一種低合金高強(qiáng)鋼q460c及其生產(chǎn)方法
【專利摘要】一種低合金高強(qiáng)鋼Q460C及其生產(chǎn)方法，鋼中各元素的質(zhì)量百分含量分別為：C：0.11～0.15，Si：0.20～0.40，Mn：1.30～1.50，Nb：0.01～0.02，Ti：0.050～0.070，Als：0.020～0.040；板坯加熱時間≥3.5h，加熱終了時刻溫度1100～1190℃；采用CR方式軋制，開軋時的待溫厚度為鋼板成品厚度的3倍以上，精軋累計壓下率≥66%，終軋溫度810～850℃；采用ACC冷卻方式，鋼板終冷溫度為630±20℃。本發(fā)明采用低Nb?高Ti微合金成分體系，在保證強(qiáng)度的前提下不降低韌性，優(yōu)化控溫軋制及ACC控制冷卻工藝，得到理想的F+P組織，且生產(chǎn)成本低廉。
【專利說明】
一種低合金高強(qiáng)鋼Q460C及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)鋼及其生產(chǎn)方法，尤其涉及一種低合金高強(qiáng)鋼Q460C及其生 產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] Q460C是一種中高強(qiáng)度級別鋼種，主要應(yīng)用于煤炭機(jī)械液壓支架等工程機(jī)械領(lǐng)域。 目前，市場對Q460C的需求，主要集中在厚度規(guī)格為12~16mm的中板產(chǎn)品，占 Q460C總需求量 的75%以上。根據(jù)調(diào)研，國內(nèi)很多鋼廠都已具備生產(chǎn)該鋼種相關(guān)厚度規(guī)格的能力，但這些鋼 廠主要采用了高Nb-高V-低Ti或是高Nb-高V的成分設(shè)計方式來確保Q460C的力學(xué)性能，即： 鋼中Nb元素通?？刂圃?.03wt%~0.06wt%范圍內(nèi)，V元素控制在0.025wt%~0.25wt%范圍 內(nèi)，Ti元素控制在0.007wt%~0.03wt% ;采用這種成分設(shè)計方式主要是基于:首先，理論上， Nb、V、Ti元素的碳、氮化析出物均能夠起到細(xì)化鋼中晶粒，提高鋼種力學(xué)性能的作用，但從 實際應(yīng)用效果上看，Nb的晶粒細(xì)化能力最強(qiáng)，而V、Ti的晶粒細(xì)化能力相當(dāng)；其次，V的控冷有 效性最好，Nb其次，而Ti較差;第三，從合金化難度上來看，由于Ti十分活潑，容易與鋼中的 C、0、S等元素發(fā)生反應(yīng)，因此在鋼水冶煉過程中，Ti元素收得率的有效控制要難于Nb、V元 素。盡管這種成分設(shè)計方式能夠滿足GB/T1591-2009對Q460C的力學(xué)性能要求，但仍然存在 著以下一些問題： (1)、生產(chǎn)成本較高:眾所周知，Nb、V、Ti是目前主要提升產(chǎn)品性能的微合金元素，但向 鋼中加入Nb、V元素的生產(chǎn)成本要遠(yuǎn)高于向鋼中加入Ti元素的生產(chǎn)成本;據(jù)統(tǒng)計，鋼中的Nb 含量每增加 O.Olwt%，則生產(chǎn)成本將增加28~30元/噸鋼；V含量每增加 O.Olwt%，生產(chǎn)成本 將增加9~11元/噸鋼;而鋼中的Ti含量每增加0.0 lwt%，生產(chǎn)成本將只增加2~4元/噸鋼。因 此，主要依靠 Nb、V元素提升Q460C力學(xué)性能的方法的生產(chǎn)成本要高于主要依靠 Ti元素提升 Q460C力學(xué)性能的方法的生產(chǎn)成本。
