專利名稱：一種低合金高強度鋼板及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種鋼板及其制造方法，尤其涉及一種低合金鋼板及其制造方法。
背景技術：
隨著制造行業對金屬結構件減重節能和安全性能雙向要求的日益增長，將低合金高強度鋼板應用于制造行業中將會成為今后一段時間內的主要趨勢。一般的低合金高強度鋼中的碳含量較低且加入的合金元素種類有限，這類鋼的屈服強度等級為320 700MPa，抗拉強度等級為415 780MPa，具有較高的硬度、較好的冷成型性能和冷彎性能，尤其適合用來制造鋼結構和汽車相關的零部件。在生產熱軋低合金高強度鋼板時，傳統工藝通常需要添加較多的Cu、N1、Cr和Mo等貴重合金元素及Nb、Ti和V等微合金元素，采用細晶強化或析出強化的強化機制，采用這種方法制造的熱軋低合金高強度鋼板生產成本高。公開號為US20100212785A1，
公開日為2010年8月26日，名稱為“一種具有優異的高壓氫環境脆化性的低合金高強度鋼及其制造方法”的美國專利文獻，其涉及一種高強度低合金鋼種，該鋼種的化學元素質量百分含量為:c:0.10 0.20%,S1:0.10 0.40%，Mn:0.50 1.20%,Cr:0.20 0.80%,Cu:0.10 0.50%,Mo:0.10 1.00%,V:0.01 0.10%, B:0.0005 0.005%, N:彡0.01%，余量由Fe和不可避免的雜質組成。在該技術方案中，雖然未添加Nb元素，但是在加入Mo元素的基礎上，還添加了 Cr，Cu，V及B這些貴重合金元素。公開號為US20120247605A1，
公開日為2012年10月4日，名稱為“一種控溫軋制無加速冷卻的無鑰低合金高強度鋼板”的美國專利文獻，其公開了一種不含鑰元素的低合金高強度鋼種。該鋼種各化學元素的質量百分含量為:c:0.05 0.09% ；Mn: 1.70 1.95% ；Ti:0.01 0.02% ；A1:0.02-0.055% ；Nb:0.075 0.1% ；P: ^ 0.015% ；S: ^ 0.003% ；V:0.01 0.03% ；Mo ( 0.003% ;其余為Fe和不可避免的其他雜質。本專利雖然未添加Mo元素，但是在加入Nb元素的情況下，又添加了 V元素。公告號為KR1020060036559A，
公開日為2006年6月2日，名稱為“一種用于汽車結構部件的鋼板”的韓國專利文獻涉及一種結構用鋼板，其各化學元素質量百分含量為
0.08% 0.12%,Mn:1.4 1.7%,P..( 0.02%, S:彡 0.005%, 0.005%, S1:彡 0.l%，Als:
0.03 0.07%, Ti:0.03 0.06%, Nb:0.03 0.06%, V:0.01 0.04%, Mo:彡 0.2%，余量`為Fe和其他不可避免的雜質。該技術方案在添加了 Nb元素的基礎上，又加入了 Mo元素和V元素。上述三篇專利文獻都公開了一種低合金高強度的鋼板，但是公開的這些技術方案均是通過添加一定含量的昂貴合金元素來使得鋼板獲得較高的強度，較好的成型性能和較佳的冷彎性能
發明內容
本發明的目的在于提供一種低合金高強度鋼板及其制造方法，該鋼板通過添加廉價的合金元素，并與適當的軋后冷卻工藝配合，利用以相變強化和析出強化為主的強化機制令鋼板獲得550MPa及以上的屈服強度，同時又具備較好的焊接性，優質的冷成形性，優良的冷彎性能及良好的塑性性能。為達到上述發明目的，本發明提供了一種低合金高強度鋼板，其化學元素質量百分含量為:C:0.06 0.09%，S1:0.15 0.30%，

Mn: 1.55 1.65%,Al:0.015 0.035%,Nb:0.04 0.05%,T1:0.010 0.020%，K 0.006%，余量為Fe和其他不可避免的雜質。進一步地，上述低合金高強度鋼板還具有0.0015 0.0035wt%的Ca。進一步地，所述低合金高強度鋼板的微觀組織為鐵素體+珠光體，或者貝氏體。本技術方案中的各化學元素對本發明所述的低合金高強度鋼板所產生的影響及設計原理如下:碳:碳元素是保證鋼板強度的重要元素。鋼板的強度和硬度隨著碳含量升高而提高，而鋼板的塑性則隨著碳含量升高而降低。在本技術方案中，一方面鋼板需要具備較高的強度及較高的塑性，另一方面鋼板還需要具有優良的成形性能和冷彎性能，因此需將碳含量設計為0.06 0.09%O硅:硅元素能提高鋼質純凈度并脫除鋼中的氧元素，且硅還在鋼中起固溶強化的作用。當硅含量過高時，會使得鋼板在加熱時的氧化皮粘度較大而引起出爐后的除鱗困難，從而導致軋后鋼板表面紅色氧化皮嚴重，進而影響成品鋼的表面質量。與此同時，當鋼中的硅含量升高時，鋼板的焊接性能也會降低。因此，在本技術方案中的硅含量設計為0.15
