中厚板轧机轧制超低碳贝氏体类薄规格钢板及其生产方法

摘要

本发明公开了一种中厚板轧机轧制超低碳贝氏体类薄规格钢板，其化学成分重量百分比为：C：0.02～0.08％，Si：0.10～0.40％，Mn：0.90～2.00％，P≤0.018％，S≤0.005％，Cu≤0.40％，B≤0.0003％，Ni：0.10～0.55％，Mo：0.10～0.40％，Cr：0.12～0.60％，V：0.030～0.090％，Nb：0.010～0.035％，Ti：0.005～0.035％，Als≤0.060％，其余为Fe和不可避免杂质；生产步骤包括冶炼、铸造、加热、轧制、分切、中间材加热、粗轧、精轧和控冷；本发明工艺合理，产品性能良好，不平度小，可广泛应用于桥梁U肋结构。

说明书

技术领域

本发明涉及钢铁冶金材料中的低合金结构钢制造领域，具体地指一种中 厚板轧机轧制超低碳贝氏体类薄规格钢板及其生产方法。

背景技术

在桥梁钢领域，随着钢种强度级别的提高，钢的组织类型逐渐由铁素体+ 珠光体向超低碳贝氏体转变。超低碳贝氏体组织属于一种中温转变组织，具 有强度高、韧性好，易焊接等特点，已逐渐在桥梁钢领域推广。在一些桥梁 工程中，希望在桥梁U肋上采用超低碳贝氏体钢，而U肋用钢板的厚度一般 为6mm或8mm。超低碳贝氏体薄钢板通常采用热连轧工艺轧制，但该工艺 中包括卷取机成卷过程，在后续使用时再进行卷开平工艺，该工艺在生产中 积累了大量的残余应力，在U肋制造的分条、铣边、折弯、焊接等工序中残 余应力会释放，导致钢板产生旁弯、扭曲等影响构件尺寸精度的问题。如果 采用中厚板轧机生产，由于在生产中没有卷曲和开平等工序，因而残余应力 较小，在加工制造时构件尺寸精度容易保证，但是这种工艺存在很大的生产 难度，其中最突出的问题就是生产时温度与板形的控制。

公开号为CN101259482A的中国发明专利“一种6mm钢板轧制工艺”中， 申请公开了一种6mm钢板轧制工艺，该工艺中钢板轧后没有进行快速冷却， 只能生产铁素体+珠光体组织类型的钢板，控制难度较低，但其强度较低。

公开号为CN103469066A的中国发明专利“一种利用中厚板轧机生产高 成型性能钢板的方法及其制得的钢板”中，实施例列举的钢板均要求轧后控 冷，也只能生产铁素体+珠光体组织类型的钢板。

公开号为CN102688884A的中国发明专利“2800mm双机架中厚板轧机 极限规格钢板轧制工艺”中，对于极薄规格钢板，没有要求轧后控冷，其列 举的例证也是铁素体+珠光体组织类型的Q345B钢。

公开号为CN104264062A的中国发明专利“一种热轧态薄规格高强度桥 梁板的制造方法”中，申请公开了一种轧制薄规格钢板的方法，其实施例中 的例证均为8mm厚度钢板，其钢板的组织不是铁素体+珠光体类型，而是针 状铁素体+粒状贝氏体，但其对P的含量要求较严，控制P含量≤0.013％，且 要求添加0.02～0.04％的V元素，显然增加了冶炼成本。另外，该专利对轧 制坯料规格不明确，但是在实施例中，坯料厚度均为220mm，在轧制8mm 厚度钢板时，会导致成品钢板长度在30m以上，使得钢板在长度方向上的温 度均匀性很难保证，进而影响钢板力学性能的均匀性。

公开号为CN102671941A的中国发明专利“一种双机架中厚板轧机薄规 格管线钢的生产工艺”中，权利要求书没有明确钢板的组织类型，但实施例 中均为X70管线钢，这种钢的组织类型尽管不是铁素体+珠光体，但是权利 要求1中明确板坯的厚度为180mm，这使得钢的生产受到板坯厚度的限制。 并且该技术采用厚钢坯一次轧制到底的方式生产，也会使得成品钢板的长度 太长而导致温度均匀性难移保证，进而影响钢板力学性能和板形。

