專利名稱：一種屈服強度1200MPa級高強韌厚板及其生產(chǎn)方法
技術領域：
本發(fā)明屬于高強鋼生產(chǎn)領域，涉及到屈服強度1200MPa級高強韌鋼板的生產(chǎn)方法。
背景技術：
目前國內外對高強度鋼板的生產(chǎn)主要采用淬火+回火(即調質)的方法生產(chǎn)。如舞陽鋼鐵公司生產(chǎn)的1096(^，該產(chǎn)品通過控制(含量并輔以祖^0、吣、(>、￥、11等元素合金化，采用兩階段控軋+控冷+調質的方法，該鋼板的不足之處在于原材料成本很高，且工藝復雜、制造成本很高。又如2005年寶鋼公司申請?zhí)枮?00510024775. 3的專利“屈服強度960MPa以上超高強度鋼板及其制造方法”及申請?zhí)枮?00510024756. O的專利“屈服強 度IlOOMPa以上超高強度鋼板及其制造方法”，均采用TMCP+回火工藝，該系列專利的不足之處在于鋼材成本較高、且受鋼材成分及生產(chǎn)條件限制，成品板厚< 16_，鋼板強度較低，此外上述專利所述鋼種均含較高含量的C (如申請?zhí)枮?00510024756. O專利中C含量最高達到O. 2% )，降低了鋼種的焊接性，且對低溫韌性產(chǎn)生不利影響。國外方面，瑞鋼奧隆類似等級的牌號為WeldoX960鋼板，該產(chǎn)品采用調質的工藝生產(chǎn)，依靠Al元素的細化作用細化晶粒提高鋼的強韌性，該技術的不足在于鋼材制造成本較高，且高含量的Al容易在鋼中產(chǎn)生更多的氧化鋁夾雜，而產(chǎn)生細化晶粒作用的Al在焊接時大量溶解，導致熱影響區(qū)晶粒粗大。近年來，隨著我國工程機械及礦山機械等產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，各種大型機械設備表現(xiàn)出大型化、高強化、輕量化的發(fā)展趨勢。市場對高強度低合金鋼板的需求正逐年升高。此夕卜，由美國經(jīng)濟危機引發(fā)的全球性蕭條對我國的鋼鐵業(yè)帶來了較大沖擊，鋼鐵行業(yè)正朝著“短流程、低能耗、低成本、高性能”的方向發(fā)展，提高勞動生產(chǎn)率，降低能耗和產(chǎn)品成本無疑是應對危機的重要對策之一。一些采用在線淬火(DQ)方法生產(chǎn)高強韌性鋼板的技術方法涌現(xiàn)出來，專利號200810013604. 4的專利便是使用該技術生產(chǎn)出一種屈服強度560MPa級高強韌鋼板，然而其使用的水幕冷卻淬火方式冷卻速度調節(jié)范圍小，不易于厚度和寬度方向的均勻冷卻控制，且使用低流量生產(chǎn)薄時板，水幕容易被破壞，較難保證薄規(guī)格鋼板板型。專利號200910091825. 8的專利公布了一種適合不同厚度高強韌鋼板的直接淬火工藝。該方法使用了更為先進的高密度層流冷卻方式，但是其冷卻能力依然較低，且整個生產(chǎn)過程缺乏對原始坯料質量的科學控制，對于生產(chǎn)合金化程度更高的超高強度鋼板有較大困難，此外上述鋼板的生產(chǎn)方法中均需要使用離線回火的方式，具有生產(chǎn)耗能高、生產(chǎn)周期長、排產(chǎn)難度大以及生產(chǎn)效率低、不易推廣等缺點。

發(fā)明內容