0.30%ο錳:錳是穩定鋼中的奧氏體微觀組織的關鍵元素，其能力僅弱于合金鎳元素，是一種價格較為低廉，且又能穩定奧氏體與強化合金的金屬元素。同時，錳還能增加鋼的淬透性，降低馬氏體形成的臨界冷卻速度。但是，錳元素具有較高的偏析傾向，所以需要控制其在鋼板中的含量。經過各項因素的綜合考慮，將本發明錳元素的含量控制在1.55 1.65%之間。鋁和氮:鋁是一種強脫氧元素。進行脫氧后多余的鋁能和鋼中的氮形成AlN析出物，該析出物可以提高鋼板的強度并且能在熱處理加熱時細化鋼中的奧氏體晶粒度。然而，為了保證鋼中的氧含量盡可能的低，鋁的含量應控制在合適范圍，即0.015 0.035%。鈮:鈮對于現代微合金鋼而言是不可或缺的重要元素之一，其原因在于鈮元素能夠顯著提高鋼的再結晶溫度并起到細化晶粒的作用。熱軋過程中鈮的碳化物應變誘導析出可阻礙形變奧氏體的回復和再結晶，并經過控軋控冷工藝后的形變奧氏體組織得到細小的相變產物。因而，本發明中的鈮含量控制為0.04 0.05%。
鈦:鈦是一種強碳化物形成元素，在鋼中加入微量的Ti有利于固定鋼中的N元素，形成的TiN能使鋼坯加熱時奧氏體晶粒不過分長大，細化原始奧氏體晶粒度。鈦在鋼中還可分別與碳和硫生成TiC、TiS Ji4C2S2等化合物，它們以夾雜物和第二相粒子的形式存在于鋼中。鈦的這些化合析出物在焊接時還可阻止熱影響區內的晶粒長大從而改善成品鋼板的焊接性能。在本技術方案中鈦含量需控制在0.010 0.020%的范圍之間。鈣:鈣元素的主要作用是改變鋼中硫化物形態，改善鋼的厚向、橫向性能和冷彎性能。對于硫含量很低的鋼板也可不采取鈣處理。在實際生產過程中，可以根據硫含量的高低情況進行鈣處理操作。因此，在本發明的優選方案中，可以將鋼中的鈣含量設計為
0.0015 0.0035%。本技術方案中不可避免的雜質主要是S、P和O元素。相應地，本發明還提供了上述低合金高強度鋼板的制造方法，其依次包括步驟:冶煉、鑄造、加熱、軋制和軋后冷卻，其中軋后冷卻步驟中的平均水冷速度為15 25°C /s。進一步地,在所述軋后冷卻步驟中，當2.0mm <鋼板厚度< 5.0mm時,終冷溫度控制在560 600°C，以獲得鐵素體+珠光體的微觀組織。進一步地,在所述軋后冷卻步驟中，當5.0mm <鋼板厚度< 8.0mm時,終冷溫度控制在480 520°C，以獲得貝氏體的微觀組織。本發明所述的低合金高強度鋼板的制造方法在工藝流程方面特別采用了軋后加速冷卻技術，即控制平均冷卻速度為15 25°C /S。另外，針對不同厚度的鋼板來控制終冷溫度，使得上述的低合金高強度鋼板在2.0mm <厚度< 5.0mm時形成鐵素體+珠光體的復相微觀組織，在5.0mm <厚度< 8.0mm時形成貝氏體單相微觀組織，這也是實現鋼板強度級別的關鍵之處。
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進一步地，在上述加熱步驟中，將板坯在1180 1220°C的溫度下加熱。將加熱溫度控制在1180至1220°C的范圍之間，一方面是為了獲得均勻的奧氏體化組織，另一方面可以使鋁、鈦及鈮等合金元素的化合物部分或充分溶解。進一步地，在所述軋制步驟中，進行多道次軋制，控制軋制總壓下率> 70%,且終軋溫度820 860°C。進一步地，在上述低合金高強度鋼板的制造方法中，在所述軋后冷卻步驟后還具有卷取步驟，卷取后的鋼板空冷至室溫。本技術方案通過添加少量低廉的合金元素，配合以軋后加速冷卻的工藝，控制鋼板的微觀組織呈現鐵素體+珠光體或貝氏體，與現有技術相比較，本發明所述的低合金高強度鋼板及其制造方法具有以下優點:(I)屈服強度達到550MPa及以上；(2)延伸率 A8tl 彡 15% ;(3)具有較高的硬度、較好的成形性、優良的塑性和冷彎性，還具有良好的焊接性；(3)不添加昂貴合金元素，生產成本降低；(4)軋后加速冷卻工藝實施簡單。


圖1顯示了本發明所述的低合金高強度鋼板實施例1的微觀組織。圖2顯示了本發明所述的低合金高強度鋼板實施例5的微觀組織。