因此，提供一种具有良好的力学性能、优异的焊接性能和冷加工成形性、 产品的不平度小的中厚板轧机轧制超低碳贝氏体类薄规格钢板及其生产方法 具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种中厚板轧机轧制 超低碳贝氏体类薄规格钢板及其生产方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种中厚板轧机轧制超低 碳贝氏体类薄规格钢板，钢板的化学成分及其重量百分比如下：C：0.02～ 0.08％，Si：0.10～0.40％，Mn：0.90～2.00％，P≤0.018％，S≤0.005％，Cu ≤0.40％，B≤0.0003％，Ni：0.10～0.55％，Mo：0.10～0.40％，Cr：0.12～0.60％， V：0.030～0.090％，Nb：0.010～0.035％，Ti：0.005～0.035％，Als≤0.060％， 其余为Fe和不可避免杂质；且同时满足：V/Nb＝2.0～2.7，碳当量CEV＝C+ Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15≤0.475％，焊接裂纹敏感性指数Pcm＝C+Si/30 +Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B≤0.23％。

进一步地，钢板的化学成分及其重量百分比如下：C：0.02～0.08％，Si： 0.10～0.40％，Mn：1.20～1.70％，P≤0.018％，S≤0.005％，Cu≤0.40％，B ≤0.0003％，Ni：0.15～0.50％，Mo：0.10～0.30％，Cr：0.15～0.60％，V：0.040～ 0.080％，Nb：0.015～0.030％，Ti：0.008～0.030％，Als≤0.060％，其余为Fe 和不可避免杂质。

进一步地，钢板的化学成分及其重量百分比如下：C：0.05％，Si：0.25％， Mn：1.55％，P：0.012％，S：0.002％，Cu：0.20％，B：0.00012％，Ni：0.20％， Mo：0.15％，Cr：0.18％，V：0.050％，Nb：0.022％，Ti：0.010％，Als：0.030％， 其余为Fe和不可避免杂质。

本发明的中厚板轧机轧制超低碳贝氏体类薄规格钢板中各成分作用如 下：

碳(C)：碳是提高钢强度的有效元素，当含量超过0.08％时，轧制后冷却 速度较大时，易形成M/A岛，且易聚集分布在偏析条带上，造成钢板力学性 能呈现较明显的纵横向差异；当其含量较低时，如小于0.02％，会使钢板强 度不足，同时也会增加冶炼时的难度。因此，控制碳含量范围为：0.02～0.08％。

硅(Si)：硅是常用的脱氧剂，有固熔强化作用，有利于改善其综合性能， 但Si含量较高时，降低了钢的韧性、塑性及延展性，易导致冷脆不利于焊接。 因此，本发明将Si的含量目标值控制在0.10～0.40％。

锰(Mn)：锰是重要的强韧化元素，能增加奥氏体的稳定性，扩大γ相区 奥氏体，促进钢的中温组织转变。Mn含量太高对钢坯中心偏析有不利影响， 有损于钢板的韧性，并且在焊接时容易产生裂纹，Mn含量太低则不能有效促 进中温组织转变，容易降低钢的强度。因此控制Mn含量范围为：0.90～2.00％。

磷(P)：磷在钢中为有害元素，其含量要严格控制，高的P含量会增加钢 的冷脆倾向，并且P极易在钢坯的心部偏析，由于这种含P量高的强偏析带 较脆，使得在轧钢后容易产生内在缺陷。本发明的磷含量控制为P≤0.018％。

硫(S)：硫在钢中为有害元素，高的S含量不仅会使钢板纵横向性能产生 明显差异，同时也降低其低温韧性和Z向性能。本发明硫含量为S≤0.005％。

铜(Cu)：铜在钢中能提高其淬透性，主要起固溶及沉淀强化作用，此外 还有利于获得良好的低温韧性，增加其抗疲劳裂纹扩展能力；但其加入量大 于0.40％时，钢板的焊接热影响区韧性会降低，且钢坯在加热过程中易产生 网裂。本发明的铜含量控制为Cu≤0.40％。

