一種低溫用低碳貝氏體鋼熱軋卷板及其生產方法
2023-05-15 23:35:46 1
專利名稱：一種低溫用低碳貝氏體鋼熱軋卷板及其生產方法
技術領域：
本發明屬於金屬材料技術領域，尤其涉及一種低溫用低碳貝氏體鋼熱軋卷板及其
生產方法。
背景技術：
低碳貝氏體鋼以其高強度、高韌性和優異的焊接性而成為近幾十年來的新鋼種， 也被稱之為環保型綠色鋼種，已廣泛應用於長輸管線、工程機械、橋梁、壓力容器、艦船、貨櫃等領域。低碳貝氏體鋼採用了低碳、複合加入合金及微合金元素的成分設計，並通過兩階段控制軋制、軋後快速冷卻、較低的終冷溫度或低溫卷取，獲得細小、均勻的貝氏體組織， 保證了其強度和韌性的良好匹配。其強化機制包括固溶強化、細晶強化、位錯強化、析出強化等。隨著世界經濟的快速發展，低碳貝氏體鋼得到了廣泛的應用。與此同時，各種工業領域對低碳貝氏體鋼的要求也不斷提高。國內外鋼鐵企業已經開發了一些高強度低碳貝氏體鋼熱軋板，而且通過薄板坯連軋工藝等新技術生產來降低生產成本，比如公開號為 CN1012M527A(對比例1)的中國專利所公開的「基於薄板坯連鑄連軋流程生產低碳貝氏體高強度鋼的方法」，其內容涉及具有高強度低碳貝氏體鋼，其特點是①通過薄板坯連鑄連軋生產熱軋卷板，能源消耗較少；②產品厚度只有3 12mm，屬於較薄的低碳貝氏體卷板； ③強度較高，達到650MPa(4. 8mm厚卷板)，但其低溫衝擊性能沒有提及。在保證較高強度的前提下，低碳貝氏體鋼熱軋板還應具有良好的低溫韌性，以適應低溫環境的服役需要，如寒冷地帶服役的的管線、橋梁、壓力容器等。為此，很多鋼鐵企業開展了高強度且具有良好低溫韌性的低碳貝氏體鋼的開發工作。例如公開號為 CN101338400A(對比例2)的中國專利所公開的「一種高強度低溫用低碳貝氏體鋼及其生產工藝」，其內容涉及具有高強度和良好低溫韌性的低碳貝氏體鋼，其特點是①通過中厚板軋機生產的厚度為12 30mm的平板，連鑄板坯需下線後再加熱，能源消耗較大；②軋後需要回火，工序成本較高；③16mm以下平板在_40°C的衝擊功最高平均值為250K258J、256J、 238J)。
發明內容
本發明的目的在於針對現有技術所存在的達到較高衝擊功的溫度偏高、生產工序長、工藝成本較高的問題，提供一種採用中薄板坯連鑄連軋工藝生產的具有良好低溫韌性的低碳貝氏體鋼熱軋卷板及其生產方法本發明是這樣實現的，該低溫用低碳貝氏體鋼熱軋卷板的化學成分(重量百分比)如下C :0. 03% 0. 07%, Si 0. 10% 0. 30%, Mn 1. 50% 1. 90%, P 彡 0. 015%, S 彡 0. 003%, Nb 0. 06% 0. 08%, Ti :0. 005% 0. 018%, Mo 0. 30%, Ni 0. 20%, Cu 0. 24%, Alsoul :0. 015% 0. 040%。本發明中主要化學元素的設計理由如下
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C:是鋼中最基本的強化元素，在鋼中能產生強烈的固溶強化和一定的析出強化作用。但含碳量過高，則會對低溫韌性和焊接性能產生不利影響。因此本發明中的碳含量為 0. 03 0. 07%，以保證低碳貝氏體鋼具有良好的低溫韌性和焊接性能。Mn:具有強烈的固溶強化作用，還因降低γ-α相變溫度而細化相變後的鐵素體晶粒，同時還可補償C降低引起的強度損失。但是Mn含量過高，也會引起成分偏析和組織偏析，從而對低溫韌性產生不利影響，因此本發明中的Mn含量為1. 50 1. 90%。Nb 是現代高強度微合金鋼中添加的最主要的微合金化元素。