低碳當量高韌性q420e鋼板及其生產方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低碳當量高韌性Q420E鋼板，按重量百分比計，其化學成分包括：C0.06～0.08％、Si0.35～0.45％、Mn1.3～1.5％、P≤0.02％、S≤0.005％、Nb0.025～0.035％、Ca0.0015～0.003％、Als0.017～0.03％，其余為鐵和雜質。本發(fā)明還公開了一種低碳當量高韌性Q420E鋼板的生產方法。本發(fā)明生產工藝簡單、生產成本低、表面質量良好，只在傳統(tǒng)C-Mn鋼的基礎上添加微量的Nb，通過合適的加熱、控軋、控冷工藝就得到了表面質量良好的低碳當量高韌性Q420E鋼板。
【專利說明】低碳當量高韌性Q420E鋼板及其生產方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬材料領域，特別涉及一種低碳當量高韌性Q420E鋼板及其生產方法。
【背景技術】
[0002]Q420E低合金高強度結構鋼板被廣泛的應用在各種工程機械的制造及其它結構件制作領域。工程機械和結構件的制造時需要將大量的鋼板焊接起來，同時工程機械和結構件使用時往往要承載動載荷，并在低溫環(huán)境下使用。為了提高工作工作效率，保證焊接質量，要求材料的焊接性能良好，而焊接性能與材料的碳當量密切相關，碳當量越低，焊接性能越好，因此下游企業(yè)希望材料的碳當量越低越好；材料能承受較大的動載荷，并能在低溫環(huán)境下使用，要求材料具有良好的低溫韌性?，F(xiàn)在的Q420E鋼板生產面臨生產工藝復雜，生產成本高，碳當量高；或者沖擊韌性偏低等問題。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明所解決的技術問題是提供一種低碳當量高韌性Q420E鋼板，鋼板的碳當量低，碳當量在0.27~0.33之間，具有優(yōu)異的焊接性能。
[0004]技術方案如下:
[0005]一種低碳當量高韌性Q420E鋼板，按重量百分比計，其化學成分包括:C0.06~0.08%,Si0.35 ~0.45%,Mnl.3 ~1.5%、P ≤ 0.02%,S ( 0.005%,Nb0.025 ~0.035%,Ca0.0015 ~0.003%, Als0.017 ~0.03%，其余為鐵和雜質。
[0006]進一步，按重量百分比計，其化學成分包括:C0.08 %、Si0.45 %、Mnl.5 %、P0.02%, S0.002%, Nb0.035%,Als0.017%, Ca0.0015%，余量為 Fe 和雜質。
[0007]進一步，按重量百分比計，其化學成分包括:C0.07%、Si0.35%~0.41%、Mnl.3 % ~1.45 %、P0.009 % ~0.015 %、S0.001 % ~0.004 %、Nb0.03 % ~0.034 %、Als0.023%~0.03%, Ca0.0024%~0.003%，余量為 Fe 和雜質。
[0008]進一步，按重量百分比計，其化學成分包括:C0.06%、Si0.42%, Mnl.41P0.011%, S0.002%, Nb0.025%,Als0.021%, Ca0.0023%，余量為 Fe 和雜質。
[0009]進一步，按重量百分比計，其化學成分包括:C0.065 %、Si0.38%, Mnl.37%,P0.015%, S0.002%, Nb0.032%,Als0.019%, Ca0.0027%，余量為 Fe 和雜質。
[0010]本發(fā)明所解決的另一個技術問題是提供一種低碳當量高韌性Q420E鋼板的生產方法，生產工藝簡單、生產成本低、表面質量良好，只在傳統(tǒng)C-Mn鋼的基礎上添加微量的Nb，通過合適的加熱、控軋、控冷工藝就得到了表面質量良好的低碳當量高韌性Q420E鋼板。
[0011]技術方案如下:
[0012]一種低碳當量高韌性Q420E鋼板的生產方法，包括冶煉、連鑄、板坯再加熱和軋制成型，其中，[0013]板坯再加熱過程中，采用250mm厚的連鑄坯進行生產，板坯再加熱的出爐溫度1190-1220°C，加熱時間290~430分鐘；
