一种高强度、高韧性热轧钢带的生产方法
【专利摘要】一种高强度、高韧性热轧钢带的生产方法，包括炼钢、精炼、连铸、均热、热连轧、层流冷却、卷取工艺过程，其特征在于：提高板坯窄面温度，保证连铸坯在扇形段矫直区域的角部温度达到1000℃以上，该钢的均热工序温度为1080℃～1130℃；热连轧工序中终轧温度850℃～870℃；卷取温度为590℃～610℃。本发明技术生产的高强度、高韧性热轧钢带与现有技术生产的产品相比能够降低生产成本，改善板材组织性能，具有成本低、产品质量稳定、强度和冲击韧性优良的优点。本发明生产的高强度、高冲击韧性钢可应用于汽车制造和高强度结构件制造。
【专利说明】一种高强度、高韧性热轧钢带的生产方法
【技术领域】
[0001]本发明属于金属材料领域，涉及到一种高强度、高韧性热轧钢带的生产方法。
【背景技术】
[0002]目前，我国制造高强度结构件主要使用的是低合金高强度钢，最典型的牌号是Q345B，其中最主要的合金元素之一是锰。锰对碳钢的力学性能有良好的影响，能提高钢的强度和硬度，为保证钢材具有足够的强度，一般锰含量在0.9%~1.1%左右。
[0003]锰元素在含量不高(Wlin <0.8%)时，可以稍微提高或不降低钢的塑性和韧性，但当锰含量高于此值后，钢的塑性、韧性等性能指标随之下降。采用现有工艺生产的Q345B低合金高强度钢主要存在的问题就是冷弯开裂、屈强比低和冲击韧性差。
【发明内容】
[0004]根据以上【背景技术】，本发明的目的在于提供一种高强度、高韧性热轧钢带的生产方法
[0005]根据上述目的，本发明整体的技术方案为:
[0006]经研究发现，钛微合金化处理后的热轧板卷可以具有更优良的强度性能，同时很大程度上改善了钢板的韧性和冷加工成型性能。钛的加入可以形成更为稳定的Ti4C2S2，减少了 MnS的析出，Ti4C2S2化合物较硬，在轧制中不易变形，钢中的长条状MnS夹杂物便因Ti4C2S2球状夹杂物的形成而减少，从而改善钢板的韧性和冷弯性能。
[0007]由于钛微合金化具有强韧化的作用，因此钢中锰含量可以降低，解决了 Q345B钢的冲击、冷弯性能差的问题。钛微合金`化对产品晶粒细化和组织改善有利，常温及_20°C冲击试验表明，与现有技术生产的Q345B低合金高强度钢相比较，冲击韧性值更为理想。
[0008]钛微合金化钢在具备良好的冷加工性能的同时，还具有良好的可焊接性能。钛是阻止奥氏体晶粒粗化最理想的元素，钛的加入可以防止在焊接过程中奥氏体晶粒在高温下过度粗化，使整个焊接处的强度与母材强度保持一致，提高钢的焊接性能。细小的TiN粒子可妨碍高温时的晶粒长大，可利用它们对晶粒长大的抑制作用，来控制具有高热输出和从800 V到500 V间漫长冷却时间的焊接件热影响区内的晶粒大小。
[0009]本发明的设计原理是通过在理论上系统分析钢中Mn、Ti等元素对钢的强度、韧性等性能的影响，同时兼顾生产成本及工艺，对这种新型高强度、高韧性热轧钢带的化学成分进行设计，并通过控制轧制和控制冷却的生产技术，由此可获得一种成本低、产品质量稳定、强度和冲击韧性优良的热轧钢带。
[0010]本发明采用顶底复吹转炉+LF精炼炉+薄板坯连铸连轧工艺，整个生产工艺流程为:炼钢、精炼、连铸、均热、热连轧、层流冷却、卷取等工艺过程。
[0011]根据上述目的和整体的技术方案，本发明具体技术方案为:
[0012]1、化学成分
[0013]本发明的所述的高强度、高韧性热轧钢带的化学组成成分)为:C:0.20%~0.23 %，S1:0.10 % ~0.20 %，Mn:0.25 % ~0.35 %，P:≤ 0.025 %，S:≤ 0.01 %，T1:0.025%~0.035%,Als:0.015 ~0.025%,Ca:0.001%~0.002%，余为 Fe 及其他不可避免的杂质。该钢种成分特点是:(I)避开碳含量的包晶区0.08%~0.16%； (2)控制合理的锰含量；(3)精炼采用钛微合金化技术；(4)钢水经Ca处理；(5)控制较低的硫含量。
[0014]上述主要化学成分的设计依据为:
[0015]C:碳是强化钢板的有效元素，但是碳含量在0.08%~0.16%范围内将进入包晶区，凝固过程发生包晶反应并伴随δ — y相变，产生较大的体积收缩，铸坯与结晶器壁之间产生空隙，导出热量较小，坯壳减薄，在表面形成凹陷，凹陷部位冷却和凝固速度比其他部位慢，造成出生坯壳厚度的不均匀，该范围碳含量属于裂纹敏感区，基于这些因素，本发明钢中碳含量控制在0.20%~0.23%。
[0016]Mn:锰加入钢中的主要作用为固溶强化提高钢的强度，同时，钢中的Mn可与S结合成MnS并以线状形态分布于奥氏体中，可改善钢的塑性，是抑制板坯热裂倾向的重要元素，基于这些因素，本发明钢中锰含量控制在0.25%~0.35%。
[0017]T1:钛含量与屈服强度和转变温度有密切关系，钛含量较低时，屈服强度的提高因素是细晶强化。当钛含量高于0.07%后，沉淀强化将显著提高屈服强度，但随着沉淀强化的加强，板材脆性转变温度迅速提高，板材冷弯性能、冲击性能恶化。综合两种因素的影响，本发明中钛含量控制在0.025%~0.035%。
