專利名稱：屈服強度1100MPa級工程機械用非調質態熱軋帶鋼及制備方法
技術領域：
本發明屬于冶金技術領域，特別涉及一種屈服強度IlOOMPa級工程機械用非調質態熱軋帶鋼及制備方法。
背景技術：
隨著工程機械行業的發展，對強度級別在900MPa以上的高強鋼的需求越來越急迫，同時，為了節省資源、節約能源及保護環境，迫切需要研發強度水平更高的高品質鋼材。目前，高強鋼的強度級別從屈服強度900MPa到屈服強度在IlOOMPa以上，整體上來說，對強度、韌性和焊接使用性能的綜合要求越來越高。
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國外學者Koo等人，采用低C高Mn，通過添加Nb、V、Ni、Mo、B等合金元素，通過控軋在線淬火方法制備了抗拉強度超過930MPa的中厚板鋼材，鋼板顯微組織具有一定比例的板條馬氏體。Tamehiro等人采用低C,高Mn-Ni-Mo化學成分開發了熱軋高強度鋼，并認為要使抗拉強度超過950MPa，鋼板顯微組織中必須含有90%以上的馬氏體，因此，成分設計上添加了大量的Ni和Mo元素，合金成本較高。國內康永林、鄭華、姚連登等學者針對高強度的低碳貝氏體進行了細致研究，通過Nb、Ti、Ni、Mo、B等合金元素的添加，通過形成鈮鈦析出強化結合貝氏體組織的相變強化使鋼材具有更好的成形性能和低溫韌性，從成分設計上，采用了大量的Nb、Ni和Mo等貴重合金元素，因此，生產成本較高。目前，國外瑞典SSAB、日本、芬蘭及國內的舞陽、湘鋼、南鋼、寶鋼等各大鋼廠實際生產的900MPa級的熱軋高強鋼都不同程度地添加了高附加值的Mo、Cr、Ni等合金元素，且生產工藝為熱軋+調質處理，調質工藝的處理過程為，首先將熱軋后的鋼板加熱到高溫奧氏體區或兩相區，溫度為850 9500C，在此溫度下保溫30 60min不等，然后淬火，將淬火后的鋼板進行400 600°C回火處理，顯微組織以回火馬氏體為主。對于屈服強度為IlOOMPa的高強度鋼板來說，
趙四新、姜洪生等闡述了一種熱處理高強鋼，其成分特點為C:0. 15 0. 25%、Si O. 10 0· 50%、Mn 0. 60 1· 20%、P 彡 O. 013%、S 彡 O. 003%、Cr 0. 20 0· 55%、Mo 0. 20 0· 70%、Ni 0. 60 2· 00%、Nb :0 0· 07%、V :0 0· 07%、B 0. 0006 O. 0025%、Al 0. 0Γ0. 08%、Ti
O.003 O. 06%、H彡O. 00018%、N彡O. 0040%、O彡O. 0030%，采用淬火加回火熱處理，獲得回火馬氏體組織。潘輝、郭佳、朱國森等闡述了一種1100-1200MPa的熱處理高強鋼，其化學成分特點為C 0. 15 O. 18% ；Si 0. 20-0. 25 % ；Mn 0. 85 I. 25% ；Cr 0. 20 0. 60 % ;Mo 0. 45 0. 65 % ；V 0. 035 0. 060 % ；Nb 0. 015 0. 020 % ；Ni 0 0. 55 % ；Cu 0 0. 035% ；A1 0. 01 0. 06% ；P ·.( 0. 015% ；S ·.( 0. 01% ；N ·.( 0. 008%，其工藝特點為將鑄坯加熱至1150 1250°C，終軋溫度為860 920°C ;卷取溫度為650 750°C ;淬火加熱溫度為880 930°C，保溫時間為20 90min，回火加熱溫度為100 450°C，保溫時間大于90min，緩冷或空冷至室溫。孫全社、張愛文等闡述了一種屈服強度IlOOMPa以上超高強度鋼板，其成分特點為C O. 10 O. 20% ;Si彡O. 6% ;Μη O. 5 2. 5 % ;A1彡O. 03 % ;N O. 001 O. 006 % ；B O O. 0025% ；Ca O O. 006% ；P ( O. 015% ；S ( O. 005% ；NiO.2 1.2%、Cr O 0.8%、Cu O O. 5%和Mo O O. 6%中的一種或幾種以上；Ti