為了克服上述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的之一在于提供一種屈服強度1200MPa級高強韌厚板，采用電磁攪拌技術細化凝固組織晶粒，減少鑄坯中心偏析及中心疏松，提高鑄坯質量。在此基礎上，合理的調控成分(主要控制^11、祖、(1^0等元素含量)，充分挖掘合金內在潛能以及發(fā)揮在線淬火工藝的能力，取消生產(chǎn)該類鋼種通常采用的調質或在線淬火+離線回火的熱處理工序，在保證鋼板性能的前提下盡可能的降低鋼材的原材料及生產(chǎn)成本。本發(fā)明通過如下技術方案實現(xiàn)該鋼板化學成分的重量百分比為C 0. 05 % -O. 079 % ；Si :0. I % -O. 3 % ；Mn 1. 5 % -2. 7 % ；P ^ O. 015 % ；S ^ 0. 007 % ；Ni :0. 4 % -I % ；Cr :0. 3 % -0. 5 % ；Mo 0. 3 % -0. 6 % ；Nb 0. 02 % -0. 04 % ；V :0. 03 % -0. 06 % ；Ti :0. 01 % -0. 035 % ；B 0. 002% -0. 0035%，余量為Fe和不可避免雜質。本發(fā)明氣體含量控制目標[O] ^ O. 002%, [N] < 0.004%，在Ti含量不超過上限的前提下，保證Ti/N彡3. 2。下面，對本發(fā)明的低成本屈服強度1200MPa厚規(guī)格鋼板的化學成分的作用作詳細介紹C :是貝氏體、馬氏體鋼中主要強化元素，是提高鋼板淬透性的主要元素。C含量過低，將導致鋼板制備過程抑制晶粒長大及起強化作用的碳化物(如NbC等)含量降低，進而降低鋼板強度，此外過低的碳含量還會提升煉鋼成本。C含量過高，鋼板的焊接性能、塑性、韌性均下降，因此綜合考慮成本、性能等因素，本發(fā)明C含量的控制范圍為O. 05-0. 079 (wt% ),優(yōu)選 O. 062% -O. 079% (wt% ) Si :Si在鋼中固溶能力較強，且降低奧氏體中C的擴散速度，可以起到一定的強化作用，但含量過高對鋼板的低溫韌性、焊接性能不利(在對低溫韌性更為敏感的高強度鋼板中表現(xiàn)尤為突出)。因此本發(fā)明控制Si含量在O. 1-0. 3% (wt% )，其作用還在于在煉鋼的過程促進鋼水純凈化。 Mn:適當?shù)腗n可以延緩鋼種鐵素體和珠光體轉變，大幅增加鋼種淬透性。并可以提高鋼板綜合力學性能。本發(fā)明Mn含量的控制范圍為I. 5-2. 7(wt% )。Ti :Ti在低合金鋼板中的主要作用有二，其一在于適當?shù)腡i可以固定鋼中的N和S，形成Ti的化合物(過高則會形成粗大氮化物，危害鋼板性能)，一方面減少N與B形成化合物，減弱B在提高鋼板淬透性方面的作用；另一方面阻止S和Mn形成夾雜，減弱Mn的作用，降低鋼板性能。其二在于形成的和N、C形成化合物抑制加熱及軋制過程晶粒長大，細化晶粒，顯著提高鋼板的低溫韌性以及焊接性能，。綜合考慮上述原因，本發(fā)明Ti的含量控制范圍為 O. 01-0. 035 (wt% )，優(yōu)選 O. 013% -O. 034% (wt% )。Nb和V :兩元素同Ti 一樣均為強碳化物形成元素，但形成碳化物的溫度較Ti要低?？梢种栖堉七^程晶粒長大，細化晶粒，提高鋼板的強度。其中Nb屬于貴金屬，原材料成本很高，設計過程同時兼顧韌性和生產(chǎn)成本，將Nb的含量控制在O. 02-0. 04 (wt% )，將V的含量控制在 O. 03-0. 055 (wt% ) οMo和Cr :本發(fā)明Mo含量的控制范圍為O. 3-0. 6 (wt % )，Cr含量的控制范圍為O. 3-0.5(wt% )。一方面通過抑制先共析鐵素體和珠光體的析出，有效提高鋼板淬透性 ’另一方面促進細小貝氏體及馬氏體的形成，提高鋼板的強度和韌性。Ni :對提高鋼材低溫韌性具有顯著效應。本發(fā)明嚴格控制Ni含量在O. 4-1 (wt%),優(yōu)選為 O. 43-0. 