一種熱軋多相鋼板的生產(chǎn)方法
【專利摘要】一種熱軋多相鋼板的生產(chǎn)方法，鋼的化學(xué)成分以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)為C=0.15~0.25，Si=1.2~1.5，Mn=1.2~1.8，P≤0.012，S≤0.005，Alt≤0.06，N≤0.008，Nb=0.030~0.055，V=0.02~0.04，Ti=0.01~0.02，B=0.0006~0.0015，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素；工藝步驟包括：連鑄：坯加熱溫度為1200~1300℃；軋制：開軋溫度≥1150℃，精軋階段終軋溫度為940~960℃；四階段控制冷卻，終軋后快冷，冷卻速度≥75℃/s，直至700~720℃；冷卻：空冷，溫度下降30±5℃ 后再超快速冷卻，冷卻速度≥75℃/s；終冷溫度為385~425℃，然后至225~275℃溫度時(shí)下線堆冷。本發(fā)明的鋼板的抗拉強(qiáng)度大于1100Mpa，屈強(qiáng)比小于0.65；鋼板不需進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，鋼板的成分中不含貴重合金元素Cr、Mo、Ni等，節(jié)約了資源。
【專利說(shuō)明】
一種熱軋多相鋼板的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于低合金鋼生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及了應(yīng)用超快冷技術(shù)和Nb、v、Ti復(fù) 合微合金化技術(shù)，熱乳一種1 lOOMPa級(jí)低屈強(qiáng)比多相鋼板的生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 以軟韌相鐵素體為基體，引入適當(dāng)?shù)挠蚕嘭愂象w、馬氏體和亞穩(wěn)態(tài)殘余奧氏體的 多相鋼具有TRIP效應(yīng)，擁有良好的強(qiáng)度，出色的延展性及可成形性，是制作某些汽車零部件 的理想材料，成為目前汽車用鋼中研究的熱點(diǎn)。我國(guó)的汽車用鋼板生產(chǎn)還處于起步階段，大 量的優(yōu)質(zhì)鋼板需要進(jìn)口。盡管近幾年來(lái)在此類鋼板的生產(chǎn)上取得了一定進(jìn)展，開發(fā)了如冷 車LTRIP600鋼板，但這種強(qiáng)度級(jí)別的鋼種無(wú)法滿足汽車上某些高強(qiáng)度零部件用鋼的需求，并 考慮到經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)成本，熱乳具有TRIP效應(yīng)的多相鋼的研究在生產(chǎn)中更具有實(shí)際意 義。隨著我國(guó)汽車工業(yè)的發(fā)展，迫切需要開發(fā)出更高強(qiáng)度級(jí)別的新型TRIP熱乳鋼板?？梢灶A(yù) 見，高強(qiáng)度低屈強(qiáng)比鋼板的開發(fā)在我國(guó)具有極大的潛力，蘊(yùn)涵著巨大的商機(jī)和市場(chǎng)。
[0003] 近幾年來(lái)，鋼鐵材料領(lǐng)域中的微合金化理論以及實(shí)際應(yīng)用已取得了巨大的進(jìn)展。 更多的研究表明，單個(gè)微合金元素（如Nb，V，Ti，A1等)在鋼中的作用有其局限性，目前國(guó)內(nèi) 外都在積極進(jìn)行復(fù)合微合金碳氮化物析出強(qiáng)化的研究。Nb在鋼中以置換溶質(zhì)原子存在，Nb 原子比鐵原子尺寸大，易在位錯(cuò)線上偏聚，對(duì)位錯(cuò)攀移產(chǎn)生強(qiáng)烈的拖曳作用，使再結(jié)晶形核 受到抑制，因而對(duì)再結(jié)晶具有強(qiáng)烈的阻止作用，Nb的這種作用高于Ti和V;通常，在鋼中加入 Ti，主要是利用Ti與C、N很好的親和性，形成TiC、TiN以去除基體中的C、N間隙原子以改善鋼 的塑性或韌性，或是利用鈦析出相在高溫下的穩(wěn)定性來(lái)釘扎晶界，阻止晶粒長(zhǎng)大。然而，含 鈦鋼在生產(chǎn)過(guò)程中也帶來(lái)了一些問(wèn)題，例如在連鑄和乳制過(guò)程中，由于細(xì)小含鈦相的析出， 使得材料高溫塑性惡化，導(dǎo)致了在鑄坯或乳材中出現(xiàn)裂紋;在當(dāng)V單獨(dú)加入時(shí)，V并不抑制鐵 素體晶粒的形成，相反，它還加速珠光體的形成，在低VN鋼和不含釩的高氮鋼中只有晶界鐵 素體，而無(wú)晶內(nèi)鐵素體，但在高VN鋼中，由于V(C，N)的析出，促進(jìn)了晶內(nèi)鐵素體的形成，使鐵 素體和珠光體均勻分布在晶界與晶內(nèi)，晶粒明顯細(xì)化。