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CN111621716B - 一种含Nb低合金钢轧制工艺 - Google Patents

一种含Nb低合金钢轧制工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种含Nb低合金钢轧制工艺，其化学成分质量百分比为：C=0.17‑0.19，Si=0.20‑0.40，Mn=0.55‑0.65，P≤0.020，S≤0.020，Al=0.003‑0.020，Nb=0.008‑0.010，CEV≤0.30，其余为Fe和不可避免的杂质元素。轧制工艺包括以下步骤：一、炼钢工序生产合格的板坯；二、将步骤一的板坯采用高温直接加热；三、将步骤二加热后的板坯进行粗轧和精轧；四、对步骤三轧制后的钢板进行冷却。本发明克服已有技术存在的不足，满足低成本低合金钢板轧钢生产的需要；简化部分工序及减少Nb合金含量，降低生产成本。

Description

一种含Nb低合金钢轧制工艺
技术领域
本发明涉及一种含Nb低合金钢轧制工艺，属于炼钢的技术领域。
背景技术
Q355和Q235系列钢目前在实际使用中量是最多的，特别是低合金钢Q355系列(原GB/T1591-2008中Q345系列)钢厂在生产中使用Ti、Nb微合金化辅以合适的轧制工艺生产出了合格的产品，极大地降低了生产成本。
含Nb钢的轧制主要工序是加热—粗轧—精轧—控冷等基本过程完成。
有资料表明，含铌0.039﹪低合金碳猛钢:溶解在奥氏体中的铌含量，随温度的升高而增加。在粗化温度以下时，含铌第二相粒子能有效地阻止晶粒长大；在稍高于粗化温度时，第二相粒子对一部分晶粒长大失去阻碍作用从而导致混晶的出现。发明人对铌＝0.020％-0.040％的C-Mn-Nb钢在不同加热温度下Nb的析出、固溶含量进行了研究，结果见表1。
表1不同加热温度下Nb的析出量、固溶量(％)
Figure GDA0002969785320000011
表中的试验结果表明：900℃以下钢中的Nb(C、N)量基本与原始轧态含量相当，而当温度高于900℃时，随温度升高Nb(C、N)开始少量溶解，超过990℃后钢中的Nb(C、N)开始大量溶解，Nb(C、N)充分固溶入钢中。C-Mn-Nb钢在1150℃时，钢中的Nb(C、N)析出相基本溶解完(约95％)，并固溶入钢中。
通过对表1分析含Nb低合金钢轧制过程可得知：Nb在1150-900℃的析出量几乎是52％(94.44-41.66％)，在900-840℃的析出量只有5％(41.66-36.11％)，因此Nb的析出是在高温轧制过程析出。控制轧制是在未在再结晶区形成大量的变形带，5％的Nb形成的Nb(C、N)在变形带析出，控冷过程中变为相变的核心，细化晶粒，提高材料的强度和韧性。
由前面钢中Nb的固溶行为分析可知，随着冷却速度提高，钢中Nb(C、N)的析出量有所减少，但相对减少量不大，由此看来在控轧控冷过程中单从Nb(C、N)的析出量来看，强冷并未使Nb(C、N)析出量显著提高，可见大量Nb(C、N)析出是在控轧的应变诱导下发生的。因此研究含Nb的控轧工艺尤为重要。有资料介绍武钢船板生产实际，高温再结晶区的控轧前几道次采用高温大压下，道次压下量为15-20mm，累计变形量60％以上；开轧温度1150℃，终轧温度980℃以上。仍有约5％的Nb(C、N)未溶于奥氏体中，这部分未溶的Nb(C、N)粒子，阻止加热奥氏体晶粒长大，细化加热时奥氏体晶粒。粗轧控轧在再结晶区进行，奥氏体在反复的变形及再结晶过程奥氏体晶粒得到细化。粗轧后待温度降至950℃精轧机。精轧道次压下率大于10％。含Nb的低碳钢将再结晶温度提高到900-950℃。因此精轧是在无再结晶(或少再结晶)区进行，进而获得变形奥氏体。由于Nb(C、N)的变形诱导析出，抑制了变形奥氏体晶粒长大，奥氏体在变形过程中形成大量的形变带、增加了γ→α转变时的形核点，增强了γ→α相变细化效果，细化了α晶粒，使钢具有高的强韧性，同时钢中有较高的位错密度。
中国专利申请号201110041266.7，201110041878.6，201110041280.7，201110041881.8均为“一种热轧钢卷的生产方法”，分别对Q345B、Q345C、Q345D、Q345E低合金钢板的生产技术进行了了公开。涉及钢板厚度范围是16mm以下热轧钢卷，不同于单张轧制的中厚钢板。其成分设计如表2。
