多边形铁素体+针状铁素体双相钢板/带及生产方法

摘要

一种多边形铁素体+针状铁素体双相钢板/带及生产方法，属于高强度低合金钢技术领域。该低合金钢材料的化学成分重量百分比为：C：0.03～0.12wt%、Si：0.10～1.5wt%、Mn：0.5～2.1wt%、P：≤0.02wt%、S：≤0.01wt%、Nb：0.02～0.1wt%、Mo：0.05～0.45wt%，余量为Fe及不可避免杂质；还可以适当添加少量的Cu：0～0.4wt%、Ni：0～0.5wt%、Cr：0～0.5wt%等合金元素。生产工艺包括：炼钢-连铸-再加热-粗轧-精轧-冷却-弛豫保温-快速冷却。优点在于，在具有较高强度水平的同时，兼具较高的韧性和塑性，可适用于对强度、塑性和韧性均要求较高的汽车板领域和管线用钢领域。

说明书

技术领域

本发明属于高强度低合金钢技术领域，具体涉及一种多边形铁素体+针 状铁素体双相钢板/带及生产方法，该钢板/带具有双相组织，细晶粒 。

技术背景

低合金钢领域的双相钢通常指铁素体马氏体双相钢或铁素体贝氏体双 相钢，可由低碳钢或低合金钢经临界区处理或控制轧制而得到。这类 钢因具有高强度和高延性的良好配合，已成为一种强度高、塑性好的 新型钢种，成功的用于汽车制造产业及管道运输行业等。

但是，铁素体马氏体双相钢因焊接性能较差在焊接结构件中的使用受 到限制；铁素体贝氏体双相钢近年来随着管道制造行业的发展在抗大 变形管线钢中得到了普遍应用，但是铁素体贝氏体双相钢冲击韧性较 差和焊缝软化等一系列问题一直没有得到解决。随着陆上石油天然气 的逐渐枯竭，新的能源开采向海洋尤其是深海地区延伸。海底恶劣的 环境条件对海底管线提出了比陆上管线更严格的质量要求，如厚规格 、高韧性、抗变形等，要求管材必须具有高韧性、低屈强比、抗疲劳 ，纵横向性能差小等特点。如果仍然采用铁素体贝氏体双相钢的技术 路线，厚规格钢板厚度截面上组织、性能均匀性将很难得到保证，同 时冲击韧性和断裂韧性的问题也很难解决。本发明的“超细晶多边形 铁素体+针状铁素体”双相组织可以保证厚规格管线钢板在具有高强韧 性的同时，仍然兼具高的变形性能、良好的焊接和耐腐蚀性能。实现 了厚规格管线钢强、韧、塑性的合理匹配。

显微组织的控制尤其是细晶铁素体和针状铁素体双相比例的合理匹配 及微观亚结构的控制是保证“细晶铁素体+针状铁素体”双相组织钢板 或钢带具有优异力学性能的关键。本发明的“炼钢-连铸-再加热-粗轧 -精轧-（冷却）-弛豫（保温）-快速冷却”成套钢板/钢带制造工艺路 线，尤其是奥氏体全程超细化控制和细晶铁素体相变-快速冷却控制技 术，实现了“细晶多边形铁素体+针状铁素体”双相组织的在线控制。 获得了具有高强韧性、高变形性、各向异性小、焊接性能好的新型双 相组织钢板/钢带。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多边形铁素体+针状铁素体双相钢板/带及 生产方法，该钢板/带具有双相组织，细晶粒；可用于制造对强塑性要 求较高的汽车车轮等结构件及对强、韧、塑性要求较高的管线钢等生 产领域。

本发明的双相钢化学成分重量百分比为：C ：0.03 ～ 0.10 wt% 、Si ：0.10～1.5 wt%、Mn ：0.5 ～2.1 wt%、P ：≤ 0.02  wt%、S ：≤ 0.01 wt%、Nb ：0.02 ～ 0.1 wt%、Mo:0.05～0.45 wt%,余量为Fe 及不可避免杂；。组织类 型为细晶多边形铁素体+针状铁素体。

本发明主要适用于C-Mn-Nb-Mo钢，根据具体性能要求，还可以适当添 加少量的Cu:0～0.4 wt%、Ni:0～0.5 wt%、Cr:0～0.5wt%、V: 0～ 0.06wt%等合金元素。

本发明的“细晶多边形铁素体+针状铁素体”双相组织钢板/钢带的生 产方法，制造工艺包括炼钢-连铸-再加热-粗轧-精轧-（冷却）-弛豫 （保温）-快速冷却；钢板/钢带制造工艺中控制的技术参数如下：