96(wt% )。B :是本發(fā)明中提高鋼材淬透性的主要元素之一。由于本發(fā)明采用低碳設計，因此本發(fā)明B元素的控制范圍為O. 002-0. 0035 (wt % )，優(yōu)選為O. 0026-0. 0032 (wt% )。本發(fā)明的另一個目的在于提供一種屈服強度1200MPa級厚板的生產(chǎn)方法。該生產(chǎn)方法包括冶煉、澆鑄(配合電磁攪拌技術)、加熱、軋制、在線冷卻(DQ+ACC)以及堆垛緩冷。其中連鑄過程采用電磁攪拌技術，參數(shù)為300-400A、300-400A、2-5Hz，澆鑄后連鑄坯厚度不小于成品鋼板的4倍。鋼坯加熱溫度為1100-1200°C，在爐時間為100-300min。采用再結晶區(qū)和未再結晶區(qū)兩階段軋制，第一階段開軋溫度為1100-1150°C，當軋件厚度為成品厚度2. 5-5倍時，在輥道上待溫至870-950°C，隨即進行第二階段軋制。在所述第一階段軋制過程中，道次變形率為10 %-15%,在所述第二階段軋制過程中，道次變形率為15 % -25 %，終軋溫度為800-900°C。鋼板軋制后弛豫待溫5-20s后進入加速冷卻冷卻裝置進行直接淬火，以10-30°C /s的速度快速冷卻到400-500°C，出水后堆垛緩冷。使用該方法可生產(chǎn)12mm到50mm范圍內各規(guī)格高強鋼板。下面，對本發(fā)明的低成本屈服強度1200MPa厚規(guī)格鋼板的主要制備方法的控制機理及作用作詳細介紹
I.電磁攪拌技術棍式電磁攪拌器內部的行波磁場感應器在工作狀態(tài)時，在任意給定的時刻，磁力線從北極(N)出發(fā)指向南極(S)，產(chǎn)生一個磁場。在板坯的任意位置處，磁感應強度可分解出垂直于輥軸的分量By。感應器由多相交流電源供電，所激發(fā)的磁場沿輥子運動，分量By在鋼水內部感生出感應電流Jz。磁感應強度By與感應電流Jz相互作用產(chǎn)生電磁力Fx，力Fx便作用于鋼水內部，而且其方向與行波磁場方向一致，這個力決定了攪拌作用，在連鑄坯寬度方向會產(chǎn)生鋼水流動，并引起鋼水的整體流動。從而有效減輕過熱度對凝固組織的影響，打碎柱狀晶，形成更多的等軸晶。此外，電磁攪拌推動液心流動而產(chǎn)生對凝固前沿樹枝晶的沖刷和熔蝕，使得樹枝晶前沿變的比較平齊光滑；同時，電磁攪拌能使液相穴底部變得圓滑而較寬。這樣就可以避免凝固前沿的樹枝晶搭橋現(xiàn)象，從而避免了形成“小鋼錠縮孔”。加之電磁攪拌產(chǎn)生的大量碎枝晶核向液相穴底部沉淀充填和競爭長大，就可形成較致密的等軸晶結構，而避免了縮孔縮松的出現(xiàn)。另一方面，電磁攪拌可以阻止枝晶間殘余母液通過樹枝晶網(wǎng)絡的流動，并促使等軸晶同枝晶間母液一起填向兩相區(qū)底部。從而有效的消除或減輕鑄坯中心偏析的有效措施。此外，電磁攪拌還有助于降低鋼中夾雜物的危害。凝固過程的硫化物和氧化物夾雜大多數(shù)聚集在鑄坯的柱狀晶與等軸晶區(qū)交界處，且注溫越低則聚集程度越嚴重。采用電磁攪拌則允許適當提高澆注溫度，因而有利于減輕上述夾雜物局部聚集的程度。2.加熱工藝本發(fā)明鋼坯加熱溫度嚴格控制在1100-1200°C，，一方面是為了使鋼坯組織均勻細化，促進V、Nb、Ti的碳化物更充分的固溶入奧氏體基體，為軋制、馳豫、回火過程碳化物的析出強化做好準備。另一方面，精確控制該范圍區(qū)間的加熱溫度有助于后續(xù)各階段開軋溫度的控制。3.軋制工藝對于高強鋼往往存在強度高，韌性低的問題，這一現(xiàn)象在厚板中尤為明顯。