本發明屬于金屬材料加工與成型技術領域，尤其涉及一種低合金結構鋼熱軋鋼板的制造方法。
背景技術：
工業制造領域，低合金結構鋼的應用極為廣泛，如高層鋼結構建筑、橋梁，以及汽車、鐵道、隧道、工程機械的高強度零件等，與普通的碳素結構鋼相比，強度更高、韌性更好。國內對低合金結構鋼的工業生產及產品應用方面已有較多的研究，雖然有些鋼板具有較高屈服強度以及抗拉強度，但通常需要在卷取后進行退火、正火等熱處理及冷軋工藝，從而達到所需要的強度以及機加工性能，生產成本較高，制造周期長，效率低，操作繁瑣，并且熱處理過程中質量難以保證。
文獻1：CN104805357A為首鋼公司劉陽春等發明的“一種低合金高強度熱軋鋼板及其制造方法”，其含有C：0.15～0.22％，Si：0.25～0.65％，Mn：1.20～1.80％，P≤0.02％，S≤0.010％，Alt：0.020～0.060％，Ti：0.020～0.060％，V：0.10～0.20％，其余為Fe及不可避免的雜質，工藝過程依次為進行脫磷脫硫、冶煉、精練、板坯連鑄、板坯加熱、熱連軋、正火處理，屈服強度可達420MPa以上，抗拉強度可穩定達到550MPa。需經過后續的正火處理實現細化晶粒、碳分布均勻等使鋼板滿足一定的強度，但生產周期長，且正火處理過程中的質量難以保證。
文獻2：CN104060161A為攀鋼集團攀枝花鋼鐵研究院有限公司葉曉瑜發明的“一種熱連軋鋼板及其生產方法”，其含有C：0.17％，Si：0.25，Mn：1.80，P：0.018，S：0.015％，Ti：0.092，Fe：99.27，及不可避免的雜質，工藝過程依次為連續鑄鋼法得到連鑄坯、鋼坯加熱、粗軋、精軋、冷卻、卷取，屈服強度為390MPa，抗拉強度可達到525MPa，延伸率30％。該方法雖然沒有進行后續熱處理等工藝操作，但由實驗數據可以看出，與文獻1相比，鋼板的強度并沒有明顯提高，甚至有所下降，并且也沒有提及該方法可使得鋼板的其它性能有所改善。
由以上分析可知，現有技術中熱軋鋼板的生產方法，存在生產周期長，成本高，鋼板綜合性能不理想等問題，因此本領域急需一種無須通過后續熱處理便能提高熱軋鋼板強度以及保證熱軋鋼板較好機加工性能的制造方法。
技術實現要素：
本發明的目的在于提供一種低合金結構鋼熱軋鋼板的制造方法，其能夠提高熱軋鋼板強度的同時保證熱軋鋼板具有較好的機加工性能。
為了達到上述目的，本發明提供了一種低合金結構鋼熱軋鋼板的制造方法，包括以下步驟：
(1)鐵水預處理脫硫脫磷、鋼包精練爐LF精練、板坯連續澆鑄成鋼坯；
(2)鋼坯加熱，將所述鋼坯裝入加熱爐進行加熱，其中加熱溫度為1190～1230℃，均溫時間≥30min，出爐溫度為1100～1200℃；
(3)粗軋工序，將經過加熱的鋼坯快速冷卻后送入粗軋機組進行軋制，軋制末道次溫度為1000～1050℃，軋制末道次下壓率為19％～25％，軋制速度控制在2.5m/s以上，得到粗軋鋼板；
(4)精軋工序，將粗軋鋼板快速冷卻送入精軋機組進行軋制，精軋的入口溫度為850～900℃，精軋末道次下壓率為8％～15％，軋制速度在2.5m/s以下；最終軋制溫度720～750℃，得到精軋鋼板；
(5)層流冷卻工序，冷卻速度為25～30℃/s；
(6)卷取，將精軋鋼板送入第一卷取機卷取，卷取溫度控制在480～560℃，獲得熱連軋鋼板卷；
(7)展平精軋工序，將熱連軋鋼板卷開卷展平后送入展平精軋機組精軋，軋制溫度為400～460℃，末道次下壓率為7％～15％，張力為8～15MPa，得到最終精軋鋼板；
(8)收卷，將最終精軋鋼板送入第二卷取機卷取，卷取溫度為350～400℃，所得鋼帶卷自然空冷至室溫，得到低合金結構鋼熱軋鋼板卷。
