一种低温用低碳贝氏体钢热轧卷板及其生产方法

摘要

本发明提供一种低温用低碳贝氏体钢热轧卷板及其生产方法，其化学成分：C 0.03％～0.07％，Si 0.10％～0.30％，Mn 1.50％～1.90％，P≤0.015％，S≤0.003％，Nb 0.06％～0.08％，Ti 0.005％～0.018％，Mo 0％～0.30％，Ni 0％～0.20％，Cu 0％～0.24％，Alsoul 0.015％～0.040％。其生产方法：中薄板坯连铸、低温装炉加热、粗轧、待温、精轧、层流冷却、卷取、空冷，装炉温度300～700℃，加热温度1150～1180℃，板坯经3～5道次粗轧成55～60mm的中间坯，待温至950～900℃，精轧成11～19mm的热轧板，并以10～25℃/s的速度冷却至450～550℃卷取。本发明少添加或不添加Mo、Ni、Cu元素，成本低、生产周期短，卷板的屈服强度可达500MPa以上，-60℃冲击功可达260J以上。

说明书

技术领域

本发明属于金属材料技术领域，尤其涉及一种低温用低碳贝氏体钢 热轧卷板及其生产方法。

背景技术

低碳贝氏体钢以其高强度、高韧性和优异的焊接性而成为近几十年 来的新钢种，也被称之为环保型绿色钢种，已广泛应用于长输管线、工 程机械、桥梁、压力容器、舰船、集装箱等领域。低碳贝氏体钢采用了 低碳、复合加入合金及微合金元素的成分设计，并通过两阶段控制轧制、 轧后快速冷却、较低的终冷温度或低温卷取，获得细小、均匀的贝氏体 组织，保证了其强度和韧性的良好匹配。其强化机制包括固溶强化、细 晶强化、位错强化、析出强化等。

随着世界经济的快速发展，低碳贝氏体钢得到了广泛的应用。与此 同时，各种工业领域对低碳贝氏体钢的要求也不断提高。国内外钢铁企 业已经开发了一些高强度低碳贝氏体钢热轧板，而且通过薄板坯连轧工 艺等新技术生产来降低生产成本，比如公开号为CN101254527A(对比例 1)的中国专利所公开的“基于薄板坯连铸连轧流程生产低碳贝氏体高强 度钢的方法”，其内容涉及具有高强度低碳贝氏体钢，其特点是：①通 过薄板坯连铸连轧生产热轧卷板，能源消耗较少；②产品厚度只有3～ 12mm，属于较薄的低碳贝氏体卷板；③强度较高，达到650MPa(4.8mm 厚卷板)，但其低温冲击性能没有提及。

在保证较高强度的前提下，低碳贝氏体钢热轧板还应具有良好的低 温韧性，以适应低温环境的服役需要，如寒冷地带服役的的管线、桥梁、 压力容器等。为此，很多钢铁企业开展了高强度且具有良好低温韧性的 低碳贝氏体钢的开发工作。例如公开号为CN101338400A(对比例2)的 中国专利所公开的“一种高强度低温用低碳贝氏体钢及其生产工艺”，其 内容涉及具有高强度和良好低温韧性的低碳贝氏体钢，其特点是：①通 过中厚板轧机生产的厚度为12～30mm的平板，连铸板坯需下线后再加 热，能源消耗较大；②轧后需要回火，工序成本较高；③16mm以下平 板在-40℃的冲击功最高平均值为250J(258J、256J、238J)。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术所存在的达到较高冲击功的温度偏 高、生产工序长、工艺成本较高的问题，提供一种采用中薄板坯连铸连 轧工艺生产的具有良好低温韧性的低碳贝氏体钢热轧卷板及其生产方法

本发明是这样实现的，该低温用低碳贝氏体钢热轧卷板的化学成分 (重量百分比)如下：C：0.03％～0.07％，Si：0.10％～0.30％，Mn：1.50％～ 1.90％，P≤0.015％，S≤0.003％，Nb：0.06％～0.08％，Ti：0.005％～ 0.018％，Mo：0％～0.30％，Ni：0％～0.20％，Cu：0％～0.24％，Al_soul： 0.015％～0.040％。

本发明中主要化学元素的设计理由如下：

C：是钢中最基本的强化元素，在钢中能产生强烈的固溶强化和一定 的析出强化作用。但含碳量过高，则会对低温韧性和焊接性能产生不利 影响。因此本发明中的碳含量为0.03～0.07％，以保证低碳贝氏体钢具有 良好的低温韧性和焊接性能。

Mn：具有强烈的固溶强化作用，还因降低γ-α相变温度而细化相变 后的铁素体晶粒，同时还可补偿C降低引起的强度损失。但是Mn含量 过高，也会引起成分偏析和组织偏析，从而对低温韧性产生不利影响， 因此本发明中的Mn含量为1.50～1.90％。

