一種550MPa級非水冷熱機械控制工藝鋼及其生產(chǎn)方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于熱機械控制工藝技術領域，特別涉及一種550MPa級非水冷熱機械控 制工藝鋼及其生產(chǎn)方法。
【背景技術】
[0002] TMCP (Thermo Mechanical Control Process :熱機械控制工藝）是在熱乳過程中， 在控制加熱溫度、乳制溫度和壓下量的控制軋制（Control Rolling)的基礎上，再控制冷卻 及加速冷卻（Accelerated Cooling)的技術總稱。TMCP技術主要是通過細化奧氏體晶粒、 控制軋制和控制冷卻等多種方法相結合來實現(xiàn)，在不添加過多合金元素，也不需要后續(xù)復 雜熱處理條件下就可生產(chǎn)出高強度高韌性的鋼材，是一種低成本、低能耗、高效益的生產(chǎn)工 -H- 〇
[0003] 然而，傳統(tǒng)的TMCP技術，都是在控制軋制后噴水快冷或噴水超快冷，控軋后加速 水冷容易造成鋼板表面和內部冷卻速度差而使表面和內部產(chǎn)生殘余應力，使鋼板的不平度 和彎曲加工性變壞；特別是當冷卻速度很大時，可導致大型能量焊接接頭熱影響區(qū)HAZ顯 著軟化，致使鋼的強度和韌性均較低。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明提供一種550MPa級非水冷熱機械控制工藝鋼及其生產(chǎn)方法，解決了或部 分解決了現(xiàn)有技術中控乳后加速水冷容易造成鋼板表面和內部冷卻速度差而使表面和內 部產(chǎn)生殘余應力，致使鋼的強度和韌性均較低的技術缺陷。
[0005] 依據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種550MPa級非水冷熱機械控制工藝鋼，所述鋼 至少包括：〇_〇· 08% 的 C、0-0· 010% 的 Ρ、0-0· 005% 的 S、l. 0% -L 5% 的 Μη、0· 70% -L 0% 的 Si、0. 2 % -0· 4 % 的 Ni、l. 0 % -L 5 % 的 Cr、0. 5 % -0· 8 % 的 Μο、1· 2 % -L 6 % 的 Cu、 0.06% -0.20%的V、0. 01% -0.04%的Re和余量的雜質Fe ;其中，所述鋼的屈服強度大于 等于550MPa，抗拉強度大于等于620MPa，-60°C時的沖擊功大于等于100J。
[0006] 可選的，在所述鋼中，所述Ni、所述Cr、所述Mo和所述Cu的組分含量滿足下述公 式：（Ni+Cr+Mo)/Cu 彡 1.0。
[0007] 依據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種550MPa級非水冷熱機械控制工藝鋼生產(chǎn)方 法，包括：將鑄坯加熱并保溫，使得加熱后的所述鑄坯充分奧氏體化；對充分奧氏體化的所 述鑄坯粗軋；對經(jīng)過粗軋后的所述鑄坯待溫處理；將待溫處理后的所述鑄坯進行精軋，獲 得鋼板；對獲得的所述鋼板堆垛緩冷至室溫。
[0008] 可選的，所述將鑄坯加熱并保溫，使得加熱后的所述鑄坯充分奧氏體化包括：將所 述鑄坯加熱到1050~1100°C;對加熱后的所述鑄坯保溫4~6h，使得加熱后的所述鑄坯充 分奧氏體化。
[0009] 可選的，所述對充分奧氏體化的所述鑄坯粗軋包括：在1020±20°C下對所述鑄坯 開始粗軋；粗軋過程中確保2道次的壓下量為15~20% ;粗軋階段累計壓下量為50~ 70%，乳制速率為1.5-2111/11^11。
[0010] 可選的，所述對經(jīng)過粗軋后的所述鑄坯待溫處理過程中，粗軋終軋溫度是 950±20°C。