[0014]鋼板的軋制成型過程中，當軋制IOmm~16mm厚鋼板時，板坯再加熱之后進行控制軋制，第一階段開軋厚度為板坯厚度，第一階段開軋溫度1170~120(TC，第一階段終軋溫度> 1030°C，第一階段高溫延伸軋制時單道次壓下率> 13% ;第二階段鋼板的開軋厚度為3倍成品鋼板厚度，第二階段鋼板開軋溫度為890~980°C，第二階段終軋溫度為770~8000C ;鋼板軋完經(jīng)熱矯直機矯直后，自然空冷；
[0015]當軋制大于16mm~30mm厚鋼時,板還再加熱之后進行控制軋制,第一階段開軋厚度為板坯厚度，第一階段開軋溫度1170~1200°C，第一階段終軋溫度> 1020°C，第一階段高溫延伸軋制時單道次壓下率> 12% ;第二階段鋼板的開軋厚度為3倍成品鋼板厚度，第二階段鋼板開軋溫度為860~890°C，第二階段終軋溫度為770~800°C ;鋼板軋完后進行層流冷卻，冷卻速度為15~21 °C /s，終冷溫度為610~640°C ；
[0016]成品低碳當量高韌性Q420E鋼板按重量百分比計，包括:C0.06~0.08 %、Si0.35 ~0.45 %、Mnl.3 ~1.5 %、P ≤ 0.02 %、S ≤ 0.005 %、Nb0.025 ~0.035Ca0.0015 ~0.003%, Als0.017 ~0.03%，其余為鐵和雜質。
[0017]進一步，板坯出爐溫度為1220°C，板坯加熱時間為290分鐘，第一階段開軋溫度1200°C，第一階段高溫延伸軋制最小單道次壓下率為13%，第一階段終軋溫度1030°C，第二階段開軋厚度30mm，第二階段開軋溫度980°C，第二階段終軋溫度80(TC，軋制成厚度為IOmm的鋼板，成品低碳當量高韌性Q420E鋼板按重量百分比計，包括:C0.08%, Si0.45%,Mnl.5%, P0.02%, S0.002%, Nb0.035%,Als0.017%, Ca0.0015%，余量為 Fe 和雜質。
[0018]進一步，板坯出爐溫度為1190°C，板坯加熱時間為430分鐘，第一階段開軋溫度1170°C，第一階段高溫延伸軋制最小單道次壓下率為14%，第一階段終軋溫度1042°C，第二階段開軋厚度48mm，第二階段開軋溫度890°C，第二階段終軋溫度784°C，軋制成厚度為16mm的鋼板，成品低碳當量高韌性Q420E鋼板按重量百分比計，包括:C0.07%, Si0.35%,Mnl.3%, P0.015%, S0.001%,Nb0.03%,Als0.03%,Ca0.003%，余量為 Fe 和雜質。
[0019]進一步，板坯出爐溫度為1205°C，板坯加熱時間為352分鐘，第一階段開軋溫度1185°C，第一階段高溫延伸軋制最小單道次壓下率為12%，第一階段終軋溫度1058°C，第二階段開軋厚度90mm，第二階段開軋溫度860°C，第二階段終軋溫度800°C，冷卻速度15°C /s，終冷溫度610°C，軋制成厚度為30mm的鋼板，成品低碳當量高韌性Q420E鋼板按重量百分比計，包括:C0.07%, Si0.41%, Mnl.38%, P0.009%, S0.004%, Nb0.031%, Als0.023%,Ca0.0024%，余量為Fe和雜質。
[0020]進一步，板坯出爐溫度為1211°C，板坯加熱時間為375分鐘，第一階段開軋溫度1192°C，第一階段高溫延伸軋制最小單道次壓下率為13%，第一階段終軋溫度1020°C，第二階段開軋厚度54mm，第二階段開軋溫度890°C，第二階段終軋溫度770V，冷卻速度21 °C /s，終冷溫度640°C，軋制成厚度為18mm的鋼板，成品低碳當量高韌性Q420E鋼板按重量百分比計，包括:C0.065%, Si0.38%,Mnl.37%,P0.015%, S0.002%,Nb0.032%,Als0.019%,Ca0.0027%，余量為Fe和雜質。
[0021]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明技術效果包括:
