專利名稱：一種390MPa級(jí)低成本熱軋結(jié)構(gòu)鋼板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種厚度規(guī)格為2 12mm的390MPa級(jí)熱軋結(jié)構(gòu)鋼板及其制造方法。
背景技術(shù)：
結(jié)構(gòu)鋼通常分為低強(qiáng)度級(jí)別的普通碳素結(jié)構(gòu)鋼和高強(qiáng)度級(jí)別的低合金結(jié)構(gòu)鋼。一般采用普通C 一 Mn鋼制造低強(qiáng)度級(jí)別熱軋結(jié)構(gòu)鋼板，但對(duì)于屈服強(qiáng)度超過300MPa的高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼板，通常要靠化學(xué)成分中添加Nb、V、Ti等合金元素來(lái)保證其強(qiáng)韌性匹配。如中國(guó)專利CN101280390A等主要是通過加入Nb、V、Ti等微合金元素細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)韌性。這種方法生產(chǎn)的高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼性能優(yōu)異，但成本較高。中國(guó)專利CN1952197A、CN101153367A和CN03117280. 6等介紹的超細(xì)晶粒鋼，不用·加微合金化元素，而是通過控軋控冷技術(shù)，低溫大變形軋制，利用形變誘導(dǎo)鐵素體相變理論細(xì)化鐵素體晶粒，提高C-Mn鋼的強(qiáng)度。但要求軋機(jī)負(fù)荷大，損傷機(jī)載設(shè)備，減少了軋輥及軋機(jī)使用壽命。而且所介紹的超細(xì)晶粒鋼的Mn含量均在O. 50%以上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，提供一種利用低錳的普碳鋼成分，通過添加廉價(jià)的Al、Ti和微量的B生產(chǎn)出低成本390MPa級(jí)韌塑性優(yōu)異的高強(qiáng)度熱軋結(jié)構(gòu)鋼板及其制造方法。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，該390MPa級(jí)低成本熱軋結(jié)構(gòu)鋼板的化學(xué)成分按重量百分比計(jì)為C O. 15% 0· 20%, Si O. 05% 0· 20%, Mn O. 1% 0· 5%, B O. 0005% 0· 004%,O 彡 O. 002%, N 彡 O. 0060%, Al O. 02% 0· 05%, Ti O. 015 O. 025%, Ca O. 0025% 0· 0060%,O. 12 ( Ca/Al彡O. 2，P彡O. 020%, S彡O. 015%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。以下詳細(xì)闡述本發(fā)明的結(jié)構(gòu)用鋼各合金成分作用機(jī)理，其中百分符號(hào)％代表重量百分比C :C是鋼中主要的固溶強(qiáng)化元素。C含量若低于O. 15%，則很難保證鋼的強(qiáng)度，另一方面C含量若高于O. 20%，則惡化鋼的焊接性能和韌性。因此，C含量要控制在O. 159ΓΟ. 20%。從經(jīng)濟(jì)性和產(chǎn)品性能角度考慮，最好C含量控制在O. 169ΓΟ. 18%。Mn :Mn是良好的脫氧劑和脫硫劑，是保證鋼的強(qiáng)度和韌性的必要元素，錳和鐵形成固溶體，能提高鋼中鐵素體和奧氏體的硬度和強(qiáng)度。Mn與S結(jié)合形成MnS，避免晶界處形成FeS而導(dǎo)致的熱裂紋，同時(shí)Mn也是良好的脫氧劑并增加淬透性。Mn含量太低不能滿足高強(qiáng)度級(jí)別鋼板的要求，Mn含量過高則增加低強(qiáng)度級(jí)別鋼板生產(chǎn)成本，因此，綜合考慮成本及性能要求等因素，Mn含量應(yīng)該控制在O. 109Γ0. 5%。Si :Si是鋼中常見元素之一，在煉鋼過程中用作還原劑和脫氧劑，固溶形態(tài)的Si能提高屈服強(qiáng)度和韌脆轉(zhuǎn)變溫度，但若超過含量上限將降低韌性和焊接性能。因此
