屈服強度355MPa級焊瓶用熱軋鋼板及其製造方法與流程
2024-04-12 16:07:05 1
屈服強度355mpa級焊瓶用熱軋鋼板及其製造方法
技術領域
1.本發明涉及一種焊接氣瓶用鋼，特別涉及一種屈服強度355mpa級焊瓶用熱軋鋼板及其製造方法，具體而言，涉及歐洲標準en 10028-5:2009鋼級中355mpa級焊瓶用熱軋鋼板及其製造方法，屬於鐵基合金技術領域和壓力容器用鋼技術領域。
背景技術：
2.隨著多年來國內氣體工業的快速發展，焊瓶鋼的生產技術已比較成熟。焊接氣瓶用鋼品種開發主要製作液化石油焊接氣瓶用鋼，焊瓶用鋼由於使用條件的特殊性，要求鋼板具有一定的強度、良好的衝壓成型性能、焊接性能和低的冷脆轉變溫度等綜合機械性能。隨著近年來焊瓶鋼行業的發展迅速和競爭激烈，要求對品質的不斷提升和產品個性化的需求。
3.針對熱軋355mpa強度級焊瓶用鋼，焊接氣瓶製造商要求焊接氣瓶鋼按照歐洲標準en 10028-5:2009成分進行設計，並提出焊接氣瓶鋼抗拉強度為510～610mpa的特殊要求；歐洲標準en 10028-5：2009鋼級中355mpa級焊瓶用熱軋鋼板的抗拉強度規定為450～610mpa，當熱軋鋼板的抗拉強度≥450mpa，同時，熱軋鋼板的抗拉強度＜510mpa時，此部分的熱軋鋼板儘管滿足歐洲標準en 10028-5:2009鋼級中355mpa級焊瓶用熱軋鋼板的要求，但不能達到焊接氣瓶製造商對焊接氣瓶鋼的性能的要求。
4.中國專利文獻cn106319372a的專利公開的一種345mpa焊瓶鋼及其製造方法，其成分在碳、矽、鉻、鈮設計中有較大的區別，其碳、錳、鉻含量分別為0.07-0.12％、0.16～0.29％、0.20-0.28％；從專利實例中看出當c含量達到0.11％以上時不含鈮元素；並且設計中由於含有一定含量的鉻元素，通過計算其碳當量會存在大於0.39的情況,而歐標要求小於0.39，存在焊接質量問題的風險。
5.中國專利文獻cn107988549a的專利公開的一種低屈強比焊瓶鋼及其製造方法，其成分在碳、錳、鉻、釩設計中有明顯的區別，其碳、錳、鉻、釩含量分別0.15～0.20％，1.3～1.5％、0.1～0.2％、0.02～0.04％，通過計算其碳當量會存在大於0.39的情況，而歐標要求小於0.39，也存在焊接質量問題的風險，並且該專利採用高溫卷取670-720度進行設計，生產成本高。
6.中國專利文獻cn103643120a的專利公開的高韌性焊接氣瓶用鋼熱軋板卷的製造方法，其成分碳、矽、錳、鈮設計中有較大的區別，其碳、錳、鉻、鈮含量分別0.045～0.095％，0.20～0.28％，1.3～1.5％、0.02～0.05％，並且鈮含量設計偏高，增加生產成本。
技術實現要素：
7.本發明目的是提供一種屈服強度355mpa級焊瓶用熱軋鋼板及其製造方法，主要解決現有屈服強度355mpa級焊瓶用熱軋鋼板的抗拉強度偏低的技術問題，本發明熱軋鋼板符
合歐洲標準en 10028-5:2009鋼級中355mpa級焊瓶用熱軋鋼板的性能要求。
8.本發明採用的技術方案是，一種屈服強度355mpa級焊瓶用熱軋鋼板，其化學成分重量百分比為：c：0.10％～0.14％，si：0.10％～0.25％，mn：1.0％～1.2％，p≤0.018％，s≤0.006％，ti：0.015％～0.025％，nb：0.010％～0.020％，n≤0.0060％，al：0.020％～0.050％，ca：0.0010％～0.0040％，其餘為鐵和不可避免夾雜；且上述元素含量須滿足cev≤0.39％，其中cev＝c+mn/6+(cr+mo+v)/5+(cu+ni)/15，式中：c、mn、cr、mo、v、ni、cu為熱軋鋼板中該元素的重量百分比，cr≤0.05％，v≤0.01％，mo≤0.05％，cu≤0.05％，ni≤0.05％。
