量限定在 0. 2wt% 1. Owt %，优选地限定在 0. 3wt% 0. 8wt%。铌(Nb)是重要的微合金化元素，可提高钢的未再结晶区温度，保障控制轧制的效果，使钢材轧制后晶粒细化，同时Nb析出的NbC沉淀粒子在轧制后期具有沉淀强化作用。如果Nb的含量太高或者太低，都会使得上述效果不明显。因此，根据本发明，将Nb在钢中的含量限定在0. 02wt % 0. 06wt %，优选地限定在0. 03wt % 0. 06wt %。钛(Ti)是本发明中重要的沉淀强化元素，高温时析出TiN，能够有效地阻止奥氏体晶粒粗化。Ti在600°C以下，从钢中沉淀析出为纳米TiC或(Nb，Ti)C粒子，能够有效地钉扎位错，从而提高钢的屈服强度。当Ti含量少于0. 08wt%时，析出沉淀强化作用不足；而当Ti含量高于0. 18wt%时，会在连铸时在铸坯表面形成裂纹缺陷，同时在快速冷却的前提下，其沉淀强化作用也趋于饱和，因此，根据本发明，将Ti在钢中的含量限定在0. 08wt% 0. 18wt%，优选地限定在 0. IOwt % 0. 15wt%o钒(V)是本发明中重要的沉淀强化元素，可以选择与Nb、Ti等合金元素一起添加，以保证本发明的钢板实现SOOMpa的抗拉强度。根据本发明，将V在钢中的含量限定在 0. 02wt % 0. Iwt %，优选地限定在 0. 04wt % 0. 08wt %。对于硫(S)而言，较低的S含量可以保证有害夹杂物较少的存在，大大提高钢的洁净度，从而提高钢的耐疲劳性能。因此，根据本发明，将S含量严格控制在0. 002wt%以下。根据本发明的非调质处理高强耐疲劳的钢板采用以下工艺进行加工制造转炉冶炼，精炼，连铸，连铸坯加热，热连轧，层流冷却，卷取，开卷剪切成板。即，根据本发明的钢板的制造方法可以包括冶炼工艺、轧制成型工艺及冷却和卷取工艺。在下面的描述中，为了避免冗余，省略了对与现有技术中的工艺相同的工艺的详细描述。下面将详细描述根据本发明的非调质处理高强耐疲劳的钢板的制造方法。1、冶炼工艺为了精确控制Ti、Si和S等元素含量，提高钢质的洁净度，保证成型性能和疲劳性能，冶炼工艺需要实现如下操作(1)采用预脱硫工艺，严格控制铁水S含量在0. 005%以下；( 转炉石灰采用优质活性石灰，降低S的掺杂；(3)采用滑板挡渣技术，转炉挡渣被全部挡住，转炉渣量越少越好；(4)严格控制铁水中的Si含量在0. 1 %以下，具体地讲，采用 Al脱氧剂，降低Si的掺杂，防止Al还原S^2而造成回Si现象的发生；(5)在对钢水合金化时，采用添加钛铁和钛线复合添加的方式，精确控制Ti的回收率和含量。通过上述措施，保证了钢中的气体含量，控制0 < 30ppm、N ( 50ppm、 S ^ 0. 005wt%，从而减少有害的硫化物夹杂，其中，夹杂物评级在0. 5级以下。较小尺寸夹杂物的分布并且数量较少，能够提高钢质的纯净度、增加组织的均勻性并降低疲劳缺陷产生的几率，从而有效地提高钢的耐疲劳性能。2、轧制成型工艺控制连铸坯的加热温度为1150°C 1250°C，加热时间达100分钟 160分钟。然后，进行控制轧制，粗轧开轧温度为1120°C 1180°C，粗轧终轧温度为1020°C 1060°C;精轧终轧温度控制在850°C 900°C，精轧过程每道次的压下量控制在15% 40%，精轧机架间采用水冷。根据本发明的优选实施例，粗轧过程可以进行3 5道次轧制，精轧过程可以进行4 6道次轧制。3、卷取工艺及冷却工艺对轧制后钢板采用层流冷却后进行卷取，冷却速度为5°C /s 20°C /s，卷取温度为 500°C 600"C。