[0011] 可選的，所述將待溫處理后的所述鑄坯進行精軋包括：在α+γ兩相區(qū)內精軋， 且精軋前2道次形變量控制在20~25%，末道次形變量逐漸減少，精軋結束溫度控制在 660_700°C ;其中，所述α+γ兩相區(qū)為660_820°C。
[0012] 本發(fā)明提供的一種550MPa級非水冷熱機械控制工藝鋼，通過將至少下述元素 C、 P、S、Mn、Si、Ni、Cr、Mo、Cu、V、Re和雜質Fe，按照合理的比例合成所述工藝鋼，通過所述Mn 對所述鋼的奧氏體向鐵素體轉變的溫度進行調節(jié)，進而調整所述鋼的熱加工溫度區(qū)間，實 現(xiàn)對所述鋼的抗拉強度進行調節(jié)；且通過所述Cr與所述鋼中的碳原子結合并析出，使得對 所述鋼產(chǎn)生析出強化；且通過所述Mo延長所述鋼中珠光體轉變的孕育期，實現(xiàn)所述鋼中使 鐵素體和珠光體區(qū)域右移；且通過所述Cu使得所述鋼中析出ε -Cu，進而產(chǎn)生沉淀強化；且 通過所述V與所述鋼中的碳、氮結合形成第二相粒子，產(chǎn)生析出強化；且通過所述P、所述S、 所述Ni和所述Re，至少對所述鋼的下述性能中的一種進行調節(jié)：偏析性能、焊接性能、低溫 沖擊韌性和韌脆轉變溫度；且通過對所述Si在所述鋼中的占比進行調節(jié)，使得在所述鋼中 每添加1%的所述Si，所述鋼的屈服強度至少增加 lOOMPa。使得所形成的工藝鋼的屈服強 度彡550MPa，抗拉強度彡620MPa，-60°C時的沖擊功彡100J。
【附圖說明】
[0013] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例中所 需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施 例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲 得其他的附圖。
[0014] 圖1為本發(fā)明實施例提供的550MPa級非水冷熱機械控制工藝鋼生產(chǎn)方法流程 圖；
[0015] 圖2為本發(fā)明實施例提供的示例1中的鋼板組織示意圖；
[0016] 圖3為本發(fā)明實施例提供的示例2中的鋼板組織示意圖；
[0017] 圖4為本發(fā)明實施例提供的示例3中的鋼板組織示意圖；以及
[0018] 圖5為本發(fā)明實施例提供的示例4中的鋼板組織示意圖。
【具體實施方式】
[0019] 下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；?本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的 范圍。
[0020] 本發(fā)明實施例提供的一種550MPa級非水冷熱機械控制工藝鋼及其生產(chǎn)方法，實 現(xiàn)了提供一種屈服強度大于等于550MPa(鋼板厚度可選用10-35mm)，且采用非水冷TMCP 工藝生產(chǎn)制作的高強工藝鋼。該工藝鋼通過合理的成分設計，采用固溶強化、位錯強化和析 出強化等方法相結合，以及α+γ兩相區(qū)內合適的壓下量及精軋溫度控制等非水冷TMCP工 藝，使得所生產(chǎn)的鋼種屈服強度大于等于550MPa，抗拉強度大于等于620MPa，-60°C時的沖 擊功大于等于100J，同時鋼板板型良好，焊接性能優(yōu)良，生產(chǎn)成本低，具有適應性廣的特點。
[0021] 具體來說，所述550MPa級非水冷熱機械控制工藝鋼至少包括如下成分：0_0. 08% 的 C、0-0· 010% 的 Ρ、0-0· 005% 的 S、l. 0% -L 5% 的 Μη、0· 70% -L 0% 的 Si、0. 2% -0· 4% 的附、1.0%-1.5%的0、0.5%-〇.8%的]?〇、1.2%-1.6%的〇1、0.06%-〇.20%的￥、 0. 01% -0. 04%的Re和余量的雜質Fe。