9.本發明鋼中碳當量cev≤0.39％，本發明熱軋鋼板具有良好的焊接性能。
10.本發明熱軋鋼板的金相組織為鐵素體+珠光體，金相組織中鐵素體的晶粒度級別為i10～11.5級；4.0～16.0mm厚熱軋鋼板的屈服強度rp
0.2
為355～480mpa；抗拉強度rm為510～610mpa；斷後伸長率為22％～35％，衝擊功kv為60～230j。
11.本發明所述的屈服強度355mpa級焊瓶用熱軋鋼板的化學成分限定在上述範圍內的理由如下：
12.碳：c為間隙原子，在鋼中主要以間隙固溶體的形式存在，通過固溶強化提高鋼的強度；並且有研究表明，在低碳鋼中，c含量對鋼屈服強度影響小於對抗拉強度的影響，故適當提高c含量對降低屈強比有利。為此將c含量設計在歐洲標準要求的上限，即在0.10～0.14％；
13.矽：矽可以起到固溶強化作用，但其含量過高會使屈服強度升高，且對鋼的塑性和韌性不利，因此本發明控制si在0.10～0.25％。
14.錳：mn雖能提高鋼的強度和硬度，但mn含量的增加不僅會降低鋼的塑性和韌性，而且也會增加碳當量，不利於焊接。對於焊接氣瓶用鋼，結合考慮碳當量≤0.39的要求，該元素應控制在mn含量範圍為1.0～1.2％為宜；
15.硫：硫在鋼中形成硫化物夾雜，使其延展性和韌性降低,對衝壓成形不利，同時含硫量高也會對鋼的焊接性不利；為了保證鋼水的高純淨度，為此將s元素範圍控制為≤0.006％。
16.磷：磷是鋼中有害元素，使鋼產生冷脆性，降低鋼的塑性，惡化焊接性能，使冷彎性能變差。因此，本發明限定p≤0.018％。
17.鈦：焊瓶鋼要求鋼板具有良好的焊接性能；ti為微合金元素，在鋼中的作用主要為提高焊接性能和細化晶粒。此外，ti為強碳、氮化合物形成元素，焊瓶鋼中的ti一般以tin、ti4c2s2和tic等碳、氮化合物的形式存在，通過與鋼中的間隙原子c、n的結合，消除焊瓶鋼衝壓時效並提高衝壓成型性能，為此將ti含量控制在0.015～0.025％
18.鈮：添加鈮元素能提高奧氏體的再結晶溫度，在精軋過程得到變形奧氏體，為後續的鐵素體相變提供更多的形核核心，最終得到細化的鐵素體晶粒，確保在高強度基礎上保持較高的塑性和韌性及冷彎成型性；為此將nb含量控制在0.010％～0.020％。
19.氮：氮在本發明的鋼中屬於有害元素，固溶氮有釘扎位錯的強烈作用，氮會嚴重降低材料的塑性和韌性不利鋼板後續加工成型性，因此需要限制氮含量。本發明限定n≤0.0060％。
20.鋁：鋁作為強的脫氧劑，和鋼中氧形成al2o3在煉鋼時去除；並且可細化晶粒，提高
衝擊韌性；本發明限定al含量為0.020％～0.050％。
21.鈣：通過鈣處理可以控制鋼中的夾雜物形態，即從在變形時易形成微裂紋的條狀夾雜物形態改變成複合球狀夾雜物形態，從而有效改善鋼板的冷彎和成形性能。本發明限定ca含量為0.0010％～0.0040％。
22.一種屈服強度355mpa級焊瓶用熱軋鋼板的製造方法，該方法包括：
