低合金高強度鋼板及其生產方法
【專利摘要】本發明公開了一種低合金高強度鋼板，其材料的化學成分的質量百分含量包括：C0.15～0.19%、Si0.2～0.4%、Mn1.3～1.55%、P≤0.02%、S≤0.012%、Als0.015～0.03%、Ca0.001～0.0025%，其余為鐵和雜質。本發明還公開了一種低合金高強度鋼板的生產方法，包括：連鑄坯加熱、軋制和冷卻。本發明采用低成本成分設計，只使用了廉價的C、Si、Mn元素，通過固溶強化和細晶強化作用，使低合金高強度鋼板的屈服強度和沖擊韌性都滿足要求，省去了熱處理工藝和昂貴合金，工藝路線簡單，成本低廉、鋼板表面質量良好。
【專利說明】低合金高強度鋼板及其生產方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及金屬材料領域，具體地說，涉及一種低合金高強度鋼板及其生產方法。【背景技術】
[0002]低合金高強度鋼板，特別是Q345D、Q345E鋼板，在國民經濟各領域生產中廣泛應用，如現在國家正在大力發展的清潔能源風電，其設備就大量使用了 Q345D、Q345E鋼板。Q345D、Q345E鋼板是風力發電裝備中支撐葉片轉動的塔桿的主要材料。要求Q34?鋼板的-20°C沖擊功≥34J，Q345E鋼板的_40°C沖擊功≥34J。北方的冬天寒冷，氣溫常常在零下20°C以下，因此北方所用的風電塔桿材料一般都是Q345E鋼板，以保證材料能滿足低溫環境的使用要求。
[0003]Q345系列鋼板的常溫及低溫組織為鐵素體和珠光體，為體心立方結構，當溫度降低到一定的時候，材料就由韌性變為脆性。材料由韌性轉變為脆性時的溫度稱為韌脆轉變點。脆轉變溫度越低，材料的韌性就越好。Q345E鋼板要求材料在-40°C的環境溫度下仍有良好韌性，即要求其韌脆轉變點低于_40°C。由于要求Q345E的韌脆轉變點低于_40°C，是低合金高強度結構鋼中的級別較高的鋼級，材料的制造難度比較大，目前為保證Q345E鋼板的韌性一般有兩種方法，一是降低鋼中的碳含量，鋼中的碳含量越低，鋼板的韌性越好，但是碳含量降低會帶來強度的損失，使鋼板的強度不容易滿足要求；二是添加Nb、V、Ti等微量合金元素來細化晶粒，從而提高鋼板的韌性，鋼板的晶粒越細小，其韌性越好，但由于Nb、V、Ti等合金價格昂貴，即使少量添加，成本也會大幅上升。
[0004]現有技術通過淬火和回火的熱處理方式來提高Q345低合金結構鋼板沖擊性能。由于采用淬火和回火的熱處理方式來提高鋼板的性能，使鋼板的制造工藝復雜，管理難度加大，制造周期延長，同時采用熱處理工藝會使鋼板的制造成本大幅提高。

【發明內容】

[0005]本發明所要解決的技術問題是提供一種低合金高強度鋼板，鋼板表面質量良好、韌性優良。
[0006]本發明的技術方案如下:
[0007]—種低合金高強度鋼板，其材料的化學成分的質量百分含量包括:C0.15~0.19%,Si0.2 ~0.4%、Mnl.3 ~1.55%,P ≤ 0.02%,S ≤0.012%、酸溶鋁 Als0.015 ~0.03%、Ca0.001~0.0025%，其余為鐵和雜質。
[0008]進一步，所述低合金高強度鋼板的材料的化學成分的質量百分含量包括:C0.17%、Si0.32%、Mnl.45%、P0.009%、S0.005%、Als0.024%、Ca0.0018% ；或者，C0.16%、Si0.28%、Mnl.47%,P0.009%,S0.006%、Als0.023%,Ca0.001% ;或者，C0.15%,Si0.2%、Mnl.38%,P0.02%、S0.008%、Als0.023%、Ca0.0025% ；或者，C0.19%、Si0.38%、Mnl.55%、P0.012%、S0.012%、Als0.015%、Ca0.0021% ；或者，C0.18%、Si0.4%、Mnl.3%、P0.009%、S0.007%、Als0.03%、Ca0.0018%。[0009]本發明所要解決的另一技術問題是提供一種低合金高強度鋼板的生產方法，生產工藝簡單、生產周期短，生產成本低。