[0018]S:钢的凝固过程中，S在奥氏体晶界的析出降低了钢坯的高温塑性，增加了铸坯的热裂纹敏感性，因此要求降低S含量，基于这些因素，本发明钢中硫含量应小于等于0.01%。
[0019]Ca:本发明涉及的高强度、高韧性钢经Ca处理后，钢中的夹杂物可以有效变性为以CaS为核心的硬质质点，上浮后可从钢水中去除，使钢水洁净度提高，钢中Ca含量控制在
0.001%~0.002%。
[0020]2、铸坯温度控制
[0021]采用薄板坯连铸连轧工艺生产的连铸坯在扇形段矫直区域的角部温度应达到10000C以上，避开850°C~950°C的脆性温度区。根据热力学条件，在此温度范围内TiN将析出。为减缓TiN粒子的粗化，加热温度宜控制在较低的范围；另一方面，当温度低于1000°C后铸坯裂纹敏感性增加。因此，铸坯均热温度应控制在1080°C~1130°C的范围内。
[0022]3、控制轧制和控制冷却技术
[0023]根据Ti (C，N)析出规律，设定合理的温度制度和冷却制度，保证细小的Ti (C，N)粒子充分析出。在保证设备安全的情况下，制定合理的加热制度，实现高精度大变形负荷分配，有利于Ti (C，N)的形变诱导析出，抑制热变形过程中奥氏体晶粒的长大，提高沉淀强化作用。
[0024]为保证成品冲击韧性，生产厚度规格在8.0mm~10.0mm的高强度、高韧性钢时，精轧总压下率必须确保大于70% ;小于8.0mm厚度的产品在确保精轧总压下率的前提下，R2压下率应控制在48%~52%，有利于奥氏体晶粒细化，另一方面有利于轧制过程中析出细小的Ti (C，N)粒子，抑制奥氏体晶粒的长大。
[0025]终轧温度的变化可改变相变前奥氏体的组织，降低终轧温度，可减小相变前奥氏体晶粒尺寸，细化铁素体晶粒，增加细晶强化组分；另一方面，降低终轧温度，将诱发更多的TiC在奥氏体析出，这种析出物尺寸较大，对强度贡献较小，却降低了溶解在奥氏体的TiC，削弱了在低温区析出粒子的数量，使沉淀强化组分随终轧温度下降而减少。此外，由于终轧温度降低，使形变能升高，形变能作为相变的驱动力导致Y — α相变转变温度升高，沉淀的质点增大，削弱了沉淀强化的作用，因此，终轧温度控制在850°C~870°C的范围内。该钢主要组织成分为铁素体+珠光体，晶粒度10~11级。
[0026]对于低锰钛微合金化工艺生产的高强度、高韧性热轧钢带，从动力学角度考虑，由于钛的扩散激活能高，TiC析出过程是钛长程扩散的结果，需要一定的时间才能充分析出。如果冷却速率过快，将抑制TiC的析出过程；同时，钛的固溶量也将提高，对析出过程不利，使析出量减少。基于这些因素，卷取温度控制在590°c~610°C。为减少轧制运行中带钢表面残留水对产品综合性能的影响，在层流冷却装置后部设计安装一套固定风吹装置，利用该装置抑制带钢表面残留水，稳定卷取温度。
[0027]本发明的有益效果是:
[0028]采用本发明所述的化学成分，经过冶炼、LF精炼处理、连铸后浇铸成铸坯，经过2道次粗轧和5道次精轧轧制至成9.5mm厚的钢带。从钢带中间部位截取若干试样进行分析，其化学成分如表1所示，力学性能如表2所示。其中表1为本发明实施例钢与现有技术对比例钢化学成分对比表，表2为本发明实施例钢带与现有技术对比例钢带力学性能对比表，其中，1-4#为本发明实施例，5-6#为现有技术生产的Q345B低合金高强度钢对比例。
[0029]表1本发明实施例钢与现有技术对比例-化学成分对比表
[0030]
【权利要求】
1.一种高强度、高韧性热轧钢带的生产方法，其钢的化学成分(wt% )为:C:0.20%~.0.23 %, S1:0.10 % ~0.20 %，Mn:0.25 % ~0.35 %，P:≤ 0.025 %，S: ^ 0.01 %, Ti:.0.025%~0.035%,Als:0.015 ~0.025%,Ca:0.001%~0.002%，余为 Fe 及其他不可避免的杂质，包括炼钢、精炼、连铸、均热、热连轧、层流冷却、卷取工艺过程，其特征在于: (1)、板坯连铸工序时，提高板坯窄面温度，保证连铸坯在扇形段矫直区域的角部温度达到1000°C以上，避开850°C~950°C的脆性温度区， (2)、该钢的均热工序温度为1080°C~1130°C， (3)、热连轧工序中终轧温度850°C~870°C，成品厚度规格在8.0mm~10.0mm之间的精轧总压下率大于70% ;小于8.0mm厚度的产品在确保精轧总压下率的前提下，R2压下率应控制在48%~52%， (4)、卷取温度为59 0°C~610°C。
【文档编号】C21D8/02GK103805850SQ201210454737
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年11月1日 优先权日:2012年11月1日
【发明者】孙利军, 朴峰云, 王晓春, 王韶光, 关春立, 王春成, 于大海, 李松波, 柴超, 尚冰, 李春雷, 韩立海, 谢勇 申请人:通化钢铁股份有限公司