進一步的，低合金結構鋼熱軋鋼是以質量百分計含有C：0.15～0.22％，Si：0.25～0.65％，Mn：1.20～1.80％，P≤0.015％，S≤0.003％，Alt：0.020～0.060％，Ti：0.020～0.060％，V：0.10～0.20％，其余為Fe及不可避免的雜質。
進一步的，鋼坯加熱后與粗軋工序前還包括高壓除鱗工序，高壓除鱗工序是用壓力15～20MPa的高壓水對鋼坯加熱工序的出爐鋼坯正、反面噴水除鱗10～20s。
進一步的，粗軋工序的鋼坯經1～2道次軋制，精軋工序的鋼板經4～7道次軋制，展平精軋工序的鋼板經1～2道次軋制。
進一步的，鋼坯加熱工序中鋼坯在爐總時間160min以上，均熱50～60min，鋼坯上、下表面溫差≤10℃。
進一步的，步驟(3)與步驟(4)之間還包括將粗軋工序所得的粗軋鋼板通過熱卷箱卷取，進行均溫與保溫操作，保證進入精軋機組的粗軋鋼板的首尾溫差在25℃以內。
進一步的，熱卷箱卷取展開后的粗軋鋼板進行精軋工序前還包括二次高壓除鱗工序，去除粗軋鋼板表面二次氧化鐵皮，二次高壓除鱗工序是用壓力15～20MPa的高壓水對鋼板正、反面噴水除鱗10～20s。
進一步的，粗軋工序和精軋工序的鋼坯或鋼板采用爐卷軋機軋制，展平精軋工序的鋼板采用多機架連軋機軋制；或者粗軋工序、精軋工序、以及展平精軋工序的鋼坯或鋼板均采用多機架連軋機軋制。
進一步的，精軋工序以及展平精軋工序的鋼板均采用多機架連軋機軋制，各相鄰機架之間分別設置有用于調節鋼板張力的活套裝置。
進一步的，熱連軋鋼板卷開卷后與展平精軋工序前還包括矯直機矯直工序，矯直機輥數大于或等于9。
本發明的一種低合金結構鋼熱軋鋼板的制造方法，具有以下有益效果：
1、精軋鋼板經卷取機卷取后重新展平，增加展平精軋工序，以誘導微合金元素在鐵素體中進一步析出，產生顯著析出強化，從而提高了熱軋鋼板的強度。
2、本發明的低合金結構鋼熱軋鋼板的制造方法，通過控制相關的軋制工藝參數來控制奧氏體組織變化規律和相變產物的組織形態，可以生產出具有較高屈服強度以及抗拉強度的熱軋鋼板。
3、本發明的低合金結構鋼熱軋鋼板的制造方法的鋼坯由加熱裝置加熱后一直到鋼板成品的全過程為降溫過程，中間無需對鋼板進行加熱處理，因此節約了能源，降低了生產成本。
4、本發明生產的熱軋鋼板無需進行后期的熱處理便具有較高的強度以及較好的機加工性能，操作易把控，熱軋鋼板質量好，并且鋼板生產周期短。
5、同時添加有微量元素，利用微量元素V、Ti所產生的細晶強化及析出強化保證鋼板的力學性能、成型性及焊接性能。
6、本發明的低合金結構鋼熱軋鋼板的制造方法，通過嚴格控制熱軋鋼板各加工工序的工藝參數，生產出的熱軋鋼板的屈服強度400～460MPa，抗拉強度650～720MPa，延伸率：28～34％，屈強比≤0.70，硬度75～83HRB,綜合性能良好。
附圖說明
圖1為本發明低合金結構鋼熱軋鋼板的制造方法的流程圖；
具體實施方式
下面將結合本發明中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通的技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發明的保護范圍。
如圖1所示，本發明的一種低合金結構鋼熱軋鋼板的制造方法，包括：
