高韌性含硼碳素結(jié)構(gòu)鋼板卷及其生產(chǎn)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高韌性含硼碳素結(jié)構(gòu)鋼板卷及其生產(chǎn)方法，按照重量含有碳≤0.30％，硅：≤0.50％，錳：≤1.70％，磷：≤0.035％，硫：≤0.035％，鋁：0.015～0.050％，以及8～50ppm的硼，余量為鐵和微量雜質(zhì)。通過硼微合金化、組織均勻化提高現(xiàn)有以Q235、SS400為代表的屈服強(qiáng)度215～345MPa級(jí)別碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金鋼的延伸性能、常溫和低溫沖擊韌性。
【專利說明】高韌性含硼碳素結(jié)構(gòu)鋼板卷及其生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金鋼，具體涉及一種高韌性含硼碳素結(jié)構(gòu)鋼板卷及其生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前各鋼廠生產(chǎn)Q235碳素結(jié)構(gòu)鋼板卷是采用通用的碳錳成分設(shè)計(jì)。普遍存在的問題是在20~25.4mm厚度范圍易產(chǎn)生延伸和強(qiáng)度性能不足的問題，不能完全滿足GB/T700的要求；對(duì)于其他厚度規(guī)格板或板卷同時(shí)存在的問題是板材顯微組織‘鐵素體+少量珠光體’出現(xiàn)組織帶狀分布，易產(chǎn)生拉伸斷口分層和沖擊斷口分層，以及材料性能的各向異性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種高韌性含硼碳素結(jié)構(gòu)鋼板卷及其生產(chǎn)方法，通過硼微合金化、組織均勻化提高現(xiàn)有以Q235、SS400為代表的屈服強(qiáng)度215~345MPa級(jí)別碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金鋼的延伸性能、常溫和低溫沖擊韌性。
[0004]具體技術(shù)方案如下:
[0005]高韌性含硼碳素結(jié)構(gòu)鋼板卷，按照重量含有碳≤0.30%，硅:≤0.50%，錳:≤ 1.70%，磷.( 0.035%，硫.( 0.035%，鋁:0.015 ~0.050%，以及 8 ~50ppm 的硼，余
量為鐵和微量雜質(zhì)。
[0006]進(jìn)一步地，還包括鈮0.050%，和/或，釩:< 0.050%，和/或，鈦0.020%,和/或，鎳S 0.40%，和/或，鉻≤0.50%，和/或，銅S 0.40%。
[0007]上述高韌性含硼碳素結(jié)構(gòu)鋼板卷的生產(chǎn)方法，包括如下步驟:
[0008]( I)采用兩機(jī)架可逆軋機(jī)粗軋；
[0009](2)進(jìn)行7機(jī)架熱連軋；
[0010](3)進(jìn)行軋制后層流冷卻；
[0011](4)卷取。
[0012]進(jìn)一步地，在奧氏體再結(jié)晶區(qū)和未再結(jié)晶區(qū)多道次控制軋制，包括:
[0013]1180 ~1220°C加熱；
[0014]1150~1180°C下初軋開軋；
[0015]1000°C~950°C下精軋開軋；
[0016]900°C~800°C下精軋終軋；
[0017]軋后層流冷卻或超快速冷卻；
[0018]650°C~500°C終止冷卻并卷取。
[0019]進(jìn)一步地,所述冷卻采用水幕層流冷卻。
[0020]進(jìn)一步地，水冷速度10°C~50°C/S。
[0021]與目前現(xiàn)有技術(shù)相比，經(jīng)過本發(fā)明的方式改進(jìn)后，加入8~50ppm硼元素，并調(diào)整熱軋和冷卻工藝參數(shù)后，使20mm以上厚規(guī)格碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金鋼的力學(xué)性能符合GB/1700的要求，避免了上述缺陷的產(chǎn)生。同時(shí)，保證了板卷開平后，沿軋制方向平行和垂直方向的拉伸試樣的性能檢驗(yàn)結(jié)果不下降。硼元素已經(jīng)廣泛應(yīng)用于高強(qiáng)度鋼板和軟鋼板帶產(chǎn)品中，如連續(xù)退火冷軋低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼薄帶、極薄熱軋拉延鋼板、高強(qiáng)管線鋼和無取向硅鋼等；但是在碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金鋼中的應(yīng)用較為少見。馬鋼將微量硼應(yīng)用于碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金鋼中，取得了較好的效果。使包括20.0~25.4_厚度規(guī)格在內(nèi)的碳素結(jié)構(gòu)鋼的力學(xué)性能不僅符合GB/T700的要求，避免了延伸性能不足、強(qiáng)度性能不足、帶狀組織和拉伸或沖擊斷口分層等上述缺陷的產(chǎn)生，而且，還可以獲得遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過一般水平的常溫和低溫沖擊韌性、優(yōu)良的各項(xiàng)同性性能。
