一種屈服強度420MPa級超細晶鋼板及其製造方法
2023-06-06 01:35:01 2
專利名稱：一種屈服強度420MPa級超細晶鋼板及其製造方法
技術領域：
本發明涉及鋼鐵冶金領域，特別屬於超細晶粒結構鋼板及其製造方法。
背景技術：
晶粒細化是提高鋼的強度的方法之一，與其他強化手段相比較，細化晶粒可以在提高鋼的強度的同時，提高鋼的韌性。鋼鐵材料領域普遍採用細晶強化作為改善材質的有效途徑。近年來，加強對鋼的細晶化控制、並使其達到超細晶化的技術研究取得了較大進展，逐步生產出了系列超細晶鋼產品。
在鋼的加工過程中，晶粒細化包括對鋼的奧氏體組織進行控制，和對奧氏體—鐵素體轉變過程進行全面有效控制，以達到細化最終鐵素體或其他組織的目的。在生產過程中，就是充分利用了這一控制方法，使最終轉變產物—鐵素體或貝氏體達到超細化程度，從而生產出超細晶鋼。
目前，超細晶鋼板的主要製造方法是在較低溫度進行較大變形率的軋制，以形變誘導形變的原理獲得超細化的鐵素體晶粒。現有公開專利(或技術文獻)均是按照這一原理。
如公開號為CN1614067的專利—「厚規格超細晶粒熱軋鋼板及其製造方法」，涉及鋼種的化學成分(重量百分比)為C 0.13～0.18％，Si 0.12～0.30％，Mn 0.50～0.70％，P≤0.020％，S≤0.015％，其餘為鐵及不可避免的雜質。其製造方法的要點為鋼坯加熱溫度1150～1200℃，中間坯厚度30～35mm，終軋溫度800～830℃，卷取溫度500～560℃。利用該專利提供的方法可生產6.5～8.0mm超細晶粒鋼板。
又如公開號為CN1537964的專利「一種低碳420MPa級複合強化超細晶粒帶鋼的製備方法」，涉及鋼種的化學成分(重量百分比)為C0.10～0.14％，Si 0.18～0.40％，Mn 0.85～1.10％，P≤0.010％，S≤0.010％，其餘為鐵及不可避免的雜質。其製造方法的要點為鋼坯加熱溫度1190～1210℃，中間坯厚度38～50mm，終軋溫度770～790℃，軋制後冷卻速度20～30℃，卷取溫度430～470℃。利用該專利提供的方法可生產鐵素體晶粒為3～5μm、屈服強度為420～450MPa、抗拉強度530～550MPa的超細晶粒帶鋼。
上述兩項專利鋼的化學成分如表1所示，其所涉及的產品，均為厚度不超過8.0mm的鋼板或鋼帶。
表1 (重量百分比，wt.％)
發明內容
本發明的目的是通過提供一種屈服強度420MPa級超細晶鋼板及其製造方法，獲得一種具有超細化的鐵素體和貝氏體複合組織，焊接裂紋敏感性較低，屈服強度大於420MPa的高強高韌性鋼板。
本發明的技術方案為一種屈服強度420MPa級超細晶鋼板，包括如下重量百分配比的化學元素C0.06～0.09，Si0.30～0.60，Mn1.00～1.30，P≤0.015，S≤0.010，Ti0.01～0.02，其餘為Fe和不可避免雜質。
CC在鋼中的作用是固溶強化，但是C對焊接性能不利。C越高焊接性能越差。本發明C上限為0.09％，而對照專利中C的含量分別為0.18％和0.14％。對於採用控制軋制和控制冷卻工藝生產、組織中包含有貝氏體的鋼來說，碳越低則韌性越好。正是因為如此，較低的碳含量可以生產更大厚度的高韌性鋼板。
SiSi在鋼中的作用主要是固溶強化，另外，較高的Si能夠提高鋼的淬透性，一般鋼中加入不超過0.60％的Si有利於鋼的強度和韌性。本發明比對照專利添加了較高的Si，由於加入較高的Si，起到更大的強化作用，可以相應降低碳的加入量，改善鋼的焊接性能。此外，相對於其他合金元素，Si是一種價格十分低廉的元素，因此，本發明添加了較高含量的Si，還可以降低製造成本。
