一種焊接氣瓶用含硼熱軋鋼板及其製造方法與流程
2024-04-12 16:57:05 1
1.本發明涉及一種焊接氣瓶用鋼，特別涉及一種焊接氣瓶用含硼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.焊接氣瓶用鋼因其內裝易燃易爆液體或氣體(如液化石油氣、乙炔氣、液化氯氣等)，其工作安全性與人民的生命財產密切相關。生產工藝主要由拉延和焊接兩部分組成，要求其具有一定的強度、較低的屈強比、較高的伸長率，且具有良好的冷衝壓成型性能和焊接性能等綜合性能。
3.申請公布號為cn107988549a的中國專利申請文件公開了「一種低屈強比焊瓶鋼及其製造方法」，通過對化學成分的控制及冶煉、加熱及軋制工藝參數的控制，使得生產出來的鋼板抗拉強度大，保證焊接後瓶體性能，軋制和卷取設備負荷小的。但是，該焊瓶鋼採用中碳+鉻釩鈦合金設計，合金含量較高，成本增加，且其終軋和卷取溫度均較高，雖然軋制負荷較小，但耗能較大，在當今成本控制優先的市場競爭下，競爭優勢逐漸減弱。
4.申請公布號為cn106319372a的中國專利申請文件公開了「一種345mpa級焊瓶鋼及其製造方法」，該專利提供一種以低碳加鉻鈮鈦化學成分設計，通過低溫終軋及低溫卷取的熱軋工藝獲得鐵素體-珠光體-貝氏體混合組織。該焊瓶鋼合金成分設計成本較高，生產過程中易出現連鑄坯的中心偏析，且為了獲得較均勻的顯微組織，對低溫終軋和低溫卷取的熱軋工藝的過程控制要求較高。
5.因此，現有技術中公開有關焊瓶鋼板及其製造方法的技術方案存在以下問題：添加cr、nb、v元素，增加了成本；低溫終軋和低溫卷取的熱軋工藝，生產過程控制要求較高，易出現組織性能不穩定；不能同時具備低成本、低屈強比、高伸長率、性能穩定、易生產組織的特徵，同時也不能滿足節能降耗的降本需求。
技術實現要素：
6.本發明的目的是提供一種焊接氣瓶用含硼熱軋鋼板及其製造方法，主要解決現有焊接氣瓶用屈服強度320mpa級熱軋鋼板的生產成本高、力學性能不穩定的技術問題。
7.本發明通過在c-mn成分基礎上，添加極微量的b元素並結合合適的熱軋工藝設計，獲得均勻的鐵素體、珠光體和少量貝氏體組織，從而保證產品具有良好的力學性能和成型、焊接等工藝性能。
8.本發明採用的技術方案是，一種焊接氣瓶用含硼熱軋鋼板，其化學成分的重量百分比為：c:0.135％～0.165％，si≤0.035％，mn:0.60％～0.80％，p≤0.020％，s≤0.010％，ti:0.008％～0.018％，al:0.020％～0.050％，b:0.0008％～0.0018％，n≤0.0045％，餘量為鐵和不可避免的夾雜。
9.本發明熱軋鋼板的金相組織為鐵素體+珠光體+少量貝氏體，所述金相組織中珠光體的體積含量為10％～20％、貝氏體的體積含量為10％～15％，金相組織中鐵素體晶粒度
級別為9.0～10.0級，2.0～4.0mm厚熱軋鋼板橫向屈服強度r
p0.2
為320～410mpa，抗拉強度rm為480～540mpa，斷後伸長率a
50mm
為30％～40％，屈強比0.65～0.72。
10.本發明所述的焊接氣瓶用含硼熱軋鋼板的化學成分限定在上述範圍內的理由如下：
11.碳：碳含量除了對鋼板具有強化效果外，還影響鋼板的加工性能。碳成分偏高會對焊接性能不利，且影響鋼的韌性，連鑄時易產生縱裂缺陷，從而易引起成形性能下降。c含量範圍應儘量避開包晶區範圍(0.08～0.12％)，若碳含量過低，會影響鋼板的強度，因此本發明的c含量不宜太高或太低，本發明設定的c含量為0.135％～0.165％。
12.矽：矽具有較強的脫氧能力，溶入鐵素體後有很強的固溶強化作用。矽含量過高，會對鋼的塑性和韌性不利，影響材料的加工性能。本發明限定si≤0.035％。
13.錳：錳具有固溶強化的作用，可增加奧氏體穩定性，提高淬透性。mn含量過高，易造成連鑄過程中的偏析，從而在熱軋鋼板中易形成帶狀組織。本發明限定mn含量範圍為0.60％～0.80％。
14.鈦：鈦在本發明是重要的合金元素，在低溫時，ti和c、n易形成tic、tin顆粒，具有相間析出的特徵，而且可細化鐵素體基體，進而起到改善珠光體和貝氏體彌散分布狀態的作用。ti過高會造成屈服強度升高，不利於獲得較低的屈強比。本發明限定ti含量為0.008％～0.018％。