[0010]本發明的另一技術方案如下:
[0011]一種低合金高強度鋼板的生產方法，包括:連鑄坯加熱、板坯軋制和冷卻，生產得到的低合金高強度鋼板的材料的質量百分含量包括:C0.15~0.19%、Si0.2~0.4%、Mnl.3 ~1.55%、P ≤ 0.02%、S ≤ 0.012%、Als0.015 ~0.03%、Ca0.001 ~0.0025%，其余為
鐵和雜質。
[0012]進一步:所述連鑄坯加熱的出爐溫度為1170-1210°C，加熱時間為250~440分鐘。
[0013]進一步:所述板坯軋制包括第一階段軋制和第二階段軋制。
[0014]進一步:所述第一階段軋制開軋時板坯的厚度為所述連鑄坯的厚度，所述第一階段軋制的開軋溫度為1160~1195°C，所述第一階段軋制的終軋溫度> 980°C，所述第一階段軋制的軋制道次數為5~10。
[0015]進一步:所述第二階段軋制開軋時板坯的厚度為2-3.5倍所述生產得到的低合金高強度鋼板的厚度，所述第二階段軋制的開軋溫度為870~940°C，所述第二階段軋制的終軋溫度為820~840°C，所述第二階段軋制的軋制道次數為5~7。
[0016]進一步:所述冷卻為層流冷卻，冷卻速度為10~20 °C /s，終冷溫度為640~700。。。
[0017]進一步:生產得到的厚規格鋼板的材料的質量百分含量包括:C0.17%、Si0.32%、Mnl.45%、P0.009%、S0.005%、Als0.024%、Ca0.0018% ；或者，C0.16%、Si0.28%、Mnl.47%、P0.009%, S0.006%, Als0.023%, Ca0.001% ;或者，C0.15%, Si0.2%, Mn 1.38%, P0.02%, S0.008%、Als0.023%、Ca0.0025% ;或者，C0.19%、Si0.38%、Mnl.55%、P0.012%、S0.012%、Als0.015%、Ca0.0021% ;或者，C0.18%、Si0.4%、Mnl.3%、P0.009%、S0.007%、Als0.03%、Ca0.0018%。
[0018]本發明的技術效果如下:
[0019]1、本發明采用低成本成分設計，只使用了廉價的C、S1、Mn元素，通過固溶強化和細晶強化作用，使低合金高強度鋼板的屈服強度和沖擊韌性都滿足要求，省去了熱處理工藝和昂貴合金，工藝路線簡單，成本低廉、鋼板表面質量良好。
[0020]2、本發明的鋼板以鐵素體為主的組織，鐵素體具有良好的塑性和韌性。
[0021]3、本發明的鋼板的材料低溫沖擊韌性良好，_40°C沖擊功可以達到132J以上。
[0022]4、本發明的鋼板的的屈服強度在395~418MPa之間，抗拉強度在546~560MPa之間，延伸率> 25%。
[0023]5、本發明的鋼板表面質量良好，沒有裂紋、麻坑等表面質量缺陷。
[0024]6、本發明的鋼板的成分和工藝設計合理，工藝制度比較寬松，可在寬厚板線上穩定生產，特別適合Q345E鋼板的生產。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為本發明的實施例1的鋼板的金相組織圖；
[0026]圖2為本發明的實施例2的鋼板的金相組織圖；
[0027]圖3為本發明的實施例3的鋼板的金相組織圖；[0028]圖4為本發明的實施例4的鋼板的金相組織圖；
[0029]圖5為本發明的實施例5的鋼板的金相組織圖。
【具體實施方式】
[0030]本發明的低合金高強度鋼板在連鑄坯的基礎上制備。要求所用的連鑄坯的化學成分的質量百分含量的如下:C0.15~0.19%、Si0.2~0.4%、Mnl.3~1.55%、P≤0.02%、S ≤ 0.012%、Als0.015 ~0.03%、Ca0.001 ~0.0025%，其余為鐵和雜質。
[0031]本發明的低合金高強度鋼板的生產方法的流程如下:
[0032]步驟S1:連鑄坯加熱
[0033]連鑄坯加熱的出爐溫度為1170-1210°C，加熱時間為250~440分鐘。
[0034]步驟S2:板坯軋制