[0022]I)按照本發(fā)明的措施處理，使碳素結(jié)構(gòu)鋼板卷具有很好的低溫沖擊韌性。
[0023]2)按照本發(fā)明的措施處理，使碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金鋼板卷的組織非常均勻，無擇優(yōu)取向，無斷口分層。[0024]3)板卷開平后，縱向力學(xué)性能不下降。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1工業(yè)生產(chǎn)的含硼碳素結(jié)構(gòu)鋼的金相組織(與軋制方向垂直方向)
[0026]圖2工業(yè)生產(chǎn)的含硼碳素結(jié)構(gòu)鋼的金相組織(沿軋制方向平行方向)
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，其為本發(fā)明多種實(shí)施方式中的一種優(yōu)選實(shí)施例。
[0028]本實(shí)施例所使用的化學(xué)成分設(shè)計(jì)和軋制工藝、冷卻工藝應(yīng)用于目前GB700、JISG310UJIS G3109等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的屈服強(qiáng)度200_420MPa的碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金鋼，可以顯著改善組織和性能的均勻性，提高韌性和延性水平。
[0029]為此,方案的要點(diǎn)是:第一,碳含量小于0.30%,可以米用小于0.06%的超低碳設(shè)計(jì)，也可以不采用超低碳設(shè)計(jì)而采用高于0.06%,直至最高0.30%的碳含量設(shè)計(jì),仍然可以獲得均勻的顯微組織，以避免帶狀組織和拉伸斷口、沖擊斷口的分層；第二，可以采用添加Nb、V、Ti等元素進(jìn)行微合金化設(shè)計(jì)，也可以不采用Nb、V、Ti等元素進(jìn)行微合金化設(shè)計(jì)以提高屈服強(qiáng)度200-420MPa級(jí)別碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金鋼的常溫和低溫沖擊韌性；第三，設(shè)計(jì)軋制、冷卻工藝，綜合微合金化、固溶強(qiáng)化和組織強(qiáng)化等方法，獲得以針狀鐵素體為主的復(fù)相組織，或者獲得‘多邊形鐵素體+準(zhǔn)多邊形鐵素體+少量珠光體’以提高強(qiáng)度、塑性和延伸性能，適應(yīng)從200MPa到420MPa不同屈服強(qiáng)度等級(jí)、25.4mm及以下不同厚度熱軋板卷的多樣化的性能需求。
[0030]高韌性含硼碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金鋼板卷化學(xué)成分設(shè)計(jì)為:
[0031]碳≤0.30% ;硅:≤ 0.50% ;錳:≤ 1.70% ;磷:≤ 0.035% ;硫:≤ 0.035% ;鋁:
0.015 ~0.050% ;硼:8 ~50ppm。
[0032]根據(jù)不同特殊性能要求可以選擇加入或者可以選擇不加入下列元素:鈮:(0.050% ;釩:≤ 0.050% ;鈦:≤ 0.020% ;鎳:≤ 0.40% ;鉻≤ 0.50% ;銅:≤ 0.40%。
[0033]鐵和微量雜質(zhì):余量。
[0034]高韌性含硼碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金鋼板卷的控軋控冷工藝制度為:[0035]1.軋制道次分配:采用兩機(jī)架可逆軋機(jī)粗軋、再進(jìn)行7機(jī)架熱連軋，最后進(jìn)行軋制后層流冷卻、卷取。在奧氏體再結(jié)晶區(qū)和未再結(jié)晶區(qū)多道次控制軋制，(1180~1220°C)加熱一(1150~1180) °C初軋開軋一 (1000°C~950°C)精軋開軋一 (900°C~800°C )精軋終軋一軋后層流冷卻或超快速冷卻-(650°C~500°C)終止冷卻并卷取。
[0036]2.冷卻方式:水幕層流冷卻,水冷10°C~50°C /S。
[0037]高韌性含硼碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金鋼板卷的TMCP工藝制度的依據(jù)是:
[0038]熱機(jī)械軋制(TMCP)是以再結(jié)晶、相變等冶金工藝為基礎(chǔ)，使軋制狀態(tài)鋼板性能達(dá)到最佳化。為節(jié)約資源，減少合金元素的加入量，優(yōu)化碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金鋼板卷顯微組織，避免帶狀組織、斷口分層缺陷，獲得高水平的韌性，以及強(qiáng)度和韌性的合理匹配，本發(fā)明充分發(fā)揮七機(jī)架熱連軋機(jī)組的軋制能力和軋后冷卻能力，并與硼微合金化設(shè)計(jì)相結(jié)合，通過高溫奧氏體區(qū)形變?cè)俳Y(jié)晶、低溫奧氏體未再結(jié)晶區(qū)的變形以及軋后的加速冷卻來獲得預(yù)期優(yōu)化顯微組織和力學(xué)性能的目標(biāo)。
[0039]微量硼在奧氏體晶界上有偏聚作用，能抑制鐵素體的形核，使C曲線右移，抑制珠光體的轉(zhuǎn)變。其作用機(jī)制為:(I)硼偏聚在奧氏體晶界，降低了晶界能并減少了鐵素體優(yōu)先形核的位置。(2)硼減少鐵在晶界上的自身擴(kuò)散系數(shù)，降低了鐵素體的形核速度。(3)硼偏聚于晶界后，占據(jù)優(yōu)先形核的位置。(4)沿晶界形成細(xì)小的硼化物并且與基體連貫、粘著，使鐵素體很難在硼化物與基體之間的界面上形核。[0040]硼元素已經(jīng)廣泛應(yīng)用于高強(qiáng)度鋼板和軟鋼板帶產(chǎn)品中，如連續(xù)退火冷軋低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼薄帶、極薄熱軋拉延鋼板、高強(qiáng)管線鋼和無取向硅鋼等；但是在碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金鋼中的應(yīng)用較為少見。本發(fā)明專利將微量硼應(yīng)用于碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金鋼中，當(dāng)采用針狀鐵素體組織或者‘多邊形鐵素體+準(zhǔn)多邊形鐵素體+少量珠光體’，并使晶粒細(xì)化可以組織均勻性比普通的不加硼元素的高韌性含硼碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金鋼板卷或開平板性能更優(yōu)秀，材料的延伸性能、常溫和低溫沖擊韌性、顯微組織帶狀程度都取得了全面的改善。
[0041]優(yōu)選的實(shí)施例中，化學(xué)成分如表1所示。和通常的SS400相比，加入15~25ppm的硼元素。
[0042]表1 SS400的化學(xué)成分(熔煉成分)要求(％)
[0043]
【權(quán)利要求】
1.高韌性含硼碳素結(jié)構(gòu)鋼板卷，其特征在于，按照重量含有碳<0.30%，硅:(0.50%，錳:≤1.70%，磷:≤0.035%，硫:≤0.035%，鋁:0.015 ~0.050%,以及 8 ~50ppm的硼，余量為鐵和微量雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的高韌性含硼碳素結(jié)構(gòu)鋼板卷，其特征在于，還包括鈮:(0.050%，和 / 或，釩.( 0.050%，和 / 或，鈦:≤0.020%，和 / 或，鎳:≤0.40%，和 / 或，鉻≤0.50%，和/或，銅:≤0.40%。
3.如權(quán)利要求1或2所述高韌性含硼碳素結(jié)構(gòu)鋼板卷的生產(chǎn)方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)采用兩機(jī)架可逆軋機(jī)粗軋； (2)進(jìn)行7機(jī)架熱連軋； (3)進(jìn)行軋制后層流冷卻； (4)卷取。
4.如權(quán)利要求3所述高韌性含硼碳素結(jié)構(gòu)鋼板卷的生產(chǎn)方法，其特征在于，在奧氏體再結(jié)晶區(qū)和未再結(jié)晶區(qū)多道次控制軋制，包括: 1180 ~1220°C加熱； 1150~1180°C下初軋開軋； 1000°C~950°C下精軋開軋； 900°C~800°C下精軋終軋； 軋后層流冷卻或超快速冷卻； 650°C~500°C終止冷卻并卷取。
5.如權(quán)利要求3或4所述高韌性含硼碳素結(jié)構(gòu)鋼板卷的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述冷卻采用水幕層流冷卻。
6.如權(quán)利要求5所述高韌性含硼碳素結(jié)構(gòu)鋼板卷的生產(chǎn)方法，其特征在于，水冷速度10°C~50°C /S。
【文檔編號(hào)】C22C38/06GK103627951SQ201310655113
【公開日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年12月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月6日
【發(fā)明者】李忠義, 朱濤, 趙勇 申請(qǐng)人:馬鋼(集團(tuán))控股有限公司, 馬鞍山鋼鐵股份有限公司