Nb：是现代高强度微合金钢中添加的最主要的微合金化元素。通过 再加热时阻止奥氏体晶粒长大、变形过程中抑制再结晶和降低相变温度 而产生明显的晶粒细化作用。此外，还可产生一定的析出强化、相变强 化。本发明中的Nb含量为0.06～0.08％。

Ti：钢中的Ti与N有着很强的亲和力，很容易形成氮化物。当钢中 加入0.005～0.020％的Ti时，可在连铸时于板坯内部形成稳定而细小的 TiN，阻止板坯在再加热和焊接过程中奥氏体晶粒的长大，有利于改善钢 的低温韧性。本发明中的Ti含量为0.005～0.018％。

Mo：可以有效地提高钢的淬透性。强烈地抑制先共析铁素体的形成， 促进针状铁素体的形成。但Mo价格昂贵，本发明中仅在厚规格的低碳 贝氏体热轧卷板中添加，生产薄规格的低碳贝氏体热轧卷板通过提高冷 却速度来弥补淬透性的不足。因此本发明中的Mo含量为0～0.30％。

Cu和Ni：Cu和Ni在钢中起到一定的固溶强化作用，还可提高钢的 淬透性。此外，Cu添加到钢中后有一定的耐蚀作用。为改善Cu在钢中 易引起的热脆性，一般加Cu的钢中添加一定的Ni。Cu和Ni的价格也较 贵，故本发明只在生产厚规格低碳贝氏体热轧卷板时添加。本发明的Cu 含量为0～0.24％，Ni含量为0～0.20％。

本发明与现有技术的成分对比见表1。

表1本发明与现有技术的成分对比(wt％)

本发明低温用低碳贝氏体钢热轧卷板的生产方法，其特征在于包括 以下工艺步骤：中薄板坯连铸机→130～170mm厚中薄板坯→低温装入加 热炉→粗轧机→待温→精轧机→层流冷却→卷取→空冷，板坯装炉温度 为300～700℃，加热温度为1150～1180℃，板坯经5道次粗轧成55～ 60mm的中间坯，中间坯待温至950～900℃后，进入精轧机进行6道次 轧制成11～19mm厚的热轧板，并快速进入层流冷却区以10～25℃/s的 冷却速度进行层流冷却，冷却至450～550℃进行卷取。

本发明采用中薄板坯连铸连轧生产工艺生产具有良好低温韧性的低 碳贝氏体钢热轧卷板的依据是：低碳设计有利于低温韧性，同时通过合 金化/微合金化元素及工艺控制来达到期望的组织和性能。130～170mm 连铸板坯以300～700℃的温度进入再加热，既有利于节约能源，又可以 利用奥氏体的两次相变获得细小的奥氏体。通过控制再加热温度(1150～ 1180℃)，即可使大部分Nb固溶，也可获得相对细小的再加热奥氏体 (≤150μm)。粗轧过程中再加热奥氏体通过再结晶细化，待温后在未再结 晶温度以下进入精轧轧制，再结晶细化的奥氏体中产生应变累积，为获 得细小的相变后组织提供了有利条件。轧后快速冷却、较低的卷取温度 和固溶Nb(和较大板厚情况下添加的Ni和Cu)有利于获得细小、均匀 的较高位错密度的中温转变组织，最终热轧卷板的屈服强度在500MPa 以上，-60℃的冲击功在260J以上。

本发明通过优化的合金设计、精心控制整个TMCP工艺过程中晶粒 (奥氏体和铁素体)，最终获得细小、均匀的以针状铁素体为主的显微组 织。这种合金设计和工艺是采用低碳和Nb-Ti微合金设计、通过细晶强 化和适量的位错强化来得到较高的强度和优良的低温韧性。相比之下， 一些在中厚板轧机上生产的低碳贝氏体钢平板，有的采用轧后回火的工 艺。这种工艺可以通过微合金化元素的析出进一步提高屈服强度，但析 出强化是不利于低温韧性的。

本发明低温用低碳贝氏体钢热轧卷板根据最终厚度少量添加或不添 加Mo、Ni、Cu合金元素，通过控制生产工艺能得到细小、均匀的最终 组织，使热轧卷板的屈服强度达500MPa以上，-60℃冲击功可达260J以 上。采用中薄板坯连铸连轧工艺，可生产比CSP更厚的低碳贝氏体钢， 通过300～700℃低温装炉，不仅可节省大量能源，减少生产周期，还可 获得和常规热连轧一样细小的奥氏体，有利于最终组织的细化和产品的 低温韧性。

附图说明

图1～图4分别为本发明实施例1～4的金相组织。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步的描述。

本发明实施例利用中薄板坯，通过热装、粗轧、待温、精轧、层流 冷却和卷取工艺生产出11.4mm、13.7mm、14.3mm和17.5mm四种规格 的低碳贝氏体钢热轧卷板，也即实施例1～4。本发明实施例的化学成分 见表2，主要工艺参数见表3，最终的力学性能见表4。

表2本发明实施例的化学成分(％)

表3本发明实施例的主要工艺参数

表4本发明实施例的力学性能