一种低碳V-N-Nb微合金化热轧带钢及其制备方法

摘要

一种低碳V‑N‑Nb微合金化热轧带钢及其制备方法，属于热轧带钢制造领域，其化学组成按重量百分比：C：0.06～0.15％，Mn：1.5～2.2％，Si：0.10～0.50％，S：＜0.005％，P：＜0.015％，Al：0.01～0.05％，V：0.06～0.15％，N：0.008～0.020％，Nb：0.03～0.06％，Ti：0.01～0.02％，Cr：0.20～0.50％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。方法：1)按成分配比熔炼后浇铸、锻造得到钢坯；2)加热保温；3)钢坯进行多道次粗轧和精轧得到热轧板；4)热轧板先水冷，后随炉冷却至室温；本发明采用低碳成分设计，以V‑N‑Nb微合金化为核心，在精轧过程中奥氏体内形变诱导VN析出物，制备成本低并且组织性能稳定，容易实现工业化生产。

说明书

技术领域

本发明属于热轧带钢制造领域，具体涉及一种低碳V-N-Nb微合金化热轧带钢及其制备方法。

背景技术

随着工程机械、重载汽车行业向着高标准、大型化及轻量化方向的不断发展，对钢板的综合要求不断提高，不但要求超高强度实现整体结构减重并保证安全性，而且需要低成本、优异的成型性能、以及良好的可焊性。热轧带钢因其具有生产工序简单、适用范围广等特点，在结构用钢市场需求量极大，其中690MPa级低合金高强钢的需求量日益增大，主要作为液压支架、矿用重工车架、重型汽车车厢、大梁及车轮等焊接结构件，要求高强度、良好的延伸性能以及优异的低温冲击韧性，同时需要具备良好的焊接性能。

热轧带钢因其钢板宽且薄的特点，冷却难以保证均匀性，轧后卷取过程中头尾温度波动较大，因此会导致组织性能差异。目前鞍钢、宝钢、马钢等钢铁公司均已成功开发出690MPa级别Nb-Ti复合微合金化热轧带钢，但仍存在生产难点。主要表现为：(1)采用Nb-Ti微合金化设计，主要通过贝氏体组织强化来提升钢板的强度，因此需要降低终冷温度，导致后续卷取温度较低，故要求卷取机有较高的装备水平，而且最终钢卷的内应力较大。(2)析出强化为Nb-Ti微合金钢的主要强化方式，但TiC析出物对温度变化极其敏感，卷曲过程中头尾温差大会造成析出物数量及分布差异性明显，带钢头尾性能波动大。(3)为了保证强度以及低温冲击韧性，常需添加大量Ni、Mo等合金元素，实现固溶强化及细晶强化的作用，但增加了焊接碳当量及冷裂纹敏感性指数，恶化焊接热影响区冲击韧性，为防止产生淬硬组织和冷裂纹，焊前及焊后需要热处理，焊接工艺复杂。因此急需开发出一种既能满足690MPa级别热轧带钢综合力学性能要求，又具备低成本、生产工艺简单、能耗低，符合国家绿色化生产理念的微合金化热轧带钢。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种低碳V-N-Nb微合金化热轧带钢及其制备方法，解决了现有690MPa级Nb-Ti微合金化热轧带钢制备技术中使用昂贵合金元素过多和生产工艺不稳定等情况。

一种低碳V-N-Nb微合金化热轧带钢，其化学组成按重量百分比为：C：0.06～0.15％，Mn：1.5～2.2％，Si：0.10～0.50％，S：＜0.005％，P：＜0.015％，Al：0.01～0.05％，V：0.06～0.15％，N：0.008～0.020％，Nb：0.03～0.06％，Ti：0.01～0.02％，Cr：0.20～0.50％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。

所述热轧带钢的组织为多边形铁素体、针状铁素体及粒状贝氏体；该热轧带钢的厚度为2.5～18.0mm，屈服强度为710～755MPa，抗拉强度为805～850MPa，延伸率为19～24％，-60℃冲击功为60～205J。

