一种800MPa级多特性热轧钢板及其制备方法与流程

本发明涉及的是一种热轧高强钢板，本发明也涉及的是一种热轧高强钢板的制备方法。特别是一种多特性热轧钢板及其制备方法。

背景技术：

微合金化是改善钢材综合性能的基本方式，Ti、Nb、V等元素是钢中常用的合金元素，但随着社会和经济的发展，钢铁工业所面临的转型升级。目前国内对高附加值的钢材需求迫切。特别是对钢材综合性能(多特性)的要求越来越高，例如建筑行业不仅要求所用钢材具有高的强度、塑性、可加工性，同时要求具有良好的耐火性能。这就大大增加了开发的技术难度。

钢板的塑性与强度之间是相互矛盾的关系，高强度通常意味着较低的塑性，这就限制了传统的热轧薄板应用范围。比如目前高扩孔钢的强度级别主要集中在440和590MPa强度级别上，其显微组织主要是铁素体和贝氏体。从组织类型角度来看，铁素体型或贝氏体型的组织具有比较高的扩孔性能，但其强度相对较低，难以达到800MPa及以上级别，这样就限制了一些零部件的减薄潜力。为了解决钢板的扩孔性与强度间的矛盾，迫切需要开发一种更高强度如800MPa同时又具有良好塑韧性的新钢种。

大量研究结果已证实，弥散分布的纳米级碳化物可提高钢的强度同时且提高其均匀塑性。日本的JFE公司开发了一种成分为0.04wt.％C-1.5wt.％Mn-0.1wt.％Ti-0.20wt.％Mo，强度级别为780MPa，组织为铁素体和纳米级碳化物的高强度含Ti-Mo钢。该钢不仅具有良好的强塑性，还具有较好的可加工性，拓孔率高达120％。虽然JFE公司开发的Ti-Mo钢已经具备一定的高温力学性能稳定性，例如在650℃保温25小时，抗拉强度仅有小幅度降低，但是该钢的高温性能仍远远达不到智能型耐火钢的要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种抗拉强度高、具有智能耐火特性的800MPa级多特性热轧钢板。本发明的目的还在于提供一种800MPa级多特性热轧钢板的制备方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的800MPa级多特性热轧钢板，其化学成分及质量百分比为：C：0.04-0.12wt.％、Si：0.1-0.5wt.％、Mn：0.5-1.5wt.％、Cr：≤0.05wt.％、Ti：0.06-0.18wt.％、W：0.1-1.0wt.％、S：<0.01wt.％、P：<0.015wt.％、N：<0.005wt.％，其余为Fe及不可避免的杂质元素。

本发明的800MPa级多特性热轧钢板的制备方法为：

(1)熔炼、铸造采用感应炉在氩气保护中熔炼并浇注浇注成铸坯；

(2)将连铸坯装入加热炉中加热，加热温度为1200～1250℃，时间为1～5小时，加热后进行轧制；

(3)开轧温度1000～1100℃，终轧温度为860～900℃，每道次压下量控制在1～6mm；累积变形量≥90％；

(4)轧后加速冷却，冷速不低于30℃/s冷速水冷至500～700℃，卷取后随炉冷至室温。

本发明提供了一种800MPa级多特性热轧钢板及其制备方法。通过采用Ti-W复合合金化的成分设计替代现有的Ti-Mo合金化设计，匹配合理的轧制工艺，得到贝氏体+少量铁素体组织的高强度热轧钢板，厚度为2.2-6mm，抗拉强度为700-820MPa以上，总延伸率为≥24％，均匀延伸率≥13％，钢板的扩孔率≥90％，650℃加热保温2-10小时，抗拉强度提高30-50MPa，满足建筑等领域对高强钢板的多特性需求。