[0003] (2)、鑄坯表面更容易產(chǎn)生橫裂紋及角橫裂紋缺陷：鑄坯表面產(chǎn)生的橫裂紋、角橫 裂紋與鋼種的高溫延塑性密切相關(guān)，該鋼種在某一溫度區(qū)間下的高溫延塑性能越差或是較 差的高溫延塑性能所對應(yīng)的溫度區(qū)間越大，則所對應(yīng)的鑄坯表面就越容易產(chǎn)生裂紋、角橫 裂紋缺陷；反之，該鋼種在某一溫度區(qū)間下的高溫延塑性能越強(qiáng)或是較差的高溫延塑性能 所對應(yīng)的溫度區(qū)間越窄，則所對應(yīng)的鑄坯表面就越不容易產(chǎn)生裂紋、角橫裂紋缺陷。試驗結(jié) 果表明：當(dāng)鋼中的Nb元素含量達(dá)到0.02wt%以上后，容易導(dǎo)致鋼的第III脆性溫度區(qū)較普通 鋼更明顯地向高溫方向擴(kuò)展，更容易降低鋼的高溫延塑性;這是因為Nb元素的氮化物和碳 氮化物在高溫下從鋼中析出后，其微小析出粒子會附著于鋼的Y晶界，而每個粒子周圍都 會產(chǎn)生局部應(yīng)力集中，從而促進(jìn)γ晶界滑移，造成晶界破壞;此外，由于應(yīng)力集中現(xiàn)象，會導(dǎo) 致晶界附近的Nb化合物粒子周圍產(chǎn)生空洞，而空洞聚合發(fā)展會造成延金屬晶界的開裂。試 驗結(jié)果還表明:v的氮化物和碳氮化物會在鑄坯冷卻過程中分布在奧氏體晶界上，從而會對 Q460C的高溫延塑性造成較強(qiáng)的惡化作用。此外，鋼中的V元素還容易導(dǎo)致鋼的第III脆性溫 度區(qū)較普通鋼更明顯地向低溫方向擴(kuò)展。因此鋼中如果含有較高的Nb和V，會使鋼的第III 脆性溫度區(qū)間明顯變寬，從而使鑄坯表面產(chǎn)生橫裂紋、角橫裂紋的風(fēng)險加大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種低合金高強(qiáng)鋼Q460C及其生產(chǎn)方法，在有 效保證成品力學(xué)性能滿足GB/T1591-2009的要求的同時，大幅降低生產(chǎn)成本;同時解決了背 景技術(shù)中Ti元素控冷有效性較差、冶煉收得率不易控制的技術(shù)問題。
[0005] 解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案為： 一種低合金高強(qiáng)鋼Q460C，鋼中各元素的質(zhì)量百分含量分別為:C:0.11~0.15,Si :0.20 ~0.40，Mn:1.30~1.50，Nb:0.01~0.02，Ti:0.050~0.070，Als:0.020~0.040。
[0006] -種低合金高強(qiáng)鋼Q460C的生產(chǎn)方法，所述Q460C鋼中各元素的質(zhì)量百分含量分別 為：C:0.11~0.15，Si:0.20~0.40，Mn:1.30~1.50，Nb:0.01~0.02，Ti:0.050~0.070， Als:0.020~0.040。
[0007] 上述的一種低合金高強(qiáng)鋼Q460C的生產(chǎn)方法，采用鐵水預(yù)脫硫、轉(zhuǎn)爐冶煉、LF精煉、 連鑄、加熱爐加熱、控制乳制、ACC冷卻工藝步驟，其中： 板坯在加熱爐內(nèi)的加熱時間多3.5h，加熱終了時刻的表面溫度控制在1100~1190°C范 圍內(nèi)； 控制乳制工藝中采用CR方式乳制，開乳溫度為930~1020°C ; -階段終乳溫度>980°C ; 二階段開乳溫度<920°C，開乳時的待溫厚度為鋼板成品厚度的3倍以上，精乳累計壓下率 彡66%，終乳溫度控制在810~850°C范圍內(nèi)； 采用ACC冷卻方式控制冷卻，鋼板的終冷溫度為630 ± 20°C。