23.鋼水進行連鑄得到連鑄板坯，其中所述鋼水化學成分的重量百分比為：c：0.10％～0.14％，si：0.10％～0.25％，mn：1.0％～1.2％，p≤0.018％，s≤0.006％，ti：0.015％～0.025％，nb：0.010％～0.020％，n≤0.0060％，al：0.020％～0.050％，ca：0.0010％～0.0040％，其餘為鐵和不可避免夾雜；且上述元素含量須滿足cev≤0.39％，其中cev＝c+mn/6+(cr+mo+v)/5+(cu+ni)/15，式中：c、mn、cr、mo、v、ni、cu為熱軋鋼板中該元素的重量百分比，cr≤0.05％，v≤0.01％，mo≤0.05％，cu≤0.05％，ni≤0.05％；
24.連鑄板坯經加熱爐加熱至1180～1220℃後進行熱軋，所述的熱軋為兩段式軋制工藝，粗軋為6道次軋制，在奧氏體再結晶溫度以上軋制，粗軋結束溫度為1010～1050℃，控制粗軋後中間坯厚度為38～49mm，精軋為7道次連軋，在奧氏體單相區軋制，精軋結束溫度為840～880℃，精軋後，鋼板成品厚度為4.0～16.0mm，層流冷卻採用兩段冷卻方式，第一段冷卻，將鋼板由840～880℃冷卻至710～750℃，鋼板冷卻速度為30～40℃/s；第二段冷卻，將鋼板由710～750℃冷卻至540～600℃，鋼板冷卻速度為60～70℃/s，第一段和第二段冷卻均採用水冷方式；卷取溫度為540～600℃時卷取得熱軋鋼卷。
25.本發明的技術關鍵主要通過成分設計和熱軋工藝的合理調控技術得以實現。通過模擬計算和試驗驗證，本發明鋼成分體系ar3點相變溫度為839℃，ar1點相變溫度為703℃。本發明所採取的熱軋工藝均是基於本發明鋼的成分體系和模擬試驗計算的相變點。
26.本發明採取的生產工藝的理由如下：
27.1、連鑄板坯加熱溫度的設定
28.對於微合金鋼，加熱溫度要確保合金成分固溶在奧氏體中，在隨後的變形和冷卻過程中發揮析出強化和細化晶粒的作用，但是同時要防止加熱時奧氏體晶粒粗大，為此將加熱溫度設定在1180-1220℃。
29.2、粗軋結束溫度和中間坯厚度設定
30.粗軋軋制過程需控制在奧氏體再結晶溫度以上軋制。粗軋結束溫度過高，容易形成過多的二次氧化鐵皮，精軋過程不易去除，影響鋼板表面和用戶的使用；如果粗軋結束溫度過低，則無法保證精軋結束溫度，即在奧氏體再結晶溫度以上軋制，本發明粗軋結束溫度設定為1010℃～1050℃。
31.中間坯厚度影響鋼板終軋溫度，如果中間坯厚度過低，帶坯溫降過大，導致後續的終軋溫度降低過多，並且壓下比過低，會影響帶鋼的組織性能；如果中間坯過厚，會增加精軋負荷和軋制穩定性。本發明設定中間坯厚度38mm～49mm。
32.3、精軋結束溫度設定
33.精軋溫度選擇在再結晶溫度和ar3之間。為了細化晶粒，發揮細晶強化作用，應採用較低的精軋結束溫度。本發明精軋結束溫度設定為840℃～880℃。
34.4、精軋後層流冷卻方式的設定
35.通過兩段冷卻工藝可以提高鋼中鐵素體含量，降低屈服強度，以及得到強化彌散
分布的珠光體相，提高抗拉強度，並且在鐵素體晶粒無明顯粗化的情況下降低屈強比，更有利於提高鋼材的冷成型性能。因此本發明設定精軋後層流冷卻方式採取兩段式冷卻方式，第一段冷卻，將鋼板由840～880℃冷卻至710～750℃，鋼板冷卻速度為30～40℃/s；第二段冷卻，將鋼板由710～750℃冷卻至540～600℃，鋼板冷卻速度為60～70℃/s，第一段和第二段冷卻均採用水冷方式。
36.5、熱軋卷取溫度的設定
37.卷取溫度主要影響帶鋼組織和性能，較低的卷取溫度和變形後快的冷卻速度可以抑制鐵素體晶粒長大和減少帶狀組織的形成，達到細晶強化的效果，改善組織性能。本發明設定的卷取溫度範圍為540℃～600℃。
38.本發明方法生產的熱軋鋼板的金相組織為鐵素體+珠光體，金相組織中鐵素體的晶粒度級別為i10～11.5級；4.0～16.0mm厚熱軋鋼板的屈服強度rp