通過再加熱時阻止奧氏體晶粒長大、變形過程中抑制再結晶和降低相變溫度而產生明顯的晶粒細化作用。此外，還可產生一定的析出強化、相變強化。本發明中的Nb含量為0. 06 0. 08%。Ti 鋼中的Ti與N有著很強的親和力，很容易形成氮化物。當鋼中加入0. 005 0. 020%的Ti時，可在連鑄時於板坯內部形成穩定而細小的TiN，阻止板坯在再加熱和焊接過程中奧氏體晶粒的長大，有利於改善鋼的低溫韌性。本發明中的Ti含量為0. 005 0. 018%。Mo 可以有效地提高鋼的淬透性。強烈地抑制先共析鐵素體的形成，促進針狀鐵素體的形成。但Mo價格昂貴，本發明中僅在厚規格的低碳貝氏體熱軋卷板中添加，生產薄規格的低碳貝氏體熱軋卷板通過提高冷卻速度來彌補淬透性的不足。因此本發明中的Mo含量為0 0. 30%。Cu和Ni =Cu和Ni在鋼中起到一定的固溶強化作用，還可提高鋼的淬透性。此外， Cu添加到鋼中後有一定的耐蝕作用。為改善Cu在鋼中易引起的熱脆性，一般加Cu的鋼中添加一定的附。Cu和M的價格也較貴，故本發明只在生產厚規格低碳貝氏體熱軋卷板時添加。本發明的Cu含量為0 0. ，Ni含量為0 0. 20%。本發明與現有技術的成分對比見表1。表1本發明與現有技術的成分對比)
CSiMnPSNbCrTiMoCuNiAlsB本發明0.03-0.070.10-0.301.50-1.90( 0.0150.0030.06-0.080.005 0.0180.00-0.300.00-0.240.00-0.200.015 0.040對比例10.03-0.080.10-0.401.00-2.00^ 0.0200.0080.03-0.060.20-0.600.01-0.100~ 0.400.020 0.0600.00-0.002對比例20.03-0.100.02-0.041.00-1.800~ 0.0150~ 0.0050.02-0.100.05-0.50.01-0.030.10-0.50本發明低溫用低碳貝氏體鋼熱軋卷板的生產方法，其特徵在於包括以下工藝步驟中薄板坯連鑄機一130 170mm厚中薄板坯一低溫裝入加熱爐一粗軋機一待溫一精軋機一層流冷卻一卷取一空冷，板坯裝爐溫度為300 700°C，加熱溫度為1150 1180°C，板坯經5道次粗軋成55 60mm的中間坯，中間坯待溫至950 900°C後，進入精軋機進行6 道次軋製成11 19mm厚的熱軋板，並快速進入層流冷卻區以10 25°C /s的冷卻速度進行層流冷卻，冷卻至450 550°C進行卷取。本發明採用中薄板坯連鑄連軋生產工藝生產具有良好低溫韌性的低碳貝氏體鋼熱軋卷板的依據是低碳設計有利於低溫韌性，同時通過合金化/微合金化元素及工藝控
4制來達到期望的組織和性能。130 170mm連鑄板坯以300 700°C的溫度進入再加熱，既有利於節約能源，又可以利用奧氏體的兩次相變獲得細小的奧氏體。通過控制再加熱溫度 (1150 1180°C )，即可使大部分Nb固溶，也可獲得相對細小的再加熱奧氏體(< 150 μ m)。 粗軋過程中再加熱奧氏體通過再結晶細化，待溫後在未再結晶溫度以下進入精軋軋制，再結晶細化的奧氏體中產生應變累積，為獲得細小的相變後組織提供了有利條件。軋後快速冷卻、較低的卷取溫度和固溶Nb (和較大板厚情況下添加的Ni和Cu)有利於獲得細小、均勻的較高位錯密度的中溫轉變組織，最終熱軋卷板的屈服強度在500MPa以上，-60°C的衝擊功在^OJ以上。本發明通過優化的合金設計、精心控制整個TMCP工藝過程中晶粒(奧氏體和鐵素體)，最終獲得細小、均勻的以針狀鐵素體為主的顯微組織。