1200MPa级硅锰铬系热轧低碳钢板及其制备方法

摘要

一种1200MPa级硅锰铬系热轧低碳钢板及其制备方法，热轧低碳钢板的成分按重量百分比为：C 0.06～0.14％，Mn 2.5～3.5％，Si 1.0～1.6％，Cr 0.5～1.2％，Mo 0.1～0.3％，Ni 0.1～0.5％，S 0.002～0.010％，P 0.003～0.010％，Al 0.01～0.05％，N 0.003～0.005％，余量为Fe，抗拉强度，1250～1360MPa，延伸率12.8～16.9％；方法为：(1)将钢坯在1120～1200℃保温；(2)经粗轧和精轧制成热轧板；(3)水冷至≤320℃，置于等温加热炉中随炉冷却。本发明的方法操作过程简单，无需冷轧、无需淬火回火处理，降低了生产成本，容易实现工业化生产。

说明书

技术领域

本发明属于冶金材料技术领域，特别涉及一种1200MPa级硅锰铬系热轧低碳钢板及其制备方法。

背景技术

近年来，中国钢铁行业积极推动着钢材产品的转型升级，超高强度钢因其自身的强度性能优势，在保证成本降低的同时，实现钢结构的轻量化，同时保证优异的使用性能，使其成为了发展迅速的新型钢种，并广泛应用于输电塔、桥梁建筑、压力容器、海洋平台、油气输送管道、船舶制造与汽车工程等多重领域。当传统钢板抗拉强度达到780MPa时，常通过细晶强化及贝氏体组织强化提升强度，然而造成屈强比的显著增大以及塑性的降低，因此恶化了钢板的成形性以及整体钢结构的安全性。TRIP效应为钢中的残余奥氏体组织在应变载荷的作用下转变为马氏体，与此同时提升加工硬化率以及延伸性能，因此，世界各国都加大了对具有TRIP效应钢板的研究与开发。

TRIP钢是一种多相钢，传统的TRIP钢一般是通过冷轧工艺生产。大多数国内外钢铁企业会使用高速吹气冷却连续退火生产线或是水淬快冷的连续退火生产线来生产冷轧TRIP钢，通过连续退火的方式而制备，将钢板加热到铁素体-奥氏体两相区，在后续的时效段(贝氏体区等温处理)中一部分奥氏体转变为贝氏体，并使碳富集于剩余的奥氏体中，提高了残余奥氏体的稳定性。由此可见，上述TRIP钢制备过程中，轧制完成后需要配合相应的热处理设备和热处理工序，制备工序复杂繁琐，高度依赖装备能力，能耗较高。因此，从降低成本、节约能源、简化工艺流程等角度来说，有必要开发一种TRIP钢热轧工艺来取代目前的冷轧工艺。此外，轧制工艺条件和卷取温度也显著影响着残余奥氏体的含量、形态以及稳定性。采用TMCP工艺制备TRIP-aided钢不但提高生产效率，具有制备厚规格热轧带钢产品的优势，也可以通过工艺过程控制显著细化原奥氏体晶粒，促进薄膜状残余奥氏体在细小贝氏体板条间形核。因此，超高强TRIP-aided钢的TMCP制备方法显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种1200MPa级硅锰铬系热轧低碳钢板及其制备方法，针对现有技术中TRIP钢制备工序繁琐，高度依赖装备能力，能耗较高的情况，通过调整成分和改进工艺，简化操作过程的同时，改善性能并使其容易实现工业化生产。

本发明的1200MPa级硅锰铬系热轧低碳钢板的成分按重量百分比为：C 0.06～0.14％，Mn 2.5～3.5％，Si 1.0～1.6％，Cr 0.5～1.2％，Mo 0.1～0.3％，Ni 0.1～0.5％，S 0.002～0.010％，P0.003～0.010％，Al 0.01～0.05％，N 0.003～0.005％，余量为Fe和其不可避免杂质；其抗拉强度为1250～1360MPa，延伸率为12.8～16.9％。

上述的1200MPa级硅锰铬系热轧低碳钢板的屈服强度为850～960MPa，-20℃冲击功＞90J。

上述的1200MPa级硅锰铬系热轧低碳钢板的厚度为5.0～30.0mm。

上述的1200MPa级硅锰铬系热轧低碳钢板的显微组织为板条贝氏体和残余奥氏体。

本发明的1200MPa级硅锰铬系热轧低碳钢板的制备方法包括以下步骤：

1、将厚度50.0～140.0mm的钢坯置于加热炉中，在1120～1200℃保温2～4h；所述的钢坯成分按重量百分比为：C 0.06～0.14％，Mn 2.5～3.5％，Si 1.0～1.6％，Cr 0.5～1.2％，Mo 0.1～0.3％，Ni 0.1～0.5％，S 0.002～0.010％，P 0.003～0.010％，Al 0.01～0.05％，N 0.003～0.005％，余量为Fe和其不可避免杂质；

2、将保温后的钢坯直接进行粗轧，然后进行精轧制成厚度5.0～30.0mm的热轧板；其中粗轧的终轧温度为1050～1100℃，精轧的开轧温度为890～950℃，精轧的终轧温度为820～890℃；

3、将热轧板水冷至≤320℃，然后置于与热轧板温度相同的加热炉中，随炉冷却至室温，获得1200MPa级硅锰铬系热轧低碳钢板；当热轧板水冷至室温时，直接获得1200MPa级硅锰铬系热轧低碳钢板。