根据本发明，在合理成分设计的基础上，采用控轧控冷工艺，将加热温度控制在 1150°C 1250°C，加热时间根据铸坯的冷热程度不同而适当控制在100 160分钟，这样有利于使合金元素充分地固溶；在轧制过程中，采用多道次轧制，将精轧温度的范围控制在850°C 1020°C，从而对连铸坯料在奥氏体再结晶区、未再结晶区及形变诱导相变区进行控制轧制，同时卷取温度采用500°C 600°C，能够获得最佳的析出沉淀强化效果。具体地讲，通过高温区的奥氏体再结晶区控制轧制，能够充分地细化奥氏体晶粒；通过精轧阶段的道次间水冷，降低轧件温度，能够增加奥氏体未再结晶区的变形；将精轧终轧温度控制在 850 900°C，使轧制过程中产生较大的累积应变；通过轧后快速冷却及适当的卷取温度， 得到超细多边形铁素体和少量贝氏体的组成。此外，根据本发明，根据来料的规格(厚度)不同，可以控制粗轧后的中间坯料的厚度为^mm 40mm，控制最终产品的厚度为3mm 12mm。对于轧制时的压下量和坯料的中间厚度，本领域技术人员在本发明的教导下可以根据实际需要来确定实际的轧制工艺； 为了避免冗余，本发明不再对此进行描述。以下列举具体实施例对本发明进行进一步的说明。需要指出的是，实施例只用于对本发明作进一步说明，而不代表本发明的保护范围，因此，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明做出各种修改和变型。
6
在下面的实施例中，通过以下具体工艺流程制备各实施例的钢板以化学成分C、 Si、Mn、S、P和狗为原料，进行电炉或者转炉冶炼，精炼过程对钢水进行合金化处理，然后进行连铸；铸坯经直接加热或者均热后，对铸坯进行粗轧和精轧；轧后采用层流水冷却坯料并进行卷取。实施例1一种高强钢，其化学成分按重量百分比为C :0. 08%、Si :0. 05%, Mn 2. 05%, Nb 0. 042 Ti 0. 13%, V :0. 02 %, Cr 0. 5 %, P :0. 008%, S 0. 001 N :0. 004%, 0 0. 0019%，其余为铁(Fe)和不可避免的杂质。将上述配制好的原料在120吨转炉上冶炼，并连铸成175mmX 1210mmX 11800mm的连铸坯。然后，将连铸坯加热到1230°C，加热时间160分钟，在热连轧机上轧制粗轧开轧温度控制为1150°C，粗轧终轧温度控制为1050°C，粗轧5道次，中间坯厚为30mm;精轧开轧温度控制为1020°C，精轧终轧温度控制为850°C，精轧5道次，精轧平均每道次的压下量控制在20%，精轧机间采用水冷。将上述轧制后坯料进行层流冷却，冷却速度为18°C /s，卷取温度为600°C，最终获取高强钢带，进行开卷剪切成钢板。产品力学性能检验结果见下面的表1。实施例2一种高强钢，其化学成分按重量百分比为C :0. 07%、Si :0. 03%, Mn 2. 25%, Nb 0. 06%, Ti 0. 15%, V :0. 04%, Cr 0. 8%, N :0. 0038%, 0 :0. 002%, P :0. 008%和 S 0. 002%，其余为铁(Fe)和不可避免的杂质。将上述配制好的原料在120吨转炉上冶炼，并连铸成175mmX 1230mmX 11800mm的连铸坯。然后，将连铸坯加热到1250°C，加热时间150分钟，在热连轧机上轧制粗轧开轧温度控制为1180°C，粗轧终轧温度控制为1060°C，粗轧5道次，中间坯厚度为^mm;接着对中间坯进行精轧，精轧开轧温度控制为1040°C，精轧终轧温度控制为880°C，精轧6道次，精轧平均每道次的压下量控制在35%，精轧机间采用水冷。