专利名称：屈服强度1100MPa级工程机械用非调质态热轧带钢及制备方法
技术领域：
本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种屈服强度IlOOMPa级工程机械用非调质态热轧带钢及制备方法。
背景技术：
随着工程机械行业的发展，对强度级别在900MPa以上的高强钢的需求越来越急迫，同时，为了节省资源、节约能源及保护环境，迫切需要研发强度水平更高的高品质钢材。目前，高强钢的强度级别从屈服强度900MPa到屈服强度在IlOOMPa以上，整体上来说，对强度、韧性和焊接使用性能的综合要求越来越高。
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国外学者Koo等人，采用低C高Mn，通过添加Nb、V、Ni、Mo、B等合金元素，通过控轧在线淬火方法制备了抗拉强度超过930MPa的中厚板钢材，钢板显微组织具有一定比例的板条马氏体。Tamehiro等人采用低C,高Mn-Ni-Mo化学成分开发了热轧高强度钢，并认为要使抗拉强度超过950MPa，钢板显微组织中必须含有90%以上的马氏体，因此，成分设计上添加了大量的Ni和Mo元素，合金成本较高。国内康永林、郑华、姚连登等学者针对高强度的低碳贝氏体进行了细致研究，通过Nb、Ti、Ni、Mo、B等合金元素的添加，通过形成铌钛析出强化结合贝氏体组织的相变强化使钢材具有更好的成形性能和低温韧性，从成分设计上，采用了大量的Nb、Ni和Mo等贵重合金元素，因此，生产成本较高。目前，国外瑞典SSAB、日本、芬兰及国内的舞阳、湘钢、南钢、宝钢等各大钢厂实际生产的900MPa级的热轧高强钢都不同程度地添加了高附加值的Mo、Cr、Ni等合金元素，且生产工艺为热轧+调质处理，调质工艺的处理过程为，首先将热轧后的钢板加热到高温奥氏体区或两相区，温度为850 9500C，在此温度下保温30 60min不等，然后淬火，将淬火后的钢板进行400 600°C回火处理，显微组织以回火马氏体为主。对于屈服强度为IlOOMPa的高强度钢板来说，
赵四新、姜洪生等阐述了一种热处理高强钢，其成分特点为C:0. 15 0. 25%、Si O. 10 0· 50%、Mn 0. 60 1· 20%、P 彡 O. 013%、S 彡 O. 003%、Cr 0. 20 0· 55%、Mo 0. 20 0· 70%、Ni 0. 60 2· 00%、Nb :0 0· 07%、V :0 0· 07%、B 0. 0006 O. 0025%、Al 0. 0Γ0. 08%、Ti
O.003 O. 06%、H彡O. 00018%、N彡O. 0040%、O彡O. 0030%，采用淬火加回火热处理，获得回火马氏体组织。潘辉、郭佳、朱国森等阐述了一种1100-1200MPa的热处理高强钢，其化学成分特点为C 0. 15 O. 18% ；Si 0. 20-0. 25 % ；Mn 0. 85 I. 25% ；Cr 0. 20 0. 60 % ;Mo 0. 45 0. 65 % ；V 0. 035 0. 060 % ；Nb 0. 015 0. 020 % ；Ni 0 0. 55 % ；Cu 0 0. 035% ；A1 0. 01 0. 06% ；P ·.( 0. 015% ；S ·.( 0. 01% ；N ·.( 0. 008%，其工艺特点为将铸坯加热至1150 1250°C，终轧温度为860 920°C ;卷取温度为650 750°C ;淬火加热温度为880 930°C，保温时间为20 90min，回火加热温度为100 450°C，保温时间大于90min，缓冷或空冷至室温。孙全社、张爱文等阐述了一种屈服强度IlOOMPa以上超高强度钢板，其成分特点为C O. 10 O. 20% ;Si彡O. 6% ;Μη O. 5 2. 5 % ;A1彡O. 03 % ;N O. 001 O. 006 % ；B O O. 0025% ；Ca O O. 006% ；P ( O. 015% ；S ( O. 005% ；NiO.2 1.2%、Cr O 0.8%、Cu O O. 5%和Mo O O. 6%中的一种或几种以上；Ti