[0035]軋制包括第一階段軋制和第二階段軋制。
[0036]第一階段軋制開軋時板坯的厚度為連鑄坯的厚度。第一階段軋制的開軋溫度為1160~1195°C。第一階段軋制的終軋溫度> 980°C。第一階段軋制的軋制道次數為5~10。
[0037]第二階段軋制開軋時板坯的厚度為2-3.5倍生產得到的低合金高強度鋼板的厚度。第二階段軋制的開軋溫度為870~940°C。第二階段軋制的終軋溫度為820~840°C。第二階段軋制的軋制道次數為5~7。
[0038]對上述加熱好的連鑄坯在奧氏體再結晶區進行控制軋制。由于該低合金高強度鋼板的化學成分不含Nb等能在第二階段軋制析出第二相粒子的合金元素，因此上述第一、第二階段的軋制都是屬于奧氏體再結晶區控制軋制。第一階段控制軋制屬于高溫區的奧氏體再結晶控制軋制，這一階段采用低速、大壓下的軋制策略，要求軋制速度不大于2m/s，至少有兩道壓下率大于15%，充分細化奧氏體晶粒，軋制產生的高溫焊合作用很大程度上消除了鑄坯內部的疏松、微裂紋等缺陷，使鋼板的致密度提高。第一階段控軋結束后，中間坯在輥道上擺動降溫，降溫方式為自然空冷，降溫至第二階段開軋溫度開始軋制。第二階段的軋制屬于低溫再結晶控軋，這一階段對中間坯進行5~7道次的軋制，奧氏體晶粒被反復破碎、再結晶細化，這樣奧氏體晶粒最終在第一階段軋制細化的基礎上，再次被進一步細化，且由于第二階段軋完后，終軋溫度較低，奧氏體晶粒基本不再長大，最終得到細小的奧氏體晶粒。奧氏體晶粒越細小，其晶界面積越大，由奧氏體向鐵素體轉變時的形核位置就越多，形核率就越高，最終得到的鐵素體晶粒就越細小，鋼板的強度越高，沖擊韌性越好。
[0039]步驟S3:冷卻
[0040]冷卻采用層流冷卻，冷卻速度為10~20°C /s，終冷溫度為640~700°C。
[0041]軋后采用層流冷卻，將鋼板由終軋溫度快速冷卻至640~700°C，進一步降低了奧氏體向鐵素體的轉變溫度，進一步細化了鐵素體晶粒，從而提高了鋼板的強度和韌性。
[0042]經過上述工藝生產的得到的低合金高強度鋼板的材料的化學成分的質量百分含量為:C0.15 ~0.19%,Si0.2 ~0.4%、Mnl.3 ~1.55%,P ( 0.02%,S ( 0.012%、Als0.015 ~
0.03%、Ca0.001~0.0025%，其余為鐵和雜質。
[0043]實施例1
[0044]實施例1選用的連鑄坯的厚度為250mm。[0045]連鑄坯加熱過程中，連鑄坯的出爐溫度為1198°C，加熱時間為365分鐘。連鑄坯的化學成分的質量百分含量包括:C0.17%、Si0.32%、Mnl.45%、P0.009%、S0.005%、Als0.024%、Ca0.0018%，余量為Fe和不可避免的雜質。
[0046]然后將加熱后的板坯進行第一階段軋制和第二階段軋制，兩段軋制工序結束后得到厚度為20mm的鋼板。再將該鋼板進行冷卻。
[0047]軋制和冷卻工序對鋼板的材料的化學成分的含量影響不大，因此，生產的得到的實施例1的鋼板的材料的化學成分的質量百分含量包括:C0.17%、Si0.32%、Mnl.45%、P0.009%、S0.005%、Als0.024%、Ca0.0018%,余量為 Fe 和不可避免的雜質。
[0048]詳細的軋制及冷卻的工藝參數見表1。生產得到的實施例1的鋼板的力學性能見表2。
[0049]如圖1所示，為本發明的實施例1的鋼板的金相組織圖。從圖1可以看出，鋼板的組織為鐵素體和珠光體，晶粒大小均勻，晶粒較細小，鋼板的機械性能較好，并比較穩定。
[0050]實施例2
[0051]實施例2選用的連鑄坯的厚度為250mm。
[0052]連鑄坯加熱過程中，連鑄坯的出爐溫度為1201°C，加熱時間為373分鐘。連鑄坯的化學成分的質量百分含量包 括:C0.16%、Si0.28%、Mnl.47%、P0.009%、S0.006%、Als0.023%、Ca0.001%，余量為Fe和不可避免的雜質。
[0053]然后將加熱后的板坯進行第一階段軋制和第二階段軋制，兩段軋制工序結束后得到厚度為36mm的鋼板。再將該鋼板進行冷卻。
