專利名稱：：一種屈服強(qiáng)度355MPa級(jí)超細(xì)組織熱軋?zhí)妓劁撲搸У闹圃旆椒?br>技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種鋼材的制造方法，具體地說(shuō)是一種屈服強(qiáng)度355MPa級(jí)超細(xì)組織熱軋?zhí)妓劁撲搸У闹圃旆椒ā＜夹g(shù)背景鋼鐵材料性能優(yōu)異、價(jià)格低廉、易于循環(huán)利用，是最傳統(tǒng)和最主要的結(jié)構(gòu)制造材料。然而，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步，鋼鐵材料生產(chǎn)正面臨著資源、能源和環(huán)境等問題的巨大壓力，同時(shí)也面臨著其它材料的激烈競(jìng)爭(zhēng)。因此，從上世紀(jì)末開始，世界上許多國(guó)家陸續(xù)開展了新一代鋼鐵材料(或超級(jí)鋼)的研究與開發(fā)工作，旨在大幅度提高鋼鐵材料的強(qiáng)韌性、使用壽命.，進(jìn)一步提高鋼鐵材料的性價(jià)比，實(shí)現(xiàn)鋼鐵材料的低成本、高效化生產(chǎn)，鞏固和提高鋼鐵材料作為最主要的工程結(jié)構(gòu)材料的優(yōu)勢(shì)地位。提高鋼鐵材料強(qiáng)度的方法很多，但晶粒細(xì)化是唯一既能提高強(qiáng)度又能改善韌性的方法，其它提高強(qiáng)度的方法將會(huì)損害韌性。通過材料組織的超細(xì)化控制以大幅度提高鋼鐵材料的強(qiáng)韌性是目前國(guó)際鋼鐵材料研究共同追求的目標(biāo)。在不有意加入任何合金元素的基礎(chǔ)上，組織細(xì)化同樣是開發(fā)低碳鋼極限性能的最有效方法之一。目前，普通碳素鋼工業(yè)化熱連軋生產(chǎn)的晶粒尺寸一般為10—20微米，屈服強(qiáng)度在200MPa級(jí)左右。按Hall^"Petch關(guān)系，低碳碳素鋼的屈服強(qiáng)度從目前的200MPa級(jí)提高到345MPa級(jí)以上，鐵素體晶粒尺寸應(yīng)細(xì)化至3~5微米。屈服強(qiáng)度^345MPa級(jí)鋼是我國(guó)目前廣泛生產(chǎn)和應(yīng)用的C-Mn低合金鋼和低碳微合金鋼的力學(xué)性能水平，如果通過有效的工藝手段使普通碳素鋼的晶粒尺寸細(xì)化至3~5微米便可實(shí)現(xiàn)普通碳素鋼飛躍式的發(fā)展，達(dá)到低合金鋼和微合金鋼的力學(xué)性能水平，實(shí)現(xiàn)冶金產(chǎn)品制造的升級(jí)換代。欲使普通碳素鋼組織實(shí)現(xiàn)超細(xì)化，必須對(duì)材料從再加熱、初軋、精軋到加速冷卻、巻取等整個(gè)生產(chǎn)流程進(jìn)行綜合控制。在超細(xì)組織形成過程中，材料的原始奧氏體組織細(xì)化、a相變細(xì)化以及相變鐵素體的晶粒長(zhǎng)大控制是實(shí)現(xiàn)組織超細(xì)化的關(guān)鍵。長(zhǎng)期以來(lái)許多鋼鐵研究者一直想辦法解決此類問題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是以普通碳素鋼的成分體系為基礎(chǔ)，在不添加任何其他合金元素的條件下，在現(xiàn)有的冶煉和熱連軋?jiān)O(shè)備上生產(chǎn)出屈服強(qiáng)度為355MPa級(jí)、并具有超細(xì)組織的熱軋?zhí)妓劁撲摪澹娲秃辖痄摵偷吞嘉⒑辖痄撚糜谄嚱Y(jié)構(gòu)件的制造，節(jié)約資源，降低生產(chǎn)成本。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的它包括板坯加熱、板坯粗軋、板坯精軋、層流冷卻和巻取五個(gè)步驟，其中板坯加熱溫度為1080112(TC，板坯粗軋出口溫度為9601000°C，終軋溫度為760800°C，巻取溫度為450500°C，層流冷卻時(shí)控制冷卻速度》2(TC/秒。其中粗軋出口厚度》35mm;精軋采用七個(gè)軋機(jī)進(jìn)行連續(xù)熱軋，第一至第四機(jī)架的軋制壓下率為55%35%，第五和第六機(jī)架的軋制壓下率為25%10%;第七機(jī)架的軋制壓下率為5%以下。本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)一步說(shuō)明如下(1)化學(xué)成分采用普碳鋼的化學(xué)成分進(jìn)行超細(xì)晶鋼的生產(chǎn)，并對(duì)其冶煉控制范圍進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，確保鋼質(zhì)純凈，鋼的化學(xué)成分控制見表l。