專利名稱：屈服強度為700MPa級的熱軋H型鋼及其制備方法
技術領域：
本發明屬于高強度H型鋼領域，具體涉及到一種屈服強度為700MPa級的熱軋H型鋼及其制備方法。
背景技術：
汽車大梁在行駛過程中受到各種沖擊、扭轉等復雜應力的作用，因此對制造材料的要求十分嚴格，這種制造材料不僅需要很高的強度，而且還要求有良好的韌性和冷彎成形性，屬于比較典型的高強度低合金鋼品種。經過檢索，有許多專利涉及到汽車大梁鋼板。申請號為200810036415.9的中國專利中熱軋鋼的化學成分為C :0. 05-0. 10wt%、Si ( O. 10wt%、Mn: I. 1-1. 85wt%、P 彡 O. 025wt%、S 彡 O. 0030wt%、Al :0. 015-0. 060wt%、N ^ 0.0060wt%, Nb :0.015-0. 050wt%、V:0. 015-0. 150wt%、Ti :0.015-0. 150wt%、Ca ( 0. 0050wt%，余量為Fe和雜質，生產工藝采用控軋控冷，冷卻速度為30_50°C /s,強度 可以達到 550-700MPa。另外，申請號為 200510100421. 2,200510047632. 4,200510047633. 9的中國專利以及日本專利JP11343536中所涉及的產品也為鋼板材。汽車大梁用鋼板或帶鋼經過切塊、拼裝、焊接等工序完成。申請號為02136738. 8的中國專利涉及的鐵素體和納米析出相的方法為300-700°C之間進行多道次大變形軋制的方法，得到的鐵素體晶粒尺寸在IOOnm-I μ m之間，納米第二相顆粒在Inm-IOOnm之間。申請號為200680029135的中國專利以及相同的US2009095381AU EP1918396A1中在鋼材中獲得了尺寸為IOnm左右的碳化物強化相。焊接H型鋼由三塊板焊接而成，經過切塊、拼裝、焊接等工序，其截面尺寸，形狀的準確率較差.而熱軋H型鋼由萬能軋機軋制而成，一次成型，截面尺寸準確，精度高，殘余應力小而不需要矯正工序，同時節約勞動時間，縮短生產周期，提高生產效率，因此熱軋H型鋼汽車大梁成為汽車行業的發展趨勢。由于減輕車重、降低油耗、減少環境污染和提高安全性等方面的要求，高強度熱軋H型鋼汽車大梁具有很好的應用前景。目前，高屈服強度的熱軋性H型鋼一般都是500 630MPa級別的。對于更高級別的高屈服強度的熱軋型鋼，現在市場上仍然是空白。

發明內容
本發明的一個目的在于提供一種屈服強度700MPa級的熱軋H型鋼并提供該鋼的制造方法。為了開發熱軋H型鋼大梁，同時開發可用于建筑等其他用途的高強度熱軋H型鋼，本發明采用Si-Mo-Mn-V-Ti-Al系鋼種，通過軋制和冷卻，利用5 — 20nm大小的釩的納米碳化物進行強化，設計并制造了一種屈服強度700MPa級的熱軋H型鋼。本發明提供了一種屈服強度700MPa級熱軋H型鋼，該鋼的化學成分為C :O. 08-0. 20wt%、Si 0. 20-0. 80wt%、Mo :0_0. 10wt%、Mn: I. 20-2. 00wt%、P ^ 0. 015wt%、
S< 0. 0030wt、Al :0. 035-0. 080wt%、N :0. 0030-0. 0060wt%、V :0. 150-0. 400wt%、Ti:O. 05-0. 09wt%，余量為 Fe 和雜質。
本發明的屈服強度700MPa級的熱軋H型鋼成分如上所示，選擇此范圍的主要理由如下
C :碳元素可與鋼中的釩、鈦等元素形成碳化物或者碳氮化物，在鐵素體中的固溶碳元素可以提高基體的強度，但碳元素過高會降低鋼材的塑性和韌性，因此本發明限定碳元素含量為O. 08-0. 20t%。
Si:在鋼中不形成碳化物，固溶在鐵素體中的硅具有固溶強化的作用，并且能夠降低奧氏體中碳元素的擴散速度，推遲鐵素體和珠光體相變反應，即使鐵素體和珠光體CCT (continuous cooling transformation,連續冷卻相變)曲線右移,增長相變過程中碳化物的析出時間。但硅會提高韌脆轉變溫度。因此硅的合理范圍是0.20-0. 80wt%。
Mo:提高鈦、鈮、釩等在奧氏體中的固溶度，細化從鐵素體中析出的碳化物；在此型碳化物(M為鈦、鈮、釩)中置換碳化物中的鈦、釩等元素，形成復合碳化物。但鑰元素會增加鋼的淬透性，而且價格較高，因此限制鑰元素的范圍為0-0. 10wt%o