一种低碳V-N-Nb微合金化热轧带钢的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1，铸造：

按照热轧带钢的成分配比，在1500～1550℃冶炼，获得的钢水经浇铸、锻造得到钢坯；

步骤2，加热：

将钢坯加热至1100～1200℃并保温2～4h；

步骤3，轧制：

(1)加热后的钢坯进行多道次粗轧，开轧温度为1080～1180℃，终轧温度为1005～1110℃，总压下率为44～68％，得到中间坯；

(2)中间坯进行多道次精轧，开轧温度为880～950℃，终轧温度为805～890℃，总压下率为58～75％，得到热轧板；

步骤4，冷却：

(1)热轧结束后，热轧板以20～45℃/s的冷却速率水冷，终冷温度为480～540℃；

(2)立即将水冷后的热轧板放入与终冷温度相同的加热炉中随炉冷却至室温，得到低碳V-N-Nb微合金化热轧带钢。

上述一种低碳V-N-Nb微合金化热轧带钢的制备方法，其中：

所述步骤1中，钢坯的厚度为50～130mm。

所述步骤3中，经过2～4道次粗轧，单道次平均压下率为23～26％。

所述步骤3中，经过5～7道次精轧，单道次平均压下率为18～25％。

所述步骤3中，热轧板的厚度为2.5～18.0mm。

所述步骤4中，加热炉为高温箱式电阻炉。

所述步骤4中，随炉冷却的目的是模拟热轧带钢工业化生产中的卷取过程。

上述一种低碳V-N-Nb微合金化热轧带钢及其制备方法，技术方案的主要思路为：

在我国攀枝花及承德地区，钒矿资源储量丰富，采用V-N微合金设计具有明显的成本优势。

本发明在轧制过程中奥氏体内形变诱导VN析出，从而促进针状铁素体晶内形核，针状铁素体有明显的组织强化效果，另外其高密度大角度晶界极大增强低温韧性；通过成分及工艺优化，从而调整M/A岛的体积分数及形态，调控屈强比，改善延伸性能，终冷后卷取过程中析出的纳米级VC析出物也可起到显著的析出强化作用。

本发明复合添加少量Nb元素，利用Nb提高奥氏体再结晶终止温度，在较高温度下实现奥氏体未再结晶区的轧制，可减轻轧机负荷，同时由于Nb碳氮化物在铁素体区析出，使得铁素体基体也得到强化；V和Nb复合添加，既能提高带钢强度又能改善其韧性；添加微量廉价的Cr元素可抑制粗大的先共析铁素体生成，促进贝氏体转变，同时提升强度；在低碳成分下，添加微量Ti元素，抑制焊接粗晶区晶粒异常长大，通过晶粒细化改善强韧性，确保良好的焊接性能。

本发明的一种低碳V-N-Nb微合金化热轧带钢及其制备方法，与现有技术相比，有益效果为：

本发明采用低碳成分设计，C重量百分含量为0.06～0.15％，低碳含量降低了碳当量及冷裂纹敏感指数，保证了钢板的焊接性能。以V-N-Nb微合金化为核心，通过Nb控制未再结晶区轧制，Nb碳氮化物析出相强化铁素体基体；在精轧过程中奥氏体内形变诱导VN析出物，显著促进晶内针状铁素体形核，细晶强化、组织强化效果显著；在随炉冷却过程中纳米尺度的VC析出物可发挥极强的析出强化作用；添加Cr元素可抑制粗大的先共析铁素体生成，促进贝氏体转变，提升强度，因此控轧控冷V-N-Nb微合金化钢具有组织性能均匀性高、强韧性匹配良好等优点；合理控制合金元素用量，制备过程简便，生产成本低于同级别其他产品，并且容易实现工业化生产。

附图说明

图1本发明制备方法的工艺示意图；

图2本发明实施例1制得的热轧带钢的金相组织；

图3本发明实施例2制得的热轧带钢的扫描电镜形貌；

图4本发明实施例3制得的热轧带钢的金相组织。

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。

下述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。

下述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，型号为RX4-85-13B；所用扫描电子显微镜为FEI Quanta 600钨灯丝扫描电子显微镜；所用光学显微镜为OLYMPUS BX53M多功能光学显微镜。

下述实施例1～3的制备方法的工艺示意图，如图1所示。

实施例1

一种厚度为18.0mm的低碳V-N-Nb微合金化热轧带钢，其化学组成按重量百分比为：C：0.06％，Mn：2.2％，Si：0.50％，S：0.003％，P：0.015％，Al：0.0l％，V：0.15％，N：0.020％，Nb：0.06％，Ti：0.02％，Cr：0.50％，余量为Fe和其他不可避免的杂质；

一种厚度为18.0mm低碳V-N-Nb微合金化热轧带钢的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1，铸造：