具體實施例方式下面將根據具體實施例和說明書附圖對本發明所述的低合金高強度鋼板及其制造方法作進一步說明，但是具體實施例和相關說明并不構成對于本發明的技術方案的不當限定。實施例1-5按照下述步驟制造本發明所述的低合金高強度鋼板:I)冶煉:轉爐吹煉和真空脫氣，控制各化學元素的配比如表I所示；2)連鑄:連鑄成鋼坯以保證鑄坯內部成分均勻和表面質量良好；3)加熱:將板坯在1180 1220°C的溫度下加熱；4)軋制:在奧氏體再結晶和未結晶溫度范圍內進行多道次軋制，控制總壓下率彡70%,且終軋溫度820 860°C，軋制后的鋼板厚度為2.0 8.0mm ;5)軋后加速冷卻:平均水冷速度為15 25V /s,當2.0mm <鋼板厚度< 5.0mm時，終冷溫度控制在560 600°C，當5.0mm彡鋼板厚度彡8.0mm時，終冷溫度控制在480 520 0C ；6)將冷卻后的鋼板卷取，卷取后空冷至室溫。

表I實施例1-5中的低合金高強度鋼板的各化學元素的質量百分配比(wt.%,余量為Fe和其他不可避免的雜質)
化托一 ^
序c Si Mn Al Nb Ti Ca N
實施例10.0600.231.650.0220.0450.0160.00220.0048實施例 20.0750.151.600.0250.0480.0180.00350.0042 實施例 30.0900.181.600.0300.045O U2U0.00250.0044 實施例 40.0740.251,550,0150.0500,0100.00200.0045 實施例 50,0800.301.630.0280.0400.0150.00300.0043表2顯示了本案實施例1-5中各項工藝參數以及軋制后的鋼板厚度。表權利要求
1.一種低合金高強度鋼板，其特征在于，其化學元素質量百分含量為:C:0.06 0.09%,S1:0.15 0.30%,Mn:1.55 1.65%,Al:0.015 0.035%,Nb:0.04 0.05%,T1:0.010 0.020%, K 0.006%, 余量為Fe和其他不可避免的雜質。
2.如權利要求1所述的低合金高強度鋼板，其特征在于，其還具有0.0015 0.0035wt% 的 Ca。
3.如權利要求1或2所述的低合金高強度鋼板，其特征在于，其微觀組織為鐵素體+珠光體。
4.如權利要求1或2所述的低合金高強度鋼板，其特征在于，其微觀組織為貝氏體。
5.如權利要求1或2所述的低合金高強度鋼板的制造方法，其特征在于，依次包括步驟:冶煉、鑄造、加熱、軋制和軋后冷卻，其中軋后冷卻的平均水冷速度為15 25°C /s。
6.如權利要求5所述的低合金高強度鋼板的制造方法，其特征在于，在所述軋后冷卻步驟中，當2.0mm彡鋼板厚度< 5.0mm時，終冷溫度控制在560 600°C，以獲得鐵素體+珠光體的微觀組織。
7.如權利要求5所述的低合金高強度鋼板的制造方法，其特征在于，在所述軋后冷卻步驟中，當5.0mm彡鋼板厚度彡8.0mm時，終冷溫度控制在480 520°C，以獲得貝氏體的微觀組織。
8.如權利要求5所述的低合金高強度鋼板的制造方法，其特征在于，在加熱步驟中:將板坯在1180 1220°C的溫度下加熱。
9.如權利要求5所述的低合金高強度鋼板的制造方法，其特征在于，在軋制步驟中:進行多道次軋制，控制軋制總壓下率彡70%，且終軋溫度為820 860°C。
10.如權利要求5所述的低合金高強度鋼板的制造方法，其特征在于，在所述軋后冷卻步驟后還具有卷取步驟，卷取后的鋼板空冷至室溫。
全文摘要
本發明公開了一種低合金高強度鋼板，其化學元素質量百分含量為C0.06～0.09%，Si0.15～0.30%，Mn1.55～1.65%，Al0.015～0.035%，Nb0.04～0.05%，Ti0.010～0.020%，N≤0.006%，余量為Fe和其他不可避免的雜質。相應地，本發明還公開了該低合金高強度鋼板的制造方法，其包括步驟冶煉、鑄造、加熱、軋制和軋后冷卻，其中軋后冷卻步驟中的平均水冷速度為15～25℃/s。該鋼板具有較高的強度及較好的塑性。
文檔編號C21D11/00GK103147002SQ20131009247
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月21日 優先權日2013年3月21日
發明者張愛文 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司