硼(B)：硼能提高钢的淬透性，但含量增加会向晶界偏聚增加裂纹敏感性。 本发明中控制硼的含量为B≤0.0003％。

镍(Ni)：镍能提高淬透性，具有一定的强化作用，可显著改善其低温韧性， 使基材和焊接热影响区低温韧性大幅度提高，同时Ni还能有效阻止Cu的热 脆引起的网裂。当其加入量小于0.10％，则Ni起不到作用，但含量过高易造 成钢板氧化铁皮难以脱落且增加钢的成本。本发明Ni含量为：0.10～0.55％。

钼(Mo)：钼能使铁素体从奥氏体中析出并增加奥氏体的稳定性，对珠光 体的形成具有强烈的阻碍作用，但Mo属于贵重元素，过量的Mo将会提高 钢的成本；同时过高的Mo含量会使钢的低温韧性显著恶化，在焊接时形成 马氏体，导致焊接接头脆性增加。因此控制钢中Mo含量范围为：0.10～0.40％。

铬(Cr)：铬可以提高钢的强度和硬度，但其含量过高则易增加焊接难度， 而含量过低则不能有效发挥其作用。本发明中Cr的含量控制为0.12～0.60％。

钒(V)和铌(Nb)：在超低碳贝氏体钢中，仅添加大量的Nb，可显著提高强 度，由于其细化晶粒效果明显，同时导致屈强比偏高，因此，本发明中将Nb 含量限制在较低水平，其强度的损失则通过添加适宜的V来保证。本发明中 V的含量为0.030～0.090％。铌是强碳氮化合物形成元素，能提高钢的奥氏体 再结晶温度，奥氏体可以在更高的轧制温度下进行轧制。此外Nb在控制轧制 连续冷却过程中的析出强化作用，通过Nb的碳氮化物的应变诱导析出可以钉 扎奥氏体晶粒，细化晶粒并提高强度及低温韧性。但Nb含量大于0.035％时， 细化晶粒提高强度的效果非常明显，但也导致其屈强比过高；其含量小于 0.010％时，发挥不了控轧作用。因此控制Nb含量范围为：0.010-0.035％。

钛(Ti)：钛是强碳化物形成元素，可形成细微的TiC颗粒，细化晶粒，能 防止产生晶间腐蚀现象，改善焊接性能。本发明钛含量为：0.005～0.035％。

铝(Als)：铝是钢中的主要脱氧元素，Als含量过高时将导致Als的氧化物 夹杂增加，降低钢的纯净度，不利于钢的韧性。Als的熔点较高，在生产中， Als可以用来阻止晶粒长大。本发明中控制钛含量为Als≤0.060％。

进一步地，本发明的钢板的力学性能为：屈服强度R_eL为500～630MPa， 屈强比R_eL/Rm≤0.83，-40℃冲击吸收功KV₂≥120J，钢板不平度小于3‰， 具有优异的焊接性能和冷加工成形性。

上述中厚板轧机轧制超低碳贝氏体类薄规格钢板的生产方法，包括如下 步骤：冶炼、铸造、连铸坯加热、连铸坯轧制、中间材分切、中间材加热、 中间材粗轧、中间材精轧和钢板控冷。连铸坯加热步骤中，连铸坯厚度为150～ 300mm，加热温度为1210～1250℃；连铸坯轧制步骤中，将连铸坯轧制为厚 度为60～80mm的中间材，轧制结束温度≥1000℃；中间材加热步骤中，加 热温度为1210～1250℃；中间材粗轧步骤中，根据成品钢板厚度，分为3～4 道次，其中展宽1～2道次，轧制结束后中间材厚度为20～40mm，本过程温 降控制为10～15℃；中间材精轧步骤中，根据成品钢板厚度，分为6～8道次， 本过程温降控制为150～200℃；钢板控冷步骤中，开始冷却温度为720～ 760℃，以6～9℃/S的冷却速率冷却至520～580℃，然后自然冷却至室温。

