一種800MPa級高強耐候鋼板及其生產方法
【專利摘要】本發明公開了一種800MPa級高強耐候鋼板及其生產方法，高強耐候鋼板化學成分的重量百分比為C≤0.12%，Si≤0.40%，Mn：1.60～2.00%，P≤0.025%，S≤0.010%，Nb+V+Ti：0.10～0.40%，Mo:0.10～0.45%，Als：0.015～0.050%，N≤0.008%，余量為Fe及不可避免的雜質元素。生產方法包括轉爐冶煉，LF精煉，板坯連鑄，板坯加熱，高壓水除鱗，控制軋制及控制冷卻工序。本發明所生產熱軋卷板，利用多種元素的綜合強化作用來提高鋼的強度，并添加Mo元素提高鋼的延遲斷裂及耐腐蝕性能，得到抗拉強度≥900MPa，屈服強度≥800MPa，延伸率≥18%的高強耐候鋼板，并實現工業化生產。
【專利說明】
一種800MPa級高強耐候鋼板及其生產方法
技術領域
[0001] 本發明屬于冶金技術領域，具體涉及一種SOOMPa級高強耐候鋼板及其生產方法。
【背景技術】
[0002] 從20世紀初至今，美德英日各國對耐候鋼就進行了大量深入的研究。目前在歐洲 生產的耐候鋼主要為Cu-P-Cr-Ni系或Cu-Cr-Ni系，屈服強度大致為500MPa、550MPa、 600MPa、650MPa和700MPa，用于集裝箱用耐候鋼抗拉強度最高達600MPa。我國在耐候鋼方面 的研究最早始于20世紀60年代，以09CuPTiRE、09CuPCrNi、09CuPVRE為代表的耐候鋼，并已 形成了批量生產能力，這些鋼以Cu、P為主并加入了稀土元素和V、Ti等元素，屈服強度為 245MPa、345MPa，抗拉強度最高達550MPa。
[0003] 本發明所研制的耐候鋼主要采用鈮、釩、鈦復合添加的微合金鋼成分體系，利用多 種元素的綜合強化作用來提高鋼的強度，并添加 Mo元素提高鋼的延遲斷裂及耐腐蝕性能。 采用較高鋼坯加熱溫度及較低的卷取溫度，并嚴格控制熱乳過程參數生產出熱乳屈服強度 達SOOMPa、抗拉強度高達900MPa級耐候鋼，是目前市面上強度級別較高的一種高強耐候鋼 板。由于熱乳生產工藝特點，各乳制參數在一定范圍內波動，導致對成品微觀組織及強度控 制難度加大，因此乳制過程中找到最佳熱乳工藝控制參數，將是本發明研究的重點內容。
【發明內容】
[0004] 本發明提供一種SOOMPa級高強耐候鋼及其生產方法。采用鈮、釩、鈦復合添加的微 合金鋼成分體系，以析出強化為主，輔以相變強化和細晶強化，通過微合金化元素在鋼中的 固溶、偏聚和沉淀，實現了乳制時的低變形抗力和產品的高強度，同時具有良好的成形性 能、低溫沖擊性能和耐候性能。
[0005] 本發明的目的之一是提供一種SOOMPa級高強耐候鋼及生產方法，所述耐候鋼板化 學成分及其重量百分比如下：C < 12%，Si < 40%，Mn : 1 · 60 ~2 · 00%，P < 0 · 025%，S < 0.010%，Nb+V+Ti :0.10~0.40%，M〇 :0.10~0.45%，Als :0.015~0·050%，Ν< 0.008%，余量為 Fe及不可避免的雜質元素。
[0006] 本發明所述耐候鋼板性能指標如下:抗拉強度2 900MPa，屈服強度2 SOOMPa，延伸 率之18%。
[0007] 本發明所述耐候鋼板組織為鐵素體加珠光體，其中珠光體占10~16%。
[0008] 本發明的另一目的是提供上述一種SOOMPa級高強耐候鋼的生產方法，包括下述工 序:轉爐冶煉，LF精煉，板坯連鑄，板坯加熱，高壓水除鱗，控制乳制，控制冷卻。