鋼中V(C，N)的沉淀強(qiáng)化效果隨氮含 量的增加而遞增，最大強(qiáng)度增量能夠達(dá)到300MPa，含釩鋼中每增加10 Χ10-6的氮含量可以提 高強(qiáng)度6MPa。釩氮微合金化通過(guò)優(yōu)化V的析出和細(xì)化鐵素體晶粒，充分發(fā)揮了晶粒細(xì)化強(qiáng)化 和沉淀強(qiáng)化的作用，顯著改善了鋼的強(qiáng)韌性。在所有的微合金元素中，V具有最高的溶解度， 因此V鋼不需要高的再加熱溫度，釩具有最低的溶質(zhì)阻礙參數(shù)，因此它對(duì)再結(jié)晶的影響最 小，高強(qiáng)鋼中通過(guò)增N來(lái)優(yōu)化V( C，N)在鐵素體中的析出強(qiáng)化作用。而其他微合金元素的富氮 析出相一般對(duì)析出強(qiáng)化沒(méi)有作用，熱塑性試驗(yàn)表明，V鋼的斷裂傾向也比Nb鋼的低;A1與0有 很強(qiáng)的化學(xué)親和力，因而最早是作為脫氧劑加入鋼中的，后來(lái)發(fā)現(xiàn)酸溶鋁可形成彌散細(xì)小 的A1N而阻止奧氏體晶粒的長(zhǎng)大，從而認(rèn)識(shí)到A1也是一種微合金元素。A1N在奧氏體中的固 溶度積與NbN相近，故在1100°C左右的溫度仍能阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大。而在γ -α相變過(guò)程 中，Α1Ν可促進(jìn)鐵素體的形核，通過(guò)增大鐵素體的形核率而細(xì)化鐵素體晶粒。鋁固定氮的作 用使鋼的抗時(shí)效性能提高，這在可焊接結(jié)構(gòu)鋼中是相當(dāng)重要的性能。因此，復(fù)合微合金化更 能有效地發(fā)揮細(xì)晶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化作用，提高鋼材的性能。
[0004] 以超快速冷卻(UFC)為核心的新一代TMCP技術(shù)充分體現(xiàn)了"水是最廉價(jià)的合金元 素"，實(shí)現(xiàn)了奧氏體硬化狀態(tài)的控制和硬化狀態(tài)下奧氏體相變過(guò)程的柔性化控制，在縮短生 產(chǎn)線長(zhǎng)度、減輕乳制設(shè)備負(fù)荷、開發(fā)多相鋼和高強(qiáng)鋼、降低合金元素和微合金元素、加大降 本增效力度、挖掘鋼鐵材料的潛力、節(jié)省能源和資源等具有十分重要的意義。目前，UFC已經(jīng) 在熱乳帶鋼、中厚板、棒線材以及Η型鋼生產(chǎn)線得到應(yīng)用，并在提高材質(zhì)性能和高附加值產(chǎn) 品開發(fā)方面的研究令人矚目。與常規(guī)層流冷卻工藝相比，UFC可顯著提高鋼的強(qiáng)度，改善其 綜合性能，而超快冷與層流冷卻的綜合應(yīng)用，使冷速更能柔性化地被控制，成為現(xiàn)在控制冷 卻技術(shù)研究的熱點(diǎn)。包鋼CSP生產(chǎn)線率先采用后置式超快冷，采用C-Mn鋼作原料，開發(fā)出厚 度4~11mm的590MPa級(jí)低成本熱乳雙相鋼，并已供應(yīng)汽車廠生產(chǎn)卡車、轎車的車輪和車梁等 產(chǎn)品，主要力學(xué)性能優(yōu)良，抗拉強(qiáng)度590~620MPa，屈強(qiáng)比0.62~0.67，伸長(zhǎng)率26%~36%，n值 0.21;攀鋼在1450熱乳線上的精乳機(jī)組后和層流冷卻之間布置超快冷設(shè)備，這在國(guó)內(nèi)尚屬 首例。于2010年3月份開展了擴(kuò)大性工業(yè)試驗(yàn)，已累計(jì)生產(chǎn)集約化熱乳鋼板1.8萬(wàn)余噸，力學(xué) 性能均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，與正常生產(chǎn)的產(chǎn)品性能指標(biāo)基本相當(dāng)，而且波動(dòng)范圍更小。