表2已有技术专利钢卷成分设计范围(％)
Figure GDA0002969785320000021
中国专利申请号201210432438.8、201210432232.5、201210432525.3、201210432521.5“一种低合金中厚钢板的生产方法”，分别对Q345B、Q345C、Q345D、Q345E低合金钢板的生产技术进行了了公开。钢的成分质量百分比为：C＝0.17～0.19，Si＝0.20～0.40，Mn＝0.55～0.65，P≤0.020，S≤0.020，Al＝0.003～0.010，Nb＝0.014～0.016，CEV≤0.30，其余为Fe和不可避免的杂质元素。该钢板的生产工艺为TMCP，即是控轧+ACC。
上述8个专利技术在生产中获得了应用，生产含Nb低合金钢性能满足标准的要求。2017年后用户对钢板的实物要求提高，该技术出现了一些问题，有的钢厂逐步恢复了恢复高Mn成分造成成本增加。
现有技术中TMCP工艺生产的低合金中厚板存在的主要缺陷是：薄钢板精轧终轧温度低，造成钢板屈服强度低；薄板终轧温度低，板型控制难，造成大量轧制废品；中间坯控温，轧机小时产量低；ACC冷却速度大、返红温度低，钢板产生粒状贝氏体组织，造成钢板延伸率不合格；钢板出ACC矫直后，钢板表面贝氏体相变在冷床进行时产生变形而飘曲；钢板位错密度大及热应力大造成内应力大，切割加工后产生翘曲，有的采用离线堆冷造成生产工序复杂、成本上升；矫直钢板温度低，矫直机备件损耗多；钢板的板型和切割后翘曲产生大量质量异议；很多钢厂为避免上述问题，恢复高Mn成分造成成本增加。
发明内容
本发明的目的是提供一种含Nb低合金钢轧制工艺，特别是生产厚度为10～40mm含Nb的Q355系列低合金钢板轧制工艺，克服已有技术存在的不足，满足低成本低合金钢板轧钢生产的需要；简化部分工序及减少Nb合金含量，降低生产成本。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种含Nb低合金钢轧制工艺，钢的化学成分质量百分比为：C＝0.17-0.19，Si＝0.20-0.40，Mn＝0.55-0.65，P≤0.020，S≤0.020，Al＝0.003-0.020，Nb＝0.008-0.010，CEV≤0.30，其余为Fe和不可避免的杂质元素；轧制工艺包括以下步骤：
一、炼钢工序生产合格的板坯；
二、将步骤一的板坯采用高温直接加热；
三、将步骤二加热后的板坯进行粗轧和精轧；粗轧压下规格编制为最大道次压下量，最大道次压下率大于20％，粗轧的开轧温度1150-1170℃，终轧温度970-1000℃；精轧累计压下率大于60％，最后三道次压下率大于16％，终轧温度900-940℃；
四、对步骤三轧制后的钢板进行冷却。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤二中加热分为三个加热段、均热段和出炉，加热段温度为1200-1240℃，均热段温度为1180-1220℃，出炉心部温度为1170-1190℃，加热速度为6-8min/cm，总在炉时间3-5h。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤三粗轧为快速轧制。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤四冷却方式为超快冷强冷，开冷温度900-920℃，冷却速度5-10℃/s，冷却至780-800℃后空冷。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术效果有：
本发明工艺生产的Q355B钢板完全符合GB/T1591-2018的要求，钢板的CEV在0.30％以下，钢板具有良好的焊接性能。屈服强度、抗拉强度有较大的富余量，延伸率和冲击韧性和原TMCP工艺生产的钢板相当。
本发明运用一种含Nb低合金钢轧制工艺，该工艺生产了高性能、具有良好焊接性能的含Nb低合金钢。与现有技术相比，本发明具有以下优点：高温热轧降低了轧机负荷，取消中间坯控温，提高了轧机小时产量；高温热轧薄板板型良好；在Ar3温度附近开始空冷，钢板强朔性匹配好，钢板不产生飘曲，取消了离线堆垛缓冷；钢板内应力小，用户切割后不翘曲，减少了质量异议；高温钢板矫直设备负荷小，矫直机维护费用大幅降低；钢板在高温开始空冷，钢板的性能波动范围小；减少了Nb合金含量，降低生产成本。