[0009] 本發明所述轉爐冶煉按照設定成分冶煉鋼水，鋼水LF精煉、板坯連鑄工序得到板 坯。
[0010]本發明所述板坯加熱工序將板坯加熱至1220~1300 °C。
[0011] 本發明所述控制乳制工序包括粗乳、熱卷箱卷取、精乳。
[0012] 本發明所述粗乳為5道乳制，出口溫度為1060~1140 °C。
[0013] 本發明所述精乳出口溫度為860~920°C。
[0014] 本發明所述控制冷卻工序中層流冷卻速度15~30 °C/S，所述卷取溫度為570~630 Γ。
[0015] 本發明工藝中板坯優先采用直裝。
[0016] 本發明化學成分的設計思路：為實現耐候鋼板屈服強度達到SOOMPa級，必須在熱 乳及隨后冷卻過程中實現細晶強化、析出強化、相變強化和固溶強化等最大限度的綜合控 制，同時為保證具有良好的冷彎成形性能，在鋼中加入微合金元素鈮，以提高鋼的再結晶溫 度，使得在較高的溫度下完成乳制也可以得到儲存大變形能的變形奧氏體組織，進而得到 細小的相變組織。
[0017] C: 0.12%以下，對鋼的耐大氣腐蝕不利，同時C影響鋼的焊接性能、冷脆性能和沖 壓性能等，耐候鋼中C含量被控制在0.12%以下。
[0018] Si :0.40%以下，與其它元素如P配合使用可改善鋼的耐候性。較高的Si含量有利于 細化a-FeOOH，從而降低鋼整體的腐蝕速率。
[0019] Mn: 1.60~2.00%，通過固溶強化提高鋼的強度。Μη促進碳氮化物析出相在加熱時 候的溶解，抑制析出相在乳制時候的析出，有利于保持較多的析出元素于乳后的冷卻過程 中在鐵素體中析出，加強了析出強化。此外Μη可擴大奧氏體相區，降低過冷奧氏體相的轉變 溫度，有利于相變組織的細化。
[0020] Ρ: 0.025%以下，是提高鋼耐大氣腐蝕性能最有效的合金元素之一。當Ρ與Cu聯合 加入鋼中時，顯示出更好的復合效應。在大氣腐蝕條件下，鋼中的P是陽極去極化劑，它在鋼 中能加速鋼的均勻溶解和Fe2+的氧化速率，有助于在鋼表面形成均勻銹層，促進生成非晶態 接基氧化鐵FeO X (0H)f X致密保護膜，從而增大了電阻，成為腐蝕介質進入鋼基體的保護 屏障，使鋼內部免遭大氣腐蝕。當磷形成P〇3_4時還起到緩蝕作用。低的磷含量可使鋼具有良 好的韌性、冷成形性和焊接性。
[0021] S: 0.010%以下，對耐候性起不良作用，低的硫含量使鋼具有較好的韌性和冷成形 性。
[0022] Nb+V+Ti : 0.10~0.40%，V除了溶解溫度較低和阻止再結晶的效果較弱外，和Nb有 相似的作用。V僅在900°C以下對再結晶才有推遲作用，在奧氏體轉變以后，V幾乎己完全溶 解，所以在固溶體中，V僅作為一個元素來影響奧氏體向鐵素體轉變。但與Nb相比，V使那些 不希望有的非多邊形鐵素體產生得較少，這個特性對于厚度較大的鋼板是十分有利的。因 V 與鋼中的氮具有較強的親和力，所以V可以固定鋼中的"自由"氮，在鋼中，V與C和"自由"N結 合形成V(C，N)化合物，大大降低了鋼中的"自由" N含量，避免了鋼的應變時效性。
[0023] Nb:通過細晶強化和析出強化提高鋼的強度，Nb可提高奧氏體的再結晶溫度，即在 較高的溫度下實現奧氏體非再結晶區乳制，從而可使乳件在較高的溫度下完成乳制變形， 同時得到細小的相變組織。此外部分Nb在鐵素體區析出，強化鐵素體基體。
[0024] Ti:改善鋼的焊接性能，同時Ti加入Nb鋼中還可延長NbC的析出孕育期，使得Nb-Ti 復合鋼的碳化物析出開始時間較Nb鋼要晚，從而析出物更加細小彌散鈦的細化晶粒效果， 表現為強度每提高l〇MPa韌脆轉變溫度降低6°C，沉淀強化效果表現為強度每提高lOMPa韌 脆轉變溫度升高3.5 °C。