為碳錳鋼 的柔性化生產(chǎn)和超快冷設(shè)備在其它鋼種上的推廣應(yīng)用積累了生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn);吸取攀鋼和包鋼超 快冷裝置的經(jīng)驗(yàn)，漣鋼2250熱連乳生產(chǎn)線的控制冷卻系統(tǒng)采用了"傾斜式超快冷+ACC"的混 合配置方式，相應(yīng)的品種開發(fā)已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，鋼種包括普通碳錳鋼、HSLA鋼、高強(qiáng)鋼、管 線鋼等;在中厚板方面，寶鋼最先開展超快速冷卻技術(shù)。2004年，二重為寶鋼安裝的5000_ 乳機(jī)后續(xù)工藝設(shè)備"ACC鋼板快速冷卻系統(tǒng)裝置"是當(dāng)時(shí)世界乳機(jī)最先進(jìn)的快冷系統(tǒng)，能夠 以每小時(shí)13000t的水流量將寬5m、厚0.4m的鋼板在驟然間冷卻，使鋼材達(dá)到更好的性能。 2008年，寶鋼已基本能夠穩(wěn)定生產(chǎn)X80管線鋼、EH36船板鋼等產(chǎn)品，并成功地試生產(chǎn)了X120 級(jí)管線鋼，各項(xiàng)性能指標(biāo)已達(dá)到很高水平;鞍鋼的4300mm中厚板乳機(jī)、首秦的4300mm中厚板 乳機(jī)以及石家莊敬業(yè)鋼鐵的3000mm中厚板乳機(jī)也開始裝設(shè)UFC+ACC的新式冷卻系統(tǒng)，目前， 已投入運(yùn)行調(diào)試;此外，萍鄉(xiāng)、三明、寶特等鋼廠的棒材線和馬鋼Η型鋼生產(chǎn)線也采用了超快 速冷卻，在不增加合金元素的情況下，升級(jí)了部分產(chǎn)品。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種具有良好強(qiáng)度和成形性配合的熱乳多相鋼，通過(guò)在普 通C-Si-Mn系TRIP鋼的基礎(chǔ)上添加 Nb、V、Ti微合金化元素，并應(yīng)用超快冷技術(shù)，通過(guò)四階段 控制冷卻，獲得顯微組織為一定配比的鐵素體、貝氏體、殘余奧氏體及馬氏體的熱乳多相 鋼，其抗拉強(qiáng)度大于1 lOOMpa，屈強(qiáng)比小于0.65。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是： 一種熱乳多相鋼板的生產(chǎn)方法，制備工藝流程包括冶煉、連鑄、乳制和冷卻，鋼的化學(xué) 成分以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)為C= 0.15~0.25，Si=l.2~1.5，Μη=1·2~1.8，P彡0.012，S彡0.005， Alt彡0·06，Ν彡0·008，Nb=0·030~0·055，V=0·02~0·04，Ti= 0·01~0·02，Β=0·0006~0·0015， 余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素;工藝步驟包括： 連鑄:坯加熱溫度為1200~1300 °C; 乳制:開乳溫度多1150°C，精乳階段終乳溫度為940~960°C ;四階段控制冷卻，終乳后快 冷，冷卻速度多75°C/s，直至700~720°C; 冷卻：空冷，溫度下降30±5°C后再超快速冷卻，冷卻速度多75°C/s;終冷溫度為385~ 425°C，然后至225~275°C溫度時(shí)下線堆冷。
[0007] 本發(fā)明采用該化學(xué)配比的依據(jù)是:C是奧氏體形成元素，起固溶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化作 用，同時(shí)提高殘余奧氏體穩(wěn)定性，含碳量太高會(huì)惡化鋼板的焊接性能，含碳量太低則使殘余 奧氏體的穩(wěn)定性大大降低，以致沒(méi)有TRIP效應(yīng)的出現(xiàn)，因此C含量控制在0.15~0.25%之間； Μη是奧氏體穩(wěn)定化元素，主要起固溶強(qiáng)化作用，降低奧氏體向鐵素體相變的溫度而促使鐵 素體晶粒細(xì)化，降低馬氏體轉(zhuǎn)變溫度，使殘余奧氏體的含量增加，但Μη含量過(guò)高，由于殘余 奧氏體的體積分?jǐn)?shù)提高而碳含量不變，將使殘余奧氏體穩(wěn)定性下降，因此Μη含量控制在 1.2%~1.8%之間；Si是鐵素體形成元素，固溶于鐵素體中起強(qiáng)化作用，Si又是非碳化物形成 元素，能夠強(qiáng)烈抑制碳化物的形成，使未轉(zhuǎn)變的奧氏體中富碳，大大提高殘余奧氏體的穩(wěn)定 性，但是，較高的Si含量使鑄造困難，且形成很厚的氧化鐵皮層，熱乳時(shí)易被壓入鋼板表面， 惡化了鋼的熱乳性能和表面鍍覆能力，產(chǎn)生較多的表面缺陷，因此，Si含量控制在1.2%~ 1.5%之間；S含量的降低明顯改變均勻延伸性能，大量的MnS夾雜(也包括A1 2〇3顆粒)將導(dǎo)致 加工成型時(shí)出現(xiàn)裂紋或裂縫，因此采用鐵水脫硫和鋼包精煉進(jìn)行低硫煉鋼;Nb、V、Ti微合金 元素的加入主要是在控乳控冷過(guò)程中形成細(xì)小彌散的碳、氮化物析出相，這些析出相通過(guò) 釘扎奧氏體晶界和位錯(cuò)，阻礙再結(jié)晶，抑制奧氏體晶粒長(zhǎng)大，細(xì)化晶粒;在隨后的鐵素體基 體中產(chǎn)生一定的沉淀強(qiáng)化作用?？