[0022] 其中，對于工藝鋼中的C而言：工藝鋼中C的含量在本發(fā)明實施例中小于等于 0. 08%，因為C是鋼中不可缺少的提高鋼材強度的元素之一，為了保證高韌性、優(yōu)良的焊接 性及冷成型等，將C含量限制在< 0. 08%之間，在保證鋼的強度的同時，又可以達到適合生 產(chǎn)操作的技術效果。對于工藝鋼中的P和S而言：P在工藝鋼中容易造成偏析、惡化焊接， 且極易對降低鋼的低溫沖擊韌性和提高韌脆轉變溫度等造成不利影響。同時，S容易與工 藝鋼中的Mn結合形成MnS夾雜，從而影響工藝鋼的低溫沖擊韌性。因此，本發(fā)明實施例中， 應盡量減少P、S元素對鋼性能的不利影響，因而將其控制在P彡0. 010%，S < 0. 005%。
[0023] 同時，對于工藝鋼中的Ni而言：工藝鋼中Ni是一種固溶強化元素，能提高鐵素體 基體的強度。同時，Ni可顯著提高鋼的低溫韌性，降低韌脆轉變溫度，能有效阻止工藝鋼中 因 Cu的熱脆而引起的網(wǎng)裂。對于工藝鋼中的Cr而言：工藝鋼中Cr強碳化物析出元素，能 與工藝鋼中的碳原子結合大量析出，從而產(chǎn)生析出強化。此外，Cr還能提高工藝鋼的耐大 氣腐蝕和海水腐蝕的能力。對于工藝鋼中的Mo而言：工藝鋼中Mo能有效延長珠光體轉變 的孕育期，使鐵素體和珠光體區(qū)域右移，同時還對貝氏體相變的影響很小。
[0024] 另外，對于工藝鋼中的Cu而言：Cu在工藝鋼中作為強析出強化元素，使得鋼中析 出大量細小的ε-Cu，產(chǎn)生強烈的沉淀強化，可以彌補鋼中因 C含量引起的強度損失。此外， Cu還能提高鋼的耐大氣腐蝕性能，特別是當Cu、Cr同時加入時效果更為明顯。對于工藝鋼 中的V而言：V可與工藝鋼中的C、N結合而形成第二相粒子，也可產(chǎn)生析出強化。使得鋼中 無需添加 Nb，Ti等合金元素，主要是由于NbC，TiC，NbN，TiN等粒子的溶解溫度較高，鑄坯 加熱時溫度需在ll〇〇°C以下，從而對鋼板表面質量產(chǎn)生不利影響。
[0025] 最后，對于工藝鋼中的Mn而言：Mn在工藝鋼中是固溶強化元素，添加1.0-1. 5%的 Mn可降低奧氏體向鐵素體轉變的溫度，擴大熱加工溫度區(qū)間。同時，Mn容易使奧氏體轉變 為硬質的M-A組織，并且在發(fā)生M-A轉變時伴隨有體積變化，使軟質的鐵素體產(chǎn)生塑性變 形，在M-A與鐵素體界面上產(chǎn)生可動位錯。這種可動位錯即使在小應力作用下也容易發(fā)生 運動，從而導致鋼種屈服強度降低，但可移動位錯產(chǎn)生的加工硬化，則可致使鋼種抗拉強度 提高。對于工藝鋼中的Si而言：Si對工藝鋼的強度有一定的固溶強化元素，使得鋼中每添 加1%的Si，其屈服強度可增加 lOOMPa。對于工藝鋼中的Re而言：Re在工藝鋼中作為晶界 凈化元素，可以起到提高鋼的低溫韌性的作用。
[0026] 由上述敘述可知，本發(fā)明實施例正是創(chuàng)新型將至少下述元素 C、P、S、Mn、Si、Ni、 Cr、Mo、Cu、V、Re和雜質Fe，按照合理的比例合成所述工藝鋼，使得所述工藝鋼的屈服強度 彡550MPa，抗拉強度彡620MPa，-60°C時的沖擊功彡100J，而且鋼板板型良好，焊接性能優(yōu) 良；且生產(chǎn)成本較低，工業(yè)生產(chǎn)中容易實施。
[0027] 需要注意的是，本工藝鋼中，所述Ni、所述Cr、所述Mo和所述Cu的組分含量滿足 下述公式：(Ni+Cr+Mo)/Cu彡1. 0。這樣一方面可以阻礙鑄坯加熱時液體Cu的析出，另一方 面Cr、Mo等強碳化物形成元素在軋制或