非调质高强度钢板及其生产方法与流程

1.本发明涉及钢铁制造技术领域，尤其涉及一种非调质高强度钢板的生产方法及非调质高强度钢板。


背景技术：

2.随着工程机械、矿山机械、钢结构等产业的发展，社会对高强钢的需求越来越大。现有高强度钢板通常会添加昂贵合金ni、mo、nb等中的一种或多种以提高钢板强度及淬透性，大大增加了生产成本；并且钢板在轧制后往往需要离线淬火，导致生产周期较长，容易影响交货周期，还提高了生产成本，此外，薄规格钢板在离线淬火后板形较差，而板形控制目前仍是很多钢厂面临的难题，导致最终形成的钢板的不平度难以满足标准要求。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种非调质高强度钢板的生产方法，以及一种采用该生产方法制备而成的非调质高强度钢板，所述钢板合金成本低廉，生产工序简单、性能稳定、板形良好，解决了现有技术中高强度钢板成本高、生产工序复杂且板型差的问题。
4.为了实现上述发明目的之一，本发明一实施方式提供一种非调质高强度钢板的生产方法，所述生产方法包括如下工序：
5.加热：将钢坯置于加热炉中进行加热，其中，热回收段的加热温度≤950℃，加热时间≥45min；预热段的加热温度为970～1030℃，加热时间≥45min；一加热段的加热温度为1090～1210℃，二加热段的加热温度为1160～1250℃，均热段的加热温度为1150～1260℃，一加热段、二加热段和均热段的总加热时间≥180min；
6.除鳞：对加热后的钢坯进行除鳞；
7.轧制：将除鳞后的钢坯送入轧机轧制成钢板，其中，开轧温度为1030～1170℃，终轧温度为t
fr
+20～t
fr
+50℃，t
fr
＝930-250{c}-40{mn}+55{si}-10{cr}，首道次轧制的压下率≥15％；
8.矫直：钢板厚度t为6≤t≤8mm时，对轧制后所得钢板进行矫直，得到非调质高强度钢板；
9.钢板厚度t为8＜t≤16mm时，待轧制后所得钢板温度为t
fr-50～t
fr-20℃时进行水冷，水冷至t
fc-30～t
fc
+30℃后进行矫直，得到非调质高强度钢板，其中，t
fc
＝858-380{c}-70{mn}+25{si}-24{cr}-5t；
10.所述非调质高强度钢板的化学成分以质量百分比计包括：c：0.22～0.26％，si：0.70～0.90％，mn：1.60～1.95％，cr：0.65～0.95％，b≤0.005％，al：0.02～0.10％，其余为fe和不可避免的杂质。
11.优选的，钢板厚度t为6≤t≤8mm时，一加热段的加热温度为1150～1210℃，二加热段的加热温度为1210～1250℃，均热段的加热温度为1220～1260℃；开轧温度为1130～1170℃。
12.所述生产方法还包括回火：钢板厚度t为6≤t≤8mm时，将矫直工序所得非调质高强度钢板空冷至室温后在180～240℃下进行回火热处理，回火热处理时间t满足：3t+10≤t≤3t+20min。
13.优选的，钢板厚度t为8＜t≤16mm时，一加热段的加热温度为1090～1150℃，二加热段的加热温度为1160～1200℃，均热段的加热温度为1150～1190℃；开轧温度为1030～1070℃。
14.所述生产方法还包括回火：钢板厚度t为8＜t≤16mm时，将矫直工序所得非调质高强度钢板空冷至室温后在180～240℃下进行回火热处理，回火热处理时间t满足：3t+20≤t≤3t+40min。
15.进一步的，矫直工序中，钢板厚度t为8＜t≤16mm时，水冷时钢板以1.5～2.5m/s的速度经过水冷区，水冷区的出水速度为210～370l/s，冷却时间为10～40s。
16.进一步的，所述钢坯为开坯料，所述开坯料的厚度为钢板厚度的5～20倍，长度不超过4m。