O.059Γ0. 20%的Si保留在鋼中是必要的。
P、S :P和S都是鋼中不可避免的有害雜質(zhì)，它們的存在會(huì)嚴(yán)重惡化鋼的韌性，因此要采取措施使鋼中的P和S含量盡可能降低。根據(jù)本發(fā)明，最高P含量限制在O. 020%，最高S含量限制在O. 015%。B :硼能夠顯著提高淬透性并改善韌性。硼提高淬透性的能力很強(qiáng)，O. 00pro. 003%的硼相當(dāng)于O. 6%錳、O. 7%鉻、O. 5%鑰和I. 5%鎳，故極少量的硼即可節(jié)約大量貴重合金元素。硼還可以強(qiáng)化晶界，提高鋼的高溫強(qiáng)度。硼含量過高過低，均會(huì)影響其淬透性，本發(fā)明限定為 O. 0005% 0· 004%οAl A1既是脫氧劑又是良好的細(xì)化晶粒元素，鋁可以與鋼中的N結(jié)合成細(xì)小彌散分布的AlN第二相粒子，阻礙晶界的移動(dòng)，抑制奧氏體晶粒長(zhǎng)大，從本質(zhì)上細(xì)化了鋼的本質(zhì)晶粒，提高了奧氏體粗化溫度。鋁還可以抑制鋼的時(shí)效，改善鋼在低溫時(shí)的韌性，特別是降 低鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度，本發(fā)明限定為O. 029Γ0. 05%。Ti =Ti是強(qiáng)氮化物形成元素，鋼中進(jìn)行微量Ti處理后，可以析出微細(xì)的TiN和TiCN粒子，阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大，細(xì)化晶粒，另一方面Ti與N結(jié)合后，可以降低BN的形成率，減少了 BN的危害，本發(fā)明限定為O. 0159Π). 025%。N^O. 0060%，鋼中含適量的N，促進(jìn)其與Ti和Al結(jié)合形成細(xì)小的TiN、AlN粒子，細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度。但含硼鋼如果N含量過高，易形成B、N的化合物，推遲奧氏體再結(jié)晶，提高含硼鋼的奧氏體化溫度，增加鑄坯加熱控制難度，而且減少沿晶偏聚的硼原子含量，降低硼鋼的淬透性。Ca :0. 00259Π). 0060%, O. 12 ( Ca/Al ( O. 2，含鋁鋼水中的鋁易與氧結(jié)合形成大的A1203夾雜物，A1203是有棱角的脆性?shī)A雜，降低鋼的韌塑性。鋁脫氧后，加入適量Ca，可將A1203這類脆性?shī)A雜變性為分散分布的小球狀?yuàn)A雜物，降低對(duì)韌塑性的危害。O. 12 ( Ca/Al ^ O. 2時(shí)，Ca處理效果最好，夾雜物對(duì)鋼性能危害最小。本發(fā)明所述390MPa級(jí)低成本熱軋結(jié)構(gòu)鋼板的制造方法，包括轉(zhuǎn)爐冶煉、爐外精煉、連鑄和軋制工藝，具體工藝技術(shù)如下I轉(zhuǎn)爐冶煉和精煉采用轉(zhuǎn)爐冶煉；精煉加Al脫氧，加Ti固氮，保證O彡O. 002%, N彡O. 006%,在精煉后期加硼合金化，鋼水加硼后51分鐘結(jié)束精煉，以提高硼的收得率，控制鋼中硼含量，并向鋼水中喂入適量Si-Ca線，保證鋼中O. 12 ( Ca/Al ( O. 2，充分發(fā)揮鈣處理作用，使A1203夾雜變?yōu)榧?xì)小球狀氧化物，減少對(duì)鋼的危害。