0.2
為355～480mpa；抗拉強度rm為510～610mpa；斷後伸長率為22％～35％，衝擊功kv為60～230j。
39.本發明相比現有技術具有如下積極效果：1、本發明通過採用含c+mn+微量ti和nb的成分設計，通過熱軋工藝相匹配的設計，工藝簡單，獲得的產品性能和可焊性都滿足焊瓶用戶的特殊加工成型要求。2、本發明主要通過較低碳和錳含量的含微ti+nb鋼以及控制硫、氮以及鈣處理相結合的成分設計，不僅提高鋼質純淨度和改善夾雜物形態，產品性能特別是抗拉強度滿足用戶要求，而且確保碳當量值滿足歐標中可焊接性的要求。3、本發明通過合適的成分設計，不僅滿足歐標en 10028-5:2009標準的成分要求，強調其鋼的可焊性，而且通過微量鈮鈦合金元素及熱軋溫度及兩段式冷卻工藝設計，體現其細晶粒特徵，抗拉強度達到用戶特殊要求，並且具有韌性好和優良的綜合力學性能。
附圖說明
40.圖1為本發明實施例1熱軋鋼板的金相組織照片。
具體實施方式
41.下面結合實施例1～5對本發明作進一步說明，如表1～3所示。
42.表1為本發明實施例鋼的化學成分(按重量百分比計)，餘量為fe及不可避免雜質。
43.表1本發明實施例鋼的化學成分，單位：重量百分比。
[0044][0045]
續表1本發明實施例鋼的化學成分，單位：重量百分比。
[0046]
元素crvmocuni本發明≤0.05≤0.01≤0.05≤0.05≤0.05
實施例10.01660.00010.00130.01210.0058實施例20.01790.00070.00160.01180.0079實施例30.01960.00020.00220.01240.0064實施例40.02220.00050.00150.00960.0132實施例50.01940.00040.00090.02270.013
[0047]
實施例1-5中，碳當量cev分別為：0.33，0.32，0.34，0.36，0.35。
[0048]
按照本發明材料成分設計的要求，通過採用轉爐頂底複合吹煉得到符合要求化學成分的鋼水，鋼水通過連續澆鑄得到連鑄板坯，連鑄板坯厚度為210～230mm，寬度為800～1630mm，長度為8500～11000mm。
[0049]
煉鋼生產的定尺板坯送至加熱爐再加熱，出爐除鱗後送至熱連軋機組軋制。通過粗軋和精軋連軋機組控制軋制，經層流冷卻後進行卷取，層流採用兩段式冷卻方式冷卻，產出合格熱軋鋼卷，熱軋鋼板的厚度為4.0～16.0mm，熱軋工藝控制參數見表2。
[0050]
表2本發明實施例熱軋工藝控制參數
[0051][0052]
利用上述方法得到的熱軋鋼板，參見圖1，熱軋鋼板的金相組織為鐵素體+珠光體，金相組織中鐵素體的晶粒度級別為i10～11.5級；4.0～16.0mm厚熱軋鋼板的屈服強度rp
0.2
為355～480mpa；抗拉強度rm為510～610mpa；斷後伸長率為22％～35％，衝擊功kv為60～230j。
[0053]
將本發明得到的熱軋鋼板按照《gb/t228.1-2010金屬材料拉伸試驗第1部分：室溫試驗方法》進行拉伸試驗，其力學性能見表3。
[0054]
表3本發明實施例熱軋鋼板的力學性能
[0055][0056]
從表3的性能可知，本發明熱軋鋼板具有合適的性能範圍，完全滿足了焊瓶用戶進行製作焊接氣瓶的加工要求。
[0057]
除上述實施例外，本發明還可以有其他實施方式。凡採用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本發明要求的保護範圍。