[0022]1、本發(fā)明采用低成本成分設計，生產工藝簡單、生產成本低、表面質量良好，只在傳統(tǒng)C-Mn鋼的基礎上添加微量的Nb，通過合適的加熱、控軋、控冷工藝就得到了表面質量良好的低碳當量高韌性Q420E鋼板。
[0023]2、鋼板的強度、塑性、韌性良好。鋼板的屈服強度在450MPa~500MPa之間，抗拉強度在530~570MPa之間，延伸率在24%~30%之間，_40°C沖擊功在210J~350J之間。
[0024]3、鋼板的碳當量低，碳當量在0.27~0.33之間。
[0025]4、以I年生產10-30mm厚的該Q420E鋼板4000噸，每噸利潤300元計算。一年可增加利潤120萬元，具有良好的經(jīng)濟效益。該鋼板碳當量低，低溫沖擊韌性和焊接性能優(yōu)異，便于后續(xù)工序加工，具有積極的社會效益。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明實施例1的鋼板的金相組織圖；
[0027]圖2為本發(fā)明實施例2的鋼板的金相組織圖；
[0028]圖3為本發(fā)明實施例3的鋼板的金相組織圖；
[0029]圖4為本發(fā)明實施例4的鋼板的金相組織圖；
[0030]圖5為本發(fā)明實施例5的鋼板的金相組織圖；
[0031 ]圖6為本發(fā)明實施例6的鋼板的金相組織圖。 【具體實施方式】
[0032]本發(fā)明采用低成本成分設計，只在傳統(tǒng)C-Mn鋼的基礎上添加微量的Nb，通過合適的加熱、控軋、控冷工藝就得到了表面質量良好的低碳當量高韌性Q420E鋼板。鋼板的碳當量低，碳當量在0.27~0.33之間，具有優(yōu)異的焊接性能。
[0033]低碳當量高韌性Q420E鋼板，按重量百分比計，包括:C0.06~0.08%、Si0.35~
0.45 Mnl.3 ~1.5 %、P ≤ 0.02 %、S ≤ 0.005 %、Nb0.025 ~0.035 %、Ca0.0015 ~
0.003%、Als (酸溶鋁)0.017~0.03%，其余為鐵和不可避免雜質。
[0034]低碳當量高韌性Q420E鋼板及其生產方法的生產方法，具體步驟如下:
[0035]步驟1:冶煉和連鑄；
[0036](I)鐵水采用鎂基脫硫，在轉爐采用頂?shù)讖秃洗禑挘?br> [0037](2)鋼水經(jīng)LF爐精煉，要求鋼水中的S≤0.003% ；
[0038](3)鋼水進行RH爐處理，在真空度不超過133Pa下處理時間不低于30分鐘。
[0039](4)連鑄坯的厚度為250mm，連鑄時采用電磁攪拌和輕壓下，電磁攪拌頻率為6Hz，電流280A,壓下位置為6、7、8段,壓下量為2mm、2mm、2mm。采用電磁攪拌和輕壓下技術，目的是減少鋼板中心偏析，改善板坯內部質量。
[0040]步驟2:采用250mm厚的連鑄坯進行生產，連鑄坯(板坯)再加熱的出爐溫度1190-1220°C，加熱時間290~430分鐘。
[0041]步驟3:鋼板的軋制成型；
[0042]當軋制10_~16_厚鋼板時，板坯再加熱之后進行控制軋制，第一階段(粗軋)開軋厚度為板坯厚度，第一階段開軋溫度1170~1200°C，第一階段終軋溫度> 1030°C，第一階段高溫延伸軋制時單道次壓下率> 13% ;第二階段(精軋)鋼板的開軋厚度為3倍成品鋼板厚度，第二階段鋼板開軋溫度為890~980°C，第二階段終軋溫度為770~800°C;鋼板軋完經(jīng)熱矯直機矯直后，自然空冷。
[0043]當軋制大于16mm~30mm厚鋼時,板還再加熱之后進行控制軋制,第一階段開軋厚度為板坯厚度，第一階段開軋溫度1170~1200°C，第一階段終軋溫度> 1020°C，第一階段高溫延伸軋制時單道次壓下率> 12% ;第二階段鋼板的開軋厚度為3倍成品鋼板厚度，第二階段鋼板開軋溫度為860~890°C，第二階段終軋溫度為770~800°C ;鋼板軋完后進行層流冷卻，冷卻速度為15~21 °C /s，終冷溫度為610~640°C。