[0008] 上述的一種低合金高強(qiáng)鋼Q460C的生產(chǎn)方法，所述轉(zhuǎn)爐冶煉工藝中控制鋼中的0含 量在600ppm以下，控制出鋼下渣量為鋼水量的0.01%以下，確保鋼水的潔凈度； LF精煉工藝中精煉時間控制在35min以上，精煉結(jié)束前10~15min加鈦鐵進(jìn)行微合金 化，有效控制鋼中夾雜物級別總和不超過1.5級； 連鑄工藝中鋼水過熱溫度控制在10~35°C范圍內(nèi)，拉速全程控制在0.8~l.Om/min范圍 內(nèi)；鑄坯下線堆垛緩冷處理。
[0009] 本發(fā)明采用低Nb-高Ti的成分設(shè)計思路，主要基于以下考慮： 首先，采用低Nb-高Ti的成分設(shè)計思路，能夠最大限度的發(fā)揮Nb、Ti兩種元素對Q460C的 力學(xué)性能提升作用，確保Q460C的力學(xué)性能滿足GB/T1591-2009的要求； 其次，采用低Nb-高Ti成分設(shè)計，能夠有效降低Q460C的生產(chǎn)成本； 第三，采用低Nb-高Ti成分設(shè)計，而不添加 V元素，能夠有效降低Q460C鑄坯表面產(chǎn)生橫 裂紋、角橫裂紋缺陷的風(fēng)險，這是因為與Nb、V微合金元素不同，鋼中含有較高含量的Ti可以 改善鋼的高溫延塑性能:a、Ti與N有強(qiáng)的親和力，TiN可以在略低于鋼的固相線溫度下生成， 因而尺寸較粗大，能夠在鋼中隨機(jī)分布，而Nb的氮化物和碳氮化物尺寸較TiN更加細(xì)小，從 而會對鋼的高溫延塑性造成較大的危害;b、高溫時生成的TiN析出量多，鋼中TiN析出物的 體積分?jǐn)?shù)高，可以抑制高溫時晶粒的長大，改善鋼的高溫延塑性，同時，由于尺寸較粗大，與 細(xì)小的Nb的氮化物、碳氮化物相比，TiN釘扎晶界只能維持很短的時間，鑄坯表面的一些微 小裂紋來不及聚集、長大便會被晶界迀移包裹在新晶粒內(nèi)部;c、高溫時生成的粗大TiN可以 作為Nb的氮化物、碳氮化物等析出物的核心，Nb的氮化物、碳氮化物等析出物依附在TiN上 形核長大，從而顯著降低了原本可以生成的微小Nb的氮化物、碳氮化物等析出物降低鋼的 高溫延塑性的作用;d、鋼中的N會優(yōu)先與Ti進(jìn)行反應(yīng)，從而減少了與Nb等元素反應(yīng)的N量，微 小的Nb的氮化物、碳氮化物等析出物生成量隨之減少，從而改善了鋼的高溫延塑性能;研究 結(jié)果表明：當(dāng)鋼中加入0.02%以上的Ti，鋼的第III脆性溫度區(qū)間會明顯縮小，鋼的RA值由 30%提高到60%以上;e、較高的Ti含量可顯著提高Q460C的橫向沖擊韌性，這是因為:Ti與S的 親和力要強(qiáng)于Mn與S的親和力；因而隨著鋼中Ti含量的增加，鋼中的Ti 4C2S2化合物逐漸增多 并取代了MnS夾雜，即Ti的加入奪取了MnS中的S而與之生成了更為穩(wěn)定的Ti 4C2S2,從而減少 了MnS的析出，減輕了MnS夾雜在鑄坯中心區(qū)域的富集；因為MnS夾雜在鑄坯中心區(qū)域的富集 是產(chǎn)生鑄坯偏析的主要原因，而鑄坯偏析又是降低沖擊韌性的主要因素，所以MnS析出量的 減少可明顯降低產(chǎn)生中心偏析的可能性，而較硬的Ti 4C2S2化合物在乳制過程不易變形，且 呈球狀，從而提高了 Q460C的橫向沖擊韌性。