O.01 0.03%、V O O. I %和Nb O. 01 O. I %中的一种或几种以上；其工艺路线为在线淬火+离线回火。综上所述，对于强度级别在IlOOMPa以上的超高强钢来说，其成分设计和工艺设计都较为复杂，从成分设计来说，都加入了大量的合金元素，而对于生产工艺来说，均采用较为复杂的热处理工艺，获得以贝氏体或回火马氏体组织的IlOOMPa级高强钢。
发明内容
针对以上技术问题，本发明提供一种屈服强度IlOOMPa级工程机械用非调质态热轧带钢及制备方法，目的是通过合理的成分设计，以及通过控轧控冷工艺使带钢的屈服强度高于llOOMPa，省去复杂的热处理工艺，简化生产流程，代替同一级别调质态的热轧钢板 或低级别的低合金高强度钢。本发明的屈服强度IlOOMPa级工程机械用非调质态热轧带钢的化学成分按重量百分比为C O. 06 O. 12%, Si O. 10 0· 30%, Mn I. 60 2· 00%, Nb O. 00 0· 04%, V O. 00 0· 04%,Ti O. 15 O. 20%, Ni O. 4 O. 80%,Mo O. 20 0· 60%, P < O. 012%, S < O. 01%，余量为铁 Fe，其屈服强度彡llOOMPa，抗拉强度彡1180MPa，断后伸长率彡11%。本发明的制备方法按以下步骤进行
(O按设定成分冶炼钢水并铸成铸坯，设定成分按重量百分比为CO. 06、. 12%，Si O. 10 0· 30%, Mn I. 60 2· 00%, Nb O. 00 0· 04%, V0. 00 0· 04%, Ti O. 15 O. 20%, Ni
O.4 O. 80%, Mo O. 20 0· 60%, P < O. 012%, S < O. 01%,余量为铁 Fe，铸坯厚度为 220 250臟；
(2)将铸坯加热至122(Tl250°C，进行5 7道次粗轧，粗轧开轧温度为112(Tll7(TC，终轧温度为98(Tl070°C，获得厚度为38 58mm的中间坯；
(3)对中间坯进行5 7道次精轧，精轧开轧温度为95(Tl020°C，终轧温度为80(T880°C，精轧每道次压下量控制在15 40%，精轧后带钢厚度为2飞mm ；
(4)精轧后以15飞0°C/s的速度将带钢冷却至20(T400°C，进行卷取，获得热轧带钢产品，其屈服强度彡llOOMPa，抗拉强度彡1180MPa，断后伸长率彡11%。本发明是采用低碳成分设计，通过合理添加微合金元素和控轧控冷工艺，生产屈服强度大于llOOMPa，抗拉强度大于1180MPa，断后伸长率不低于11%，同时具有良好使用性能的结构钢带，其金相组织为晶粒较为细小的贝氏体/马氏体组织。本发明中钢种成分的设置考虑了以下几点
C对强化钢板是有效的，但同时降低了其成型性及焊接性，这些性能对其使用性能来说是必不可少的，因此碳的含量控制在低碳钢范围内；Mn能够通过固溶强化及相变强化来有效的提高钢材的性能，但同时会降低其点焊能力及电镀能力，考虑到高强钢板的实际使用性能要求，所以锰的含量控制在2%以下；Si和P能提高钢材的强度，但同时会降低钢材的电镀能力，所以他们的含量控制的很低；为了在低碳钢的基础上，将屈服强度提高到IlOOMPa以上，添加了大量的微合金元素钛，利用微合金元素钛的析出强化作用有效提高实验钢的性能，添加Mo合金元素，抑制了高温阶段铁素体组织的相变，提高了钢材的淬透性，有利于形成低温相变产物-贝氏体、马氏体等。本发明制备屈服强度IlOOMPa级的非调质态热轧带钢采用的是TMCP(热机械控制过程)，依据是通过高温区的奥氏体再结晶控制轧制，充分细化奥氏体晶粒；精轧终轧温度控制在80(T88(TC，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度温度的卷取，得到细化的贝氏体及马氏体的复相组织；
本发明对屈服强度IlOOMPa级非调质态热轧带钢提供了一种新的生产工艺路线，取消了目前生产该级别钢材的调质热处理工艺，实现了工艺的减量化，产品的组织为贝氏体/马氏体组织，细化的贝氏体/马氏体组织使材料具有较高的力学性能及良好的塑性，同时，由于成分设计上碳含量较低，材料的焊接性能得到很大改善。本发明热轧带钢与同强度级别的热处理高强度钢相比具有如下优点
(I)本发明热轧带钢由于取消了调质热处理工艺，实现了工艺的减量化，大大降低了生产成本，采用本发明热轧带钢，每吨可降低成本不少于300元，可以产生很大的经济效益。(2)本发明热轧带钢成分设计上采用低碳成分路线，在保证力学性能要求的基础上，产品具有较好的焊接性能，有效降低焊接预热温度，降低了焊接的成本及难度。·