紤]其成本和加熱時(shí)的固溶情況，控制Nb+V+Ti〈0.08%;B在 鋼中以間隙原子的形式存在，因此B會(huì)與鋼中刃型位錯(cuò)的靜水壓力場(chǎng)作用，并向刃型位錯(cuò)處 富集，部分的B通過(guò)位錯(cuò)通道擴(kuò)散到晶界處，降低晶界能量，抑制了新相在晶界處的形核。B 含量過(guò)高，則會(huì)導(dǎo)致晶界能量過(guò)低，形成硼脆，因此B含量控制為0.0006%~0.0015%。
[0008] 本發(fā)明采用該制備方法的依據(jù)是:本發(fā)明加熱溫度為1200~1300Γ，使鑄坯奧氏體 化，微合金碳氮化物溶解。本發(fā)明采用高溫乳制有效地降低乳機(jī)負(fù)荷，從而降低能耗和成 本，帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)意義。本發(fā)明所述開乳溫度，中間坯厚度，第二階段開乳、變 形率和終乳溫度，可實(shí)現(xiàn)奧氏體晶粒在乳制變形過(guò)程中的細(xì)化。本發(fā)明采用四階段控制冷 卻，第一個(gè)冷卻階段采用前置式超快冷，降低了鐵素體相變的溫度，并使鐵素體在動(dòng)態(tài)相變 點(diǎn)開始發(fā)生，有利于鐵素體晶粒的細(xì)化，另一方面，相對(duì)于常規(guī)冷卻，應(yīng)用前置式超快冷時(shí)， V、Nb、Ti碳氮化物的析出量增加，且析出相小尺寸粒子大幅增加;第二個(gè)冷卻階段為空冷， 使有效控制鐵素體生成量。鐵素體比貝氏體軟，延展性較好，易吸收殘余奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn) 變引起的體積膨脹，因而合適的鐵素體量是使鋼獲得低屈強(qiáng)比的前提條件;第三個(gè)冷卻階 段采用后置式超快冷，用于控制鐵素體和貝氏體的轉(zhuǎn)變量，使奧氏體向非平衡相（貝氏體、 馬氏體)轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度多相鋼的生產(chǎn);第四個(gè)冷卻階段采用堆冷，來(lái)控制馬氏體的形態(tài)， 減少鋼板的組織應(yīng)力，以及氫的逸出。
[0009] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比： 中國(guó)專利號(hào)CN102719753A中所述低屈強(qiáng)比高強(qiáng)度鋼板，組織為鐵素體+馬氏體/貝氏體 復(fù)相組織，抗拉強(qiáng)度低于本發(fā)明強(qiáng)度，并且加入Cr=0.3~1.0、M〇=0.2~0.8,較本發(fā)明多加入 Cr和Mo;再如中國(guó)專利號(hào)W02013044641A1所述屈服強(qiáng)度700MPa級(jí)高強(qiáng)度高韌性鋼板，通過(guò) 淬火+回火處理達(dá)到與本發(fā)明相同級(jí)別的強(qiáng)度。
[0010] 本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明的熱乳高強(qiáng)低屈強(qiáng)比多相鋼板的抗拉強(qiáng)度大于 llOOMpa，屈強(qiáng)比小于0.65;本發(fā)明鋼板不需進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，從而簡(jiǎn)化了制造工序，降低了鋼 的制造成本；本發(fā)明鋼板的成分中不含貴重合金元素 Cr、Mo、Ni等，減少了合金元素含量， 節(jié)約了社會(huì)資源，降低了鋼板成本。
【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例4鋼板的光學(xué)顯微鏡照片。