步驟S1：鐵水預處理脫硫脫磷、鋼包精練爐LF精練、板坯連續澆鑄成鋼坯。鐵水進行脫硫脫磷冶煉，降低P、S等雜質元素的含量，使鋼水的純凈度更高，P在一般情況下會增加鋼板的冷塑性，降低鋼板的焊接性能，降低塑性，而S會使鋼板產生熱脆性，降低鋼的延展性及韌性，后續軋制過程中易使鋼板產生裂紋，因此優選的應保證鋼坯中S含量≤0.0050％，P含量≤0.015％；LF精練時向鋼水中加入Si-Fe、Al-Fe、Mn-Fe、Ti-Fe、V-Fe合金，以及C粉，調整Si、Al、Mn、Ti、V元素含量，利用微量元素Ti、V產生的細晶強化及析出強化保證鋼板的力學性能，同時Ti還可以提高鋼板的焊接性能；向鋼水中通過喂入Ca-Fe線，對夾雜物進行變性處理；通過鋼包底部的底吹孔吹入單路流量為50～150L/min的氬氣，使夾雜物上浮；最后將鐵水連續澆鑄成180mm～220mm的鋼坯。
步驟S2：鋼坯加熱，將所述鋼坯裝入加熱爐進行加熱，其中加熱溫度為1190～1230℃，均溫時間≥30min，出爐溫度為1100～1200℃。進一步的，鋼坯加熱工序中鋼坯在爐總時間160min以上，均熱50～60min，鋼坯上、下表面溫差≤10℃。優選的，采用步進式加熱爐對鋼坯進行加熱，加熱的鋼坯不受端面形狀及尺寸的限制，加熱控制靈活，適用廣泛。加熱過程中應嚴格控制加熱速度、加熱時間及加熱溫度等，鋼坯加熱要注意防止鋼的氧化、脫碳、過熱過燒等缺陷的發生。
步驟S3：粗軋工序，將經過加熱的鋼坯快速冷卻后送入粗軋機組進行軋制，軋制末道次溫度為1000～1050℃，軋制末道次下壓率為19％～25％，軋制速度控制在2.5m/s以上，得到粗軋鋼板。鋼坯出爐后快速降溫，鋼坯在奧氏體再結晶區域進行大下壓量的快速軋制，奧氏體晶粒在鋼坯的整個厚度方向上可以被快速充分的破碎，同時粗軋工序的軋制又可以避免原始奧氏體晶粒的長大，另外促進了微合金元素碳氮化合物的析出、增加了未再結晶奧氏體的晶界、形變帶、以及位錯孿晶等晶體缺陷，為后續精軋工序的細晶強化做準備。
步驟S4：精軋工序，將粗軋鋼板快速冷卻送入精軋機組進行軋制，精軋的入口溫度為850～900℃，精軋末道次下壓率為8％～15％，軋制速度在2.5m/s以下；最終軋制溫度720～750℃，得到精軋鋼板。精軋工序為小下壓量升速軋制，精軋階段采用兩相區軋制甚至鐵素體區軋制，形變誘導相變，一方面可以增加鐵素體的含量細化晶粒，另一方面提高過冷奧氏體碳濃度，增加位錯及亞結構密度。
步驟S5：層流冷卻工序，冷卻速度為25～30℃/s。由于軋制的熱變形，鐵素體會在較高溫度下析出，直接空冷鐵素體晶粒會快速長大，因此必須控制冷卻速度來達到軋制效果，實現晶粒細化；控制微合金的析出強化以及固溶強化，使微合金元素的碳氮化合物更加彌散；另外，微合金元素大都具有較高的強度且在正常的加工處理工藝下得到的微合金碳氮化物質點均為球形或徑厚偏差不大的圓片狀，因此微合金元素的添加可以顯著提高鋼板的強度，但對鋼板韌性的影響卻不大，因此可以保證鋼板具有良好的機加工性能。
步驟S6：卷取，將精軋鋼板送入第一卷取機卷取，卷取溫度控制在480～560℃，獲得熱連軋鋼板卷。卷取時應嚴格控制卷取溫度，進而控制珠光體的轉變形貌，實現珠光團體小而分散，珠光體中的滲碳體部分變薄、變碎。優選的，第一卷取機為三輥式地下卷取機，設置3臺，保證鋼板生產的連續性，提高鋼板生產效率；并且三輥式地下卷取機對于厚板和薄板均適合，更適于現場生產需要。
步驟S7：展平精軋工序，將熱連軋鋼板卷開卷展平后送入展平精軋機組精軋，軋制溫度為400～460℃，末道次下壓率為7％～15％，張力為8～15MPa，得到最終精軋鋼板。對精軋工序后卷取的鋼板再次展平精軋，低溫小下壓率的展平精軋可以誘導微合金元素在鐵素體中進一步析出，分布更加均勻，產生顯著析出強化，從而顯著提高了熱軋鋼板的強度；另外，展平精軋還可以控制鐵素體以及珠光體的形貌，避免鐵素體的過分長大。