本发明的双相组织钢板的生产方法中：未再结晶区变形量≥50%，终轧 温度850℃～750℃，轧后先空冷至660-760℃，再以2～30℃ /s 的 冷速冷至450-580℃。

本发明的双相组织钢带的生产方法中：未再结晶区变形量≥50%，终轧 温度850℃～750℃，轧后先快速冷却到660℃~750℃区间某一温度，空 冷5～40S，最后以2～30℃ /s 的冷速冷至450-580℃。

本发明的双相组织钢板/钢带，其组织类型为“细晶多边形铁素体+针 状铁素体”。

本发明双相组织钢板/钢带主要化学成分的作用如下：

C：C在钢中主要以固溶的方式存在，以提高奥氏体的淬透性，得到贝 氏体铁素体组织和一定量的MA岛状组织，但C含量不宜过多，否则会影 响焊接性能。最佳C含量范围为0.05%～0.07%。

Si：Si 是双相钢中常用的固溶强化元素，能够强化铁素体基体，缩 小两相硬度差，从而提高材料的拉伸翻边性能；另外，Si 是非碳化 物形成元素，能够抑制渗碳体形成，阻碍珠光体相变，从而扩大铁素 体相变温度区间，扩大轧制和冷却温度窗口，有利于生产工艺的实现 。目前，现有双相钢成分中Si 的含量按重量百分比通常在0.20% 以 上，但Si 含量高会造成钢的表面质量控制难度加大，同时，钢板的 镀性能差。所述热轧双相钢的Si 含量按重量百分比在0.10 ～ 1. 50% 范围内，保证了钢板表面质量和镀性能。

Mn：Mn既能以固溶状态存在，也可以进入渗碳体中取代一部分Fe原子 ，起到固溶强化作用，还能形成硫化物。Mn元素在奥氏体中聚集，可 提高奥氏体稳定性。所以，本发明中 Mn含量最好≧0.5%。

Nb：固溶的Nb能显著提高奥氏体再结晶温度，增加未再结晶区变形量 ，析出的碳氮化铌颗粒能增加铁素体形核点，并阻止先共析铁素体晶 粒长大，使得到的铁素体晶粒细小。但是，钢中Nb含量不易过高，过 高的Nb会抑制变形诱导铁素体相变，也使低温轧制的轧制力增加，不 利于工艺实施。在本发明中，主要是利用Nb来细化多边形铁素体的晶 粒尺寸，所以Nb的加入量不必过高。加入量在0.03%～0.06%即可。

Mo：Mo在钢中能明显提高奥氏体的稳定性，抑制多边形铁素体生成， 形成单一的针状铁素体组织。在“细晶多边形铁素体＋针状铁素体” 类型双相钢中，希望有部分细晶多边形铁素体先生成，所以Mo≤0.25 wt%为宜。

Cu、Cr、Ni：有很强的固溶强化作用，并且都是奥氏体稳定元素，提 高淬透性，促进贝氏体生成，同时还能提高材料的抗腐蚀性能。

P：P在钢中也可以抑制渗碳体的析出，对铁素体有显著的固溶强化作 用。但是，P含量过高，会影响钢的使用性能，如在低温下钢会产生冷 脆效应。

S：S在钢中与Mn结合形成MnS，降低Mn的有效含量，同时降低钢的抗H IC能力，因此，S在钢中的含量控制得越低越好。

本发明可以根据具体的强塑韧性要求，适当调整化学成分和终轧温度 、钢板空冷结束温度或钢带空冷时间等，获得最优化的双相组织配比 ，满足不同的使用性能要求。

本发明所述的一种“细晶多边形铁素体+针状铁素体”双相组织，其力 学性能指标如下：屈服强度300 ～ 750MPa，抗拉强度450MPa ～  900MPa，延伸率20 ～ 40%，均匀延伸率≥8%，屈强比≤0.85，全尺 寸冲击韧性（-20℃）≥200J, 具有优良的综合力学性能。

本发明的优点：

（1）由于在简单的C-Mn 系钢中只添加了合金元素Nb和少量Mo，成本 低廉；

（2）本发明的一种“细晶多边形铁素体+针状铁素体”双相组织及其 生产方法，保证了钢板/钢带在具有较高强度水平的同时，兼具较大的 塑性变形能力和较高的低温韧性水平，使钢板/钢带同时具有优异的强 、韧、塑性匹配。

