專利名稱：一種600MPa級高強度熱連軋結構鋼及其制造方法
技術領域：
本發明屬于低合金鋼制造領域，具體涉及一種600MPa級高強度熱連軋結構鋼及其制造方法。
背景技術：
高強度鋼的應用可以顯著減 輕構件的重量，減輕設備的自重量，從而減少設備的燃料消耗，提高設備的工作效率。提高結構鋼強度通常可以采用細晶強化、析出強化、固溶強化、相變強化等一種或多種手段。目前，600MPa級別高強度結構鋼主要有兩大類。一類是低碳或超低碳貝氏體鋼，通過添加一定量的合金元素Mo、Mn、Cr、Ni和B等，使得鋼板形成低碳貝氏體為主的組織，使鋼板具有較高的強度和較好的韌性。這一類高強鋼的缺點是添加的合金元素較多，既增加鋼的制造成本，又影響鋼板的焊接性。另外一類是析出強化鋼，其特點是添加適量的強碳氮化物形成元素Nb、V和Ti等中的一種或多種，通過形成大量納米級尺寸的第二相析出粒子來提高鋼板的強度。中國專利CNlOl 15337IA公開了一種700MPa級別的熱連軋鋼板，主要通過Nb和Ti的析出強化來提高鋼板的強度，鋼中Nb、Mo等貴重元素的含量相對較高，鋼板的成本較高。中國專利CN101736199A公開了一種600MPa以上級別的高強度冷成型用結構鋼。該專利C含量較低，Nb、Mn和Cr等元素含量較多，導致鋼板的成本相對較高。中國專利CN101285156A公開了一種Ti析出強化的貝氏體鋼，鋼中的合金元素Cr和Mn含量相對較多，鋼板的成本相對較高，且合金含量較高將對其焊接性產生一定的不利影響。上述三個中國專利都是低碳高錳的析出強化鋼，其金相組織以F+B為主。
發明內容
本發明的目的在于提供一種600MPa級高強度熱連軋結構鋼及其制造方法，其屈服強度彡600MPa，抗拉強度彡650MPa，延伸率彡16%, -20°C沖擊功彡100J，不僅具有優良的力學性能，還具有良好的冷彎成形性能，可適用于特種汽車、保險柜等用結構件、集裝箱行業等領域。本發明的設計思路如下:本發明的化學成分中碳含量較高，添加的合金元素種類少、含量低,屬于低成本成分設計。并通過再加熱溫度、軋制溫度、冷卻速度等制造工藝，形成以下貝氏體為主的組織，下貝氏體組織具有較高的強度和良好的低溫韌性，通過貝氏體相變強化能夠大幅提高鋼板的強度，并使其具有良好的韌塑性。使本發明高強度熱連軋結構鋼的屈服強度> 600MPa，抗拉強度彡650MPa，延伸率彡16%，-20°C沖擊功彡100J，冷彎成形性能良好。為達到上述目的，本發明的技術方案是:一種600MPa級高強度熱連軋結構鋼，其化學成分重量百分比為:C:0.14 0.24%, Si..( 0.50%, Mn:0.5 1.5%，P:彡 0.020%, S 彡 0.010%, Ti:0.04-0.15%,B:0.0005-0.003%,Al ≤0.05%，其余為Fe和不可避免的雜質；所述高強度熱連軋結構鋼的微觀金相組織為少量的鐵素體+下貝氏體，其中鐵素體組織的比例少于20%，下貝氏體組織所占的體積比大于80%，該結構鋼的屈服強度≥600MPa，抗拉強度≥650MPa，延伸率≥16%，-20°C沖擊功≥IOOJ0進一步，本發明的600MPa級高強度熱連軋結構鋼的化學成分還可包括:Cu ≤ 0.20 %, Cr ≤0.20 %, Ni≤0.20 %, Mo ≤ 0.20 %, Nb ≤ 0.030 %, V ≤ 0.050 %，Ca ≤0.005%中的一種或多種，以重量百分比計。本發明600MPa級高強度熱連軋結構鋼優選的化學成分為:C:0.14 0.24%、S1:≤ 0.50 %、Mn:0.6 1.2 %，P:≤ 0.020 %，S ≤ 0.010 %，Ti:0.04-0.10 %, B:
0.0005-0.003%, Al ≤ 0.05%，其余為Fe和不可避免的雜質，以重量百分比計。本發明成分設計中:C:C是鋼中不可缺少的強化組元，溶入基體中的碳可以起到固溶強化的作用。另夕卜，C是提高鋼板淬透性最有效的元素之一，合適的C含量可以充分發揮相變強化作用。而過高的碳含量則會影響鋼材的焊接性和冷成型性。因此，本發明控制C含量為0.14
0.24%。Si =Si主要是以固溶強化形式提高鋼的強度，同時也是鋼中的脫氧元素，但含量過高會惡化鋼材的焊接性能。因此，本發明控制Si含量為≤0.50%。Mn:Mn主要通過固溶強化提高鋼的強度。Mn促進碳氮化物析出相在加熱的時候溶解，抑制析出相在軋制的時候析出，有利于保持較多的析出元素在軋后的冷卻過程中在鐵素體中析出，加強析出強化。此外，Mn可擴大奧氏體相區，降低過冷奧氏體的轉變溫度，有利于相變組織的細化。但，Mn含量過高時，連鑄坯表面易出現裂紋，并且對鋼的焊接性能有不利影響。因此，本發明控制Mn含量為0.5 1.5%。S、P:低的硫、磷含量可以使鋼具有良好的韌性、冷成型性和焊接性，因此，本發明中應盡量降低硫、磷含量，控制P含量≤0.020%、S含量≤0.010%。Ti =Ti是一種強烈的碳氮化物形成元素，Ti的未溶的碳氮化物在鋼加熱時可以阻止奧氏體晶粒的長大，在高溫奧氏體區粗軋時析出的TiN和TiC可有效抑制奧氏體晶粒長大，而在鐵素體區析出的細小的TiC顆粒能夠阻止位錯運動從而大大提高屈服強度。因此，本發明控制Ti含量為0.04 0.15%。B:B是提高鋼的淬透性有效且廉價的元素，鋼中加入適量的B元素，能夠保證在合適的冷卻速度條件下獲得貝氏體組織，保證鋼板的拉伸強度。但B元素含量過多，B易在晶界聚集，引起脆化。因此，本發明控制B含量0.0005-0.003%。Al:A1的作用主要是煉鋼過程中的脫氧劑，是保證鋼水中氧含量處于較低水平所必須的。但Al含量過多，易在鋼中形成較多的夾雜物，影響鋼板的性能。因此，本發明控制Al 含量≤0.050% οNb =Nb是強碳氮化合物形成元素，通過細晶強化和析出強化提高鋼的強度。Nb可提高奧氏體再結晶溫度，在較高的溫度下實現奧氏體非再結晶軋制，從而可使軋件在較高的溫度下完成軋制變形同時得到細小的相變組織。因此，本發明控制Nb含量彡0.030%。V:V是強碳氮化合物形成元素，通過細晶強化和析出強化提高鋼的強度。因此，本發明控制V含量≤0.05%。
Mo:Mo能夠有效提高淬透性，抑制多邊形鐵素體和珠光體的產生，促進在中溫和低溫區內形成晶內有大量位錯分布的鐵素體或貝氏體。但Mo為貴重合金元素，含量較高將使得鋼的制造成本大大增加。因此，本發明控制Mo含量< 0.20%。Cu:Cu通常以細小析出粒子狀態存在于鋼中，產生強化作用。但Cu含量高時將引起鋼坯加熱或熱軋過程中產生裂紋。因此，本發明控制Cu含量< 0.20%。Cr =Cr是提高淬透性的元素，能夠使鋼的強硬度增加。但Cr含量過高將影響鋼的韌性,并引起回火脆性。