步驟S8：收卷，將最終精軋鋼板送入第二卷取機卷取，卷取溫度為350～400℃，所得鋼帶卷自然空冷至室溫，得到低合金結構鋼熱軋鋼板卷。在該溫度下卷取，鐵素體晶粒得到細化，針狀鐵素體的數量增多，珠光體含量將增加，將進一步提高鋼的強度，但為了保證鋼板的韌性，降低屈強比，展平精軋工序后應迅速收卷，盡可能保證鋼板在稍高的溫度下卷取。
本發明的低合金結構鋼熱軋鋼板的制造方法，通過控制鋼坯的加熱溫度、鋼板的軋制溫度和變形制度、鋼板的冷卻速度、以及鋼板的卷取溫度等，細化奧氏體晶粒為相變鐵素體形核提供更多、更分散的形核位置，控制相變產物的組織形態，得到細小分散的鐵素體以及珠光體，提高熱軋鋼板的強度，同時改善熱軋鋼板的韌性，生產出高強度、高韌性的熱軋鋼板。并且，本發明的低合金結構鋼熱軋鋼板的制造方法生產周期短，節能降耗，生產成本低。
進一步的，步驟S3與步驟S4之間還包括將粗軋工序所得的粗軋鋼板通過熱卷箱卷取，進行均溫與保溫操作，保證進入精軋機組的粗軋鋼板的首尾溫差在25℃以內。熱卷箱的保溫處理可以明顯的縮短鋼板的首尾溫差，保證鋼板熱軋工藝質量，同時熱卷箱還起到對生產線鋼板的緩沖銜接，避免堆鋼現象的發生，熱卷箱的外部設置有保溫罩，以提高保溫及均溫效果。
進一步的，鋼坯加熱后與粗軋工序前還包括高壓除鱗工序，高壓除鱗工序是用壓力15～20MPa的高壓水對鋼坯加熱工序的出爐鋼坯正、反面噴水除鱗10～20s。操作過程中應嚴格控制除鱗水量以及壓力，保證鋼坯表面氧化鐵皮被完全去除，避免鋼坯軋制過程中將氧化鐵皮壓入鋼板表面，同時也可以避免氧化鐵皮對軋制設備軋輥的磨損，延長軋制設備的使用壽命，同時保證鋼板質量。
優選的，熱卷箱卷取展開后的粗軋鋼板進行精軋工序前還包括二次高壓除鱗工序，去除粗軋鋼板表面二次氧化鐵皮，二次高壓除鱗工序是用壓力15～20MPa的高壓水對鋼板正、反面噴水除鱗10～20s。
進一步的，粗軋工序和精軋工序的鋼坯或鋼板采用爐卷軋機軋制，展平精軋工序的鋼板采用多機架連軋機軋制；或者粗軋工序、精軋工序、以及展平精軋工序的鋼坯或鋼板均采用多機架連軋機軋制。粗軋工序的鋼坯經1～2道次軋制，精軋工序的鋼板經4～7道次軋制，展平精軋工序的鋼板經1～2道次軋制。
優選的，精軋工序以及展平精軋工序的鋼板均采用多機架連軋機軋制，各相鄰機架之間分別設置有用于調節鋼板張力的活套裝置。由于鋼板軋制過程中，用于精軋工序的精軋機組總是存在著咬鋼時的動態速降，在穩定軋制階段又總是存在著各種干擾，不可能始終保持各機架之間良好的速度匹配關系，活套裝置以其緩沖作用來吸收咬鋼過程中形成的套量，從而實現精軋工序或者展平精軋工序的恒定的小張力或者無張力的鋼板軋制。
進一步的，熱連軋鋼板卷開卷后與展平精軋工序前還包括矯直機矯直工序，矯直機輥數大于或等于9。鋼板在軋制、冷卻及剪切過程中，由于塑性變形不均、加熱和冷卻不均等，會產生一定的彎曲、浪形等塑性變形，或者內部產生殘余應力，因此很有必要用矯直機對鋼板進行矯直加工，矯正鋼板的形狀以及消除殘余應力。
本發明的低合金結構鋼熱軋鋼是以質量百分計含有C：0.15～0.22％，Si：0.25～0.65％，Mn：1.20～1.80％，P≤0.015％，S≤0.003％，Alt：0.020～0.060％，Ti：0.020～0.060％，V：0.10～0.20％，其余為Fe及不可避免的雜質。
本發明的低合金結構鋼熱軋鋼板的制造方法，通過嚴格控制熱軋鋼板各加工工序的工藝參數，生產出的熱軋鋼板的屈服強度400～460MPa，抗拉強度650～720MPa，延伸率：28～34％，屈強比≤0.70，硬度75～83HRB,綜合性能良好。