按照热轧带钢的成分配比，在1550℃冶炼，获得的钢水经浇铸、锻造得到厚度为130mm钢坯；

步骤2，加热：

将钢坯加热至1200℃并保温4h；

步骤3，轧制：

(1)加热后的钢坯进行2道次粗轧，开轧温度为1180℃，终轧温度为1110℃，单道次平均压下率为25％，总压下率为44％，得到中间坯；

(2)中间坯进行5道次精轧，开轧温度为950℃，终轧温度为890℃，单道次平均压下率为25％，总压下率为75％，得到厚度为18.0mm的热轧板；

步骤4，冷却：

(1)热轧结束后，热轧板以20℃/s的冷却速率水冷，终冷温度为540℃；

(2)为模拟热轧带钢工业化生产中的卷取过程，立即将水冷后的热轧板放入与终冷温度相同的加热炉中随炉冷却至室温，得到低碳V-N-Nb微合金化热轧带钢。

本实施例制备的热轧带钢的组织为多边形铁素体、针状铁素体及粒状贝氏体，其金相组织如图2所示；经检测，该带钢屈服强度为710MPa，抗拉强度为805MPa，延伸率为24％，-60℃时10mm厚试样冲击功205J。

实施例2

一种厚度为10.0mm低碳V-N-Nb微合金化热轧带钢，其化学组成按重量百分比为：：C：0.11％，Mn：1.9％，Si：0.29％，S：0.002％，P：0.009％，Al：0.05％，V：0.10％，N：0.012％，Nb：0.04％，Ti：0.015％，Cr：0.36％，余量为Fe和其他不可避免的杂质；

一种厚度为10.0mm的低碳V-N-Nb微合金化热轧带钢的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1，铸造：

按照热轧带钢的成分配比，在1550℃冶炼，获得的钢水经浇铸、锻造得到厚度为80mm钢坯；

步骤2，加热：

将钢坯加热至1150℃并保温3h；

步骤3，轧制：

(1)加热后的钢坯进行3道次粗轧，开轧温度为1130℃，终轧温度为1060℃，单道次平均压下率为25％，总压下率为60％，得到中间坯；

(2)中间坯进行6道次精轧，开轧温度为910℃，终轧温度为835℃，单道次平均压下率为19％，总压下率为69％，得到厚度为10.0mm的热轧板；

步骤4，冷却：

(1)热轧结束后，热轧板以37℃/s的冷却速率水冷，终冷温度为505℃；

(2)为模拟热轧带钢工业化生产中的卷取过程，立即将水冷后的热轧板放入与终冷温度相同的加热炉中随炉冷却至室温，得到低碳V-N-Nb微合金化热轧带钢。

本实施例制备的热轧带钢的组织为多边形铁素体、针状铁素体及粒状贝氏体，其扫描形貌如图3所示；经检测，该带钢屈服强度为732MPa，抗拉强度为836MPa，延伸率为21％，-60℃时5mm厚试样冲击功110J。

实施例3

一种厚度为2.5mm低碳V-N-Nb微合金化热轧带钢，其化学组成按重量百分比为：C：0.15％，Mn：1.5％，Si：0.10％，S：0.003％，P：0.012％，Al：0.01％，V：0.06％，N：0.008％，Nb：0.03％，Ti：0.01％，Cr：0.20％，余量为Fe和其他不可避免的杂质；

一种厚度为2.5mm低碳V-N-Nb微合金化热轧带钢的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1，铸造：

按照热轧带钢的成分配比，在1550℃冶炼，获得的钢水经浇铸、锻造得到厚度为50mm的钢坯；

步骤2，加热：

将钢坯加热至1100℃并保温2h；

步骤3，轧制：

(1)加热后的钢坯进行4道次粗轧，开轧温度为1080℃，终轧温度为1005℃，单道次平均压下率为25％，总压下率为68％，得到中间坯；

(2)中间坯进行7道次精轧，开轧温度为880℃，终轧温度为805℃，单道次平均压下率为22％，总压下率为58％，得到厚度为2.5mm的热轧板；

步骤4，冷却：

(1)热轧结束后，热轧板以45℃/s的冷却速率水冷，终冷温度为480℃；

(2)为模拟热轧带钢工业化生产中的卷取过程，立即将水冷后的热轧板放入与终冷温度相同的加热炉中随炉冷却至室温，得到低碳V-N-Nb微合金化热轧带钢。

本实施例制备的热轧带钢的组织为多边形铁素体、针状铁素体及粒状贝氏体，其金相组织如图4所示；经检测，该带钢屈服强度为755MPa，抗拉强度为850MPa，延伸率为19％，-60℃时2.5mm厚试样冲击功60J。