17.为实现上述发明目的，本发明一实施方式还提供了一种采用所述生产方法制备而成的非调质高强度钢板，其化学成分以质量百分比计包括：c：0.22～0.26％，si：0.70～0.90％，mn：1.60～1.95％，cr：0.65～0.95％，b≤0.005％，al：0.02～0.10％，其余为fe和不可避免的杂质。
18.优选的，[mn]/([cr]+[si])＝1.06～1.14，[cr]+[mn]+[si]＝3.0～3.7％，碳当量ceq＝[c]+[mn]/6+([cr]+[mo]+[v])/5+([ni]+[cu])/15，ceq为0.63～0.775％。
[0019]
优选的，所述非调质高强度钢板的厚度t为6≤t≤8mm时，其化学成分以质量百分比计包括：c：0.22～0.24％，si：0.70～0.90％，mn：1.60～1.75％，cr：0.65～0.75％，b≤0.003％，al：0.03～0.06％，其余为fe和不可避免的杂质，碳当量ceq为0.63～0.68％。
[0020]
优选的，所述非调质高强度钢板的厚度t为8＜t≤12mm时，其化学成分以质量百分比计包括：c：0.23～0.25％，si：0.70～0.90％，mn：1.75～1.85％，cr：0.75～0.85％，b≤0.003％，al：0.03～0.06％，其余为fe和不可避免的杂质，碳当量ceq为0.68～0.728％。
[0021]
优选的，所述非调质高强度钢板的厚度t为12＜t≤16mm时，其化学成分以质量百分比计包括：c：0.24～0.26％，si：0.70～0.90％，mn：1.85～1.95％，cr：0.85～0.95％，b≤0.003％，al：0.03～0.06％，其余为fe和不可避免的杂质，碳当量ceq为0.73～0.775％。
[0022]
优选的，所述非调质高强度钢板屈服强度为750～900mpa，抗拉强度为1150～1300mpa，伸长率≥10％，截面布氏硬度为370～420hb，钢板横向不平度＜5mm/m，以弯心直径d＝5t冷弯180
°
，钢板表面无裂纹；钢板的显微组织为贝氏体和马氏体的两相组织，其中贝氏体占比为65～90％、马氏体占比为10～35％。
[0023]
本发明提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
[0024]
通过对化学成分的优化设计，结合生产工艺的整体配合，不仅在保证了钢板强度的情况下大大降低了原材料成本和生产成本，而且通过对不同目标厚度的钢板在不同的条件下进行直接空冷或水冷+空冷处理，省去了现有技术中的调质处理工序，节省了淬火时的加热时间以及淬火的工序成本，缩减了生产周期，提高了生产效率，而且避免了淬火引起的板形差、矫直难度大的问题，最终制备得到的钢板强度高、不平度小，满足高强度钢板的性能要求；尤其是对厚度为8～16mm的钢板，通过对轧制、水冷工序的温度控制，能够促进钢板
心部马氏体、贝氏体的形成，大大提高了钢板强度。
附图说明
[0025]
图1为本发明实施例1中钢板的金相组织图。
[0026]
图2为本发明实施例3中钢板的金相组织图。
[0027]
图3为本发明实施例5中钢板的金相组织图。
具体实施方式
[0028]
以下将结合具体实施方式对本发明进行详细的描述，但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做的反应条件、反应物或原料用量上的变换均包含在本发明的保护范围内。
[0029]
本发明一实施方式提供了一种非调质高强度钢板的生产方法以及采用该生产方法制备而成的非调质高强度钢板，所述非调质高强度钢板的化学成分以质量百分比计包括：c：0.22～0.26％，si：0.70～0.90％，mn：1.60～1.95％，cr：0.65～0.95％，b≤0.005％，al：0.02～0.10％，其余为fe和不可避免的杂质。
