一種高強度、高韌性熱軋鋼帶的生產方法
【專利摘要】一種高強度、高韌性熱軋鋼帶的生產方法，包括煉鋼、精煉、連鑄、均熱、熱連軋、層流冷卻、卷取工藝過程，其特征在于：提高板坯窄面溫度，保證連鑄坯在扇形段矯直區域的角部溫度達到1000℃以上，該鋼的均熱工序溫度為1080℃～1130℃；熱連軋工序中終軋溫度850℃～870℃；卷取溫度為590℃～610℃。本發明技術生產的高強度、高韌性熱軋鋼帶與現有技術生產的產品相比能夠降低生產成本，改善板材組織性能，具有成本低、產品質量穩定、強度和沖擊韌性優良的優點。本發明生產的高強度、高沖擊韌性鋼可應用于汽車制造和高強度結構件制造。
【專利說明】一種高強度、高韌性熱軋鋼帶的生產方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于金屬材料領域，涉及到一種高強度、高韌性熱軋鋼帶的生產方法。
【背景技術】
[0002]目前，我國制造高強度結構件主要使用的是低合金高強度鋼，最典型的牌號是Q345B，其中最主要的合金元素之一是錳。錳對碳鋼的力學性能有良好的影響，能提高鋼的強度和硬度，為保證鋼材具有足夠的強度，一般錳含量在0.9%~1.1%左右。
[0003]錳元素在含量不高(Wlin <0.8%)時，可以稍微提高或不降低鋼的塑性和韌性，但當錳含量高于此值后，鋼的塑性、韌性等性能指標隨之下降。采用現有工藝生產的Q345B低合金高強度鋼主要存在的問題就是冷彎開裂、屈強比低和沖擊韌性差。

【發明內容】

[0004]根據以上【背景技術】，本發明的目的在于提供一種高強度、高韌性熱軋鋼帶的生產方法
[0005]根據上述目的，本發明整體的技術方案為:
[0006]經研究發現，鈦微合金化處理后的熱軋板卷可以具有更優良的強度性能，同時很大程度上改善了鋼板的韌性和冷加工成型性能。鈦的加入可以形成更為穩定的Ti4C2S2，減少了 MnS的析出，Ti4C2S2化合物較硬，在軋制中不易變形，鋼中的長條狀MnS夾雜物便因Ti4C2S2球狀夾雜物的形成而減少，從而改善鋼板的韌性和冷彎性能。
[0007]由于鈦微合金化具有強韌化的作用，因此鋼中錳含量可以降低，解決了 Q345B鋼的沖擊、冷彎性能差的問題。鈦微合金`化對產品晶粒細化和組織改善有利，常溫及_20°C沖擊試驗表明，與現有技術生產的Q345B低合金高強度鋼相比較，沖擊韌性值更為理想。
[0008]鈦微合金化鋼在具備良好的冷加工性能的同時，還具有良好的可焊接性能。鈦是阻止奧氏體晶粒粗化最理想的元素，鈦的加入可以防止在焊接過程中奧氏體晶粒在高溫下過度粗化，使整個焊接處的強度與母材強度保持一致，提高鋼的焊接性能。細小的TiN粒子可妨礙高溫時的晶粒長大，可利用它們對晶粒長大的抑制作用，來控制具有高熱輸出和從800 V到500 V間漫長冷卻時間的焊接件熱影響區內的晶粒大小。
[0009]本發明的設計原理是通過在理論上系統分析鋼中Mn、Ti等元素對鋼的強度、韌性等性能的影響，同時兼顧生產成本及工藝，對這種新型高強度、高韌性熱軋鋼帶的化學成分進行設計，并通過控制軋制和控制冷卻的生產技術，由此可獲得一種成本低、產品質量穩定、強度和沖擊韌性優良的熱軋鋼帶。
[0010]本發明采用頂底復吹轉爐+LF精煉爐+薄板坯連鑄連軋工藝，整個生產工藝流程為:煉鋼、精煉、連鑄、均熱、熱連軋、層流冷卻、卷取等工藝過程。
[0011]根據上述目的和整體的技術方案，本發明具體技術方案為:
[0012]1、化學成分
[0013]本發明的所述的高強度、高韌性熱軋鋼帶的化學組成成分)為:C:0.20%~0.23 %，S1:0.10 % ~0.20 %，Mn:0.25 % ~0.35 %，P:≤ 0.025 %，S:≤ 0.01 %，T1:0.025%~0.035%,Als:0.015 ~0.025%,Ca:0.001%~0.002%，余為 Fe 及其他不可避免的雜質。該鋼種成分特點是:(I)避開碳含量的包晶區0.08%~0.16%； (2)控制合理的錳含量；(3)精煉采用鈦微合金化技術；(4)鋼水經Ca處理；(5)控制較低的硫含量。
[0014]上述主要化學成分的設計依據為:
[0015]C:碳是強化鋼板的有效元素，但是碳含量在0.08%~0.16%范圍內將進入包晶區，凝固過程發生包晶反應并伴隨δ — y相變，產生較大的體積收縮，鑄坯與結晶器壁之間產生空隙，導出熱量較小，坯殼減薄，在表面形成凹陷，凹陷部位冷卻和凝固速度比其他部位慢，造成出生坯殼厚度的不均勻，該范圍碳含量屬于裂紋敏感區，基于這些因素，本發明鋼中碳含量控制在0.20%~0.23%。
[0016]Mn:錳加入鋼中的主要作用為固溶強化提高鋼的強度，同時，鋼中的Mn可與S結合成MnS并以線狀形態分布于奧氏體中，可改善鋼的塑性，是抑制板坯熱裂傾向的重要元素，基于這些因素，本發明鋼中錳含量控制在0.25%~0.35%。
[0017]T1:鈦含量與屈服強度和轉變溫度有密切關系，鈦含量較低時，屈服強度的提高因素是細晶強化。當鈦含量高于0.07%后，沉淀強化將顯著提高屈服強度，但隨著沉淀強化的加強，板材脆性轉變溫度迅速提高，板材冷彎性能、沖擊性能惡化。綜合兩種因素的影響，本發明中鈦含量控制在0.025%~0.035%。
[0018]S:鋼的凝固過程中，S在奧氏體晶界的析出降低了鋼坯的高溫塑性，增加了鑄坯的熱裂紋敏感性，因此要求降低S含量，基于這些因素，本發明鋼中硫含量應小于等于0.01%。
[0019]Ca:本發明涉及的高強度、高韌性鋼經Ca處理后，鋼中的夾雜物可以有效變性為以CaS為核心的硬質質點，上浮后可從鋼水中去除，使鋼水潔凈度提高，鋼中Ca含量控制在
0.001%~0.002%。
[0020]2、鑄坯溫度控制
[0021]采用薄板坯連鑄連軋工藝生產的連鑄坯在扇形段矯直區域的角部溫度應達到10000C以上，避開850°C~950°C的脆性溫度區。根據熱力學條件，在此溫度范圍內TiN將析出。為減緩TiN粒子的粗化，加熱溫度宜控制在較低的范圍；另一方面，當溫度低于1000°C后鑄坯裂紋敏感性增加。因此，鑄坯均熱溫度應控制在1080°C~1130°C的范圍內。
[0022]3、控制軋制和控制冷卻技術
[0023]根據Ti (C，N)析出規律，設定合理的溫度制度和冷卻制度，保證細小的Ti (C，N)粒子充分析出。在保證設備安全的情況下，制定合理的加熱制度，實現高精度大變形負荷分配，有利于Ti (C，N)的形變誘導析出，抑制熱變形過程中奧氏體晶粒的長大，提高沉淀強化作用。
[0024]為保證成品沖擊韌性，生產厚度規格在8.0mm~10.0mm的高強度、高韌性鋼時，精軋總壓下率必須確保大于70% ;小于8.0mm厚度的產品在確保精軋總壓下率的前提下，R2壓下率應控制在48%~52%，有利于奧氏體晶粒細化，另一方面有利于軋制過程中析出細小的Ti (C，N)粒子，抑制奧氏體晶粒的長大。