然后，将上述轧制后的坯料进行层流冷却，冷却速度为22°C /S，卷取温度为550°C，最终获取高强钢带，进行开卷剪切成钢板。 产品力学性能检验结果见下面的表1。实施例3一种高强钢，其化学成分按重量百分比为C:0.05%、Si :0. 07%, Mn :3.0%, Nb :0. 048%, Ti :0. 18%, V :0. 05%, Cr :0. 2%, N :0. 038%, 0 :0. 020%, P :0. 005%和 S 0.015%，其余为铁(Fe)和不可避免的杂质。将上述配制好的原料在120吨转炉上冶炼，并连铸成175mmX 1230mmX 11800mm的连铸坯。然后，将连铸坯加热到1150°C，加热时间100分钟，在热连轧机上轧制粗轧开轧温度控制为1120°C，粗轧终轧温度控制为1040°C，粗轧5道次，中间坯厚度为40mm;接着对中间坯进行精轧，精轧开轧温度控制为1000°C，精轧终轧温度控制为850°C，精轧5道次，精轧平均每道次的压下量控制在15%，精轧机间采用水冷。然后，将上述轧制后的坯料进行层流冷却，冷却速度为15°C /S，卷取温度为530°C，最终获取高强钢带，进行开卷剪切成钢板。 产品力学性能检验结果见下面的表1。实施例4一种高强钢，其化学成分按重量百分比为C:0. 12%, Si :0. 1%, Mn :2.0%,Nb 0. 02%, Ti 0. 08%, V 0. 08%, Cr 0. 3%, N 0. 038%, 0 0. 020%, P 0. 010 %和 S 0. 002%，其余为铁(Fe)和不可避免的杂质。将上述配制好的原料在120吨转炉上冶炼，并连铸成175mmX 1230mmX 11800mm的连铸坯。然后，将连铸坯加热到1180°C，加热时间140分钟，在热连轧机上轧制粗轧开轧温度控制为1170°C，粗轧终轧温度控制为1020°C，粗轧5道次，中间坯厚度为36mm ；接着对中间坯进行精轧，精轧开轧温度控制为1000°C，精轧终轧温度控制为850°C，精轧4道次，精轧平均每道次的压下量控制在30%，精轧机间采用水冷。然后，将上述轧制后的坯料进行层流冷却，冷却速度为18°C /S，卷取温度为530°C，最终获取高强钢带，进行开卷剪切成钢板。 产品力学性能检验结果见下面的表1。实施例5一种高强钢，其化学成分按重量百分比为C:0. 15%, Si :0. 03%, Mn :2.6%, Nb :0. 03%, Ti :0. 10%, V :0. 1 Cr :1. 0%, N :0. 0035 0 0. 001 P 0. 008 %禾口 S 0. 002%，其余为铁(Fe)和不可避免的杂质。将上述配制好的原料在120吨转炉上冶炼，并连铸成175mmX 1230mmX 11800mm的连铸坯。然后，将连铸坯加热到1250°C，加热时间150分钟，在热连轧机上轧制粗轧开轧温度控制为1180°C，粗轧终轧温度控制为1060°C，粗轧5道次，中间坯厚度为38mm ；接着对中间坯进行精轧，精轧开轧温度控制为1040°C，精轧终轧温度控制为880°C，精轧5道次，精轧平均每道次的压下量控制在35%，精轧机间采用水冷。然后，将上述轧制后的坯料进行层流冷却，冷却速度为22°C /S，卷取温度为550°C，最终获取高强钢带，进行开卷剪切成钢板。 产品力学性能检验结果见下面的表1。表1实施例1至5的钢板的性能
权利要求