附图说明
图1是本发明工艺曲线图；
图2是本发明含Nb低合金钢Q355B金相组织图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明：
本发明公开了一种含Nb低合金钢轧制工艺，目的在于满足低成本低合金钢板轧钢生产的需要；简化部分工序及减少Nb合金含量，降低生产成本。钢的化学成分质量百分比为：C＝0.17-0.19，Si＝0.20-0.40，Mn＝0.55-0.65，P≤0.020，S≤0.020，Al＝0.003-0.020，Nb＝0.008-0.010，CEV≤0.30，其余为Fe和不可避免的杂质元素；如图1所示，轧制工艺包括以下步骤：
一、炼钢工序生产合格的板坯；
二、将步骤一的板坯采用高温直接加热，加热分为三个加热段、均热段和出炉，加热段温度为1200-1240℃，均热段温度为1180-1220℃，出炉心部温度为1170-1190℃，加热速度为6-8min/cm，总在炉时间3-5h；
三、将步骤二加热后的板坯进行快速粗轧和精轧；粗轧压下规格编制为最大道次压下量，最大道次压下率大于20％，粗轧的开轧温度1150-1170℃，终轧温度970-1000℃；精轧累计压下率大于60％，最后三道次压下率大于16％，终轧温度900-940℃；
四、对步骤三轧制后的钢板进行超快冷强冷，开冷温度900-920℃，冷却速度5-10℃/s，冷却至780-800℃后空冷。得到的产品通过显微镜观察金相组织如图2所示。
下面结合生产Q355B钢板实施例进一步介绍发明的内容。。
炼钢工序生产Q355B合格的320X2000断面板坯，钢的成分质量百分比如表3。
表3实施例中Q355B钢坯组成成分(％)
成分 C Si Mn P S Al<sub>T</sub> Nb
内控组成 0.17～0.19 0.20～0.40 0.55～0.65 ≤0.020 ≤0.020 0.003～0.020 0.008～0.012
实际组成 0.18 0.35 0.62 0.018 0.016 0.008 0.010
实施例1
轧制工艺包括以下步骤：
一、炼钢工序生产合格的板坯；
二、将步骤一的板坯采用高温直接加热，入炉温度650℃，加热分为三个加热段、均热段和出炉，加热段温度为1240℃，均热段温度为1220℃，出炉心部温度为1190℃，加热速度为7min/cm，总在炉时间3.5h；
三、将步骤二加热后的板坯进行快速粗轧和精轧；粗轧压下规格编制为最大道次压下量，最大道次压下率大于20％，粗轧的开轧温度1170℃，终轧温度1000℃；精轧累计压下率大于60％，最后三道次压下率大于16％，终轧温度940℃；
四、对步骤三轧制后的钢板进行超快冷强冷，开冷温度920℃，冷却速度10℃/s，冷却至790℃后空冷；
五、轧成40mm钢板性能检验：屈服强度378MPa、抗拉强度534MPa、延伸率30％、冷弯合格、常温平均冲击功258J。
实施例2
轧制工艺包括以下步骤：
一、炼钢工序生产合格的板坯；
二、将步骤一的板坯采用高温直接加热，入炉温度640℃，加热分为三个加热段、均热段和出炉，加热段温度为1200℃，均热段温度为1180℃，出炉心部温度为1170℃，加热速度为6min/cm，总在炉时间4.5h；
三、将步骤二加热后的板坯进行快速粗轧和精轧；粗轧压下规格编制为最大道次压下量，最大道次压下率大于20％，粗轧的开轧温度1150℃，终轧温度970℃；精轧累计压下率大于60％，最后三道次压下率大于16％，终轧温度920℃；
四、对步骤三轧制后的钢板进行超快冷强冷，开冷温度905℃，冷却速度5℃/s，冷却至780℃后空冷；
五、轧成10mm钢板性能检验：屈服强度397MPa、抗拉强度547MPa、延伸率33％、冷弯合格、常温平均冲击功143J(7.5mm试样)。
实施例3
轧制工艺包括以下步骤：
一、炼钢工序生产合格的板坯；
二、将步骤一的板坯采用高温直接加热，入炉温度630℃，加热分为三个加热段、均热段和出炉，加热段温度为1220℃，均热段温度为1200℃，出炉心部温度为1180℃，加热速度为8min/cm，总在炉时间4h；
