專利名稱：一種熱軋低合金高強度鋼板及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鋼板及其制造方法，尤其涉及一種熱軋合金鋼板及其制造方法。
背景技術：
隨著社會對于汽車制造領域和工程機械行業(yè)減重節(jié)能及安全性能需求的日益增長，高強度鋼在這些領域內得到了極大的發(fā)展。雖然低合金高強度鋼的碳含量較低，加入的合金元素有限，但是這類鋼具有良好的疲勞強度、良好的抗沖擊性能、較高的強度、較好的冷成型性及優(yōu)良的易焊接性能，適于制造機械鋼結構和汽車的內部結構件及加強件?，F(xiàn)有技術在生產熱軋低合金高強度鋼板時，通常添加較多的Cu、N1、Cr和Mo等貴重合金元素及Nb、Ti和V等微合金元素，以細晶強化或析出強化的強化機制為主，其生產成本較高。公開號為US20120247606A1，
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低鑰低合金高強度的鋼板”的美國專利文獻，其公開了一種低鑰低合金含量的鋼板，該鋼板的基本組成(以質量百分含量被％計)為:C:0.05 0.07，Mn:1.5 1.7，Ti ；0.01 0.025 ；A1:0.02 0.04 ；Nb:0.075 0.1，P:彡 0.01，S:彡 0.003, Mo:0.1
0.2,其余為Fe和不可避免的雜質。在該專利文獻公開的鋼板中添加了 Mo和Nb兩種較為貴重的合金元素。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。該鋼種的質量百分含量(wt.%)為:C:0.05 0.09% ；Mn:l.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。本專利文獻雖然未添加Mo元素，但是在加入Nb元素的情況下，又添加了 V元素。公開號為US20100212785A1，
公開日為2010年8月26日，名稱為“一種具有優(yōu)異的高壓氫環(huán)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，該鋼種的化學元素的質量百分含量為: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。在本篇專利文獻中，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等貴重合金元素。以上專利文獻均涉及低合金高強度鋼板，其都采用了一定含量的貴合金屬以使鋼板具有較高的強度和較好的塑性。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種熱軋低合金高強度鋼板及其制造方法，該鋼板不添加貴重合金元素，而是僅適量添加廉價的合金元素，使之與其他元素進行適配，并結合軋后分段冷卻工藝，使得鋼板微觀組織呈現(xiàn)貝氏體或貝氏體+馬氏體，利用相變強化和析出強化使鋼板的屈服強度能達到700MPa以上，且具備優(yōu)質的成形性，優(yōu)良的冷彎性能、良好的塑性性能和較好的焊接性能。為達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種熱軋低合金高強度鋼板，其化學元素質量百分含量為:C:0.05 0.075%，S1:0.15 0.30%，Mn: 1.85 1.95%,Al:0.015 0.035%,Nb:0.04 0.05%,T1:0.010 0.020%，B:0.0006 0.0018%,N 0.006%,余量為Fe和其他不可避免的雜質。上述熱軋低合金高強度鋼板還可以具有質量百分含量為0.0015 0.0035%的Ca。進一步地，上述熱軋低合金`高強度鋼板的微觀組織可以為貝氏體。進一步地，上述熱軋低合金高強度鋼板的微觀組織也可以為貝氏體+馬氏體。在成分設計方面，本發(fā)明所述的熱軋低合金高強度鋼板，通過添加低廉的C、S1、Mn和Nb元素來保證鋼板的強度級別，隨后在工藝流程中采用軋后分段冷卻工藝來控制鋼板的相變組織類型，即控制鋼板的微觀組織為單相的貝氏體或是復相的貝氏體+馬氏體，以使鋼板具有較大的強度和硬度，較高的屈服強度和抗拉強度，較好的冷彎性能和焊接性能，良好的塑性和成型性。本技術方案所涉及的各化學元素對于本發(fā)明所述的熱軋低合金高強度鋼板所產生的影響及設計原理如下:碳:碳元素是確保鋼板強度的關鍵元素。當碳含量升高時，一方面能提高鋼板的強度和硬度，但是另一方面會降低鋼板的塑性。為了使鋼板兼具較高的強度及較高的塑性，同時保證優(yōu)良的成形性能和冷彎性能，且保證其屈服強度達到700Mpa及以上，結合各項綜合因素，將本發(fā)明中的碳含量控制在0.05 0.075%的范圍之間。硅:在鋼中加入硅元素能提高鋼質純凈度并起到脫氧作用，且硅元素還能在鋼中起固溶強化的作用。