图I为本发明实施例I制备的热轧带钢产品的金相组织图。
具体实施例方式本发明实施例中采用的轧机为2250mm热连轧机。实施例I
按设定成分在150吨转炉中冶炼钢水，并连铸成铸坯，其设定成分按重量百分比为C O. 06 %，Si O. 20%, Mn I. 60%, Nb O. 02%, V O. 04%, Ti O. 15%, Ni O. 4%, Mo O. 20%, P
<O. 012%, S < O. 01%，余量为铁Fe，铸坯厚度为220mm。将铸坯加热至1250°C，进行粗轧，粗轧过程为5道次，粗轧开轧温度为1170°C，粗轧终轧温度为1070°C，获得厚度为38mm的中间坯。将中间坯进行精轧，精轧过程为7道次，精轧开轧温度为980°C，二轧温度为9500C，三轧温度为930°C，四轧温度为890°C，五轧温度为850°C，六轧温度为820°C，终轧温度为800°C，精轧每道次压下量控制在15 40%，精轧后带钢厚度为2mm。精轧后以60°C /s的速度水冷至300°C，通过卷取机卷取，获得成分按重量百分比为 C O. 06 %，Si O. 20%, Mn I. 60%, Nb O. 02%, V O. 04%, Ti O. 15%, Ni O. 4%, Mo O. 20%, P
<O. 012%, S < O. 01%，余量为铁Fe的成品热轧带钢，其金相组织如图I所示，组织为细小的贝氏体/马氏体，力学性能测试结果为屈服强度1150MPa，抗拉强度1250 MPa，断后伸长率12%，冷弯测试(B=35，d=2a)合格。实施例2
铸坯的制备方法及成分同实施例I，铸坯厚度为250_。粗轧过程同实施例1，获得厚度为58mm的中间坯。将中间坯进行精轧，精轧过程为6道次，精轧开轧温度为950°C，二轧温度为9300C，三轧温度为910°C，四轧温度为880°C，五轧温度为850°C，终轧温度为830°C，精轧每道次压下量控制在15 40%，精轧后带钢厚度为6mm。精轧后以35°C /s的速度水冷至400°C，通过卷取机卷取，获得成分按重量百分比为 C O. 06 %，Si O. 20%, Mn I. 60%, Nb O. 02%, V O. 04%, Ti O. 15%, Ni O. 4%, Mo O. 20%,P < O. 012%, S < O. 01%，余量为铁Fe的成品热轧带钢，力学性能测试结果为屈服强度llOOMPa，抗拉强度1185MPa，断后伸长率11. 5%，冷弯测试(B=35，d=2a)合格。实施例3
铸坯的制备方法及成分同实施例I，铸坯厚度为240_。粗轧过程同实施例1，获得厚度为45mm的中间还。将中间坯进行精轧，精轧过程为5道次，精轧开轧温度为1020°C，二轧温度为980°C，三轧温度为920°C，四轧温度为900°C，终轧温度为880°C，精轧每道次压下量控制在15 40%，精轧后带钢厚度为4mm。
精轧后以15°C /s的速度水冷至200°C，通过卷取机卷取，获得成分按重量百分比为 C O. 06 %，Si O. 20%, Mn I. 60%, Nb O. 02%, V O. 04%, Ti O. 15%, Ni O. 4%, Mo O. 20%, P
<O. 012%，S < O. 01%，余量为铁Fe的成品热轧带钢，对应的力学性能测试结果为屈服强度1120MPa，抗拉强度1190MPa，断后伸长率12%，冷弯测试(B=35，d=2a)合格。实施例4
按设定成分在150吨转炉中冶炼钢水，并连铸成铸坯，其成分按重量百分比为C
O.08%, Si O. 10 %，Mn 2. 00%, Nb O. 00 %，V0. 00 %，Ti O. 20 %，Ni O. 80%, Mo O. 60%, P