表1本技術(shù)所應(yīng)用的鋼的化學(xué)成分(Wt.%)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>(2)熱軋工藝熱軋工藝是本發(fā)明的技術(shù)關(guān)鍵。為實(shí)現(xiàn)表1所列的普通碳素鋼的組織超細(xì)化控制，本發(fā)明采用了再加熱原始奧氏體組織細(xì)化控制；初軋變形奧氏體再結(jié)晶細(xì)化控制；精軋變形誘導(dǎo)鐵素體相變控制；加速冷卻結(jié)合低溫巻取的高相變形核率和低長(zhǎng)大速率的綜合組織細(xì)化控制技術(shù)。本發(fā)明所采用的主要技術(shù)原理是通過采用比普通碳素鋼再加熱溫度低100—15(TC加熱，使原始奧氏體顯著細(xì)化，為鋼帶組織細(xì)化提供前提條件；通過適當(dāng)降低粗軋出口溫度，使粗軋后再結(jié)晶奧氏體晶粒尺寸顯著減小，為后續(xù)精軋過程中的變形誘導(dǎo)鐵素體相變提供有利條件；通過適當(dāng)降低精軋溫度和提高軋制速度，抑制精軋過程中道次間的奧氏體再結(jié)晶并實(shí)現(xiàn)變形誘導(dǎo)鐵素體相變，實(shí)現(xiàn)變形與Y—a相變的耦合，使鐵素體晶粒顯著細(xì)化；通過加速冷卻和低溫巻取，抑制變形誘導(dǎo)鐵素體晶粒長(zhǎng)大，同時(shí)增加未轉(zhuǎn)變奧氏體的過冷度，提高未轉(zhuǎn)變奧氏體的形核率。主要熱軋技術(shù)方案為適當(dāng)降低板坯加熱溫度、粗軋出口溫度、精軋終軋溫度和巻取溫度，本發(fā)明的主要工藝參數(shù)控制范圍見表2。表2本發(fā)明的主要工藝參數(shù)控制范圍加熱溫度rc)粗軋出口溫度rc)終軋溫度rc)巻取溫度(°c)108011209601000760800450500為了進(jìn)一步提高精軋機(jī)的累積變形效果，應(yīng)盡可能提高粗軋出口厚度。本發(fā)明的粗軋出口厚度設(shè)定為^35mm。對(duì)精軋七個(gè)軋機(jī)的壓下率進(jìn)行合理分配，第一至第四機(jī)架的軋制壓下率為55%35%，其中第一架軋機(jī)的壓下分配最大；第五和第六機(jī)架的軋制壓下率為25%10%;第七機(jī)架的軋制壓下率為5%以下，并主要用于控制和調(diào)整低溫軋制時(shí)的板形。控制冷卻是采用前段層流冷卻的方式，冷卻水的水溫<35°(:，控制冷卻速度為》2(TC/秒。軋制鋼巻在精整時(shí)采用平整工藝，進(jìn)一步控制好鋼板和鋼帶的板形。(3)產(chǎn)品的組織和力學(xué)性能所試制鋼帶的組織為細(xì)小等軸鐵素體+少量珠光體，晶粒尺寸約為3-5微米。下屈服強(qiáng)度ReL》355MPa，抗拉強(qiáng)度Rm》510MPa，延伸率A》24%;180°寬冷彎(b=35mm)性能，在di.5a時(shí)為合格。(4)產(chǎn)品的應(yīng)用該產(chǎn)品能夠替代傳統(tǒng)的低合金鋼和低碳微合金控軋鋼，用于汽車梁類零件的制造。采用超細(xì)晶軋制工藝生產(chǎn)的碳素鋼熱連軋鋼板的強(qiáng)度比普通碳素鋼提高了100150MPa，并具有優(yōu)良的綜合性能，達(dá)到了微合金控軋鋼的性能水平。鋼板顯微組織為細(xì)小等軸鐵素體十少量珠光體，鐵素體晶粒尺寸為2.544.71微米，其使用性能達(dá)到了抗拉強(qiáng)度為510MPa級(jí)汽車大梁鋼的要求。汽車制造廠采用超細(xì)晶碳素鋼熱連軋板生產(chǎn)汽車零件，可節(jié)約大量的材料費(fèi)用，社會(huì)效益也將更加顯著。超細(xì)晶碳素鋼的焊接試驗(yàn)結(jié)果表明對(duì)于薄板(小于5mm)，在單道焊的條件下，焊接接頭區(qū)能獲得良好的綜合性能，焊接接頭的硬度分布變化不大，基本都小于240(Hv5)，鋼的淬硬性傾向很小，焊接接頭區(qū)不存在軟化現(xiàn)象，焊接接頭的強(qiáng)度沒有弱化。利用本發(fā)明方法在實(shí)際生產(chǎn)中采用低溫軋制和應(yīng)變誘導(dǎo)鐵素體相變技術(shù)，以基本不改變目前200MPa級(jí)左右碳素鋼的化學(xué)成分和生產(chǎn)條件為前提，將鋼的晶粒尺寸細(xì)化到5微米以下，可使鋼的強(qiáng)度級(jí)別提高到355MPa級(jí)，鋼板的韌性大幅度提高，具備良好的成形、焊接等性能，綜合性能水平基本達(dá)到低合金鋼和低碳微合金控軋鋼的性能水平，可廣泛應(yīng)用于汽車結(jié)構(gòu)件的制造，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益將十分顯著。