O.01 0.03%、V O O. I %和Nb O. 01 O. I %中的一種或幾種以上；其工藝路線為在線淬火+離線回火。綜上所述，對于強度級別在IlOOMPa以上的超高強鋼來說，其成分設計和工藝設計都較為復雜，從成分設計來說，都加入了大量的合金元素，而對于生產工藝來說，均采用較為復雜的熱處理工藝，獲得以貝氏體或回火馬氏體組織的IlOOMPa級高強鋼。

發明內容
針對以上技術問題，本發明提供一種屈服強度IlOOMPa級工程機械用非調質態熱軋帶鋼及制備方法，目的是通過合理的成分設計，以及通過控軋控冷工藝使帶鋼的屈服強度高于llOOMPa，省去復雜的熱處理工藝，簡化生產流程，代替同一級別調質態的熱軋鋼板 或低級別的低合金高強度鋼。本發明的屈服強度IlOOMPa級工程機械用非調質態熱軋帶鋼的化學成分按重量百分比為C O. 06 O. 12%, Si O. 10 0· 30%, Mn I. 60 2· 00%, Nb O. 00 0· 04%, V O. 00 0· 04%,Ti O. 15 O. 20%, Ni O. 4 O. 80%,Mo O. 20 0· 60%, P < O. 012%, S < O. 01%，余量為鐵 Fe，其屈服強度彡llOOMPa，抗拉強度彡1180MPa，斷后伸長率彡11%。本發明的制備方法按以下步驟進行
(O按設定成分冶煉鋼水并鑄成鑄坯，設定成分按重量百分比為CO. 06、. 12%，Si O. 10 0· 30%, Mn I. 60 2· 00%, Nb O. 00 0· 04%, V0. 00 0· 04%, Ti O. 15 O. 20%, Ni
O.4 O. 80%, Mo O. 20 0· 60%, P < O. 012%, S < O. 01%,余量為鐵 Fe，鑄坯厚度為 220 250臟；
(2)將鑄坯加熱至122(Tl250°C，進行5 7道次粗軋，粗軋開軋溫度為112(Tll7(TC，終軋溫度為98(Tl070°C，獲得厚度為38 58mm的中間坯；
(3)對中間坯進行5 7道次精軋，精軋開軋溫度為95(Tl020°C，終軋溫度為80(T880°C，精軋每道次壓下量控制在15 40%，精軋后帶鋼厚度為2飛mm ；
(4)精軋后以15飛0°C/s的速度將帶鋼冷卻至20(T400°C，進行卷取，獲得熱軋帶鋼產品，其屈服強度彡llOOMPa，抗拉強度彡1180MPa，斷后伸長率彡11%。本發明是采用低碳成分設計，通過合理添加微合金元素和控軋控冷工藝，生產屈服強度大于llOOMPa，抗拉強度大于1180MPa，斷后伸長率不低于11%，同時具有良好使用性能的結構鋼帶，其金相組織為晶粒較為細小的貝氏體/馬氏體組織。本發明中鋼種成分的設置考慮了以下幾點