[0012] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例4鋼板的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡照片。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 以下用實(shí)施例結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更詳細(xì)的描述。按表1所示的化學(xué)成分采用真 空感應(yīng)爐冶煉，澆鑄成錠，去除冒口，然后重新加熱至1250°C保溫30min使鋼錠中合金元素 和組織均勻化，鍛造成60mm厚的板坯，經(jīng)機(jī)加工得到100 X 100 X 60mm的熱乳坯料。
[0014]實(shí)施例1:模擬常規(guī)TMCP過(guò)程:采用2道次粗乳，開乳溫度在1150°C左右，壓下規(guī)程
，然后在980 °0950 °C溫度區(qū)間內(nèi)開始精乳， 精乳4道次，終乳溫度為8 5 0 °C ~ 8 1 0 °C，最終板厚3 m m，壓下規(guī)程為
。由于板厚相 當(dāng)薄，空冷的冷速較快，因此，終乳后進(jìn)行空冷，當(dāng)至250°C左右時(shí)進(jìn)入250°C的保溫爐，等溫 30min后隨爐冷卻。
[0015] 實(shí)施例2:應(yīng)用前置式超快冷工藝：乳制工藝同工藝I，終乳后將試樣迅速浸入水 中，Is后起出，再空冷至250°C左右時(shí)進(jìn)入250°C的保溫爐，等溫30min后隨爐冷卻。
[0016] 實(shí)施例3:應(yīng)用后置式超快冷工藝：乳制工藝同工藝I，終乳后將試樣空冷至680°C 左右時(shí)，迅速水浸Is后，再空冷至250°C左右時(shí)進(jìn)入250°C的保溫爐，等溫30min后隨爐冷卻。
[0017] 實(shí)施例4:高溫乳制并隨后交替式超快冷的工藝:粗乳工藝與工藝I 一致，精乳開始 溫度為1050±10°C，終乳溫度為950±10°C，采用與工藝I同樣的精乳壓下規(guī)程將板坯乳制 成3mm厚，終乳后先迅速浸入水中1 s，然后空冷10s后，再浸入水中1 s，取出后空冷，在250 °C 左右時(shí)進(jìn)入250°C的保溫爐，等溫30min后隨爐冷卻。
[0018] 對(duì)本發(fā)明實(shí)施例1~4的多相鋼板進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見表2。
[0019] 表1本發(fā)明實(shí)施例化學(xué)成分(wt%)
表2本發(fā)明實(shí)施例1~4的多相鋼板的力學(xué)性能
從表1、表2可以看出，本發(fā)明涉及的多相鋼板的抗拉強(qiáng)度大于llOOMPa，屈強(qiáng)比小于 0.65,伸長(zhǎng)率大于17%。
[0020]對(duì)實(shí)施例4進(jìn)行微觀組織研究，光學(xué)顯微鏡照片見圖1，場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡照片見圖 2。鋼板的微觀組織為46%鐵素體+貝氏體+馬奧島組成。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種熱乳多相鋼板的生產(chǎn)方法，制備工藝流程包括冶煉、連鑄、乳制和冷卻，其特征 在于:鋼的化學(xué)成分以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)為C= O· 15~O· 25，Si=I · 2~1 · 5，Mn=l · 2~1 ·8，P彡O·012， S彡0.005，Alt彡0.06，N彡0.008，Nb=0.030~0.055,V=O.02~0.04,Ti= 0.01~0.02， B= 0.0006~0.0015，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素;工藝步驟包括： 連鑄:坯加熱溫度為1200~1300 °C ; 乳制:開乳溫度多1150°C，精乳階段終乳溫度為940~960°C ;四階段控制冷卻，終乳后快 冷，冷卻速度多75°C/s，直至700~720°C; 冷卻：空冷，溫度下降30±5°C后再超快速冷卻，冷卻速度多75°C/s;終冷溫度為385~ 425°C，然后至225~275°C溫度時(shí)下線堆冷。
【文檔編號(hào)】C21D8/02GK105886908SQ201610513728
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年7月4日
【發(fā)明人】彭寧琦, 湯偉, 趙軍, 錢亞軍
【申請(qǐng)人】湖南華菱湘潭鋼鐵有限公司