三、将步骤二加热后的板坯进行快速粗轧和精轧；粗轧压下规格编制为最大道次压下量，最大道次压下率大于20％，粗轧的开轧温度1160℃，终轧温度980℃；精轧累计压下率大于60％，最后三道次压下率大于16％，终轧温度925℃；
四、对步骤三轧制后的钢板进行超快冷强冷，开冷温度915℃，冷却速度8℃/s，冷却至800℃后空冷；
五、轧成20mm钢板性能检验：屈服强度386MPa、抗拉强度525MPa、延伸率32％、冷弯合格、常温平均冲击功264J。
将以上具体实施例生产的钢板的拉伸性能实绩和纵向冲击性能实绩，如表4和表5所示。
表4钢板拉伸性能实绩
Figure GDA0002969785320000071
表5钢板20℃纵向冲击性能实绩
Figure GDA0002969785320000081
由表3及表5可知，本专利发明工艺生产的Q355B钢板完全符合GB/T1591-2018的要求，钢板的CEV在0.30％以下，钢板具有良好的焊接性能。屈服强度、抗拉强度有较大的富余量，延伸率和冲击韧性和原TMCP工艺生产的钢板相当。
通过对新工艺生产Q355B板进行埋弧焊焊接试验，结果表明新工艺生产Q355B板在热输入为50kJ/cm的条件下焊接，焊接接头的拉伸性能、弯曲性能和冲击性能良好，能满足标准要求。
本发明的技术原理：本发明具备高温奥氏体细晶粒制备和临界正火的轧制工艺特点，所有轧钢生产线都能实现，生产的含Nb低合金钢组织为(F+P)。其技术原理是运用Nb微合金化处理辅以再结晶区高温快速往复轧制细化奥氏体晶粒、利用Nb(C、N)大量析出(52％以上)钉扎奥氏体晶界、抑制高温奥氏体晶粒长大、高温奥氏体单相区超快冷保留高温细化效果；在Ar3(Ar3温度778℃左右)以上临界温度开始空冷形成极细晶粒的(P+F)类似平衡组织，降低了钢板的位错密度，保持了钢板的强度及韧性配合，满足取消轧制诱变析出后钢板对强度的要求；避免了薄板终轧温度低而入水温度低，造成钢板屈服强度低；薄板板型控制良好，减少了轧制废品；钢板空冷后不会产生粒状贝氏体，钢板延伸率高；高温空冷工艺，钢板不飘曲，钢板内应力小，切割加工后不翘曲，同时取消了离线堆冷工序；减少了Nb合金含量，降低了生产成本。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理等所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
本发明每一个组分的用量范围包括说明书中所提到的任意下限和任意上限的任意组合，也包括各具体实施例中该组分的具体含量作为上限或下限组合而构成的任意范围：所有这些范围都涵盖在本发明的范围内，只是为了节省篇幅，这些组合而成的范围未在说明书中一一列举。说明书中所列举的本发明的每一个特征，可以与本发明的其他任意特征组合，这种组合也都在本发明的公开范围内，只是为了节省篇幅，这些组合而成的范围未在说明书中一一列举。

Claims (3)

1.一种含Nb低合金钢轧制工艺，其特征在于：钢的化学成分质量百分比为：C=0.17-0.19，Si=0.20-0.40，Mn=0.55-0.65，P≤0.020，S≤0.020，Al=0.003-0.020，Nb=0.008-0.010，CEV≤0.30，其余为Fe和不可避免的杂质元素；轧制工艺包括以下步骤：
一、炼钢工序生产合格的板坯；
二、将步骤一的板坯采用高温直接加热；
三、将步骤二加热后的板坯进行粗轧和精轧；粗轧压下规格编制为最大道次压下量，最大道次压下率大于20%，粗轧的开轧温度1150-1170℃，终轧温度970-1000℃；精轧累计压下率大于60%，最后三道次压下率大于16%，终轧温度900-940℃；
四、对步骤三轧制后的钢板进行冷却，冷却方式为超快冷强冷，开冷温度900-920℃，冷却速度5-10℃/s，冷却至780-800℃后空冷。
2.根据权利要求1所述的一种含Nb低合金钢轧制工艺，其特征在于：步骤二中加热分为三个加热段、均热段和出炉，加热段温度为1200-1240℃，均热段温度为1180-1220℃，出炉心部温度为1170-1190℃，加热速度为6-8min/cm，总在炉时间3-5h。
3.根据权利要求1所述的一种含Nb低合金钢轧制工艺，其特征在于：步骤三粗轧为快速轧制。
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