因此,本發明控制Cr含量< 0.20%。Ni =Ni在提高鋼強度的同時能夠改善其低溫韌性。但Ni為貴重元素，故Ni含量上限控制在0.20%。因此，本發明控制Ni含量< 0.20%。Ca:通過鈣處理可以改變硫化物形態，從而改善鋼的低溫韌性。因此，本發明控制Ca 含量彡 0.0050% ο本發明的600MPa級高強度熱連軋結構鋼的制造方法，包括如下步驟:I)冶煉、精煉、連鑄:按本發明的上述化學成分采用鐵水深脫硫、轉爐冶煉、爐外精煉、連鑄形成板坯。2)再加熱、軋制將步驟I)得到的板坯再加熱到1200°C以上，保溫3小時以上，再通過粗軋和精軋，其中粗軋結束溫度1000 1050°C，精軋結束溫度820 920°C。3)層流冷卻、卷取軋制后的軋件采用層流冷卻，以10 50°C /s的冷卻速度冷卻至400 550°C，再在400 550°C下卷取，獲得所述600MPa級高強度熱連軋結構鋼。本發明通過成分和軋制工藝的匹配，特別是采用層流冷卻并控制冷卻速度為10 50°C /s，卷取溫度為400 550°C，在冷卻和卷取過程中避免形成大量的鐵素體組織，而形成以下貝氏體為主的組織，其中，下貝氏體組織所占的體積比大于80%，使強韌性得到大幅提高。具體為:本發明通過成分的匹配，使得其鐵素體相變過程向右移，因而當精軋結束后鋼卷的層流冷卻速度高于10°C /s時，能夠避免形成較多的鐵素體組織；本發明通過化學成分匹配，其貝氏體開始轉變溫度約為580°C左右，馬氏體開始轉變溫度約為420°C。當卷取溫度為400-550°C時，處于貝氏體轉變溫度范圍，使本發明形成以下貝氏體為主的組織。另一方面，本發明中加入了適量的Ti元素，Ti元素在鋼坯的再加熱過程中大部分溶解至鋼中，隨著軋制過程溫度的逐漸降低，Ti的固溶度迅速降低，將在層流冷卻階段和卷取階段形成TiCN析出粒子。本發明鋼精軋結束后以10 50°C /s的冷卻速度層流冷卻，由于冷卻速度較快，鋼中的Ti來不及在層流冷卻過程中析出，尚未析出的Ti將在卷取以后析出。本發明的卷取溫度較低，因而有利于形成尺寸更加小的析出相粒子，其對強度的提高作用更大。本發明的有益效果:1.本發明添加的微合金元素種類少、含量低，尤其是貴重合金元素Nb、Mo和Ni等含量較少，大大降低了`生產成本；2.本發明中碳含量較高，并控制冷卻速度為10 50°C/s，卷取溫度400 550°C，可形成以下貝氏體為主的組織，使強韌性得到大幅提高；
3.本發明通過化學成分以及軋制工藝參數的配合，既充分利用了相變強化，又利用了 Ti的析出強化作用，使得高強度熱連軋結構鋼具有良好的強韌性和冷彎成形性能，其屈服強度彡600MPa，抗拉強度彡650MPa，延伸率彡16%，_20°C沖擊功彡100J ；4.本發明卷取溫度選擇400 550°C，使形成的組織主要為下貝氏體，大大改善了本發明高強度熱連軋結構鋼的強度和韌塑性。
圖1為本發明實施例2的微觀金相組織。
具體實施例方式下面結合實施例和附圖對本發明做進一步說明。本發明鋼板實施例的化學成份見表1，余量為Fe和不可避免的雜質。采用鐵水深脫硫、500kg真空感應爐冶煉、爐外精煉、連鑄形成板坯。將板坯加熱到1230-1280°C，保溫3小時以上，粗軋結束溫度1000 1050°C，精軋結束溫度820 920°C，軋后水冷至規定的卷取溫度，冷卻速度10 50°C /S，卷取溫度400-550°C。本發明實施例制造方法的工藝參數參見表2,力學性能參見表3。表I單位:重量百分比