本发明通过设计准确合理的成分和与之相匹配的工艺设计制备出一种抗拉800MPa级多特性热轧板。具体思路是：加入较高含量的Ti，一方面保证在未再结晶区轧制时析出细小的TiC粒子，抑制奥氏体再结晶，使其扁平化，促进相变产物形核(贝氏体或铁素体)，细化最终组织；另一方面保证在热轧卷取阶段在基体中析出大量弥散细小的纳米碳化物，起到强烈的弥散析出强化效果。添加适量的W以提高在卷取过程中纳米粒子的高温热稳定性，避免纳米碳化物发生粗化而使其弥散析出强化效果减弱；同时，W可促进贝氏体相变，获得贝氏体组织，提高相变强化的同时为轧后回火过程中的纳米碳化物的二次析出提供形核位置(位错)。此外，轧制采用奥氏体再结晶区至奥氏体非再结晶区轧制，配合终轧后高速冷却至合适的卷取温度，获得均匀细小的贝氏体为主的组织，从而保证了热轧板的高强度和高扩孔率。本发明通过控制卷取过程中的纳米碳化物析出，获得了轧态抗拉强度高达800MPa级。此外，轧态钢板在高温服役过程中的纳米碳化物二次析出能使强度不降反升，从而实现智能耐火特性。

本发明各元素的作用及配比依据如下：

碳：作为最主要的固溶强化元素，可显著提高钢的屈服强度和抗拉强度，为保证抗拉强度达800MPa级，碳含量应在0.03％以上；但碳含量过高，难以保证钢板的塑韧性。因此，本发明热轧板采用低碳成分设计，C含量范围为0.04-0.12wt.％。

硅：钢中脱氧元素之一，同时具有较强的固溶强化作用，但过量的Si将恶化钢的韧性及焊接性能。综合上考虑，本发明热轧板的Si含量范围为0.1-0.5wt.％。

锰：具有细化晶粒和提高淬透性的作用，同时具有一定的固溶强化作用。Mn含量过高时，其在铸坯中的偏析倾向增加。因此Mn含量范围为：0.5-1.5wt.％。

铬：提高钢的淬透性和耐大气腐蚀性能，但较高含量的Cr将降低焊接性能，应控制在0.05wt.％以内。

钛：Ti是本发明的重要元素之一。本发明加入较高含量的Ti主要目的是为了在奥氏体向铁素体转变过程中，在基体中形成更多的纳米级碳化物，同时需要添加一定量的W元素以保证纳米级碳化物在高温时仍具有较强的抗粗化能力，即具有高的热稳定性。Ti发挥最佳析出强化效果的含量范围为0.06-0.18％。

钨：W也是本发明的关键元素之一。W是强铁素体形成元素，促进贝氏体相变，产生相变强化效应，与Ti复合析出能够产生显著的沉淀强化和固溶强化效果，且能提高室温和低温拉伸强度，改善塑性。在铁素体中析出的(Ti,W)C复合粒子，不仅具有良好的高温稳定性，而且能够产生显著的沉淀强化效果。在本发明中将W含量控制在0.2-1.0wt.％范围内能够发挥最佳的析出强化果。

磷：钢中杂质元素，显著降低塑韧性，其含量应控制在0.015wt.％以内。

氮、硫：可与Ti结合形成各类氧化物、氮化物或硫化物，其尺寸较大，既无细化晶粒作用也无沉淀强化作用，还在一定程度上损害钢板的韧塑性，是造成含Ti钢性能波动的主要原因，应严格加以控制。钢中氮、硫含量应分别控制在0.005％和0.01％以内。

本发明制备的800MPa级多特性热轧板的微观组织是贝氏体+少量铁素体组织结构，贝氏体含量在90％以上，基体中弥散分布有大量的纳米级碳化物，其尺寸为3-20nm。

本发明制备的热轧板的屈服强度650-750MPa，抗拉强度700-820MPa，屈强比0.8以上，均匀延伸率≥13％，总延伸率≥24％，可加工性优良，扩孔率≥90％；厚度为2.2-6mm。

本发明制备的具有智能耐火特性，650℃加热保温2-10小时，强度增高30-50MPa。

本发明涉及的800MPa级多特性热轧板的工艺设计原理如下：

在轧制工艺设计上，为了配合高Ti的成分设计，铸坯的加热温度必须≥1200℃，以保证有尽可能多的Ti原子固溶在板坯中，同时又要避免因温度过高使奥氏体晶粒发生明显长大，特别是避免发生反常晶粒长大；轧制过程应尽量快速完成，避免轧制阶段过多Ti的碳氮化物析出。