[0010]本發(fā)明Nb元素和Ti加入量的控制主要基于以下原理： Nb:該元素在鋼中與氮、碳具有極強(qiáng)的親和力，可與之形成穩(wěn)定的Nb(C，N)(指Nb的碳化 物和碳氮化物)化合物，在控制乳制過程中誘導(dǎo)析出，沿奧氏體晶界彌散分布，可以作為相 變的形核質(zhì)點，從而細(xì)化鐵素體晶粒;在此鋼種中，Nb的作用主要為細(xì)化晶粒。在生產(chǎn)實際 中發(fā)現(xiàn)，延伸率不合格鋼板的厚度偏析位置存在游離的單質(zhì)Nb，并且會惡化鋼板的性能，同 時當(dāng)Nb含量大于0.02 wt %，容易使鑄坯表面產(chǎn)生裂紋缺陷，影響終乳產(chǎn)品質(zhì)量，因此，本發(fā) 明將Nb含量設(shè)計為0.0 lwt%~0.02wt%。
[0011] Ti :Ti的加入可以降低Nb元素造成的裂紋影響，且與C、N元素形成耐高溫的粒子釘 扎在原始奧氏體晶界，阻止原始晶粒的長大，并改善鋼板的焊接性能。研究表明，當(dāng)鈦含量 彡0.02wt%時，強(qiáng)度增加不明顯，鈦的沉淀析出強(qiáng)化作用很??；鈦含量為0.02wt%~0.04wt% 時，因析出穩(wěn)定的TiN，有效地阻止奧氏體晶粒長大，鐵素體晶粒直徑可由14. Sum降至 8.5um，以及TiC的析出強(qiáng)化作用，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度顯著升高；當(dāng)鈦含量小于0.1lwt%時， 隨著鈦含量的增加，抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度線性增加，當(dāng)鈦含量大于O.llwt%以后，強(qiáng)度增加已 很不明顯;鋼中鈦含量與伸長率的關(guān)系也可以近似表示為線性關(guān)系，隨著鈦含量的增加，塑 性降低。當(dāng)鈦含量為0.05wt%~0.12wt%時，表現(xiàn)出材料有最佳的強(qiáng)度和塑性配合，同時屈強(qiáng) 比較低;此外，較高的Ti含量，降低鋼中的MnS夾雜物含量；因此，為了保證鋼板的強(qiáng)度符合 標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計Ti含量最小為0.050wt%，為了保證鋼板的延伸率并考慮鋼板成本，設(shè)計Ti含量最 大為0.070wt%。
[0012]本發(fā)明為確保鋼板力學(xué)性能滿足GB/T1591-2009的要求，采用了控制乳制+ACC冷 卻的工藝流程，各工藝流程的參數(shù)設(shè)定范圍主要是在參照相關(guān)冶金原理的基礎(chǔ)上，通過現(xiàn) 場試驗得到的： a. 將板坯經(jīng)加熱爐加熱之后的表面溫度控制在1100-1190 °C之間可以降低加熱過程中 氧化鐵皮的產(chǎn)生，便于除鱗箱除鱗;而且在此溫度范圍內(nèi)，原始奧氏體晶粒尺寸不會急劇長 大，便于細(xì)化晶粒； b、 第一階段乳制溫度控制在980°C以上是為了保證鋼板的變形在奧氏體再結(jié)晶溫區(qū)進(jìn) 行，通過反復(fù)的再結(jié)晶細(xì)化晶粒;將二階段的開乳溫度定在920°C以下是為了保證其變形是 在未再結(jié)晶溫區(qū)內(nèi)進(jìn)行，從而避開部分再結(jié)晶溫區(qū)，減少混晶現(xiàn)象;控制鋼板二階段乳制時 的厚度為成品厚度的3倍以上，便可以獲得累積壓下率多66%，以此是為了獲得足夠的相變 形核點（位錯)和驅(qū)動力（變形能）；終乳溫度控制在810-850°C是可以保證鋼板在較低的溫 度下進(jìn)行變形，減少高溫階段發(fā)生的回復(fù)等降低位錯密度的現(xiàn)象;而且在此終乳溫度條件 下鋼板進(jìn)入ACC設(shè)備進(jìn)行控制冷卻時的溫度可以控制在750°C(大約為此鋼的A r3點）以上， 此時鋼板的組織仍為奧氏體，可以保證控制冷卻的效果，通過控冷降低奧氏體轉(zhuǎn)變溫度，細(xì) 化晶粒，并硬化鐵素體，提尚鋼板強(qiáng)度。