[0030]
各化学成分的作用具有以下特征：
[0031]
碳(c)：碳是钢中最经济的强化元素，起固溶强化效果，对硬度及韧性的影响较大，碳含量越高，钢板的强度、硬度、耐磨性越高，但韧性会严重下降，因此，碳含量的选择为0.22～0.26％。
[0032]
硅(si)：硅在钢中可起奥氏体固溶强化效果，可提高钢板的淬透性，增加钢的强度和硬度，但会推迟贝氏体的转变且降低钢的塑韧性，因此，硅含量选择为0.70～0.90％。
[0033]
锰(mn)：锰是除碳之外最经济的强化元素，能提高钢的淬透性、硬度、强韧性及耐磨性，成本低廉，但mn含量较高，会导致心部偏析且降低钢的塑韧性，因此锰含量选择为1.60～1.95％。
[0034]
铬(cr)：铬利于固溶强化，能提高钢的淬透性、强度、硬度和耐磨性，但过高的铬会降低韧性，同时强烈推迟贝氏体的转变温度，因此铬的含量选择为0.65～0.95％。
[0035]
硼(b)：硼能显著提高钢的淬透性，但也会降低钢的冲击韧性，因此，硼含量选择为≤0.005％。
[0036]
铝(al)：铝是脱氧元素，为达到较好的脱氧效果，铝含量选择为0.02～0.10％。
[0037]
在工艺流程方面，所述生产方法包括依序进行的如下工序：
[0038]
加热：将钢坯置于加热炉中进行加热，钢坯的化学成分与前述的非调质高强度钢板的化学成分相一致。其中，热回收段的加热温度≤950℃，加热时间≥45min；预热段的加热温度为970～1030℃，加热时间≥45min；一加热段的加热温度为1090～1210℃，二加热段的加热温度为1160～1250℃，均热段的加热温度为1150～1260℃，一加热段、二加热段和均热段的总加热时间≥180min；
[0039]
除鳞：对加热后的钢坯进行除鳞；
[0040]
轧制：将除鳞后的钢坯送入轧机轧制成钢板，其中，开坯温度为1030～1170℃，终轧温度为t
fr
+20～t
fr
+50℃，t
fr
＝930-250{c}-40{mn}+55{si}-10{cr}，首道次轧制的压下率≥15％。
[0041]
矫直：钢板厚度t为6≤t≤8mm时，对轧制后所得钢板进行矫直，得到非调质高强度钢板；钢板厚度t为8＜t≤16mm时，待轧制后所得钢板温度为t
fr-50～t
fr-20℃时进行水冷，水冷至t
fc-30～t
fc
+30℃后进行矫直，得到非调质高强度钢板，其中，t
fc
＝858-380{c}-70{mn}+25{si}-24{cr}-5t。
[0042]
通过对化学成分的优化设计，结合生产工艺的整体配合，在保证了钢板强度的情况下大大降低了原材料成本和生产成本，并且简化了生产工序。具体的，将钢坯加热后进行除鳞，能够保证所得钢板表面质量优良；首道次轧制压下率≥15％能够有效消除或改善钢板心部出现的缩孔缩松、偏析等缺陷，防止钢板心部的结构缺陷对钢板强度的影响。控制终轧温度能够控制钢板内晶粒的尺寸，保证轧制结束后晶粒不再发生再结晶及晶粒长大，防止晶粒过大影响钢板的塑韧性。轧制完成后根据钢板厚度进行不同处理，当厚度t为8＜t≤16mm时，适当水冷可提高心部淬透性，防止钢板心部因生成过多的铁素体、珠光体而影响钢板的性能；水冷的终冷温度为t
fc-30～t
fc
+30℃能够避免产生大量马氏体，从而避免钢板板形瓢曲和难以矫直的情况，同时能避开铁素体和珠光体相变区，且在此温度能更好的进行矫直，保证钢板的板形。当厚度t为6≤t≤8mm时，由于钢板较薄，无需进行水冷也能够避免冷却过程产生铁素体、珠光体而影响钢板强度，也能避免板形出现瓢曲。
[0043]
优选的，前述矫直可在热矫完成空冷后利用冷矫进行补充矫直。
[0044]
进一步的，钢板厚度t为6≤t≤8mm时，一加热段的加热温度为1150～1210℃，二加热段的加热温度为1210～1250℃，均热段的加热温度为1220～1260℃；开轧温度为1130～1170℃。