[0054]軋制和冷卻工序對鋼板的材料的化學成分的含量影響不大，因此，生產的得到的實施例2的鋼板的材料的化學成分的質量百分含量包括:C0.16%、Si0.28%、Mnl.47%、P0.009%、S0.006%、Als0.023%、Ca0.001%，余量為 Fe 和不可避免的雜質。
[0055]詳細的軋制和冷卻的工藝參數見表1。生產得到的實施例2的鋼板的力學性能見表2。
[0056]如圖2所示，為本發明的實施例2的鋼板的金相組織圖。從圖2可以看出，鋼板的組織為鐵素體和珠光體，晶粒大小均勻，晶粒較細小，鋼板的機械性能較好，并比較穩定。
[0057]實施例3
[0058]實施例3選用的連鑄坯的厚度為250mm。
[0059]連鑄坯加熱過程中，連鑄坯的出爐溫度為1170°C，加熱時間為250分鐘。連鑄坯的化學成分的質量百分含量包括:C0.15%、Si0.2%, Mnl.38%、P0.02%、S0.008%、Als0.023%、Ca0.0025%，余量為Fe和不可避免的雜質。
[0060]然后將加熱后的板坯進行第一階段軋制和第二階段軋制，兩段軋制工序結束后得到厚度為25mm的鋼板。再將該鋼板進行冷卻。
[0061]軋制和冷卻工序對鋼板的材料的化學成分的含量影響不大，因此，生產的得到的實施例3的鋼板的材料的化學成分的質量百分含量包括:C0.15%、Si0.2%、Mnl.38%、P0.02%、S0.008%、Als0.023%、Ca0.0025%，余量為 Fe 和不可避免的雜質。
[0062]詳細的軋制和冷卻的工藝參數見表1。生產得到的實施例3的鋼板的力學性能見表2。
[0063]如圖3所示，為本發明的實施例3的鋼板的金相組織圖。從圖3可以看出，鋼板的組織為鐵素體和珠光體，晶粒大小均勻，晶粒較細小，鋼板的機械性能較好，并比較穩定。
[0064]實施例4
[0065]實施例4選用的連鑄坯的厚度為250mm。
[0066]連鑄坯加熱過程中，連鑄坯的出爐溫度為1198°C，加熱時間為440分鐘。連鑄坯的化學成分的質量百分含量包括:C0.19%、Si0.38%、Mnl.55%、P0.012%、S0.012%、Als0.015%、Ca0.0021%，余量為Fe和不可避免的雜質。
[0067]然后將加熱后的板坯進行第一階段軋制和第二階段軋制，兩段軋制工序結束后得到厚度為20mm的鋼板。再將該鋼板進行冷卻。
[0068]軋制和冷卻工序對鋼板的材料的化學成分的含量影響不大，因此，生產的得到的實施例4的鋼板的材料的化學成分的質量百分含量包括:C0.19%、Si0.38%、Mnl.55%、P0.012%、S0.012%、Als0.015%, Ca0.0021%，余量為 Fe 和不可避免的雜質。
[0069]詳細的軋制和冷卻的工藝參數見表1。生產得到的實施例4的鋼板的力學性能見表2。
[0070]如圖4所示，為本發明的實施例4的鋼板的金相組織圖。從圖4可以看出，鋼板的組織為鐵素體和珠光體， 晶粒大小均勻，晶粒較細小，鋼板的機械性能較好，并比較穩定。
[0071]實施例5
[0072]實施例5選用的連鑄坯的厚度為250mm。
[0073]連鑄坯加熱過程中，連鑄坯的出爐溫度為1210°C，加熱時間為385分鐘。連鑄坯的化學成分的質量百分含量包括:C0.18%、Si0.4%、Mnl.3%、P0.009%、S0.007%、Als0.03%、Ca0.0018%，余量為Fe和不可避免的雜質。
[0074]然后將加熱后的板坯進行第一階段軋制和第二階段軋制，兩段軋制工序結束后得到厚度為30mm的鋼板。再將該鋼板進行冷卻。
[0075]軋制和冷卻工序對鋼板的材料的化學成分的含量影響不大，因此，生產的得到的實施例5的鋼板的材料的化學成分的質量百分含量包括:C0.18%、Si0.4%、Mnl.3%、P0.009%、S0.007%、Als0.03%、Ca0.0018%，余量為 Fe 和不可避免的雜質。
[0076]詳細的軋制和冷卻的工藝參數見表1。生產得到的實施例5的鋼板的力學性能見表2。