轧制温度区间包含再结晶轧制和未再结晶轧制以最大限度地实现组织细化，通过形变诱导析出(Ti,W)C抑制奥氏体再结晶，奥氏体逐渐扁平化，晶界面积增加，同时奥氏体晶内产生大量形变带和位错等缺陷，提高后续相变的形核率，从而细化相变后组织。轧后采用层流冷却，以进一步提高相变形核率和细化组织。结合钢的化学成分，采用不同的卷取温度可以获得不同比例的贝氏体和铁素体两相组织，同时在基体中析出大量的(Ti,W)C复合粒子，最终产生获得不同的强化效果。由于这种(Ti,W)C复合粒子具有极高的热稳定性，在650℃长时间保温后尺寸不会发生明显变化，仍能保持显著的析出强化效果；而在保温过程中的贝氏体中(Ti,W)C纳米碳化物的继续析出，使材料具有了智能耐火特性。

附图说明

图1为热轧板1#的光学微观组织。

图2为热轧板1#的EBSD晶界图。

图3为热轧板1#中超细纳米碳化物的TEM图。

具体实施方式

本发明的800MPa级多特性热轧板的制备方法如下：

(1)熔炼、铸造采用感应炉在氩气保护中(<2ppm O²)熔炼并浇注浇注成铸坯；

(2)铸坯加热将板坯在1200-1250℃温度下加热1-5小时；

(3)热轧开轧温度1000-1100℃，终轧温度为860-900℃，每道次压下量控制在1-6mm，累积变形量≥90％；终轧结束后以不低于30℃/s的冷速水冷至500-700℃；

(4)卷取卷取温度为500-700℃，卷取后随炉冷却至室温。

本发明的800MPa级多特性热轧钢板的化学成分及质量百分比为：C：0.04-0.12wt.％、Si：0.1-0.5wt.％、Mn：0.5-1.5wt.％、Cr：0.01-0.05wt.％、Ti：0.06-0.18wt.％、W：0.1-1.0wt.％、S：<0.01wt.％、P：<0.015wt.％、N：<0.005wt.％，其余为Fe及不可避免的杂质元素。

(1)所得到的热轧板的屈服强度650-750MPa，抗拉强度700-820MPa，屈强比0.8-0.9，均匀延伸率≥13％，总延伸率≥24％，厚度为2.2-6.0mm；

(2)所得到的热轧钢板的可加工性优良，扩孔率≥90％；

(3)所得到的热轧钢板的具有智能耐火特性，650℃加热保温2-10小时，抗拉强度增高30-50MPa；

(4)所得到的热轧钢板的微观组织为贝氏体加少量铁素体的组织结构，贝氏体体积百分比含量≥90％；基体组织中弥散分布Ti-W复合碳化物，其尺寸为3-20nm。

下面举例对本发明做更详细的描述。

本发明热轧板的化学成分如表1所示。采用感应炉在氩气保护中(<2ppm O²)熔炼并浇注，在1100℃温度下锻为φ26×100mm圆柱。切取合适尺寸的试样于1200℃保温5h进行固溶处理。截取三段试样，以30℃/s的速率加热至1200℃并保温1h后进行7道次轧制，开轧温度为1100℃，终轧温度为900℃。道次压下量依次为6，5，4，3，2，3，1mm。再将试样以30℃/s的速度分别冷却至550℃，600℃，650℃保温1h后随炉冷却。钢坯加热温度、开轧温度、终轧温度等主要工艺参数和钢板厚度规格见表2，相应热轧板的拉伸强度、延伸率、等在表3中列出。将600℃和650℃卷曲获得的钢板分别在650℃回火保温15×10³s和80×10³s。

表1 本发明800MPa级多特性热轧板的化学成分(wt.％)

表2 本发明实施例1-3 800MPa级多特性热轧板的主要生产工艺参数

表3 本发明实施例1-3 800MPa级多特性热轧板的力学性能

表4 2#、3#在650℃保温不同时长后的力学性能

本发明的优点在于：

采用较低成本的Ti微合金化成分设计，不添加成本较高的Nb、V，添加W元素促进贝氏体相变同时与Ti复合析出形成具有良好热稳定性的(Ti,W)C粒子，同时实现高的细晶强化、相变强化与析出强化效果，获得了一种抗拉强度800MPa级，扩孔率≥90％且具有良好耐火特性的多特性热轧板。