[0045]
钢板厚度t为8＜t≤16mm时，一加热段的加热温度为1090～1150℃，二加热段的加热温度为1160～1200℃，均热段的加热温度为1150～1190℃；开轧温度为1030～1070℃。
[0046]
根据钢板厚度的不同，将厚度为6≤t≤8mm的薄钢板相较于厚度为8＜t≤16mm的厚钢板的加热温度和开轧温度设置较高，能够防止薄钢板降温快导致达不到开轧温度，以及轧制后期钢板温度太低不利于轧制。根据钢板厚度的不同对温度进行调控能保持最终所得钢板性能的稳定性。
[0047]
进一步的，根据钢板强度需求和成本的考虑，还可在矫直工序后增加回火工序：将矫直工序所得非调质高强度钢板空冷至室温后在180～240℃下进行回火热处理，钢板厚度为6≤t≤8mm时，回火热处理时间t满足：3t+10≤t≤3t+20min；钢板厚度为8＜t≤16mm时，回火热处理时间t满足：3t+20≤t≤3t+40min。
[0048]
回火工序中的回火热处理能够消除钢板内应力，保证钢板的弯曲性能，根据钢板厚度合理设置回火热处理时间，避免出现钢板厚度较大回火热处理时间不够使钢板心部热处理不到位，或钢板厚度较小回火热处理时间设置较长导致影响钢板的硬度以及产生不必要的生产时间成本。
[0049]
进一步的，矫直工序中，钢板厚度t为8＜t≤16mm时，水冷时钢板以1.5～2.5m/s的速度经过水冷区，水冷区的出水速度为210～370l/s，冷却时间为10～40s。
[0050]
优选的，钢坯为开坯料，开坯料的厚度为钢板厚度的5～20倍，长度不超过4m，能够避免轧制过程中钢板太长板形难以控制、钢板堆积等问题，还能避免钢板心部偏析等问题不能大量或完全消除。
[0051]
此外，8＜t≤16mm的厚钢板也可根据钢板的厚度直接使用连铸所得的连铸坯，从
而可以省去将连铸坯开坯成开坯料的工序。
[0052]
本发明实施方式提供的一种非调质高强度钢板，采用如前所述的非调质高强度钢板的生产方法制备而成，其化学成分以质量百分比计包括：c：0.22～0.26％，si：0.70～0.90％，mn：1.60～1.95％，cr：0.65～0.95％，b≤0.005％，al：0.02～0.10％，其余为fe和不可避免的杂质。
[0053]
优选的，[mn]/([cr]+[si])＝1.06～1.14，[cr]+[mn]+[si]＝3.0％～3.7％，碳当量ceq＝[c]+[mn]/6+([cr]+[mo]+[v])/5+([ni]+[cu])/15，ceq为0.63～0.775％。其中，[c]表示c的质量百分比，[mn]表示mn的质量百分比，[cr]表示cr的质量百分比，[mo]表示mo的质量百分比，[v]表示v的质量百分比，[cu]表示cu的质量百分比，[ni]表示ni的质量百分比，[si]表示si的质量百分比。{c}＝100[c]，{mn}＝100[mn]，{si}＝100[si]，{cr}＝100[cr]。
[0054]
合金cr、mn、si相互配合作用能大幅推迟珠光体转变，cr能升高珠光体转变温度范围并推迟贝氏体转变，mn能降低珠光体转变温度范围，si能提高钢板的淬透性，并推迟贝氏体转变。[cr]+[mn]+[si]的值在3.0％～3.7％范围内，既能提高钢板的淬透性，避免钢中出现较多铁素体、珠光体组织而影响钢板的强度、硬度；也能防止钢板在生产加工过程中出现裂纹。控制[mn]/([cr]+[si])的值为1.06～1.14可获得全厚度的贝氏体和马氏体的两相组织，在控制成本的同时使钢板具有稳定的性能。
[0055]
优选的，所述非调质高强度钢板的厚度t为6≤t≤8mm时，其化学成分以质量百分比计包括：c：0.22～0.24％，si：0.70～0.90％，mn：1.60～1.75％，cr：0.65～0.75％，b≤0.003％，al：0.03～0.06％，其余为fe和不可避免的杂质，碳当量ceq为0.63～0.68％。