而組織的細化是提升韌性，獲得綜合力學性能的重要手段。本發(fā)明首先在再結晶區(qū)進行第一階段軋制，這一過程奧氏體晶粒發(fā)生動態(tài)再結晶，并積累了一定數(shù)量的位錯組織，在隨后的弛豫待溫過程中這些奧氏體晶粒受驅動力控制發(fā)生反復靜態(tài)回復和再結晶過程，加之碳化物的沉淀析出效應使得奧氏體晶粒得到進一步細化。眾所周知，貝氏體+馬氏體是高強鋼的主要終態(tài)組織特征，本發(fā)明二次開軋溫度選擇在900-950°C，而終軋溫度選擇為850-930°C (均為未再結晶區(qū))，在該區(qū)間進行大變形軋制，將在晶粒內部和晶界形成大量的位錯，這些位錯組織將成為貝氏體的潛在形核點，從而產(chǎn)生并細化貝氏體組織。4.直接淬火技術直接淬火+離線回火(DQ+T)工藝簡化了傳統(tǒng)調質制造工藝中的再加熱淬火-回火(RQ-T)工藝的再加熱工序，使得工藝結構更加緊湊、合理，有利于生產(chǎn)周期的縮短、節(jié)約鋼鐵生產(chǎn)能耗，降低生產(chǎn)成本。研究表明，同RQ-T相比采用DQ-T可以獲得更高的強度和韌性，這意味著通過DQ-T工藝，以及對直接淬火前軋制條件的合理控制，可以使得鋼材的成分進一步優(yōu)化，大幅的降低鋼的原材料成本。此外，由于直接淬火鋼的加熱溫度較高(有利于合金強化元素更好的固溶)，有助于提高鋼的淬透性。本發(fā)明依托先進的高速冷卻設備，在DQ+T的基礎上繼續(xù)簡化了離線回火流程，有助于生產(chǎn)能耗的進一步降低，縮短生產(chǎn) 周期，降低排產(chǎn)難度，提高生產(chǎn)效率。本發(fā)明所采用的冷卻技術由高壓噴射段和U型管的層流冷卻系統(tǒng)兩部分組成。其優(yōu)勢在于高壓噴射段的最大工作壓力可達5bar，最大水流量可達7600m3/h，U型管的層流冷卻系統(tǒng)的最大工作壓力可達I. 2bar，最大水流量可達14500m3/h。可以滿足不同厚度規(guī)格鋼板快速冷卻的需要。該冷卻設備噴水量可在I : I 3 : I范圍內調節(jié)，并采用邊部遮蔽與分段冷卻調節(jié)模式，可更好的實現(xiàn)鋼板各方向上的冷卻均勻性。先進的吹掃及側噴裝置可迅速除去鋼板表面積水，進一步提高冷卻水的冷卻能力，并有利于板型的控制。該冷卻設備結構簡單，水流穩(wěn)定性好，便于維護和推廣。本發(fā)明的有益效果在于，通過電磁攪拌技術提高鋼坯質量，在取消離線回火工藝的基礎上，通過加熱工藝、軋制工藝、直接淬火工藝獲得屈服強度1200MPa級的低碳貝氏體高強厚板，該鋼板綜合性能高，產(chǎn)品規(guī)格覆蓋面大，無論是生產(chǎn)成本、原材料成本均較以往同級別產(chǎn)品大幅降低，可廣泛應用與礦山機械及工程機械等領域。此外本發(fā)明提供的屈服強度1200MPa級高強韌鋼板的生產(chǎn)方法可生產(chǎn)12mm-50mm范圍內各規(guī)格鋼板，具有極佳的工業(yè)生產(chǎn)普及性。
具體實施例方式下面結合具體實施方式
對本發(fā)明進一步說明以下實施例僅為本發(fā)明一些最優(yōu)的實施方式，并不對前述發(fā)明范圍和技術手段有任何限制。實施例I按表I所示成分進行鐵水預處理、轉爐冶煉，LF+RH精煉后，在電磁攪拌的作用下(377A，352A，5Hz)。連鑄坯厚度200mm，連鑄坯加熱至1180°C，保溫150min，其中第一階段開軋溫度為1140°C，待溫厚度為60mm，在精軋機組旁擺動待溫至930°C，隨即進行第二階段軋制，終軋溫度為887°C。成品鋼板厚度為12mm。軋制結束后，軋制結束后，繼續(xù)弛豫待溫12s后對鋼板進行直接淬火，以20°C /s的速度快速冷卻至478°C，下線后堆垛緩冷至室溫。