[0013] C、實際生產(chǎn)說明鋼板出ACC時的終冷溫度控制在630°C附近，鋼板的組織仍為F+P， 不會出現(xiàn)B等中溫轉(zhuǎn)變的強(qiáng)硬相。細(xì)化的F+P組織，可以保證鋼板的強(qiáng)度符合國標(biāo)要求，而且 塑韌性也能得到保證。終冷溫度太高會降低強(qiáng)度，太低會損害塑韌性。
[0014] 本發(fā)明的有益效果為： 本發(fā)明低合金高強(qiáng)鋼Q460C，通過合理的成分設(shè)計，采用低Nb-高Ti微合金成分體系，在 保證強(qiáng)度的前提下不降低韌性，采用純凈鋼水、優(yōu)化控溫乳制及ACC控制冷卻工藝，得到理 想的F+P組織，且晶粒均勻細(xì)小，力學(xué)性能滿足GB/T1591-2009的要求，同時生產(chǎn)成本低于國 內(nèi)其它可生產(chǎn)Q460C的鋼鐵企業(yè)，具有較強(qiáng)的競爭優(yōu)勢。
【附圖說明】
[0015]圖1為實施例1所生產(chǎn)的Q460C的1000X顯微組織圖； 圖2為實施例2所生產(chǎn)的Q460C的1000 X顯微組織圖； 圖3為實施例3所生產(chǎn)的Q460C的1000 X顯微組織圖。
【具體實施方式】
[0016]本發(fā)明一種低合金高強(qiáng)鋼Q460C，鋼中各元素的質(zhì)量百分含量分別為：C:0.11~ 0.15，Si:0.25~0.35，Mn:1.35~1.45，Nb:0.01~0.02，Ti:0.050~0.070，Als:0.020~0.040。 [0017] 一種低合金高強(qiáng)鋼Q460C的生產(chǎn)方法，采用鐵水預(yù)脫硫、轉(zhuǎn)爐冶煉、LF精煉、連鑄、 加熱爐加熱、控制乳制、ACC冷卻工藝步驟，其中： 轉(zhuǎn)爐冶煉工藝中控制鋼中的〇含量在600ppm以下，控制出鋼下渣量在鋼水量的0.01%以 下，確保鋼水的潔凈度； LF精煉工藝中精煉時間控制在35min以上，精煉結(jié)束前10~15min加鈦鐵進(jìn)行微合金 化，有效控制鋼中夾雜物級別總和不超過1.5級； 連鑄工藝中鋼水過熱溫度控制在10~35°C范圍內(nèi)，拉速全程控制在0.8~l.Om/min范圍 內(nèi)；鑄坯下線堆垛緩冷處理； 板坯在加熱爐內(nèi)的加熱時間多3.5h，加熱終了時刻的表面溫度控制在1100~1190°C范 圍內(nèi)； 控制乳制工藝中采用CR方式乳制，開乳溫度為930~1020°C ; -階段終乳溫度>980°C ; 二階段開乳溫度<920°C，開乳時的待溫厚度為鋼板成品厚度的3倍以上，精乳累計壓下率 彡66%，終乳溫度控制在810~850°C范圍內(nèi)； 采用ACC冷卻方式控制冷卻，鋼板的終冷溫度為630 ± 20°C。