<O. 012%, S < O. 01%，余量为铁Fe，铸坯厚度为220mm。将铸坯加热至1220°C，进行粗轧，粗轧过程为7道次，粗轧开轧温度为1150°C，1轧温度为1000°c，获得厚度为38mm的中间坯。将中间坯进行精轧，精轧过程为5道次，精轧开轧温度为1020°C，二轧温度为970°C，三轧温度为940°C，四轧温度为910°C，终轧温度为880°C，精轧每道次压下量控制在15 40%，精轧后带钢厚度为2mm。精轧后以60°C /s的速度水冷至400°C，通过卷取机卷取，获得成分按重量百分比为 C O. 08%, Si O. 10 %，Mn 2. 00%, Nb O. 00 %，V O. 00 %，Ti O. 20 %，Ni O. 80%, Mo O. 60%,P < 0.012%，S < O. 01%，余量为铁Fe的成品热轧带钢，力学性能测试结果为屈服强度lllOMPa，抗拉强度1190MPa，断后伸长率11%，冷弯测试(B=35，d=2a)合格。实施例5
铸坯的制备方法及成分同实施例4，铸坯厚度为230_。粗轧过程同实施例4,获得厚度为45mm的中间还。将中间坯进行精轧，精轧过程为6道次，精轧开轧温度为970°C，二轧温度为9500C，三轧温度为920°C，四轧温度为880°C，五轧温度为840°C，终轧温度为820°C，精轧每道次压下量控制在15 40%，精轧后带钢厚度为4mm。精轧后以30°C /s的速度水冷至350°C，通过卷取机卷取，获得成分按重量百分比为 C O. 08%, Si O. 10 %，Mn 2. 00%, Nb O. 00 %，V O. 00 %，Ti O. 20 %，Ni O. 80%, Mo O. 60%,P < 0.012%，S < O. 01%，余量为铁Fe的成品热轧带钢，力学性能测试结果为屈服强度llOOMPa，抗拉强度1180 MPa，断后伸长率11. 5%，冷弯测试(B=35，d=2a)合格。实施例6
铸坯的制备方法及成分同实施例4，铸坯厚度为240_。粗轧过程同实施例4,获得厚度为58mm的中间还。
将中间坯进行精轧，精轧过程为5道次，精轧开轧温度为950°C，二轧温度为930°C，三轧温度为900°C，四轧温度为850°C，终轧温度为800°C，精轧每道次压下量控制在15 40%，精轧后带钢厚度为6mm。精轧后以15°C /s的速度水冷至200°C，通过卷取机卷取，获得成分按重量百分比为 C O. 08%, Si O. 10 %，Mn 2. 00%, Nb O. 00 %，V O. 00 %，Ti O. 20 %，Ni O. 80%, Mo O. 60%,P < 0.012%，S < O. 01%，余量为铁Fe的成品热轧带钢，力学性能测试结果为屈服强度llOOMPa，抗拉强度1200 MPa，断后伸长率11. 5%，冷弯测试(B=35，d=2a)合格。实施例7
按设定成分在150吨转炉中冶炼钢水，并连铸成铸坯，其成分按重量百分比为C
O.12%, Si O. 30%, Mn I. 80 %，Nb O. 04%, V O. 02%, Ti O. 18%, Ni O. 60%, Mo O. 40%, P
<O. 012%, S < O. 01%，余量为铁Fe，铸坯厚度为240mm。 将铸坯加热至1240°C，进行粗轧，粗轧过程为6道次，粗轧开轧温度为1120°C，终轧温度为980°C，获得厚度为42mm的中间坯。将中间坯进行精轧，精轧过程为7道次，精轧开轧温度为1000°C，二轧温度为9700C，三轧温度为940°C，四轧温度为900°C，五轧温度为860°C，六轧温度为820°C，终轧温度为800°C，精轧每道次压下量控制在15 40%，精轧后带钢厚度为2mm。精轧后以60°C /s的速度水冷至400°C，通过卷取机卷取，获得成分按重量百分比为 C O. 12%, Si O. 30%, Mn I. 80 %，Nb O. 04%, V O. 02%, Ti O. 18%, Ni O. 60%, Mo O. 40%,P < O. 012%, S < O. 01%，余量为铁Fe的成品热轧带钢，力学性能测试结果为屈服强度1120MPa，抗拉强度1190 MPa，断后伸长率12%，冷弯测试(B=35，d=2a)合格。实施例8
铸坯的制备方法及成分同实施例4，铸坯厚度为240_。粗轧过程同实施例4，获得厚度为48mm的中间坯。将中间坯进行精轧，精轧过程为5道次，精轧开轧温度为1020°C，二轧温度为970°C，三轧温度为940°C，四轧温度为910°C，终轧温度为880°C，精轧每道次压下量控制在15 40%，精轧后带钢厚度为5mm。精轧后以30°C /s的速度水冷至300°C，通过卷取机卷取，获得成分按重量百分比为 C O. 12%, Si O. 30%, Mn I. 80 %，Nb O. 04%, V O. 02%, Ti O. 18%, Ni O. 60%, Mo O. 40%,P < 0.012%, S < O. 01%，余量为铁Fe的成品热轧带钢，力学性能测试结果为屈服强度1130MPa，抗拉强度1190 MPa，断后伸长率11. 5%，冷弯测试(B=35，d=2a)合格。实施例9