不過，過高的硅含量會使得鋼板加熱時的氧化皮粘度較大，出爐后面臨除鱗困難的問題，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。同時，較高的硅含量也不利于鋼板獲得優(yōu)良的焊接性能。因此將本技術方案中的硅含量設計為 0.15 0.30%ο錳:錳元素能夠穩(wěn)定鋼中的奧氏體組織，其能力僅次于合金鎳元素，是一種廉價的穩(wěn)定奧氏體與強化合金的元素。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，錳具有較高的偏析傾向，故其在鋼板中的含量也不能太高，在低合金高強度鋼中錳含量不能超過2.0%。在鋼板中含有鋁元素的情況下，錳還可以和鋁元素共同起到脫氧的作用。綜合考慮，本發(fā)明中錳元素的含量應控制在1.85 1.95%。鋁和氮:鋁是一種強脫氧元素。進行脫氧后多余的鋁和鋼中的氮能形成AlN析出物，該析出物能夠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地低，鋁的含量應控制在合適范圍，即0.015 0.035%,同時將氮元素控制在< 0.006%。鈮:鈮是現(xiàn)代微合金鋼中不可或缺的重要元素之一，能夠顯著提高鋼的再結晶溫度，同時細化晶粒。熱軋過程中鈮的碳化物應變誘導析出能阻礙形變奧氏體的回復和再結晶，經控軋和控冷，形變奧氏體組織得到細小的相變產物。本發(fā)明中的鈮含量應控制為0.04 0.05%。鈦:鈦是一種強碳化物的形成元素，在鋼中加入微量的Ti有利于固定鋼中的N元素，所形成的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(qū)內的晶粒長大，改善鋼板的焊接性能。在本發(fā)明中鈦含量需控制為0.010 0.020%。硼:鋼中加入硼元素能提高鋼的淬透性，從而避免鋼中鐵素體的析出。在本技術方案中，添加硼元素是為了促進貝氏體的析出以提高鋼板的強度。本發(fā)明中將硼的含量控制在 0.0006 0.0018% 之間。鈣:鈣元素的主要作用是改變鋼中硫化物形態(tài)，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(jù)硫含量的高低情況進行鈣處理操作。在本技術方案的優(yōu)選方案中，將鋼中的鈣含量控制在0.0015至0.0035%的范圍之內。相應地，本發(fā)明還提供了上述熱軋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、軋制和軋后分段冷卻，其中軋后分段冷卻步驟采取水冷一空冷一水冷—空冷的方式進行。進一步地 ，在上述的熱軋低合金高強度鋼板的制造方法中，當2.5mm <鋼板厚度
<5.0mm時，第一段水冷速度彡750C /s，第一段空冷溫度控制在650 695°C，第一段空冷時間為3 5s，第二段水冷速度彡500C /s，第二段空冷溫度為380 420°C，以獲得微觀組織為貝氏體的鋼板。進一步地，在上述的熱軋低合金高強度鋼板的制造方法中，當5.0mm <鋼板厚度(8.0mm時，第一段水冷速度彡750C /s，第一段空冷溫度控制在650 695°C，第一段空冷時間為3 5s，第二段水冷速度彡500C /s，第二段空冷溫度控制在110 200°C，以獲得微觀組織為貝氏體+馬氏體的鋼板。進一步地，在上述的熱軋低合金高強度鋼板的制造方法中，在軋后分段冷卻步驟后還具有卷取步驟，卷取后的鋼板空冷至室溫。進一步地，在上述的熱軋低合金高強度鋼板的制造方法中，在加熱步驟中: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全部溶解。進一步地，在上述的熱軋低合金高強度鋼板的制造方法中，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810 850°C。在制造工藝方面，本技術方案采用了軋后分段冷卻工藝，即水冷-空冷-水冷-空冷，并進一步地在冷卻時嚴格控制冷卻速度和溫度精度，這是使得熱軋低合金高強度鋼板在2.5mm <厚度< 5.0mm時形成貝氏體單相微觀組織，在5.0mm <厚度< 8.0mm時形成貝氏體+馬氏體復相微觀組織的關鍵所在，也是實現(xiàn)鋼板強度級別的關鍵之處。本技術方案利用鋼板的相變強化及析出強化的效果，以水代金改變了熱軋低合金高強度鋼的成分體系，以相對較少的合金元素，使鋼板獲得了更好的強度、硬度、塑性、成形性及冷彎性等綜合力學性能。具體來說，本發(fā)明所述的熱軋低合金高強度鋼板具有以下優(yōu)
點(I)·屈服強度達到700MPa及以上；(2)延伸率 A8?！?10% ;(3)具有優(yōu)良的塑性和冷彎性，及良好的焊接性和抗沖擊性；(4)由于不添加昂貴合金元素，因此生產成本低；(5)制造方法相對簡單。