權利要求
1.一種600MPa級高強度熱連軋結構鋼，其化學成分重量百分比為:C:0.14 0.24%、S1:≤ 0.50 %、Mn:0.5 1.5 %，P:≤0.020 %，S ≤ 0.010 %，T1:0.04 0.15 %，B:0.0005 0.003%, Al ( 0.05%，其余為Fe和不可避免的雜質；所述高強度熱連軋結構鋼的微觀金相組織為少量的鐵素體+下貝氏體，其中鐵素體組織的比例少于20%，下貝氏體組織所占的體積比大于80%，該結構鋼的屈服強度≥600MPa，抗拉強度≥650MPa，延伸率≥16%，-20°C沖擊功≥IOOJ0
2.如權利要求1所述的600MPa級高強度熱連軋結構鋼，其特征在于，所述高強度熱連軋結構鋼的化學成分中Mn:0.6 1.2%，T1:0.04-0.10%，以重量百分比計。
3.如權利要求1或2所述的600MPa級高強度熱連軋結構鋼，其特征在于，所述化學成分還包括:Cu ≤ 0.20 %, Cr ≤ 0.20 %, Ni≤ 0.20 %, Mo ≤ 0.20 %, Nb ≤ 0.050 %，V≤0.050%, Ca ≤ 0.005%中的一種或多種，以重量百分比計。
4.如權利要求1或2或3所述的600MPa級高強度熱連軋結構鋼的制造方法，包括如下步驟: 1)冶煉、精煉、連鑄: 按上述化學成分采用鐵水深脫硫、轉爐冶煉、爐外精煉、連鑄形成板坯； 2)再加熱、軋制 將步驟I)得到的板坯再加熱到1200°C以上，保溫3小時以上，再通過粗軋和精軋，其中粗軋結束溫度1000 1050°C，精軋結束溫度820 920°C ； 3)層流冷卻、卷取 軋制后的軋件采用層流冷卻，以10 50°C /s的冷卻速度冷卻至400 550°C，在該溫度下卷取，獲得所述600MPa級高強度熱連軋結構鋼。
5.如權利要求4所述的600MPa級高強度熱連軋結構鋼的制造方法，其特征在于，所述高強度熱連軋結構鋼的微觀金相組織為少量的鐵素體+下貝氏體，其中鐵素體組織的比例少于20 %，下貝氏體組織所占的體積比大于80 %，該結構鋼的屈服強度≥600MPa,抗拉強度≥650MPa，延伸率≥16%，-20°C沖擊功≥100J。
全文摘要
一種600MPa級高強度熱連軋結構鋼及其制造方法，所述結構鋼的化學成分重量百分比為C0.14～0.24％、Si≤0.50％、Mn0.5～1.5％，P≤0.020％，S≤0.010％，Ti0.04-0.15％，B0.0005-0.003％，Al≤0.05％，其余為Fe和不可避免的雜質。根據上述成分設計，經鐵水深脫硫、爐外精煉、連鑄成板坯、板坯再加熱、控制軋制、控制冷卻、卷取得到本發明的結構鋼，其屈服強度≥600MPa，抗拉強度≥650MPa，延伸率≥16％，-20℃沖擊功≥100J，并具有優良的冷彎成形性能。
文檔編號C22C33/04GK103255342SQ20131020301
公開日2013年8月21日 申請日期2013年5月28日 優先權日2013年5月28日
發明者胡曉萍, 溫東輝, 楊阿娜, 楊曉臻, 王煥榮, 劉剛, 張志超 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司