實施例2實施方式如實施例1，其中電磁攪拌參數(shù)為362A，343A，5Hz。連鑄坯厚度200mm，連鑄坯加熱至1180°C，保溫180min，第一階段開軋溫度為1136°C，待溫厚度為80mm，二階段開軋溫度為917°C，終軋溫度為855°C，成品鋼板厚度為25mm。軋制結束后，弛豫待溫18s后對鋼板進行直接淬火，鋼板冷卻速度為23°C /s，終冷溫度為422°C。實施例3實施方式如實施例1，其中電磁攪拌參數(shù)為368A，349A，4Hz。鑄坯厚度200mm，連鑄坯加熱至1150°C，保溫200min，第一階段開軋溫度為1135°C，待溫厚度為90mm。二階段開軋溫度為890°C，終軋溫度為851°C，成品鋼板厚度為30mm。軋制結束后，弛豫待溫16s后對鋼板進行直接淬火，鋼板冷卻速度為20°C /s，終冷溫度為455°C。實施例4
實施方式如實施例1，其中電磁攪拌參數(shù)為368A，350A，4Hz。連鑄坯厚度200mm，連鑄坯加熱至1180°c，保溫150min，第一階段開軋溫度為1141 °C，待溫厚度為80mm，二階段開軋溫度為905°C，終軋溫度為869°C，成品鋼板厚度為25mm。軋制結束后，弛豫待溫20s后對鋼板進行直接淬火，鋼板冷卻速度為22°C /s，終冷溫度為430°C。實施例5實施方式如實施例1，其中電磁攪拌參數(shù)為396A，378A，5Hz，澆鑄成230mm厚連鑄坯。將連鑄坯加熱至1180°C，保溫180min，在粗軋機組進行第一階段軋制，開軋溫度1100°C，當軋件厚度為130mm時，二階段開軋溫度為870°C，終軋溫度837°C。成品鋼板厚度為50mm。弛豫待溫12s后對鋼板進行直接淬火，鋼板冷卻速度為15°C /s，終冷溫度為410。。。實施例6實施方式如實施例I，其中電磁攪拌參數(shù)為397A，385A，5Hz。連鑄坯厚度230mm，連鑄坯加熱至1180°C，保溫150min，第一階段開軋溫度為1090°C，待溫厚度為110mm，二階段開軋溫度為875°C，終軋溫度為845°C，成品鋼板厚度為40mm。軋制結束后，弛豫待溫17s后對鋼板進行直接淬火，鋼板冷卻速度為17°C /s，終冷溫度為427°C。表I本發(fā)明實施例1-6的鋼板化學成分(wt % )施C Si Mn P S Ni Cr Mo V Nb Ti B
例___________
10.062 0.28 1.88 0.004 0.003 0.43 0.33 0.32 0.031 0.023 0.017 0.0027
20.071 0.19 1.75 0.007 0.002 0.78 0.5 0.45 0.03 0.03 0.018 0.0028
30.073 0.21 1.75 0.008 0.002 0.44 0.31 0.47 0.037 0.033 0.017 0.0026
40.072 0.13 1.72 0.005 0.002 0.67 0.45 0.35 0.043 0.027 0.013 0.0026
50.079 0.23 2.45 0.005 0.004 0.96 0.42 0.59 0.045 0.039 0.034 0.0033
60.078 0.25 2.13 0.006 0.003 0.88 0.49 0.33 0.055 0.035 0.028 0.0029由表2可以看出，本發(fā)明生產(chǎn)各規(guī)格鋼板屈服強度均大于1200MPa，抗拉強度大于1320MPa，具有較好的_20°C及_40°C夏比沖擊性能。