C對強化鋼板是有效的，但同時降低了其成型性及焊接性，這些性能對其使用性能來說是必不可少的，因此碳的含量控制在低碳鋼范圍內；Mn能夠通過固溶強化及相變強化來有效的提高鋼材的性能，但同時會降低其點焊能力及電鍍能力，考慮到高強鋼板的實際使用性能要求，所以錳的含量控制在2%以下；Si和P能提高鋼材的強度，但同時會降低鋼材的電鍍能力，所以他們的含量控制的很低；為了在低碳鋼的基礎上，將屈服強度提高到IlOOMPa以上，添加了大量的微合金元素鈦，利用微合金元素鈦的析出強化作用有效提高實驗鋼的性能，添加Mo合金元素，抑制了高溫階段鐵素體組織的相變，提高了鋼材的淬透性，有利于形成低溫相變產物-貝氏體、馬氏體等。本發明制備屈服強度IlOOMPa級的非調質態熱軋帶鋼采用的是TMCP(熱機械控制過程)，依據是通過高溫區的奧氏體再結晶控制軋制，充分細化奧氏體晶粒；精軋終軋溫度控制在80(T88(TC，使軋制過程中產生較大的累積應變；通過軋后快速冷卻及適度溫度的卷取，得到細化的貝氏體及馬氏體的復相組織；
本發明對屈服強度IlOOMPa級非調質態熱軋帶鋼提供了一種新的生產工藝路線，取消了目前生產該級別鋼材的調質熱處理工藝，實現了工藝的減量化，產品的組織為貝氏體/馬氏體組織，細化的貝氏體/馬氏體組織使材料具有較高的力學性能及良好的塑性，同時，由于成分設計上碳含量較低，材料的焊接性能得到很大改善。本發明熱軋帶鋼與同強度級別的熱處理高強度鋼相比具有如下優點
(I)本發明熱軋帶鋼由于取消了調質熱處理工藝，實現了工藝的減量化，大大降低了生產成本，采用本發明熱軋帶鋼，每噸可降低成本不少于300元，可以產生很大的經濟效益。(2)本發明熱軋帶鋼成分設計上采用低碳成分路線，在保證力學性能要求的基礎上，產品具有較好的焊接性能，有效降低焊接預熱溫度，降低了焊接的成本及難度。·


圖I為本發明實施例I制備的熱軋帶鋼產品的金相組織圖。
具體實施例方式本發明實施例中采用的軋機為2250mm熱連軋機。實施例I
按設定成分在150噸轉爐中冶煉鋼水，并連鑄成鑄坯，其設定成分按重量百分比為C O. 06 %，Si O. 20%, Mn I. 60%, Nb O. 02%, V O. 04%, Ti O. 15%, Ni O. 4%, Mo O. 20%, P
<O. 012%, S < O. 01%，余量為鐵Fe，鑄坯厚度為220mm。將鑄坯加熱至1250°C，進行粗軋，粗軋過程為5道次，粗軋開軋溫度為1170°C，粗軋終軋溫度為1070°C，獲得厚度為38mm的中間坯。將中間坯進行精軋，精軋過程為7道次，精軋開軋溫度為980°C，二軋溫度為9500C，三軋溫度為930°C，四軋溫度為890°C，五軋溫度為850°C，六軋溫度為820°C，終軋溫度為800°C，精軋每道次壓下量控制在15 40%，精軋后帶鋼厚度為2mm。精軋后以60°C /s的速度水冷至300°C，通過卷取機卷取，獲得成分按重量百分比為 C O. 06 %，Si O. 20%, Mn I. 60%, Nb O. 02%, V O. 04%, Ti O. 15%, Ni O. 4%, Mo O. 20%, P
<O. 012%, S < O. 01%，余量為鐵Fe的成品熱軋帶鋼，其金相組織如圖I所示，組織為細小的貝氏體/馬氏體，力學性能測試結果為屈服強度1150MPa，抗拉強度1250 MPa，斷后伸長率12%，冷彎測試(B=35，d=2a)合格。實施例2
鑄坯的制備方法及成分同實施例I，鑄坯厚度為250_。粗軋過程同實施例1，獲得厚度為58mm的中間坯。將中間坯進行精軋，精軋過程為6道次，精軋開軋溫度為950°C，二軋溫度為9300C，三軋溫度為910°C，四軋溫度為880°C，五軋溫度為850°C，終軋溫度為830°C，精軋每道次壓下量控制在15 40%，精軋后帶鋼厚度為6mm。精軋后以35°C /s的速度水冷至400°C，通過卷取機卷取，獲得成分按重量百分比為 C O. 06 %，Si O. 20%, Mn I. 60%, Nb O. 02%, V O. 04%, Ti O. 15%, Ni O. 4%, Mo O. 20%,P < O. 012%, S < O. 01%，余量為鐵Fe的成品熱軋帶鋼，力學性能測試結果為屈服強度llOOMPa，抗拉強度1185MPa，斷后伸長率11. 5%，冷彎測試(B=35，d=2a)合格。實施例3