上述的步骤3中，水冷时控制热轧板的冷却速度为12～45℃/s。

上述的步骤2中，粗轧进行1～3道次，道次压下率为18～25％；精轧进行4～6道次，道次压下率为21～29％。

与现有技术相比，本发明的原理及优势在于：

(1)现有抗拉780MPa、980MPa级的TRIP-aided钢中的奥氏体依靠C及昂贵的Ni-Mo合金元素富集而提升稳定性，但却降低了钢板的焊接性能；利用低碳复合添加Si-Mn-Cr等低成本的合金元素，将钢中引入亚稳奥氏体组织来实现高强塑性匹配成为一种有效的解决途径，通过Si、Mn、Cr等合金元素对相变行为的协同作用，可以获得适度稳定性的残余奥氏体，亚稳奥氏体组织在应变载荷的作用下诱导马氏体相变，从而增强加工硬化能力，因此开发出一种抗拉强度1200MPa级热轧低碳Si-Mn-Cr系TRIP-aided钢板是切实可行的；

(2)热轧Si-Mn-Cr系TRIP-aided钢板碳含量低，重量百分含量为0.06～0.14％，而且通过TMCP工艺避免了钢板组织中粗大渗碳体的形成，钢板低温冲击韧性良好；低碳设计降低焊接碳当量，可改善焊接性能；

(3)热轧Si-Mn-Cr系TRIP-aided钢板中，Si、Mn、Cr等合金元素对TRIP-aided钢相变行为有显著的影响；Si能显著提高C在铁素体和奥氏体中的活度，减少C在铁素体中的溶解度，Si在渗碳体中的溶解度极低，抑制贝氏体等温过程中渗碳体的形成；Mn、Cr作为奥氏体稳定化元素，避免先共析铁素体形成，而且提高残余奥氏体体积分数；因此，Si-Mn-Cr体系的协同作用可获得适度稳定性的残余奥氏体；

(3)方法操作过程简单，无需冷轧、无需淬火回火处理，降低了生产成本，容易实现工业化生产。

附图说明

图1为本发明的1200MPa级硅锰铬系热轧低碳钢板的制备方法流程曲线示意图；

图2为实施例1的1200MPa级硅锰铬系热轧低碳钢板的SEM组织图；

图3为实施例2的1200MPa级硅锰铬系热轧低碳钢板的TEM组织图；

具体实施方式

下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

实施例中所述试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

实施例采用的热轧机为东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室的Φ450mm热轧机。

实施例中随炉冷却时采用的加热炉为高温箱式电阻炉，型号为RX₄-85-13B。

实施例中所用透射电子显微镜为FEI Tecnai G²F20场发射透射电子显微镜。

实施例中所用扫描电子显微镜为Zeiss Ultra 55扫描电子显微镜。

实施例中的钢坯是经冶炼、浇铸和锻造后制成的钢坯。

实施例1

方法流程如图1所示；

将厚度140.0mm的钢坯置于加热炉中，在1200℃保温4h；所述的钢坯成分按重量百分比为：C 0.06％，Mn 3.5％，Si 1.6％，Cr 1.2％，Mo 0.3％，Ni 0.5％，S 0.002％，P0.010％，Al 0.05％，N 0.005％，余量为Fe和其不可避免杂质；

将保温后的钢坯经粗轧和精轧制成厚度30.0mm的热轧板；其中粗轧的终轧温度为1100℃，粗轧进行2道次，道次压下率19～20％，粗轧至90.0mm；精轧的开轧温度为950℃，精轧的终轧温度为890℃，精轧进行4道次，道次压下率为21～25％，精轧至30.0mm；

将热轧板水冷至≤320℃，水冷时控制热轧板的冷却速度为12～45℃/s；然后置于与热轧板温度相同的加热炉中，随炉冷却至室温，获得1200MPa级硅锰铬系热轧低碳钢板；当热轧板水冷至室温时，直接获得1200MPa级硅锰铬系热轧低碳钢板，抗拉强度1250MPa，延伸率16.9％，屈服强度850MPa，-20℃冲击功90J，显微组织为板条贝氏体和残余奥氏体，SEM组织如图2所示。

实施例2

方法同实施例1，不同点在于：

(1)钢坯成分按重量百分比为：C 0.10％，Mn 3.0％，Si 1.3％，Cr 0.8％，Mo0.2％，Ni0.3％，S 0.008％，P 0.003％，Al 0.01％，N 0.004％，余量为Fe和其不可避免杂质；钢坯厚度80.0mm，在1150℃保温3h；

(2)制成厚度15.0mm的热轧板；其中粗轧的终轧温度为1100℃，粗轧进行1道次，道次压下率为25％，粗轧至60.0mm；精轧的开轧温度为930℃，精轧的终轧温度为865℃，精轧进行5道次，精轧至15.0mm，道次压下率为21～28％；

(3)水冷至260℃，冷却速度为32℃/s；1200MPa级硅锰铬系热轧低碳钢板的抗拉强度1305MPa，延伸率14.4％，屈服强度950MPa，-20℃冲击功167J，显微组织为板条贝氏体和残余奥氏体，TEM组织如图3所示。

实施例3

(1)钢坯成分按重量百分比为：C 0.14％，Mn 2.5％，Si 1.0％，Cr 0.5％，Mo0.1％，Ni0.1％，S 0.010％，P 0.010％，Al 0.03％，N 0.003％，余量为Fe和其不可避免杂质；钢坯厚度50.0mm，在1120℃保温2h；

(2)制成厚度5.0mm的热轧板；其中粗轧的终轧温度为1050℃，粗轧进行3道次，粗轧至27.0mm，道次压下率为18～19％；精轧的开轧温度为890℃，精轧的终轧温度为820℃，进行6道次精轧至5.0mm，道次压下率为21～29％；

(3)水冷至室温，冷却速度为45℃/s；1200MPa级硅锰铬系热轧低碳钢板的抗拉强度1360MPa，延伸率12.8％，屈服强度960MPa，-20℃冲击功105J，显微组织为板条贝氏体和残余奥氏体。