Mn:錳是鋼中提高強度的主要元素之一，也是提高鋼的淬透性的有效元素。本發明中錳作為一種主要的添加元素 可以強化鐵素體基體，同時使鐵素體和奧氏體兩相區下移。 過高的錳含量會降低鐵素體生成溫度，使沉淀相太過細小而影響強化效果，錳元素合理范圍是 I. 20-2. 00wt%o
P、S:鋼中的雜質元素，含量應越低越好。上限范圍為P彡0. 015%, S彡0. 003%
Al:鋁與氧有很強的親和力，可用來脫氧，鋁能與N形成細小而彌散的A1N，可細化晶粒，同時消耗鋼中的氮元素，降低TiN，VN等氮化物的生成。在一般的鋼中主要起脫氧和細化晶粒的作用，提高材料韌性；鋁和碳親和力小，不會形成碳化物。Al含量過多，會增加澆注難度，因此控制鋁元素含量為0. 035-0. 080wt%。
N:可與鋼中的Al等形成氮化物，抑制晶粒長大；同時Ti、V等元素形成細小的碳氮化物，提高材料強度，氮元素的最優范圍是0. 0030-0. 0060wt%o
V:鐵素體形成元素，強烈縮小奧氏體區，可形成VC或V4C3碳化物，釩的碳化物析出溫度較低，可在鐵素體形成過程或在鐵素體形成后析出，顆粒細小的碳化物具有沉淀強化的作用，可提高鋼材強度300-400MPa。V含量的過度增加，增大碳化物尺寸，降低強化效果， 因此V合理的成分范圍為0. 150-0. 400wt%。
Ti:碳化物形成元素，高溫析出的氮化物可以阻止晶粒長大。鋼中含量過多的鈦在冷卻過程中會形成粗大的Ti (C，N)，降低對再結晶晶粒的釘扎效果，因此鋼中限定Ti含量為 Ti:0. 05-0. 09wt%o
該發明鋼的碳當量計算公式為Cev=C+Mn/6+ (Ti+V) /5，焊接當量公式為 Pcm=C+Si/30+Mn/20+Mo/15+V/10，其中 C、Si、Mn、Cr、Ti、Mo、V 為鋼中該元素含量。所述碳當量為鋼或鑄鐵中碳元素的含量，合金鋼中除碳元素外各種合金元素對鋼材的強度與可焊性也起著重要作用。為便于表達這些材料的強度性能和焊接性能便通過大量試驗數據的統計簡單地以碳當量來表示。焊接當量則用來評價鋼的可焊接性。
本發明提供了屈服強度700MPa級的熱軋H型鋼的制造方法，該方法包括冶煉、澆注、加熱、軋制、分段、冷卻、矯直等工序，其中冷卻工序前不需要經過加熱，軋件分段后直接進入冷卻工序。CN 102943203 A書明說3/5頁
冶煉按如下的化學成分配比進行制造C 0. 08-0. 20wt%、Si 0. 20-0. 80wt%、Mo 0-0. 10wt%、Mn: I. 20-2. 00wt%、P 彡 0. 015wt%、S 彡 0. 0030wt%、A1:0. 035-0. 080wt%、N 0.0030-0. 0060wt%、V:0. 150-0. 400wt%、Ti:0. 05-0. 09wt%，余量為 Fe 和雜質。
澆注采用連鑄機、模鑄設備或者其他設備澆注成連鑄坯或鑄錠。
加熱連鑄坯或鑄坯加熱溫度為1150_1250°C。
軋制采用萬能軋機軋制，軋制過程分為開坯，粗軋、精軋、分段兩段，鑄坯加熱到出爐溫度后，經過高壓水除鱗裝置清除表面氧化鐵皮，進入粗軋工序，在二輥可逆開坯機上往復軋制7 11道次后，完成開坯工序；利用熱鋸切除軋件頭、尾端余料。切除余料后的軋件由輥道送入萬能粗軋機組往返軋制3 5次，完成粗軋工序；軋件再進入萬能精軋機組軋制I次，完成精軋工序。
分段精軋后的軋件按照規定尺寸進行切割分段。
冷卻分段后的軋件在冷床上進行空冷。
矯直對冷卻后的H型鋼進行矯直，提高外形精度。·
優選的，碳當量范圍是O. 40<Cev<0. 52，焊接當量Pcm〈0. 27。
優選的，鑄坯加熱時間為80-120分鐘。
優選的，軋制過程的開軋溫度不低于1180°C，終軋溫度不低于840°C。
優選的，在冷床上進行直立冷卻或翻鋼冷卻。
對于微合金化鋼來說，本領域技術人員公知微合金化元素形成MC型碳化物，其中M代表金屬元素Ti和V，Ti和V可部分相互置換，形成(Ti，V) C和(V，Ti) C。根據M中 Ti和V的比重可分為含Ti的碳化物(Ti，V)C和含V的碳化物(V，Ti)C。由于化學計量比的變化和N元素在碳化物中的溶解，含V的碳化物可為(V, Mo) (C，N)或(V, Mo) 4 (C，N) 3。在較高的溫度下析出含Ti的碳化物，能夠細化晶粒；在更低的溫度下在鐵素體內部才析出含 V的碳化物，具有沉淀強化作用，能夠提高合金的強度。兩種碳化物的理想體積比約為鈦元素和釩元素的原子體積比。復合添加微合金化元素Ti和V可以顯著提高材料的性能。基于以上設計原理，本發明采用新的合金成分和第二相強化機制來制造成本較低的700MPa高強度熱軋H型鋼，金相組織為鐵素體基體或鐵素體基體加少量珠光體，在鐵素體基體上分布的第二相顆粒主要為碳化物，其主要成分為VC或V4C3碳化物。