Ti本發明加入0.01～0.02％的Ti，其目的是避免焊接熱影響區組織粗化，改善HAZ韌性。較少的合金元素含量使得本發明所得產品成本較低，同時具有優良的機械及焊接性能。
一種屈服強度420MPa級超細晶鋼板的製造方法，包括以下步驟 1)冶煉鋼錠按照下述成分C0.06～0.09，Si0.30～0.60，Mn1.00～1.30，P≤0.015，S≤0.010，Ti0.01～0.02，其餘為Fe和不可避免雜質，在電爐或轉爐中冶煉，並澆鑄成連鑄坯或鋼錠。
2)加熱對連鑄坯或鋼錠加熱至970～1050℃，保溫；採用較低的鑄坯加熱溫度(970℃～1050℃)可以抑制奧氏體晶粒長大，細化軋制前的原始組織。
3)軋制鋼坯出爐後即在中、厚板軋機上進行軋制，軋後進入中間水冷裝置冷卻至780～820℃，在中間輥道上待溫至720～780℃開始第二階段軋制，終軋溫度為700～760℃；當粗軋結束時，採取中間水冷裝置快冷降溫，與空冷待溫方式相比，可以阻止奧氏體晶粒長大，進而細化最終相變組織，對鋼的強度與韌性起到有利作用。同時，強調精軋區軋制溫度並將終軋溫度控制在鋼的Ac3附近至Ar3以下50℃，是為了保證形變誘導鐵素體相變的效果，從而實現鐵素體晶粒超細化。在這個溫度範圍終軋，既為相變提供更高的能量累積，也不至於給軋機帶來過高的負荷，比較適合於厚板生產。
4)冷卻軋制結束後，鋼板快速冷卻至440～480℃，鋼板出水後空冷。由於鋼板在軋制過程中多個道次發生較大變形，鋼中積累了密度很高的位錯和應變能，導致應變誘導鐵素體相變現象，形成了超細晶粒鐵素體。
優選地，所述步驟1)中，鑄坯或鋼錠的厚度≥成品鋼板厚度的10倍。
優選地，所述步驟3)中，在鋼坯冷卻前，軋件厚度為成品鋼板厚度的3～5倍。將精軋厚度設計為板厚的3～5倍，可以加大在奧氏體未再結晶區的累積變形量，保證足夠的變形能，從而為鐵素體轉變提供更高的形核率。
優選地，所述步驟3)中，第二階段軋制道次變形率為15～20％。強調道次變形率，可以保證形變誘導鐵素體相變的效果。
優選地，所述步驟4)中，軋後鋼板快速冷卻的速度為15～20℃/秒，可以加速冷卻裝置(ACC)中進行。採用較高的冷卻速度，可以為相變提供更高的過冷度，增加相變驅動力，獲得更高的形核率，進一步細化鐵素體晶粒；較高的冷卻速度和較低的停冷溫度，也為貝氏體轉變提供有利條件，從而得到更加細化的貝氏體組織。
優選地，所述步驟4)中，鋼板出水後空冷採用堆垛或在冷床冷卻。
本發明與現有技術相比，具有以下有益效果 1.本發明鋼，在指定工藝下獲得以超細化的鐵素體和貝氏體複合組織，因此具有較高的強度和良好的韌性，尤其是低溫韌性優良。
2.本發明鋼採用低碳Mn-Si-Ti系成分，焊接裂紋敏感性較低Pcm≤0.20％，焊前不需要預熱，因而具有良好的焊接性。
3.本發明鋼可以在厚鋼板產線上進行生產，屈服強度大於420MPa、抗拉強度大於530MPa、夏氏衝擊功Akv(—40℃)≥150J、板厚可達20mm，鐵素體晶粒尺寸3～5μm。
圖1為本發明鋼種實施例2的金相照片。
圖2為本發明鋼種實施例3的金相照片。
具體實施例方式 本發明實施例和對比例的化學成分重量百分配比見表2。
表2(單位質量百分比) 注Pcm—為焊接裂紋敏感性指數，Pcm≤0.20％為焊接無裂縫鋼。