[0018]以下通過具體實施例1~3對本發(fā)明做進(jìn)一步說明： 實施例1~3選用260mm大斷面連鑄坯以保證壓縮比，生產(chǎn)厚度規(guī)格為12~16mm的Q460C 成品鋼，生產(chǎn)過程中LF精煉工藝中精煉時間控制在35min以上，全程微正壓操作防止鋼水吸 氮;采用石灰、鋁線、鋁粒等造白渣脫硫，快速成渣，脫硫過程合理控制氣量，嚴(yán)禁采用大氣 量攪拌;采用錳鐵、硅鐵、鋁線、鈦鐵進(jìn)行成分調(diào)整，在LF后期成白渣脫硫后進(jìn)行Als調(diào)整，精 煉結(jié)束前10~15min加鈦鐵進(jìn)行微合金化，成分調(diào)整完成后取樣前軟吹時間不低于3min;出 站S彡0.010%以下，Ca彡25ppm，有效控制鋼種夾雜物級別總和不超過1.5級；連鑄工藝中澆 注過程中全程保護(hù)性澆鑄，使用二冷區(qū)電磁攪拌和動態(tài)輕壓下，鋼水過熱溫度穩(wěn)定控制在 10~35°C范圍內(nèi)，拉速全程控制在0.8~1.0 m/min范圍內(nèi)；鑄坯下線堆垛緩冷，冷卻時間大于 24h； 表1列出了實施例1~3鋼中各元素質(zhì)量百分比及厚度規(guī)格，表2列出了實施例1~3控乳 +ACC冷卻工藝參數(shù);表3列出了實施例1~3所生產(chǎn)的Q460C力學(xué)性能指標(biāo)。
[0019] 表1實施例1~3的主要化學(xué)成分質(zhì)量百分比(wt%)
表3顯示，本發(fā)明實施例1~3所生產(chǎn)的Q460C成品鋼力學(xué)性能完全滿足國標(biāo)GB/T1591-2009的要求。
【主權(quán)項】
1. 一種低合金高強(qiáng)鋼Q460C，其特征在于：鋼中各元素的質(zhì)量百分含量分別為：C:0.11 ~0.15，Si:0.20~0.40，Mn :1.30~1.50，Nb:0.01~0.02，Ti:0.050~0.070，Als:0.020~ 0.040。2. -種低合金高強(qiáng)鋼Q460C的生產(chǎn)方法，其特征在于:所述Q460C鋼中各元素的質(zhì)量百 分含量分別為：C:0.11 ~0.15，Si:0.20~0.40，Mn:1.30~1.50，Nb:0.01~0.02，Ti:0.050 ~0.070，Als:0.020~0.040。3. 如權(quán)利要求2所述的一種低合金高強(qiáng)鋼Q460C的生產(chǎn)方法，采用鐵水預(yù)脫硫、轉(zhuǎn)爐冶 煉、LF精煉、連鑄、加熱爐加熱、控制乳制、ACC冷卻工藝步驟，其特征在于： 連鑄板坯在加熱爐內(nèi)的加熱時間多3.5h，加熱終了時刻的表面溫度控制在1100~1190 °(：范圍內(nèi)； 控制乳制工藝中采用CR方式乳制，開乳溫度為930~1020°C; -階段終乳溫度>980°C; 二階段開乳溫度<920°C，開乳時的待溫厚度為鋼板成品厚度的3倍以上，精乳累計壓下率 彡66%，終乳溫度控制在810~850°C范圍內(nèi)； 采用ACC冷卻方式控制冷卻，鋼板的終冷溫度為630 ± 20°C。4. 如權(quán)利要求3所述的一種低合金高強(qiáng)鋼Q460C的生產(chǎn)方法，其特征在于:所述轉(zhuǎn)爐冶 煉工藝中控制鋼中的0含量在600ppm以下，控制出鋼下渣量為鋼水量的0.01%以下，確保鋼 水的潔凈度； LF精煉工藝中精煉時間控制在35min以上，精煉結(jié)束前10~15min加鈦鐵進(jìn)行微合金 化，有效控制鋼中夾雜物級別總和不超過1.5級； 連鑄工藝中鋼水過熱溫度控制在10~35°C范圍內(nèi)，拉速全程控制在0.8~l.Om/min范圍 內(nèi)；鑄坯下線堆垛緩冷處理。
【文檔編號】C21D8/02GK106086647SQ201610548906
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月13日
【發(fā)明人】賈國生, 楊雄, 范佳, 成慧梅, 郝賓賓, 馬有輝, 姚宙, 李朝輝
【申請人】河北鋼鐵股份有限公司邯鄲分公司