[0025]終軋溫度的變化可改變相變前奧氏體的組織，降低終軋溫度，可減小相變前奧氏體晶粒尺寸，細化鐵素體晶粒，增加細晶強化組分；另一方面，降低終軋溫度，將誘發更多的TiC在奧氏體析出，這種析出物尺寸較大，對強度貢獻較小，卻降低了溶解在奧氏體的TiC，削弱了在低溫區析出粒子的數量，使沉淀強化組分隨終軋溫度下降而減少。此外，由于終軋溫度降低，使形變能升高，形變能作為相變的驅動力導致Y — α相變轉變溫度升高，沉淀的質點增大，削弱了沉淀強化的作用，因此，終軋溫度控制在850°C~870°C的范圍內。該鋼主要組織成分為鐵素體+珠光體，晶粒度10~11級。
[0026]對于低錳鈦微合金化工藝生產的高強度、高韌性熱軋鋼帶，從動力學角度考慮，由于鈦的擴散激活能高，TiC析出過程是鈦長程擴散的結果，需要一定的時間才能充分析出。如果冷卻速率過快，將抑制TiC的析出過程；同時，鈦的固溶量也將提高，對析出過程不利，使析出量減少。基于這些因素，卷取溫度控制在590°c~610°C。為減少軋制運行中帶鋼表面殘留水對產品綜合性能的影響，在層流冷卻裝置后部設計安裝一套固定風吹裝置，利用該裝置抑制帶鋼表面殘留水，穩定卷取溫度。
[0027]本發明的有益效果是:
[0028]采用本發明所述的化學成分，經過冶煉、LF精煉處理、連鑄后澆鑄成鑄坯，經過2道次粗軋和5道次精軋軋制至成9.5mm厚的鋼帶。從鋼帶中間部位截取若干試樣進行分析，其化學成分如表1所示，力學性能如表2所示。其中表1為本發明實施例鋼與現有技術對比例鋼化學成分對比表，表2為本發明實施例鋼帶與現有技術對比例鋼帶力學性能對比表，其中，1-4#為本發明實施例，5-6#為現有技術生產的Q345B低合金高強度鋼對比例。
[0029]表1本發明實施例鋼與現有技術對比例-化學成分對比表
[0030]
【權利要求】
1.一種高強度、高韌性熱軋鋼帶的生產方法，其鋼的化學成分(wt% )為:C:0.20%~.0.23 %, S1:0.10 % ~0.20 %，Mn:0.25 % ~0.35 %，P:≤ 0.025 %，S: ^ 0.01 %, Ti:.0.025%~0.035%,Als:0.015 ~0.025%,Ca:0.001%~0.002%，余為 Fe 及其他不可避免的雜質，包括煉鋼、精煉、連鑄、均熱、熱連軋、層流冷卻、卷取工藝過程，其特征在于: (1)、板坯連鑄工序時，提高板坯窄面溫度，保證連鑄坯在扇形段矯直區域的角部溫度達到1000°C以上，避開850°C~950°C的脆性溫度區， (2)、該鋼的均熱工序溫度為1080°C~1130°C， (3)、熱連軋工序中終軋溫度850°C~870°C，成品厚度規格在8.0mm~10.0mm之間的精軋總壓下率大于70% ;小于8.0mm厚度的產品在確保精軋總壓下率的前提下，R2壓下率應控制在48%~52%， (4)、卷取溫度為59 0°C~610°C。
【文檔編號】C21D8/02GK103805850SQ201210454737
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月1日 優先權日:2012年11月1日
【發明者】孫利軍, 樸峰云, 王曉春, 王韶光, 關春立, 王春成, 于大海, 李松波, 柴超, 尚冰, 李春雷, 韓立海, 謝勇 申請人:通化鋼鐵股份有限公司