进一步地，所述中间材粗轧步骤中，轧制开始温度为≥1070℃，轧制结 束温度为≥1030℃。

进一步地，所述中间材精轧步骤中，轧制开始温度为≤1020℃，轧制结 束温度为770～840℃。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明通过对初始连铸钢坯轧制减薄并分切后重新加热轧制的方 式，降低了最终轧制钢板的长度，保证了钢板沿轧向上的温度均匀性，同时 通过控制在中间材粗轧、中间材精轧、钢板控制冷却阶段的温降，保证了钢 板在进入加速冷却系统进行控制冷却的开始温度，有利于得到以超低碳贝氏 体为主的微观组织，从而保证了钢板的力学性能要求。

(2)采用上述生产工艺，无需对设备进行特殊改造，即可采用中厚板轧 机轧制出厚度为6～8mm的超低碳贝氏体桥梁钢，钢板的力学性能为：屈服 强度R_eL：500～630MPa，屈强比R_eL/Rm≤0.83，-40℃冲击吸收功KV₂≥120J， 具有优异的焊接性能和冷加工成形性，钢板不平度小于3‰。

附图说明

图1为本发明实施例2钢板的金相组织图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。

本发明实施例1-4的钢板的化学元素质量百分配比如表1所示，余量为 Fe及不可避免的杂质。

表1本发明实施例1-4的化学成分质量百分比(Wt％)

实施例 C Si Mn P S Cu B Ni Mo Cr Nb V Ti Al 1 0.020 0.40 1.70 0.018 0.005 0.35 0.00010 0.15 0.20 0.45 0.015 0.060 0.019 0.015 2 0.055 0.20 1.40 0.016 0.003 0.20 0.00015 0.40 0.20 0.25 0.024 0.055 0.018 0.031 3 0.055 0.25 1.35 0.013 0.002 0.35 0.00020 0.42 0.18 0.20 0.028 0.060 0.010 0.045 4 0.080 0.10 1.20 0.008 0.001 0 0.00010 0.50 0.10 0.15 0.030 0.080 0.012 0.020

本发明各实施例按照以下步骤生产：

(1)连铸坯加热(S1)：连铸坯加热温度为1230±20℃。

(2)连铸坯轧制(S2)：将连铸坯轧制为中间材。中间材厚度为60～80mm。 轧制结束温度≥1000℃。

(3)中间材分切(S3)：由连铸坯轧制而成的中间材比较长，需要根据实 际成品钢板订单进行分切为指定长度，以使成材率最优。

(4)中间材加热(S4)：中间材加热温度为1230±20℃。

(5)中间材粗轧(S5)：中间材出加热炉以后，即进行高压水除鳞操作， 而后进行轧制。轧制开始温度为≥1070℃，轧制结束温度为≥1030℃。根据成 品钢板厚度，轧制共分为3～4道次，其中展宽1～2道次。轧制结束后的中 间材厚度为20～40mm。

(6)中间材精轧(S6)：中间材粗轧结束以后，以最大辊速迅速送至精轧 机开始精轧。这一输送阶段会导致钢板产生温降，温降幅度应控制在≤80℃。 精轧开始温度为≤1020℃，精轧结束温度为770～820℃。根据成品厚度，轧 制分为6～8道次。过程温降控制为150～200℃。

(7)钢板控制冷却(S7)：钢板轧制结束以后，以最大辊速输送至加速冷 却系统进行控制冷却，在此钢板传送阶段，温降应控制在≤60℃。开始冷却 温度为720～760℃，以6～9℃/S的冷却速率冷却至520～580℃，然后在空 气中自然冷却至室温。

(8)成品钢板(S8)：按照订单规格，对钢板进行切割。

表2～5为本发明各实施例关键工序(S4～S7)工艺参数取值列表。

实施例1和2的中间材初始厚度为60mm，成品公称厚度为6mm；实施 例3和4的中间材初始厚度为80mm，成品公称厚度为8mm。

表2本发明实施例1的主要工艺参数列表

表3本发明实施例2的主要工艺参数列表

表4本发明实施例3的主要工艺参数列表

表5本发明实施例4的主要工艺参数列表

表6为本发明实施例的力学性能列表。

表6本发明各实施例性能检测情况列表

其中，实施例2所生产的中厚板轧机轧制超低碳贝氏体类薄规格钢板的 金相组织结构见图1，其金相组织为贝氏体。

经检测，钢板的不平度均在3‰以下。

上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。

其它未经详细说明的部分均为现有技术。