[0056]
优选的，所述非调质高强度钢板的厚度t为8＜t≤12mm时，其化学成分以质量百分比计包括：c：0.23～0.25％，si：0.70～0.90％，mn：1.75～1.85％，cr：0.75～0.85％，b≤0.003％，al：0.03～0.06％，其余为fe和不可避免的杂质，碳当量ceq为0.68～0.728％。
[0057]
优选的，所述非调质高强度钢板的厚度t为12＜t≤16mm时，其化学成分以质量百分比计包括：c：0.24～0.26％，si：0.70～0.90％，mn：1.85～1.95％，cr：0.85～0.95％，b≤0.003％，al：0.03～0.06％，其余为fe和不可避免的杂质，碳当量ceq为0.73～0.775％。
[0058]
钢板中的合金含量随着钢板厚度的增加而增加，能够避免钢板心部冷却速度较慢导致心部产生铁素体和珠光体，能够保证钢板心部组织也为马氏体和贝氏体的两相组织，使钢板厚度方向组织均匀性较好。
[0059]
具体地，在力学性能方面，经大量试验研究可证，本发明一实施方式提供的非调质高强度钢板的屈服强度为750～900mpa，抗拉强度为1150～1300mpa，伸长率≥10％，截面布氏硬度为370～420hb，以弯心直径d＝5t冷弯180
°
，钢板表面无裂纹。钢板的横向不平度＜5mm/m，钢板的组织为贝氏体+马氏体，其中贝氏体占比为65～90％、马氏体占比为10～35％。
[0060]
下面结合具体实施例，对本技术的技术方案进一步说明。
[0061]
实施例1
[0062]
本实施例提供的一种非调质高强度钢板的化学成分以质量百分比计包括：c：0.22％，si：0.80％，mn：1.65％，cr：0.70％，al：0.050％，b：0.0018％，其余为fe和不可避免的杂质，ceq＝0.635，[mn]/([cr]+[si])＝1.1，[cr]+[mn]+[si]＝3.15％。所述非调质高强
度钢板的生产方法包括如下工序：
[0063]
加热：将厚度为75mm的钢坯送入加热炉中进行加热，其中，热回收段的加热温度为950℃，加热时间为50min，预热段的加热温度为1000℃，加热时间为50min，一加热段的加热温度为1150℃，二加热段的加热温度为1250℃，均热段的加热温度为1250℃，一加热段、二加热段、均热段的总加热时间为200min。
[0064]
除鳞：对加热后的钢坯进行除鳞；
[0065]
轧制：将除鳞后的钢坯送入轧机轧制成钢板，其中，开轧温度为1150℃，首道次轧制的压下量为20mm，压下率为26.7％，多道次轧制后终轧温度为879℃，得到厚度为6mm的钢板。
[0066]
矫直：将轧制完成后的钢板送入热矫直机进行矫直，待钢板矫直后运至冷床空冷。
[0067]
对上述钢板取样，测其力学性能，结果见表1，其金相组织图如图1所示，其组织为85％贝氏体+15％马氏体。
[0068]
实施例2
[0069]
对实施例1所得钢板进行回火热处理，回火温度为210℃，回火时间为35min，对回火后的钢板取样测力学性能，结果见表1。
[0070]
实施例3
[0071]
本实施例提供的一种非调质高强度钢板的化学成分以质量百分比计包括：c：0.24％，si：0.80％，mn：1.80％，cr：0.80％，al：0.050％，b：0.0018％，其余为fe和不可避免的杂质，ceq＝0.70，[mn]/([cr]+[si])＝1.125，[cr]+[mn]+[si]＝3.4％。所述非调质高强度钢板的生产方法包括如下工序：
[0072]