2.連鑄連鑄坯處理采用熱送熱裝工藝，要求板坯熱裝溫度大于840°C。3.軋制板坯加熱溫度110(Tll80°C，保溫2 3小時(shí)，保證軋制前原始奧氏體晶粒細(xì)小均勻；精粗軋均采用高壓水除鱗，以保證成品鋼板表面質(zhì)量；粗軋開軋溫度為102(T110(TC，軋制5 8道次；中間坯厚度/成品厚度>5 ;精軋開軋溫度為95(Tl000°C，軋制5 10道次，累積變形量大于60%，終軋溫度控制在85(T900°C;帶鋼出精軋機(jī)后立即進(jìn)入水冷裝置冷卻，以
6"20 0C /S的冷速冷卻到50(T60(TC卷取，之后空冷。按上述工藝生產(chǎn)的390MPa級(jí)熱軋結(jié)構(gòu)鋼，室溫組織為細(xì)小鐵素體+貝氏體+少量珠光體的多相組織，相變強(qiáng)化與晶粒細(xì)化相結(jié)合，提升產(chǎn)品強(qiáng)度等級(jí)。
鋼中添加B元素，鋼的淬透性顯著提高。微量硼沿晶偏聚，可通過預(yù)先占有合適的形核位置，降低奧氏體晶界能，抑制鐵素體的形核，推遲鐵素體的形成，同時(shí)晶界上的硼原子也阻滯晶界原子的擴(kuò)散，使鐵素體在晶界上擴(kuò)散形核減緩。因此，加硼后，鋼的淬透性提高，較小冷速下即可得部分貝氏體組織，提高強(qiáng)度。由于硼是表面活性元素，硼還會(huì)吸附在硫化物及氧化物表面，阻止夾雜進(jìn)一步長(zhǎng)大，使夾雜變得細(xì)小、圓整、均勻分布于晶界，基本上消除了大型夾雜在晶界偏聚，強(qiáng)化了晶界，減小了局部應(yīng)力集中，抑制了裂紋萌生，降低了裂紋擴(kuò)展速度，因此，加入適量硼后，鋼的韌性提高，還會(huì)降低韌脆轉(zhuǎn)變溫度。但鋼液中的硼很容易與氧和氮化合，形成化合物，減弱硼的上述作用，而且，B、N的化合物會(huì)推遲奧氏體再結(jié)晶，提高含硼鋼的奧氏體化溫度，因此，在加硼之前要先加適量的Al脫氧，加適量的Ti固氮，將氧、氮含量控制在較低水平，再在精煉后期加硼合金化，提高硼的收得率，控制硼含量。Al加入后，一方面形成AL203等脫氧產(chǎn)物降低氧含量，另一方面還可以與N形成彌散分布的AlN 二相粒子，細(xì)化晶粒。AL203為脆性?shī)A雜物，影響鋼的韌塑性能。為減少AL2O3等脆性?shī)A雜物的危害，在精煉結(jié)束前，要加入Si-Ca線進(jìn)行Ca處理，使Al2O3夾雜變?yōu)榧?xì)小的球狀氧化物，提高鋼的韌塑性。精煉中加入適量強(qiáng)氮化物形成元 素Ti，可以形成微細(xì)的二相粒子，固定鋼中的氮，阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大，細(xì)化晶粒，另一方面Ti與N結(jié)合后，降低了 N與硼的結(jié)合機(jī)率，減少了 BN的形核率，降低了 BN的危害。影響含硼鋼性能穩(wěn)定性的主要原因是硼相在晶界偏聚成網(wǎng)狀，產(chǎn)生硼脆現(xiàn)象。硼相的析出溫度為900°C — 550°C，750°C — 830°C析出速度最快，在此溫度區(qū)間，冷卻速度越慢，硼擴(kuò)散越充分，析出的硼相越多，偏聚越嚴(yán)重，越易形成網(wǎng)狀。連鑄坯采用熱送熱裝工藝，要求板坯熱裝溫度大于840°C，終軋溫度850°C以上，終軋后立即進(jìn)入水冷冷卻裝置，快速冷卻到600°C以下，避免網(wǎng)狀硼相的形成，提高帶鋼性能穩(wěn)定性。本發(fā)明鋼種無(wú)需加入Nb、V等貴重微合金元素，成本低；采用Al脫氧、Ti固氮并細(xì)化晶粒，B提高淬透性，卷板的韌塑性能好，焊接性能明顯好于超細(xì)晶粒鋼；本發(fā)明軋制溫度高，減輕了軋機(jī)負(fù)荷，節(jié)能降耗效果好，且工藝簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，生產(chǎn)效率高，經(jīng)濟(jì)效益好。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。表I為本發(fā)明實(shí)施例鋼種的化學(xué)成分。表2為本發(fā)明實(shí)施例的工藝參數(shù)。表3為本發(fā)明實(shí)施例的力學(xué)性能。表I本發(fā)明實(shí)施例化學(xué)成分