鑄坯的制備方法及成分同實施例I，鑄坯厚度為240_。粗軋過程同實施例1，獲得厚度為45mm的中間還。將中間坯進行精軋，精軋過程為5道次，精軋開軋溫度為1020°C，二軋溫度為980°C，三軋溫度為920°C，四軋溫度為900°C，終軋溫度為880°C，精軋每道次壓下量控制在15 40%，精軋后帶鋼厚度為4mm。
精軋后以15°C /s的速度水冷至200°C，通過卷取機卷取，獲得成分按重量百分比為 C O. 06 %，Si O. 20%, Mn I. 60%, Nb O. 02%, V O. 04%, Ti O. 15%, Ni O. 4%, Mo O. 20%, P
<O. 012%，S < O. 01%，余量為鐵Fe的成品熱軋帶鋼，對應的力學性能測試結果為屈服強度1120MPa，抗拉強度1190MPa，斷后伸長率12%，冷彎測試(B=35，d=2a)合格。實施例4
按設定成分在150噸轉爐中冶煉鋼水，并連鑄成鑄坯，其成分按重量百分比為C
O.08%, Si O. 10 %，Mn 2. 00%, Nb O. 00 %，V0. 00 %，Ti O. 20 %，Ni O. 80%, Mo O. 60%, P
<O. 012%, S < O. 01%，余量為鐵Fe，鑄坯厚度為220mm。將鑄坯加熱至1220°C，進行粗軋，粗軋過程為7道次，粗軋開軋溫度為1150°C，1軋溫度為1000°c，獲得厚度為38mm的中間坯。將中間坯進行精軋，精軋過程為5道次，精軋開軋溫度為1020°C，二軋溫度為970°C，三軋溫度為940°C，四軋溫度為910°C，終軋溫度為880°C，精軋每道次壓下量控制在15 40%，精軋后帶鋼厚度為2mm。精軋后以60°C /s的速度水冷至400°C，通過卷取機卷取，獲得成分按重量百分比為 C O. 08%, Si O. 10 %，Mn 2. 00%, Nb O. 00 %，V O. 00 %，Ti O. 20 %，Ni O. 80%, Mo O. 60%,P < 0.012%，S < O. 01%，余量為鐵Fe的成品熱軋帶鋼，力學性能測試結果為屈服強度lllOMPa，抗拉強度1190MPa，斷后伸長率11%，冷彎測試(B=35，d=2a)合格。實施例5
鑄坯的制備方法及成分同實施例4，鑄坯厚度為230_。粗軋過程同實施例4,獲得厚度為45mm的中間還。將中間坯進行精軋，精軋過程為6道次，精軋開軋溫度為970°C，二軋溫度為9500C，三軋溫度為920°C，四軋溫度為880°C，五軋溫度為840°C，終軋溫度為820°C，精軋每道次壓下量控制在15 40%，精軋后帶鋼厚度為4mm。精軋后以30°C /s的速度水冷至350°C，通過卷取機卷取，獲得成分按重量百分比為 C O. 08%, Si O. 10 %，Mn 2. 00%, Nb O. 00 %，V O. 00 %，Ti O. 20 %，Ni O. 80%, Mo O. 60%,P < 0.012%，S < O. 01%，余量為鐵Fe的成品熱軋帶鋼，力學性能測試結果為屈服強度llOOMPa，抗拉強度1180 MPa，斷后伸長率11. 5%，冷彎測試(B=35，d=2a)合格。實施例6