圖1為3mm鋼板金相組織結(jié)構(gòu)2為5mm鋼板金相組織結(jié)構(gòu)圖具體實(shí)施方式以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述表3列出了本發(fā)明可用于生產(chǎn)超細(xì)組織碳素鋼熱連軋板的五種具體實(shí)例的化學(xué)成分。這五種超細(xì)組織碳素鋼的生產(chǎn)方法如下在煉鋼廠90噸轉(zhuǎn)爐上進(jìn)行頂?shù)讖?fù)合吹煉，采用鐵水脫硫技術(shù)，使鐵水中的S《0.005。/。，鋼水經(jīng)過媽處理，使鋼中的化學(xué)成分滿足表1的要求(實(shí)際成分見表3)，余量為Fe及不可避免的夾雜；再將表3所示成分的鋼水澆注成210230mmX11501300mm斷面的板坯。然后將板坯送至熱軋廠，在1700mm軋機(jī)上采用超細(xì)晶軋制工藝進(jìn)行熱連軋，將其軋制成熱軋板巻，再進(jìn)行平整(精整)；先將連鑄板坯加熱到10801120。C進(jìn)行粗軋，結(jié)束溫度為9601000。C，再進(jìn)行精軋，終軋溫度為76080(TC，帶鋼軋后采用層流冷卻，冷卻水的水溫<35°(:，控制冷卻速度為^2(TC/秒。巻取溫度為450500°C。軋制鋼巻在精整時(shí)采用平整工藝，進(jìn)一歩控制好鋼板和鋼帶的板形，最終得到2.75~5.0mm的熱連軋鋼板和鋼帶。本發(fā)明鋼的力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果列于表4，從表4反映出的性能來(lái)看，厚度為2.755.0mm各成分的熱軋板都能達(dá)到低合金鋼和微合金鋼的力學(xué)性能水平，滿足汽車梁類零件的制造要求。鋼板顯微組織為細(xì)小等軸鐵素體+少量珠光體，鐵素體晶粒尺寸為2.544.71微米，詳見圖l和圖2。表3本發(fā)明鋼的化學(xué)成分(wt.%)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表4產(chǎn)品的力學(xué)性能<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>權(quán)利要求1、一種屈服強(qiáng)度355MPa級(jí)超細(xì)組織熱軋?zhí)妓劁撲搸У闹圃旆椒ǎò迮骷訜帷迮鞔周垺迮骶垺恿骼鋮s和卷取五個(gè)步驟，其中板坯加熱溫度為1080～1120℃，板坯粗軋出口溫度為960～1000℃，終軋溫度為760～800℃，卷取溫度為450～500℃，層流冷卻時(shí)控制冷卻速度≥20℃/秒。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種屈服強(qiáng)度355MPa級(jí)超細(xì)組織熱軋?zhí)妓劁撲搸У闹圃旆椒ǎ渲写周埑隹诤穸取?5mm。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種屈服強(qiáng)度355MPa級(jí)超細(xì)組織熱軋?zhí)妓劁撲搸У闹圃旆椒ǎ渲芯埐捎闷邆€(gè)軋機(jī)進(jìn)行連續(xù)熱軋，第一至第四機(jī)架的軋制壓下率為55%35%，第五和第六機(jī)架的軋制壓下率為25%10%;第七機(jī)架的軋制壓下率為5%以下。全文摘要本發(fā)明涉及一種屈服強(qiáng)度355MPa級(jí)超細(xì)組織熱軋?zhí)妓劁撲搸У闹圃旆椒āＫò迮骷訜帷迮鞔周垺迮骶垺恿骼鋮s和卷取五個(gè)步驟，其中板坯加熱溫度為1080～1120℃，板坯粗軋出口溫度為960～1000℃，終軋溫度為760～800℃，卷取溫度為450～500℃，層流冷卻時(shí)控制冷卻速度≥20℃/秒。本發(fā)明方法以基本不改變目前200MPa級(jí)左右碳素鋼的化學(xué)成分和生產(chǎn)條件為前提，將鋼的晶粒尺寸細(xì)化到5微米以下，可使鋼的強(qiáng)度級(jí)別提高到355MPa級(jí)，鋼板的韌性大幅度提高，具備良好的成形、焊接等性能，可廣泛應(yīng)用于汽車結(jié)構(gòu)件的制造。文檔編號(hào)B21B37/74GK101306433SQ20081004830公開日2008年11月19日申請(qǐng)日期2008年7月3日優(yōu)先權(quán)日2008年7月3日發(fā)明者浩劉,劉吉斌,劉清友,孫新軍,孫方義,濤彭,李平和,柳志敏,毅蘇,鐘定忠,良陳,陳邦文申請(qǐng)人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司