權(quán)利要求
1.一種390MPa級(jí)低成本熱軋結(jié)構(gòu)鋼板，其特征在于鋼的化學(xué)成分按重量百分比計(jì)為C O. 15% 0· 20%, Si O. 05% 0· 20%, Mn O. 1% 0· 5%, B O. 0005% 0· 004%, O 彡 O. 002%,N 彡 O. 0060%, Al O. 029Γ0. 05%, Ti O. 015% 0· 025%, Ca O. 0025% 0· 0060%, O. 12 ( Ca/Al彡O. 2，P彡O. 020%, S彡O. 015%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
2.—種權(quán)利要求I所述390MPa級(jí)低成本熱軋結(jié)構(gòu)鋼板的制造方法，包括轉(zhuǎn)爐冶煉、爐外精煉、連鑄、軋制，其特征在于精煉加Al脫氧，加Ti固氮，使OS O. 002%,N^ O. 006%，精煉結(jié)束前5、分鐘加硼合金化，并喂入Si-Ca線，保證鋼中O. 12 ( Ca/Al ( O. 2 ;連鑄坯采用熱送熱裝工藝，熱裝溫度大于840°C ;軋制采用控軋空冷工藝，板坯加熱溫度11(ΚΓ1180 ，保溫2 3小時(shí)，粗軋開軋溫度102(Tll00°C，軋制5 8道次，中間坯厚度/成品厚度>5，精軋開軋溫度95(Tl000°C，軋制5 10道次，累積變形量大于60%，終軋溫度控制85(T900°C，軋后以6 20°C /s的冷速水冷至50(T60(TC卷取，之后空冷。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述390MPa級(jí)低成本熱軋結(jié)構(gòu)鋼板的制造方法，其特征在于所述的精軋和粗軋均采用高壓水除鱗。
全文摘要
本發(fā)明提供一種390MPa級(jí)低成本熱軋結(jié)構(gòu)鋼板及其制造方法，成分C 0.15%~0.20%，Si 0.05%~0.20%，Mn 0.1%~0.5%，B 0.0005%~0.004%，N≤0.0060%，Al 0.02%~0.05%，Ti 0.015%~0.025%, Ca 0.0025%~0.0060%，0.12≤Ca/Al≤0.2，余為Fe。其方法包括轉(zhuǎn)爐冶煉、爐外精煉、連鑄、軋制，精煉加Al脫氧，加Ti固氮，使O≤0.002%，N≤0.006%，精煉結(jié)束前加硼合金化，喂Si-Ca線；連鑄坯熱裝溫度大于840℃；板坯加熱1100~1180℃，保溫2~3小時(shí)，粗軋開軋1020~1100℃，中間坯厚度/成品厚度>5，精軋開軋950~1000℃，累積變形量大于50%，終軋溫度850~900℃，軋后6~20℃/s冷至500~600℃卷取，之后空冷。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，成本低，產(chǎn)品韌塑性能和焊接性能好。
文檔編號(hào)C22C38/14GK102912229SQ20121041114
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月23日
發(fā)明者楊玉, 陳昕, 劉志偉, 金紀(jì)勇, 郭曉宏, 劉鳳蓮 申請(qǐng)人:鞍鋼股份有限公司