這種合金設計和工藝是採用低碳和Nb-Ti微合金設計、通過細晶強化和適量的位錯強化來得到較高的強度和優良的低溫韌性。相比之下，一些在中厚板軋機上生產的低碳貝氏體鋼平板，有的採用軋後回火的工藝。這種工藝可以通過微合金化元素的析出進一步提高屈服強度，但析出強化是不利於低溫韌性的。本發明低溫用低碳貝氏體鋼熱軋卷板根據最終厚度少量添加或不添加Mo、Ni、 Cu合金元素，通過控制生產工藝能得到細小、均勻的最終組織，使熱軋卷板的屈服強度達 500MPa以上，-60°C衝擊功可達^OJ以上。採用中薄板坯連鑄連軋工藝，可生產比CSP更厚的低碳貝氏體鋼，通過300 700°C低溫裝爐，不僅可節省大量能源，減少生產周期，還可獲得和常規熱連軋一樣細小的奧氏體，有利於最終組織的細化和產品的低溫韌性。
圖1 圖4分別為本發明實施例1 4的金相組織。
具體實施例方式下面通過實施例對本發明作進一步的描述。本發明實施例利用中薄板坯，通過熱裝、粗軋、待溫、精軋、層流冷卻和卷取工藝生產出11. 4mm、13. 7mm、14. 3mm和17. 5mm四種規格的低碳貝氏體鋼熱軋卷板，也即實施例 1 4。本發明實施例的化學成分見表2，主要工藝參數見表3，最終的力學性能見表4。表2本發明實施例的化學成分(％ )
權利要求
1.一種低溫用低碳貝氏體鋼熱軋卷板，其特徵在於該卷板的化學成分重量百分比為 C 0. 03% 0. 07%，Si 0. 10% 0. 30%，Mn 1. 50% 1. 90%，P 彡 0. 015%，S 彡 0. 003%， Nb 0. 06% 0. 08%，Ti 0. 005% 0. 018%，Mo 0% 0.30%，Ni 0% 0.20%，Cu 0% 0. 24%, Alsoul 0. 015% 0. 040%，餘量為Fe和不可避免的雜質。
2.—種權利要求1所述低溫用低碳貝氏體鋼熱軋卷板的生產方法，其特徵在於包括以下工藝步驟中薄板坯連鑄、低溫裝爐加熱、粗軋、待溫、精軋、層流冷卻、卷取、空冷，所述板坯裝爐溫度為300 700°C，加熱溫度為1150 1180°C，板坯經3 5道次粗軋成55 60mm的中間坯，待溫至950 900°C後，精軋成11 19mm厚的熱軋板，並以10 25°C /s 的冷卻速度進行層流冷卻，卷取溫度為450 550°C。
3.根據權利要求2所述的低溫用低碳貝氏體鋼熱軋卷板的生產方法，其特徵在於所述中薄板坯的厚度為130 170mm。
全文摘要
本發明提供一種低溫用低碳貝氏體鋼熱軋卷板及其生產方法，其化學成分C 0.03％～0.07％，Si 0.10％～0.30％，Mn 1.50％～1.90％，P≤0.015％，S≤0.003％，Nb 0.06％～0.08％，Ti 0.005％～0.018％，Mo 0％～0.30％，Ni 0％～0.20％，Cu 0％～0.24％，Alsoul 0.015％～0.040％。其生產方法中薄板坯連鑄、低溫裝爐加熱、粗軋、待溫、精軋、層流冷卻、卷取、空冷，裝爐溫度300～700℃，加熱溫度1150～1180℃，板坯經3～5道次粗軋成55～60mm的中間坯，待溫至950～900℃，精軋成11～19mm的熱軋板，並以10～25℃/s的速度冷卻至450～550℃卷取。本發明少添加或不添加Mo、Ni、Cu元素，成本低、生產周期短，卷板的屈服強度可達500MPa以上，-60℃衝擊功可達260J以上。
文檔編號C22C38/14GK102400040SQ20101027643
公開日2012年4月4日 申請日期2010年9月7日 優先權日2010年9月7日
發明者關菊, 沙慶雲, 馬小軍, 黃國建 申請人:鞍鋼股份有限公司