铸坯的制备方法及成分同实施例4，铸坯厚度为240_。粗轧过程同实施例4，获得厚度为38mm的中间坯。将中间坯进行精轧，精轧过程为6道次，精轧开轧温度为980°C，二轧温度为9500C，三轧温度为910°C，四轧温度为880°C，五轧温度为860°C，终轧温度为840°C，精轧每道次压下量控制在15 40%，精轧后带钢厚度为2mm。精轧后以40°C /s的速度水冷至200°C，通过卷取机卷取，获得成分按重量百分比为 C O. 12%, Si O. 30%, Mn I. 80 %，Nb O. 04%, V O. 02%, Ti O. 18%, Ni O. 60%, Mo O. 40%,P < 0.012%, S < O. 01%，余量为铁Fe的成品热轧带钢，力学性能测试结果为屈服强度1150MPa，抗拉强度1200 MPa，断后伸长率12%，冷弯测试(B=35，d=2a) 合格。
权利要求
1.一种屈服强度IlOOMPa级工程机械用非调质态热轧带钢，其特征在于化学成分按重量百分比为C O. 06 O. 12%, Si O. 10 0· 30%, Mn I. 60 2· 00%, Nb O. 00 0· 04%,V0. 00 0· 04%, TiO. 15 O. 20%, NiO. 4 O. 80%, MoO. 20 0· 60%, P < O. 012%, S < O. 01%,余量为铁Fe，其屈服强度彡llOOMPa，抗拉强度彡1180MPa，断后伸长率彡11%。
2.一种屈服强度IlOOMPa级工程机械用非调质态热轧带钢的制备方法，其特征在于按照以下步骤进行 (O按设定成分冶炼钢水并铸成铸坯，设定成分按重量百分比为CO. 06、. 12%，Si O. 10 0· 30%, Mn I. 60 2· 00%, Nb O. 00 0· 04%, V O. 00 0· 04%, Ti O. 15 O. 20%, NiO. 4 O. 80%, Mo O. 20 0· 60%, P < O. 012%, S < O. 01%，余量为铁 Fe，铸坯厚度为 220 250臟； (2)将铸坯加热至122(Tl250°C，进行5 7道次粗轧，粗轧开轧温度为112(Tl170°C，终轧温度为98(Tl070°C，获得厚度为38 58mm的中间坯； (3)对中间坯进行5 7道次精轧，精轧开轧温度为95(Tl020°C，终轧温度为80(T880°C，精轧每道次压下量控制在15 40%，精轧后带钢厚度为2飞mm ； (4)精轧后以15飞(TC/s的速度将带钢冷却至20(T400°C，进行卷取，卷取后的钢卷产品直接使用，其屈服强度彡llOOMPa，抗拉强度彡1180MPa，断后伸长率彡11%。
全文摘要
本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种屈服强度1100MPa级工程机械用非调质态热轧带钢及制备方法。本发明的屈服强度1100MPa级工程机械用非调质态热轧带钢的化学成分按重量百分比为C0.06~0.12%，Si0.10~0.30%，Mn1.60~2.00%，Nb0.00~0.04%，V0.00~0.04%，Ti0.15~0.20%，Ni0.4~0.80%，Mo0.20~0.60%，P＜0.012%，S＜0.01%，余量为铁Fe，其屈服强度≥1100MPa，抗拉强度≥1180MPa，断后伸长率≥11%。本发明是采用低碳成分设计，通过合理添加微合金元素和控轧控冷工艺，生产屈服强度大于等于1100MPa，抗拉强度大于等于1180MPa，断后伸长率不低于11%，同时具有良好使用性能的结构钢带，其金相组织为晶粒较为细小的贝氏体/马氏体组织，每吨可降低成本不少于300元，可以产生很大的经济效益。
文档编号C22C38/14GK102943204SQ201210491489
公开日2013年2月27日 申请日期2012年11月28日 优先权日2012年11月28日
发明者衣海龙, 刘振宇, 吴迪, 王国栋 申请人:东北大学