15.磷：p一般都固溶在鐵素體中，有很強的固溶強化作用，磷在鋼中容易偏析，且在珠光體和鐵素體中擴散很慢，不容易均勻化而產生高磷帶和低磷帶，在軋制過程中加劇了帶狀組織產生。磷過高會增加鋼的冷脆性，帶狀組織加重，塑性和韌性急劇下降，成形性能變壞。本發明技術方案設定p≤0.020％。
16.硫：硫在鋼中易形成沿軋制方向排列的的mns等硫化物夾雜，硫化物夾雜作為應力集中源在變形過程中易成為裂紋源首先出現開裂，使其延展性和韌性降低，且惡化焊接性能。硫在鋼中是有害元素，越低越好，但考慮到脫硫成本及實際生產操作，本發明限定s≤0.010％。
17.鋁：鋁在鋼中的作用非常重要，主要起到脫氧的作用，和鋼中氧形成al2o3在煉鋼時去除。在鋼中加入合適的al含量，可細化晶粒，提高強度、硬度。本發明限定al含量為0.020％～0.050％。
18.硼：硼的主要作用是提高鋼的淬透性，極微量的硼就可以使鋼的淬透性增加，改善高強度鋼及其焊接熱影響區的韌性，或提高鋼的耐磨性。硼作為表面活性元素，延緩奧氏體-鐵素體改變的作用，其在奧氏體晶界的偏聚阻礙鐵素體的形核而有利於貝氏體的形成。由於硼在鐵中的溶解度極低，加入的硼大多形成硼化物，硼化物(如fe2b)具有非常高的硬度和熱穩定性。含硼量過高，熱軋或冷軋時易產生邊裂。本發明限定b含量為0.0008％～0.0018％。
19.氮：氮有固溶強化作用，能夠提高鋼的淬透性，氮含量過高，固溶氮有釘扎位錯的強烈作用，對韌性有不良影響，本發明限定n≤0.0045％。
20.一種焊接氣瓶用含硼熱軋鋼板的製造方法，該方法包括：
21.鋼水經連鑄得到連鑄板坯，其中所述鋼水化學成分的重量百分比為：c:0.135％～0.165％，si≤0.035％，mn:0.60％～0.80％，p≤0.020％，s≤0.010％，ti:0.008％～
0.018％，al:0.020％～0.050％，b:0.0008％～0.0018％，n≤0.0045％，餘量為鐵和不可避免的夾雜；
22.連鑄板坯加熱至1180℃～1230℃後進行熱軋，所述的熱軋為兩段式軋制工藝，粗軋為6道次連軋，在奧氏體再結晶區進行軋制，粗軋結束溫度為1010～1050℃；精軋為7道次連軋，在鋼板的奧氏體未再結晶溫度區軋制，精軋結束溫度為840～880℃，精軋壓下率≥75％；精軋後，控制鋼板厚度為2.0～4.0mm，層流冷卻採用二段式冷卻方式，第一段為空冷，空冷時間為5～10s，第一段冷卻終點溫度為680～720℃；第二段為水冷，冷卻速度為30～100℃/s，卷取溫度為530～570℃卷取得熱軋鋼卷。
23.本發明的技術關鍵主要通過成分設計和熱軋溫度、冷卻工藝的合理調控技術得以實現。通過模擬計算和試驗驗證，本發明鋼成分體系為了發揮ti、b元素的綜合作用，設置了板坯加熱溫度、精軋結束溫度及壓下率。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及試驗驗證的溫度範圍。
24.本發明採取的熱軋工藝制度的理由如下：
25.1、連鑄板坯加熱溫度的設定
26.連鑄板坯加熱溫度的參數設置是保證穩定地獲得適量的酸溶硼而且均勻地分布在鋼中，同時促進tic/n析出、減少硼與鋼中的氧、氮結合的工藝控制基礎，理論上加熱溫度越高，越有利於ti微合金元素的固溶；但對於硼來說，加熱溫度不宜過高，加熱時間儘量縮短，以儘量減少脫硼，同時也減小晶界硼相的析出濃度。因此本發明設定連鑄板坯加熱溫度為1180℃～1230℃。
27.2、精軋結束溫度及壓下率設定
28.理論上該溫度範圍內軋制溫度越低，越有利於tic/n相析出，對於含硼鋼可獲得較高淬透性和較小晶粒度。鋼中加入極微量b元素，對鐵素體生成的延緩要比對貝氏體延緩大得多，可以使鋼的淬透性增加，進而代替mo、cr、nb、v等貴重元素，減少了其它合金元素含量，在淬透性相同的情況下，在高溫時的變形抗力減小，容易塑性變形，其氧化鐵皮也較鬆散、易脫落。另外，精軋壓下率越大，變形程度越高，b在鋼中的分布越均勻，晶界硼相的鏈狀分布容易被破壞。因此本發明設定精軋結束溫度設定為840℃～880℃，精軋壓下率≥75％。
29.3、精軋後層流冷卻方式、冷卻速度、冷卻時間和熱軋卷取溫度的設定