附图说明

图1为37mm厚钢板厚度截面四分之一位置处的微观组织。

具体实施方式

实施例1

“细晶多边形铁素体+针状铁素体”双相组织钢板，其组成原料按照质 量百分数计为：C：0.05wt%、Si：0.3 wt%、Mn：1.5wt%、Nb：0.04 5 wt%、Mo：0.12 wt%、P：0.01 wt%、S：0.0020 wt%,余量为Fe 及不可避免的杂质,经转炉冶炼、连铸成300mm铸坯。

铸坯经过1200℃加热，保温段2小时以上，开轧温度1100℃，粗轧终轧 温度980℃，该温度下累积变形量32%，中间坯厚度140mm，930℃进精 轧，终轧温度790℃，精轧出口钢板厚度37mm；空冷至740℃后开始以 15℃/S的冷速冷却到500℃，最后空冷到室温。

经检测，钢板显微组织类型为“细晶多边形铁素体+针状铁素体”，其 中多边形铁素体体积分数24%，针状铁素体体积分数76%，多边形铁素 体晶粒尺寸4.0um。如图1所示。

钢板各项力学性能如表1所示。其各项力学性能指标完全满足DNV标准 中SYMS480F和SYMS480P及其他相关标准要求。

表1  实施例1钢板的力学性能

实施例2和实施例3

“细晶多边形铁素体+针状铁素体”双相组织热轧钢带，其组成原料按 照质量百分数计为：C：0.08wt%、Si：0.6 wt%、Mn：1.4wt%、Nb： 0.03 wt%、Mo：0.1 wt%、P：0.01 wt%、S：0.0020 wt%,余量为 Fe及不可避免的杂质,经转炉冶炼、连铸成200mm铸坯。

铸坯经过1200℃加热，保温段2小时以上，开轧温度1100℃，粗轧终轧 温度1020℃，920℃进精轧，终轧温度820℃，精轧出口钢带厚度6mm； 钢带出轧机后先加速冷却到710℃，然后分别空冷8S和15S后开始以15 ℃/S的冷速冷却到500℃卷取。

经检测，钢带显微组织类型为“细晶多边形铁素体+针状铁素体”，具 体统计数据见表2。

表2 两种空冷时间下的显微组织统计结果

钢带各项力学性能如表3所示。其各项力学性能指标完全满足590级车 轮用钢带标准要求。

表3  实施例2、3钢带的力学性能

实施例4

“细晶多边形铁素体+针状铁素体”双相组织钢带，其组成原料按照质 量百分数计为：C：0.065wt%、Si：0.3 wt%、Mn：1.9wt%、Nb：0.0 7 wt%、Mo：0.26 wt%、P：0.01 wt%、S：0.0020 wt%,余量为Fe 及不可避免的杂质,经转炉冶炼、连铸成300mm铸坯。

铸坯经过1200℃加热，保温段2小时以上，开轧温度1100℃，粗轧终轧 温度980℃，该温度下变形量30%，中间坯厚度60mm，950℃进精轧，终 轧温度790℃，精轧出口钢板厚度15.3mm；空冷至750℃后开始以15℃ /S的冷速冷却到500℃卷取。

经检测，钢带显微组织类型为“细晶多边形铁素体+针状铁素体”，其 中多边形 铁素体体积分数24%，针状铁素体体积分数76%，多边形铁素体晶粒尺 寸3.0um。

钢板各项力学性能如表4所示。其各项力学性能指标完全满足DNV标准 中SYMS480F和SYMS480P及其他相关标准要求。

表4  实施例4钢带的力学性能

实施例5

“细晶多边形铁素体+针状铁素体”双相组织热轧钢带，其组成原料按 照质量百分数计为：C：0.1wt%、Si：0.6 wt%、Mn：1.6wt%、Nb：0 .06 wt%、Mo：0.28 wt%、P：0.01 wt%、S：0.0020 wt%,余量为 Fe及不可避免的杂质,经转炉冶炼、连铸成200mm铸坯。

铸坯经过1200℃加热，保温段2小时以上，开轧温度1100℃，粗轧终轧 温度1020℃，920℃进精轧，终轧温度820℃，精轧出口钢带厚度6mm； 钢带出轧机后先加速冷却到710℃，然后空冷8S后开始以15℃/S的冷速 冷却到500℃卷取。

经检测，钢带显微组织类型为“细晶多边形铁素体+针状铁素体”，具 体统计数据见表5。

表5 两种空冷时间下的显微组织统计结果

钢带各项力学性能如表6所示。其各项力学性能指标完全满足590级车 轮用钢带标准要求。

表6  实施例5钢带的力学性能