本發明降低碳含量，提高了焊接性能，增加微合金元素Ti，配合適當的工藝，提高了屈服強度，並使超細晶鋼的板厚從對比例的8mm提高到20mm。
本發明實施例和對比例的生產工藝參數見表3，力學性能參見表4。表3和表4中的本發明1—6和對比例1—2分別對應表2中的本發明1—6和對比例1—2。
表3
表4 實施例力學性能
由表2、表3和表4中所列的實施例和對比例可以看出，本發明鋼的屈服強度大於420MPa、抗拉強度大於530MPa、夏氏衝擊功Akv(—40℃)≥150J、延伸率≥20％、板厚可達20mm，其與現有技術相比，在保證了屈服強度和抗拉強度的同時，焊接裂紋敏感性較低Pcm≤0.20％，且焊前不需要預熱，因而具有良好的焊接性。
權利要求
1.一種屈服強度420MPa級超細晶鋼板，其特徵在於包括如下重量百分配比的化學元素C0.06～0.09，Si0.30～0.60，Mn1.00～1.30，P≤0.015，S≤0.010，Ti0.01～0.02，其餘為Fe和不可避免雜質。
2.一種屈服強度420MPa級超細晶鋼板的製造方法，其特徵在於包括以下步驟
1)冶煉鋼錠按照下述重量百分配比冶煉C0.06～0.09，Si0.30～0.60，Mn1.00～1.30，P≤0.015，S≤0.010，Ti0.01～0.02，其餘為Fe和不可避免雜質，並澆鑄成連鑄坯或鋼錠；
2)加熱連鑄坯或鋼錠加熱至970～1050℃，保溫；
3)軋制鋼坯出爐後即軋制，軋後冷卻至780～820℃，在輥道上待溫至720～780℃開始第二階段軋制，終軋溫度為700～760℃；
4)冷卻軋後鋼板快速冷卻至440～480℃，鋼板出水後空冷。
3.如權利要求2所述的屈服強度420MPa級超細晶鋼板的製造方法，其特徵在於所述步驟1)中，鑄坯或鋼錠的厚度≥成品鋼板厚度的10倍。
4.如權利要求2所述的屈服強度420MPa級超細晶鋼板的製造方法，其特徵在於所述步驟3)中，在鋼坯冷卻前，軋件厚度為成品鋼板厚度的3～5倍。
5.如權利要求2所述的屈服強度420MPa級超細晶鋼板的製造方法，其特徵在於所述步驟3)中，第二階段軋制道次變形率為15～20％。
6.如權利要求2所述的屈服強度420MPa級超細晶鋼板的製造方法，其特徵在於所述步驟4)中，軋後鋼板快速冷卻的速度為15～20℃/秒。
7.如權利要求2所述的屈服強度420MPa級超細晶鋼板製造方法，其特徵在於所述步驟4)中，鋼板出水後空冷採用堆垛或在冷床冷卻。
全文摘要
本發明公開了一種屈服強度420MPa級超細晶鋼板及其製造方法，其化學元素重量百分配比為C0.06～0.09，Si0.30～0.60，Mn1.00～1.30，P≤0.015，S≤0.010，Ti0.01～0.02，其餘為Fe和不可避免雜質。該超細晶鋼板製造方法的主要技術特徵為連鑄坯或鋼錠加熱至970～1050℃，鋼坯軋後冷卻至780～820℃，在輥道上待溫至720～780℃開始第二階段軋制，終軋溫度為700～760℃，軋後鋼板冷卻至440～480℃，鋼板出水後空冷。本發明鋼屈服強度大於420MPa、具有較高的強度、良好的韌性和焊接性。
文檔編號B21B37/00GK101397625SQ200710046298
公開日2009年4月1日 申請日期2007年9月24日 優先權日2007年9月24日
發明者姚連登, 趙小婷 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司