30.精軋後對鋼板進行層流冷卻，層流冷卻包括兩個冷卻階段，第一冷卻階段採用空氣冷卻；第二冷卻階段採用水冷；第一冷卻階段冷卻速度理論上越高的冷卻速度越有利於tic/n的析出和組織細化，但由於硼可使鋼在相當寬的冷速範圍內經空冷得到貝氏體組織。本發明可採用的冷卻速度範圍較寬，可獲得合適含量的珠光體和貝氏體組織，且彌散分布，另外，鐵素體晶粒未過度細化。綜合考慮，本發明設定，對鋼板進行層流冷卻，包括兩個冷卻階段，第一冷卻階段採用空氣冷卻，空冷時間為5～10s，第一冷卻階段冷卻終點溫度為680～720℃；第二冷卻階段採用水冷，冷卻速度為30～100℃/s，卷取溫度在530～570℃時卷取得到熱軋鋼卷。
31.本發明方法生產的熱軋鋼板的金相組織為鐵素體+珠光體+少量貝氏體，所述金相組織中珠光體的體積含量為10％～20％、貝氏體的體積含量為10％～15％，金相組織中鐵素體晶粒度級別為9.0～10.0級，2.0～4.0mm厚熱軋鋼板橫向屈服強度r
p0.2
為320～410mpa，抗拉強度rm為480～540mpa，斷後伸長率a
50mm
為30％～40％，屈強比0.65～0.72。
32.本發明通過極微量b元素、微量ti合金元素的添加可使鋼的淬透性增加，改善高強度鋼及其焊接熱影響區的韌性，或提高鋼的耐磨性，同時促使納米級tic/n大量析出，細化鐵素體、貝氏體尺寸，促使貝氏體彌散分布，本發明通過極微量b元素、微量ti合金元素的添加和熱軋工藝控制的結合，顯著提高了含硼熱軋焊接氣瓶用鋼的綜合強塑性能，對熱連軋機的設備性能要求較低，便於生產，具有明顯技術和生產優勢。
33.本發明相比現有技術具有如下積極效果：1、本發明通過極微量b元素、微量ti合金元素的添加和熱軋工藝控制的結合，進而代替cr、nb、v等貴重元素，節約資源，且顯著提高了含硼熱軋焊接氣瓶用鋼的綜合強塑性能，且易於實現生產組織。2、本發明成分設計採用添加極微量b元素、微量ti合金元素，能夠獲得鐵素體+珠光體+貝氏體，保證獲得鋼板斷後伸長率a
50mm
為30％～40％，屈強比0.65～0.72。3、本發明熱軋工藝採用較寬的參數條件控制，且能獲得合適量的貝氏體組織，並促使貝氏體彌散分布，使鋼板具有綜合的強塑性能。4、本發明熱軋鋼板的力學性能穩定，製造成本低，滿足了焊接氣瓶用鋼節能降耗需求。
附圖說明
34.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
35.下面結合實施例1～5對本發明做進一步說明，如表1～3所示。
36.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。
37.表1本發明實施例鋼的化學成分，單位：重量百分比。
[0038][0039]
通過轉爐熔煉得到符合化學成分要求的鋼水，鋼水經lf鋼包精煉爐精煉工序吹ar處理，後進行板坯連鑄得到連鑄板坯；連鑄板坯厚度為210～230mm，寬度為900～1600mm，長度為8500～11000mm。
[0040]
煉鋼生產的連鑄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，經控制冷卻後進行卷取，產出合格熱軋鋼卷。熱軋鋼板的厚度為2.0～4.0mm，熱軋工藝控制參數見表2。
[0041]
表2本發明實施例熱軋工藝控制參數
[0042][0043]
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+少量貝氏體，所述金相組織中珠光體的體積含量為10％～20％、貝氏體的體積含量為10％～15％，金相組織中鐵素體晶粒度級別為9.0～10.0級，2.0～4.0mm厚熱軋鋼板橫向屈服強度r
p0.2
為320～410mpa，抗拉強度rm為480～540mpa，斷後伸長率a
50mm
為30％～40％，屈強比0.65～0.72。
[0044]
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。
[0045]
表3本發明實施例熱軋鋼板的力學性能
[0046][0047]
實施例1～5，熱軋鋼板金相組織內貝氏體的體積含量分別為10.1％、10.5％、11.7％、13.2％、11.2％。
[0048]
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。