實施例1：低合金結構鋼熱軋鋼板的化學成分為質量百分計含有C：0.15％，Si：0.27％，Mn：1.21％，P：0.014％，S：0.003％，Alt：0.030％，Ti：0.03％，V：0.15％，其余為Fe及不可避免的雜質。板坯的鑄造厚度為200mm；加熱后出爐溫度為1140℃；出爐后的鋼坯經18MPa高壓水正反面除鱗15s；除鱗后的鋼坯經2道次粗軋，粗軋末道次溫度為1038℃，粗軋后鋼板厚度為53mm；粗軋后的鋼板經熱卷箱卷取，保溫處理，首尾溫差為19℃；熱卷箱保溫處理后的鋼板展開二次除鱗后進行5道次精軋，精軋入口溫度為870℃，最終軋制溫度為730℃，精軋后的鋼板厚度為4mm；精軋后的鋼板以26℃/s的速度冷卻至650℃，繼而控制冷卻速度，當鋼板冷卻至540℃時卷取；卷取后的鋼板展平進行2道次展平精軋，展平精軋的軋制溫度為450℃、435℃，下壓率為14％、12.8％，張力為8MPa，得到最終3mm厚精軋鋼板，立即卷取，卷取溫度為396℃。鋼板的力學性能為：屈服極限420MPa、抗拉強度690MPa，延伸率32％，屈強比為0.61，硬度為78HRB。
實施例2：低合金結構鋼熱軋鋼板的化學成分為質量百分計含有C：0.18％，Si：0.4％，Mn：1.52％，P：0.013％，S：0.0025％，Alt：0.040％，Ti：0.035％，V：0.18％，其余為Fe及不可避免的雜質。板坯的鑄造厚度為200mm；加熱后出爐溫度為1170℃；出爐后的鋼坯經18MPa高壓水正反面除鱗15s；除鱗后的鋼坯經2道次粗軋，粗軋末道次溫度為1040℃，粗軋后鋼板厚度為56mm；粗軋后的鋼板經熱卷箱卷取，保溫處理，首尾溫差為22℃；熱卷箱保溫處理后的鋼板展開二次除鱗后進行5道次精軋，精軋入口溫度為880℃，最終軋制溫度為740℃，精軋后的鋼板厚度為5mm；精軋后的鋼板以28℃/s的速度冷卻至650℃，繼而控制冷卻速度，當鋼板冷卻至550℃時卷取；卷取后的鋼板展平進行2道次展平精軋，展平精軋的軋制溫度為445℃、420℃，下壓率為12％、9.1％，張力為10MPa，得到最終4mm厚精軋鋼板，立即卷取，卷取溫度為390℃。鋼板的力學性能為：屈服極限440MPa、抗拉強度702MPa，延伸率31％，屈強比為0.63，硬度為79HRB。
實施例3：低合金結構鋼熱軋鋼板的化學成分為質量百分計含有C：0.21％，Si：0.35％，Mn：1.42％，P：0.013％，S：0.0028％，Alt：0.050％，Ti：0.050％，V：0.19％，其余為Fe及不可避免的雜質。板坯的鑄造厚度為200mm；加熱后出爐溫度為1150℃；出爐后的鋼坯經17MPa高壓水正反面除鱗15s；除鱗后的鋼坯經2道次粗軋，粗軋末道次溫度為1030℃，粗軋后鋼板厚度為58mm；粗軋后的鋼板經熱卷箱卷取，保溫處理，首尾溫差為20℃；熱卷箱保溫處理后的鋼板展開二次除鱗后進行6道次精軋，精軋入口溫度為870℃，最終軋制溫度為735℃，精軋后的鋼板厚度為6mm；精軋后的鋼板以28℃/s的速度冷卻至650℃，繼而控制冷卻速度，當鋼板冷卻至530℃時卷取；卷取后的鋼板展平進行2道次展平精軋，展平精軋的軋制溫度為450℃、430℃，下壓率為10％、7.4％，張力為9MPa，得到最終5mm厚精軋鋼板，立即卷取，卷取溫度為395℃。鋼板的力學性能為：屈服極限455MPa、抗拉強度715MPa，延伸率29％，屈強比為0.64,硬度為82HRB。
以上借助具體實施例對本發明做了進一步描述，這里具體的描述，不應理解為對本發明的實質和范圍的限定，本領域內的普通技術人員在閱讀本說明書后對上述實施例做出的各種修改，都屬于本發明所保護的范圍。