鑄坯的制備方法及成分同實施例4，鑄坯厚度為240_。粗軋過程同實施例4,獲得厚度為58mm的中間還。
將中間坯進行精軋，精軋過程為5道次，精軋開軋溫度為950°C，二軋溫度為930°C，三軋溫度為900°C，四軋溫度為850°C，終軋溫度為800°C，精軋每道次壓下量控制在15 40%，精軋后帶鋼厚度為6mm。精軋后以15°C /s的速度水冷至200°C，通過卷取機卷取，獲得成分按重量百分比為 C O. 08%, Si O. 10 %，Mn 2. 00%, Nb O. 00 %，V O. 00 %，Ti O. 20 %，Ni O. 80%, Mo O. 60%,P < 0.012%，S < O. 01%，余量為鐵Fe的成品熱軋帶鋼，力學性能測試結果為屈服強度llOOMPa，抗拉強度1200 MPa，斷后伸長率11. 5%，冷彎測試(B=35，d=2a)合格。實施例7
按設定成分在150噸轉爐中冶煉鋼水，并連鑄成鑄坯，其成分按重量百分比為C
O.12%, Si O. 30%, Mn I. 80 %，Nb O. 04%, V O. 02%, Ti O. 18%, Ni O. 60%, Mo O. 40%, P
<O. 012%, S < O. 01%，余量為鐵Fe，鑄坯厚度為240mm。 將鑄坯加熱至1240°C，進行粗軋，粗軋過程為6道次，粗軋開軋溫度為1120°C，終軋溫度為980°C，獲得厚度為42mm的中間坯。將中間坯進行精軋，精軋過程為7道次，精軋開軋溫度為1000°C，二軋溫度為9700C，三軋溫度為940°C，四軋溫度為900°C，五軋溫度為860°C，六軋溫度為820°C，終軋溫度為800°C，精軋每道次壓下量控制在15 40%，精軋后帶鋼厚度為2mm。精軋后以60°C /s的速度水冷至400°C，通過卷取機卷取，獲得成分按重量百分比為 C O. 12%, Si O. 30%, Mn I. 80 %，Nb O. 04%, V O. 02%, Ti O. 18%, Ni O. 60%, Mo O. 40%,P < O. 012%, S < O. 01%，余量為鐵Fe的成品熱軋帶鋼，力學性能測試結果為屈服強度1120MPa，抗拉強度1190 MPa，斷后伸長率12%，冷彎測試(B=35，d=2a)合格。實施例8
鑄坯的制備方法及成分同實施例4，鑄坯厚度為240_。粗軋過程同實施例4，獲得厚度為48mm的中間坯。將中間坯進行精軋，精軋過程為5道次，精軋開軋溫度為1020°C，二軋溫度為970°C，三軋溫度為940°C，四軋溫度為910°C，終軋溫度為880°C，精軋每道次壓下量控制在15 40%，精軋后帶鋼厚度為5mm。精軋后以30°C /s的速度水冷至300°C，通過卷取機卷取，獲得成分按重量百分比為 C O. 12%, Si O. 30%, Mn I. 80 %，Nb O. 04%, V O. 02%, Ti O. 18%, Ni O. 60%, Mo O. 40%,P < 0.012%, S < O. 01%，余量為鐵Fe的成品熱軋帶鋼，力學性能測試結果為屈服強度1130MPa，抗拉強度1190 MPa，斷后伸長率11. 5%，冷彎測試(B=35，d=2a)合格。實施例9