加热：将厚度为100mm的钢坯送入加热炉中进行加热，其中，热回收段的加热温度为950℃，加热时间为50min，预热段的加热温度为1000℃，加热时间为50min，一加热段的加热温度为1150℃，二加热段的加热温度为1200℃，均热段的加热温度为1180℃，一加热段、二加热段、均热段的总加热时间为200min。
[0073]
除鳞：对加热后的钢坯进行除鳞；
[0074]
轧制：将除鳞后的钢坯送入轧机轧制成钢板，其中，开轧温度为1030℃，首道次轧制的压下量为40mm，压下率为40.0％，多道次轧制后终轧温度为870℃，得到厚度为10mm的钢板。
[0075]
矫直：待轧制后所得钢板温度为810℃时，钢板在速度为2.0m/s的辊道上经过水冷区，水冷区的出水速度为280l/s，水冷15s，至钢板温度为580℃时，将钢板送入热矫直机进行矫直，待钢板矫直后运至冷床空冷。
[0076]
对上述钢板取样，测其力学性能，结果见表1，其金相组织图如图2所示，其组织为80％贝氏体+20％马氏体。
[0077]
实施例4
[0078]
对实施例3所得钢板进行回火热处理，回火温度为210℃，回火时间为60min，对回火后的钢板取样测力学性能，结果见表1。
[0079]
实施例5
[0080]
本实施例提供的一种非调质高强度钢板的化学成分以质量百分比计包括：c：0.26％，si：0.85％，mn：1.85％，cr：0.90％，al：0.050％，b：0.0018％，其余为fe和不可避免
的杂质，ceq＝0.748，[mn]/([cr]+[si])＝1.06，[cr]+[mn]+[si]＝3.6％。所述非调质高强度钢板的生产方法包括如下工序：
[0081]
加热：将厚度为220mm的钢坯送入加热炉中进行加热，其中，热回收段的加热温度为950℃，加热时间为50min，预热段的加热温度为1000℃，加热时间为50min，一加热段的加热温度为1150℃，二加热段的加热温度为1200℃，均热段的加热温度为1180℃，一加热段、二加热段、均热段的总加热时间为200min。
[0082]
除鳞：对加热后的钢坯进行除鳞；
[0083]
轧制：将除鳞后的钢坯送入轧机轧制成钢板，其中，开轧温度为1030℃，首道次轧制的压下量为50mm，压下率为22.7％，多道次轧制后终轧温度为875℃，得到厚度为14mm的钢板。
[0084]
矫直：待轧制后所得钢板温度为800℃时，钢板在速度为2.0m/s的辊道上经过水冷区，水冷区的出水速度为300l/s，水冷20s，至钢板温度为568℃时，将钢板送入热矫直机进行矫直，待钢板矫直后运至冷床空冷。
[0085]
对上述钢板取样，测其力学性能，结果见表1，其金相组织图如图3所示，其组织为70％贝氏体+30％马氏体。
[0086]
实施例6
[0087]
对实施例5所得钢板进行回火热处理，回火温度为210℃，在炉时间为75min，对回火后的钢板取样测力学性能，结果见表1。
[0088]
表1
[0089][0090]
由表1可以看出，采用本发明提供的生产方法得到的钢板屈服强度在750～900mpa，抗拉强度为1150～1300mpa，伸长率≥10％，截面布氏硬度为370～420hb，以弯心直径d＝5t冷弯180
°
，钢板表面无裂纹，即钢板冷弯性能优良，钢板横向不平度＜5mm/m，对于较厚规格高强钢，经过回火热处理的钢板折弯性能得到改善。
[0091]
如图1～3可知，钢的显微组织为贝氏体+马氏体，其中贝氏体占比为65～90％、马氏体占比为10～35％。
[0092]
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说
明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其它实施方式。
[0093]
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。