[0044]對上述加熱好的連鑄坯在奧氏體再結晶區(qū)進行控制軋制。第一階段控制軋制屬于高溫區(qū)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。大的單道次壓下率能使變形充分滲透至鋼板中心，充分細化奧氏體晶粒并均勻奧氏體組織，同時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；低速軋制使每一道次軋制完的溫度低于上一道次軋制時的溫度，由于鋼板再結晶后晶粒的大小主要取決于當時的溫度，這樣每軋制一道次就會對晶粒進行不同程度細化，最終達到充分細化奧氏體晶粒的目的；還有軋制時軋制速度低，變形抗力小，容易實現(xiàn)較大的單道次壓下率。鋼板的終軋溫度主要基于兩點考慮，一是能充分保證第二階段的開軋溫度滿足要求，二是保證第一階段軋完的鋼板能充分完成再結晶。
[0045]第二階段的軋制屬于非再結晶控軋，第二階段的軋制溫度較低，鋼板在較低的溫度下軋制變形，形變誘導Nb的碳氮化物析出，釘扎位錯，阻礙晶粒再結晶，這樣晶粒內部在軋制變形下產生應變，通過多道次軋制，晶粒內部積累了大量的形變能和相變形核位置；相變后最終得到細小的鐵素體晶粒組織。
[0046]以下結合實施例對本發(fā)明作進一步描述。
[0047]實施例1
[0048]采用厚度為250mm板還，板還出爐溫度為1220 °C,板還加熱時間為290分鐘，板坯的(重量百分比)化學成分為:C0.08%, Si0.45%, Mnl.5 %、P0.02%, S0.002%,Nb0.035%,Als0.017%,Ca0.0015%，余量為Fe和不可避免的雜質。軋制成厚度為IOmm的鋼板，詳細的軋制及冷去工藝見表1，其力學性能見表2。
[0049]如圖1所示，為本發(fā)明中實施例1的鋼板的金相組織圖。從該金相圖可以看出，鋼板的組織以多邊形鐵素體為主，并有少量的針狀鐵素體和珠光體，晶粒細小。由于多邊形鐵素體和針狀鐵素體都具有良好的塑性和韌性，因此該組織的鋼板具有良好的韌性。
[0050]表1軋制及冷卻工藝
[0051]
【權利要求】
1.一種低碳當量高韌性Q420E鋼板，其特征在于，按重量百分比計，其化學成分包括:C0.06 ~0.08%,Si0.35 ~0.45%,Mnl.3 ~1.5%、P ≤ 0.02%,S ≤0.005%,Nb0.025 ~.0.035%, Ca0.0015 ~0.003%, Als0.017 ~0.03%，其余為鐵和雜質。
2.如權利要求1所述低碳當量高韌性Q420E鋼板，其特征在于，按重量百分比計，其化學成分包括:C0.08%, Si0.45%, Mnl.5%, P0.02%, S0.002%, Nb0.035%, Als0.017%,Ca0.0015%，余量為Fe和雜質。
3.如權利要求1所述低碳當量高韌性Q420E鋼板，其特征在于，按重量百分比計，其化學成分包括:C0.07 %、Si0.35 % ~0.41 %、Mnl.3 % ~1.45 %、P0.009 % ~0.015 %、S0.001%~0.004%,Nb0.03%~0.034%,Als0.023%~0.03%,Ca0.0024%~0.003%,余量為Fe和雜質。
4.如權利要求1所述低碳當量高韌性Q420E鋼板，其特征在于，按重量百分比計，其化學成分包括:C0.06%, Si0.42%,Mnl.41%, P0.011%, S0.002%,Nb0.025%,Als0.021%,Ca0.0023%，余量為Fe和雜質。
5.如權利要求1所述低碳當量高韌性Q420E鋼板，其特征在于，按重量百分比計，其化學成分包括:C0.065%,Si0.38%,Mnl.37%,P0.015%,S0.002%,Nb0.032%,Als0.019%,Ca0.0027%，余量為Fe和雜質。
6.一種低碳當量高韌性Q420E鋼板的生產方法，其特征在于，包括冶煉、連鑄、板坯再加熱和軋制成型，其中， 板坯再加熱過程中，采用250mm厚的連鑄坯進行生產，板坯再加熱的出爐溫度1190-1220°C，加熱時間290~430分鐘； 鋼板的軋制成型過程中，當軋制IOmm~16mm厚鋼板時,板還再加熱之后進行控制軋制，第一階段開軋厚度為板坯厚度，第一階段開軋溫度1170~1200°C，第一階段終軋溫度≥1030°C，第一階段高溫延伸軋制時單道次壓下率≥13% ;第二階段鋼板的開軋厚度為3倍成品鋼板厚度，第二階段鋼板開軋溫度為890~980°C，第二階段終軋溫度為770~8000C ;鋼板軋完經(jīng)熱矯直機矯直后，自然空冷； 當軋制大于16mm~30_厚鋼時,板還再加熱之后進行控制軋制，第一階段開軋厚度為板坯厚度，第一階段開軋溫度1170~120(TC，第一階段終軋溫度> 1020°C，第一階段高溫延伸軋制時單道次壓下率> 12% ;第二階段鋼板的開軋厚度為3倍成品鋼板厚度，第二階段鋼板開軋溫度為860~890°C，第二階段終軋溫度為770~800°C ;鋼板軋完后進行層流冷卻，冷卻速度為15~21 °C /s，終冷溫度為610~640°C ； 成品低碳當量高韌性Q420E鋼板按重量百分比計，包括:C0.06~0.08%、Si0.35~.0.45 Mnl.3 ~1.5 %、P ≤ 0.02 %、S ≤ 0.005 %、Nb0.025 ~0.035 %、Ca0.0015 ~.0.003%,Als0.017~0.03%，其余為鐵和雜質。
7.如權利要求6所述低碳當量高韌性Q420E鋼板的生產方法，其特征在于，板坯出爐溫度為1220°C，板坯加熱時間為290分鐘，第一階段開軋溫度1200°C，第一階段高溫延伸軋制最小單道次壓下率為13%，第一階段終軋溫度1030°C，第二階段開軋厚度30mm，第二階段開軋溫度980°C，第二階段終軋溫度800°C，軋制成厚度為IOmm的鋼板，成品低碳當量高韌性 Q420E 鋼板按重量百分比計，包括:C0.08%、Si0.45%, Mnl.5%, P0.02%, S0.002%、Nb0.035%, Als0.017%, Ca0.0015%，余量為 Fe 和雜質。
8.如權利要求6所述低碳當量高韌性Q420E鋼板的生產方法，其特征在于，板坯出爐溫度為1190°C，板坯加熱時間為430分鐘，第一階段開軋溫度1170°C，第一階段高溫延伸軋制最小單道次壓下率為14%，第一階段終軋溫度1042°C，第二階段開軋厚度48mm，第二階段開軋溫度890°C，第二階段終軋溫度784°C，軋制成厚度為16mm的鋼板，成品低碳當量高韌性 Q420E 鋼板按重量百分比計，包括:C0.07%,Si0.35%,Mnl.3%,P0.015%,S0.001%,Nb0.03%, Als0.03%,Ca0.003%，余量為 Fe 和雜質。
9.如權利要求6所述低碳當量高韌性Q420E鋼板的生產方法，其特征在于，板坯出爐溫度為1205°C，板坯加熱時間為352分鐘，第一階段開軋溫度1185°C，第一階段高溫延伸軋制最小單道次壓下率為12%，第一階段終軋溫度1058°C，第二階段開軋厚度90mm，第二階段開軋溫度860°C，第二階段終軋溫度800°C，冷卻速度15°C /s，終冷溫度610°C，軋制成厚度為30mm的鋼板，成品低碳當量高韌性Q420E鋼板按重量百分比計，包括:C0.07%,Si0.41%,Mnl.38%,P0.009%, S0.004%,Nb0.031%,Als0.023%,Ca0.0024%，余量為 Fe和雜質。
10.如權利要求6所述低碳當量高韌性Q420E鋼板的生產方法，其特征在于，板坯出爐溫度為1211°C，板坯加熱時間為375分鐘，第一階段開軋溫度1192°C，第一階段高溫延伸軋制最小單 道次壓下率為13%，第一階段終軋溫度1020°C，第二階段開軋厚度54mm，第二階段開軋溫度890°C，第二階段終軋溫度770V，冷卻速度21°C /s，終冷溫度640°C，軋制成厚度為18mm的鋼板，成品低碳當量高韌性Q420E鋼板按重量百分比計，包括:C0.065%,Si0.38%,Mnl.37%,P0.015%,S0.002%,Nb0.032%,Als0.019%,Ca0.0027%，余量為 Fe和雜質。
【文檔編號】C21D8/02GK104018071SQ201410272417
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月18日 優(yōu)先權日:2014年6月18日
【發(fā)明者】溫利軍, 薛越, 張大治, 李 浩, 劉海濤, 徐建東 申請人:內蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司