[0077]如圖5所示，為本發明的實施例5的鋼板的金相組織圖。從圖5可以看出，鋼板的組織為鐵素體和珠光體，晶粒大小均勻，晶粒較細小，鋼板的機械性能較好，并比較穩定。
[0078]表1本發明的各實施例的軋制及冷卻的工藝參數
[0079]
【權利要求】
1.一種低合金高強度鋼板，其特征在于，其材料的化學成分的質量百分含量包括:C0.15 ~0.19%,Si0.2 ~0.4%、Mnl.3 ~1.55%,P ( 0.02%,S ( 0.012%、Als0.015 ~0.03%、Ca0.001~0.0025%，其余為鐵和雜質。
2.如權利要求1所述的低合金高強度鋼板，其特征在于，其材料的化學成分的質量百分含量包括:C0.17%、Si0.32%、Mnl.45%、P0.009%、S0.005%、Als0.024%、Ca0.0018% ;或者，C0.16%, Si0.28%, Mn 1.47%, P0.009%, S0.006%、Als0.023%、Ca0.001% ;或者，C0.15%、Si0.2%、Mnl.38%、P0.02%、S0.008%、Als0.023%、Ca0.0025% ；或者，C0.19%、Si0.38%、Mnl.55%、P0.012%、S0.012%、Als0.015%、Ca0.0021% ；或者，C0.18%、Si0.4%、Mnl.3%、P0.009%、S0.007%、Als0.03%、Ca0.0018%。
3.一種低合金高強度鋼板的生產方法，其特征在于，包括:連鑄坯加熱、板坯軋制和冷卻，生產得到的低合金高強度鋼板的材料的質量百分含量包括:C0.15~0.19%、Si0.2~0.4%, Mn 1.3 ~1.55%、P ( 0.02%、S ( 0.012%、Als0.015 ~0.03%、Ca0.001 ~0.0025%，其余為鐵和雜質。
4.如權利要求3所述的低合金高強度鋼板的生產方法，其特征在于:所述連鑄坯加熱的出爐溫度為1170-1210°C，加熱時間為250~440分鐘。
5.如權利要求3所述的低合金高強度鋼板的生產方法，其特征在于:所述板坯軋制包括第一階段軋制和第二階段軋制。
6.如權利要求5所述的低合金高強度鋼板的生產方法，其特征在于:所述第一階段軋制開軋時板坯的厚度為所述連鑄坯的厚度，所述第一階段軋制的開軋溫度為1160~1195°C，所述第一階段軋制的終軋溫度> 980°C，所述第一階段軋制的軋制道次數為5~10。
7.如權利要求5所述的低合金高強度鋼板的生產方法，其特征在于:所述第二階段軋制開軋時板坯的厚度為2-3.5倍所述生產得到的低合金高強度鋼板的厚度，所述第二階段軋制的開軋溫度為870~940°C，所述第二階段軋制的終軋溫度為820~840°C，所述第二階段軋制的軋制道次數為5~7。
8.如權利要求3所述的低合金高強度鋼板的生產方法，其特征在于:所述冷卻為層流冷卻，冷卻速度為10~20°C /s，終冷溫度為640~700°C。
9.如權利要求3所述的低合金高強度鋼板的生產方法，其特征在于:生產得到的厚規格鋼板的材料的質量百分含量包括:C0.17%、Si0.32%、Mnl.45%、P0.009%、S0.005%、Als0.024%、Ca0.0018% ;或者，C0.16%、Si0.28%、Mnl.47%、P0.009%、S0.006%、Als0.023%、Ca0.001% ;或者，C0.15%、Si 0.2%、Mnl.38%、P0.02%、S0.008%、Als0.023%、Ca0.0025% ;或者，C0.19%、Si0.38%、Mnl.55%、P0.012%、S0.012%、Als0.015%、Ca0.0021% ;或者，C0.18%、Si0.4%、Mnl.3%、P0.009%、S0.007%、Als0.03%、Ca0.0018%。
【文檔編號】C21D8/02GK103602885SQ201310499207
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年10月22日 優先權日:2013年10月22日
【發明者】溫利軍, 董瑞峰, 高軍 申請人:內蒙古包鋼鋼聯股份有限公司