圖1顯示了本發(fā)明所述的熱軋低合金高強度鋼板的制造方法中主要工藝步驟與溫度之間的關系。圖2顯示了本發(fā)明所述的熱軋低合金高強度鋼板實施例1的微觀組織。圖3顯示了本發(fā)明所述的熱軋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(jù)具體實施例和說明書附圖對本發(fā)明所述的熱軋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(fā)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(fā)明所述的熱軋低合金高強度鋼板:I)冶煉:轉爐吹煉和真空脫氣處理，控制各化學元素的配比如表I所示；2)連鑄成鋼坯；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810 8500C，軋制后的鋼板厚度為2.5 8.0mm ;5)軋后分段冷卻:采取水冷一空冷一水冷一空冷的分段式冷卻方式，第一段水冷速度彡750C /s，第一段空冷溫度控制在650 695°C，空冷時間為3 5s，第二段水冷速度彡500C /s，當2.5mm彡鋼板厚度< 5.0mm時，第二段空冷溫度(即終冷溫度)控制在380 420°C，當5.0mm彡鋼板厚度彡8.0mm時，第二段空冷溫度(即終冷溫度)控制在110 200 0C ；6)卷取，卷取后空冷至室溫。表I顯示了實施例1-5中的熱軋低合金高強度鋼板的各化學元素的質量百分配比。表1.(wt.%，余量為Fe和其他不可避免的雜質)
權利要求
1.一種熱軋低合金高強度鋼板，其特征在于，其化學元素質量百分含量為:C:0.05 0.075%,S1:0.15 0.30%,Mn:1.85 1.95%,Al:0.015 0.035%,Nb:0.04 0.05%,T1:0.010 0.020%,B:0.0006 0.0018%, K 0.006%, 余量為Fe和其他不可避免的雜質。
2.如權利要求1所述的熱軋低合金高強度鋼板，其特征在于，還具有質量百分含量為0.0015 0.0035% 的 Ca。
3.如權利要求1或2所述的熱軋低合金高強度鋼板，其特征在于，其微觀組織為貝氏體。
4.如權利要求1或2所述的熱軋低合金高強度鋼板，其特征在于，其微觀組織為貝氏體+馬氏體。
5.如權利要求1或2所述的熱軋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、軋制和軋后分段冷卻；其中軋后分段冷卻為水冷一空冷一水冷一空冷。
6.如權利要求5所述的熱軋低合金高強度鋼板的制造方法，其特征在于，當2.5mm <鋼板厚度< 5.0mm時，第一段水冷速度彡500C /s，第一段空冷溫度控制在650 695°C，第一段空冷時間為3 5s，第二段水冷速度彡750C /s，第二段空冷溫度為380 420°C，以獲得微觀組織為貝氏體的鋼板。
7.如權利要求5所述的熱軋低合金高強度鋼板的制造方法,其特征在于，當當5.0mm^鋼板厚度< 8.0mm時，第一段水冷速度彡750C /s，第一段空冷溫度控制在650 695°C，第一段空冷時間為3 5s，第二段水冷速度彡500C /s，第二段空冷溫度控制在110 200°C，以獲得微觀組織為貝氏體+馬氏體的鋼板。
8.如權利要求5所述的熱軋低合金高強度鋼板的制造方法，其特征在于，在軋后分段冷卻步驟后還具有卷取步驟，卷取后的鋼板空冷至室溫。
9.如權利要求5所述的熱軋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。
10.如權利要求5所述的熱軋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810 850°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種熱軋低合金高強度鋼板，其微觀組織包括貝氏體，且其化學元素質量百分含量為C0.05～0.075%，Si0.15～0.30%，Mn1.85～1.95%，Al0.015～0.035%，Nb0.04～0.05%，Ti0.010～0.020%，B0.0006～0.0018%，N≤0.006%，余量為Fe和其他不可避免的雜質。相應地，本發(fā)明還公開了該熱軋低合金高強度鋼板的制造方法，其包括步驟冶煉、鑄造、加熱、軋制和軋后分段冷卻，其中軋后分段冷卻步驟采取水冷→空冷→水冷→空冷的分段冷卻方式。該熱軋低合金高強度鋼板具有較高的強度，較好的塑性和冷彎性。
文檔編號C21D8/02GK103147004SQ20131009344
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月21日 優(yōu)先權日2013年3月21日
發(fā)明者張愛文 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司