1.一种非调质处理耐疲劳的钢板，其特征在于所述钢板的化学成分按重量百分计由以下物质组成c :0. 05% 0. 15%, Si 彡 0. 1 %、Mn :2. 0 % 3. 0%、P 彡 0. 010%, S 彡 0. 002%, Cr 0. 2% 1. 0%、V :0. 02% 0. 1%、Ti :0. 08% 0. 18%, Nb :0. 02% 0. 06%,N ^ 0. 004%和0 < 0. 002%，其余为铁!^e和不可避免的杂质，其中，所述钢板的抗拉强度在800MPa以上。
2.根据权利要求1所述的非调质处理耐疲劳的钢板，其特征在于所述钢板的金相组织为超细多边形铁素体和少量贝氏体，其中，多边形铁素体的体积百分比为整个金相组织的 85%以上。
3.根据权利要求1所述的非调质处理耐疲劳的钢板，其特征在于所述钢板的化学成分按重量百分计由以下物质组成C :0. 05% 0. 12%、Si彡0. 1%、Mn :2. 0% 2.6%、 P 彡 0. 010%,S 彡 0. 002%,Cr :0. 3% 0. 8%,V :0. 04% 0. 08%,Ti :0. 10% 0. 15%, Nb 0. 03% 0. 06%、N彡0. 004%和0彡0. 002%，其余为铁!^e和不可避免的杂质。
4.一种制造根据权利要求1所述的非调质处理耐疲劳的钢板的方法，所述方法包括冶炼工艺、轧制成型工艺及冷却工艺和卷取工艺，其特征在于，在轧制成型工艺中，控制连铸坯的加热温度为1150°C 1250°C，加热时间达100分钟 160分钟；然后，进行控制轧制， 粗轧开轧温度为1120°C 1180°C，粗轧终轧温度为1020°C 1060°C，精轧终轧温度控制在 850°C 900°C，精轧过程每道次的压下量控制在15% 40%，精轧机架间采用水冷。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在冶炼工艺中，采用预脱硫工艺，将铁水中的S含量控制在0. 005%以下；转炉中添加的石灰采用优质活性石灰，以降低S的掺杂； 转炉挡渣全部挡住；采用Al脱氧剂，将精炼后钢水中的Si含量控制在0. 以下；采用添加钛铁和钛线复合添加的方式来控制铁水中的Ti含量。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在冷却工艺和卷取工艺中，将轧制后的坯料进行层流冷却然后进行卷取，冷却速度为5°C /s 20°C /s，卷取温度为500°C 600°C。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，粗轧过程进行3 5道次轧制，精轧过程进行4 6道次轧制。
全文摘要
本发明提供了一种非调质处理耐疲劳的钢板及其制造方法。非调质处理耐疲劳的钢板的化学成分按重量百分计由以下物质组成C0.05％～0.15％、Si≤0.1％、Mn2.0％～3.0％、P≤0.010％、S≤0.002％、Cr0.2％～1.0％、V0.02％～0.1％、Ti0.08％～0.18％、Nb0.02％～0.06％、N≤0.004％和O≤0.002％，其余为铁Fe和不可避免的杂质，其中，所述钢板的抗拉强度在800MPa以上。根据本发明的成分设计和制造工艺，在提高钢板的强度的同时，能够使钢板具备良好的耐疲劳性能，从而根据本发明的钢板能够满足工程机械和汽车结构钢用户的使用的要求。
文档编号C21D8/02GK102418047SQ20111036388
公开日2012年4月18日 申请日期2011年11月16日 优先权日2011年11月16日
发明者刘莱萌, 孙新军, 张桂南, 李广艳, 王奉县, 王建军, 王洪彬, 王金秀, 赵培林, 路峰, 郭伟达, 陈永生 申请人:莱芜钢铁集团有限公司