本發明的優點不單純依靠添加鑰等合金元素提高強度，而是通過復合添加微合金化元素Ti和V，而且V含量顯著大于Ti含量，在基體形成5 - 20nm大小的含釩碳化物進行第二相強化，使屈服強度提高300-400MPa，通過較低的成本達到了高強度的性能。本發明鋼中碳化物化學計量比接近(V，Mo) (C，N)或(V，Mo)4(C，N)3，可在鐵素體形成過程和形成后析出。軋制過程中，只有少量含Ti的碳化物析出，軋制力容易達到；由于含V的碳化物析出溫度較低，終軋后的冷卻過程中才會析出，而且不需要控制冷卻，空冷即可析出細小的含 V的碳化物；整個制造過程對組織生產的設備條件要求低，易于實現。


圖I為熱軋H型鋼微觀組織的場發射掃描電鏡圖。圖2為熱軋H型鋼微觀組織的透射電鏡圖。圖3為熱軋H型鋼微觀組織的EDX譜圖。
具體實施方式
以下用實施例是對本發明更詳細的描述，這些實施例是對本發明最佳實施方式的簡單描述，并不是對本發明的范圍有任何限制。
表I實施例化學成分(wt%)
權利要求
1.一種屈服強度為700MPa級的熱軋H型鋼，其特征在于，所述H型鋼按重量比具有如下化學組成C 0. 08-0. 20wt%、Si 0. 20-0. 80wt%、Mo :0-0. 10wt%、Mn: I. 20-2. 00wt%、P ( 0.015wt%、S ( 0.0030wt、Al :0. 035-0.080wt%、N:0. 0030-0. 0060wt%、V:0. 150-0. 400wt%、Ti:0. 05-0. 09wt%，余量為 Fe 和雜質； 所述H型鋼為鐵素體單相組織，且鐵素體晶粒內部分布著尺寸為5-20nm的主要成分為釩的碳化物的析出相。
2.根據權利I要求所述的屈服強度為700MPa級的熱軋H型鋼，其特征在于，所述釩的碳化物為VC或者V4C3。
3.根據權利I要求所述的屈服強度為700MPa級的熱軋H型鋼，其特征在于，碳當量Cev按照Cev= [C] +Mn/6+ (Ti+V) /5計算時，其范圍是O. 40<Cev<0. 52 ;焊接當量Pcm按照Pcm=C+Si/30+Mn/20+Mo/15+V/10 計算時，Pcm<0. 27 ； 式中C、Mn、Ti、V、Si、Mo分別代表C元素、Mn元素、Ti元素、V元素、Si元素、Mo元素在H型鋼內的重量百分比。
4.一種制備權利I 3任一所述的屈服強度為700MPa級的熱軋H型鋼的方法，其特征在于，所述的方法包括冶煉、澆注、加熱、軋制、分段、冷卻、矯直工序，且軋制后不經過熱處理即進入冷卻程序。
5.根據權利4要求所述的屈服強度為700MPa級的熱軋H型鋼的制備方法，其特征在于，所述加熱工序中鑄坯加熱溫度為1150-1250°C，加熱時間為80-120分鐘。
6.根據權利4要求所述的屈服強度為700MPa級的熱軋H型鋼的制備方法，其特征在于，所述軋制工序中開軋溫度不低于1180°C，終軋溫度不低于840°C。
7.根據權利4要求所述的屈服強度為700MPa級的熱軋H型鋼的制造方法，其特征在于，所述冷卻工藝中冷卻方式為空冷或緩冷，在冷床上直立冷卻或翻鋼冷卻。
全文摘要
本發明公開了一種屈服強度為700MPa級熱軋H型鋼及其制備方法，其化學成分為C0.08-0.20wt%、Si0.20-0.80wt%、Mo0-0.10wt%、Mn:1.20-2.00wt%、P≤0.015wt%、S≤0.0030wt、Al:0.035-0.080wt%、N0.0030-0.0060wt%、V:0.150-0.400wt%、Ti:0.05-0.09wt%，余量為Fe和雜質。采用萬能軋制技術，開軋溫度不低于1180℃，終軋溫度不低于840℃，采用空冷或緩冷，獲得主要為鐵素體和析出相的組織，呈彌散分布的析出相為5-20nm的主要成分為釩的碳化物。本發明熱軋H型鋼屈服強度大于700MPa,具有良好的力學性能，制造方法簡便實用。
文檔編號C21D8/00GK102943203SQ20121032125
公開日2013年2月27日 申請日期2012年9月3日 優先權日2012年9月3日
發明者劉成寶, 易紅亮, 許寶玉, 許榮昌, 朱京軍 申請人:萊蕪鋼鐵集團有限公司