鑄坯的制備方法及成分同實施例4，鑄坯厚度為240_。粗軋過程同實施例4，獲得厚度為38mm的中間坯。將中間坯進行精軋，精軋過程為6道次，精軋開軋溫度為980°C，二軋溫度為9500C，三軋溫度為910°C，四軋溫度為880°C，五軋溫度為860°C，終軋溫度為840°C，精軋每道次壓下量控制在15 40%，精軋后帶鋼厚度為2mm。精軋后以40°C /s的速度水冷至200°C，通過卷取機卷取，獲得成分按重量百分比為 C O. 12%, Si O. 30%, Mn I. 80 %，Nb O. 04%, V O. 02%, Ti O. 18%, Ni O. 60%, Mo O. 40%,P < 0.012%, S < O. 01%，余量為鐵Fe的成品熱軋帶鋼，力學性能測試結果為屈服強度1150MPa，抗拉強度1200 MPa，斷后伸長率12%，冷彎測試(B=35，d=2a) 合格。
權利要求
1.一種屈服強度IlOOMPa級工程機械用非調質態熱軋帶鋼，其特征在于化學成分按重量百分比為C O. 06 O. 12%, Si O. 10 0· 30%, Mn I. 60 2· 00%, Nb O. 00 0· 04%,V0. 00 0· 04%, TiO. 15 O. 20%, NiO. 4 O. 80%, MoO. 20 0· 60%, P < O. 012%, S < O. 01%,余量為鐵Fe，其屈服強度彡llOOMPa，抗拉強度彡1180MPa，斷后伸長率彡11%。
2.一種屈服強度IlOOMPa級工程機械用非調質態熱軋帶鋼的制備方法，其特征在于按照以下步驟進行 (O按設定成分冶煉鋼水并鑄成鑄坯，設定成分按重量百分比為CO. 06、. 12%，Si O. 10 0· 30%, Mn I. 60 2· 00%, Nb O. 00 0· 04%, V O. 00 0· 04%, Ti O. 15 O. 20%, NiO. 4 O. 80%, Mo O. 20 0· 60%, P < O. 012%, S < O. 01%，余量為鐵 Fe，鑄坯厚度為 220 250臟； (2)將鑄坯加熱至122(Tl250°C，進行5 7道次粗軋，粗軋開軋溫度為112(Tl170°C，終軋溫度為98(Tl070°C，獲得厚度為38 58mm的中間坯； (3)對中間坯進行5 7道次精軋，精軋開軋溫度為95(Tl020°C，終軋溫度為80(T880°C，精軋每道次壓下量控制在15 40%，精軋后帶鋼厚度為2飛mm ； (4)精軋后以15飛(TC/s的速度將帶鋼冷卻至20(T400°C，進行卷取，卷取后的鋼卷產品直接使用，其屈服強度彡llOOMPa，抗拉強度彡1180MPa，斷后伸長率彡11%。
全文摘要
本發明屬于冶金技術領域，特別涉及一種屈服強度1100MPa級工程機械用非調質態熱軋帶鋼及制備方法。本發明的屈服強度1100MPa級工程機械用非調質態熱軋帶鋼的化學成分按重量百分比為C0.06~0.12%，Si0.10~0.30%，Mn1.60~2.00%，Nb0.00~0.04%，V0.00~0.04%，Ti0.15~0.20%，Ni0.4~0.80%，Mo0.20~0.60%，P＜0.012%，S＜0.01%，余量為鐵Fe，其屈服強度≥1100MPa，抗拉強度≥1180MPa，斷后伸長率≥11%。本發明是采用低碳成分設計，通過合理添加微合金元素和控軋控冷工藝，生產屈服強度大于等于1100MPa，抗拉強度大于等于1180MPa，斷后伸長率不低于11%，同時具有良好使用性能的結構鋼帶，其金相組織為晶粒較為細小的貝氏體/馬氏體組織，每噸可降低成本不少于300元，可以產生很大的經濟效益。
文檔編號C22C38/14GK102943204SQ201210491489
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月28日 優先權日2012年11月28日
發明者衣海龍, 劉振宇, 吳迪, 王國棟 申請人:東北大學