表2本發(fā)明實施例1-6鋼板力學性能

權利要求
1.一種屈服強度1200MPa級高強韌厚板，其特征在于鋼板化學成分的重量百分比為C 0. 05% -O. 079% ；Si :0. 1% -O. 3% ；Mn :1. 5% _2· 7% ；Ρ :彡 O. 015% ；S ·.( 0. 007% ；Ni 0.4% -1% ；Cr 0. 3% -0. 5% ；Mo 0. 3% -0. 6% ；Nb 0. 02% -0. 04% ；V 0. 03% -0. 055% ；Ti 0. 01% -0. 035% ；B :0. 002% -0. 0035%，余量為 Fe 和不可避免雜質。
2.根據(jù)權利要求I所述的屈服強度1200MPa級高強韌厚板，其特征在于鋼板化學成分的重量百分比為C 0. 062% -O. 079% ；Ni :0. 43% -O. 96% ；Ti :0. 013% -O. 034% ；B 0.0026% -0. 0032%，余量為Fe和不可避免雜質。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的屈服強度1200MPa級高強韌厚板，其特征在于鋼板氣體含量控制[O] ^ O. 002%, [N] < 0.004%，保證11/^彡3.2。
4.一種根據(jù)權利要求I所述的屈服強度1200MPa級高強韌厚板生產(chǎn)方法，生產(chǎn)方法包括冶煉、澆鑄、加熱、軋制、在線冷卻以及堆垛緩冷，其特征在于連鑄過程采用電磁攪拌技術，參數(shù)為300-400A、300-400A、2-5Hz，澆鑄后連鑄坯厚度不小于成品鋼板的4倍； 鋼坯加熱溫度為1100-1200°C，在爐時間為100-300min ； 采用再結晶區(qū)和未再結晶區(qū)兩階段軋制，第一階段開軋溫度為1100-1150°C，當軋件厚度為成品厚度2. 5-5倍時，在輥道上待溫至870-950°C，隨即進行第二階段軋制；在所述第一階段軋制過程中，道次變形率為10% _15%，在所述第二階段軋制過程中，道次變形率為15% -25%，終軋溫度為 800-900°C ； 鋼板軋制后弛豫待溫5-20s后進入加速冷卻冷卻裝置進行直接淬火，以10-30°C /s的速度快速冷卻到400-500°C，出水后堆垛緩冷。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種屈服強度1200MPa級高強韌厚板及其生產(chǎn)方法，其特征在于鋼板化學成分的重量百分比為C0.05％-0.079％；Si0.1％-0.3％；Mn1.5％-2.7％；P≤0.015％；S≤0.007％；Ni0.4％-1％；Cr0.3％-0.5％；Mo0.3％-0.6％；Nb0.02％-0.04％；V0.03％-0.06％；Ti0.01％-0.035％；B0.002％-0.0035％，余量為Fe和不可避免雜質。鋼板氣體含量控制[O]≤0.002％，[N]≤0.004％，保證Ti/N≥3.2。鋼板綜合性能高，產(chǎn)品規(guī)格覆蓋面大，無論是生產(chǎn)成本、原材料成本均較以往同級別產(chǎn)品大幅降低，可廣泛應用與礦山機械及工程機械等領域，鋼板厚度范圍12mm-50mm。
文檔編號C21D8/02GK102828126SQ20111016018
公開日2012年12月19日 申請日期2011年6月14日 優(yōu)先權日2011年6月14日
發(fā)明者趙坦, 李新玲, 侯華興, 于峰, 金百剛, 李靖年, 王動, 張濤 申請人:鞍鋼股份有限公司