[0025] Ti與N在高溫下的結合可以有效阻止Nb與N的結合，從而提高Nb在奧氏體中的固溶 量，使得隨后鐵素體中Nb(C，N)的析出強化效果增強。Ti的另一個重要特點則是鋁脫氧鋼 中，由于Ti和S的親合力，用Ti控制硫化物的形態，增加 Ti含量可形成不易塑性變形的(Mn， Ti)S及Ti4C2S2,改善性能的不均勻性。
[0026]本發明工藝工藝參數的設計思路： 乳制工藝:采用控乳控冷技術，加熱溫度控制在1240~1280°C范圍內的中上限，精乳出 口溫度在860~900°C中上限，確保單相奧氏體區相變乳制，層冷采用前段集中冷卻工藝，將 變形和熱處理相結合，得到期望的組織及細化晶粒，提高材料力學性能及冷彎成形性能。 [0027]乳制時鋼坯開乳溫度按1220~1300°C范圍控制，在這一溫度下，使得已經存在的 大部分鈮和鈦的碳、氮化物再度固溶，然后在乳制和卷取過程中析出，起到晶粒細化和析出 強化等作用。
[0028]結合SOOMPa級高強耐候鋼板所設計化學成分，乳制溫度的選擇對析出強化和細晶 強化來講有此消彼長的影響，同時注意到，如果乳制溫度高到使材料在乳時處于再結晶態 或不完全再結晶態，可能會導致晶粒細化不夠甚至混晶而影響成形性能，綜上考慮，精乳出 口溫度按860~920°C范圍控制，卷取溫度按570~630°C范圍控制。
[0029] 本發明根據微合金元素的碳氮化物在控乳控冷中的作用機理： 微合金元素碳氮化物的沉淀強化是微合金鋼中最重要的強化方式之一。微合金碳、氮 化物的析出不僅可以產生析出強化，而且還可以達到晶粒細化的目的。其中晶粒細化是通 過析出質點釘扎晶界而獲得的。在熱加工或延遲奧氏體再結晶時有應變誘導產生的析出會 使奧氏體在冷卻轉變時形成極為微細的鐵素體晶粒。強化作用主要是通過微合金碳化物、 氮化物在γ -α轉變時在鐵素體中析出而產生的，這些在鐵素體中析出的細小彌散的析出 物不僅產生顯著的強化效果，而且能夠阻礙在轉變或轉變后的鐵素體晶粒長大，從而間接 地細化晶粒。
[0030] 微合金元素碳氮化物在控制乳制時的析出作用主要有:均熱未溶的微合金碳氮化 物質點將通過質點釘扎晶界機制而阻止均熱奧氏體晶粒的粗化，保證得到細小的均熱奧氏 體晶粒;在控乳過程中應變誘導析出相通過質點釘扎晶界和亞晶界的作用而相當顯著地阻 止形變奧氏體的再結晶；在控制乳制相變發生以后，殘留在奧氏體中的微合金元素進一步 在鐵素體中析出，產生顯著的析出強化效果。
[0031] 除了對機械性能的影響以外，鐵素體內的析出物阻礙晶粒長大的作用也十分重 要，特別是在熱乳帶鋼卷取后冷卻過程中，析出的大小是很重要的。通過控制轉變溫度可以 控制析出物的尺寸。當卷取溫度越低，析出顆粒越細。同時可以看出，由于冷卻速度增加，析 出物的尺寸變的更為細小，同時也加了強度。但是，過快的冷卻速度會抑制析出，因而在低 溫卷取時，雖然鐵素體的晶粒尺寸十分細小，但由于析出強化減弱，屈服強度不會得到顯著 的提高。這時，很細的鐵素體晶粒提供了幾乎所有強度，因而強度不是太高，但有良好的塑 性和韌性。
[0032] 本發明的特點是在常規強化元素碳、錳的基礎上，添加釩、鈮、鈦復合微合金元素， 其強度通過細晶粒來提供，同時微合金鋼中細小彌散的微合金碳、氮化物的析出強化對強 度也有很大貢獻。晶粒的細化和微合金元素碳、氮化物析出的控制都可以通過調節控乳控 冷工藝參數來實現。
[0033]采用上述技術方案所產生的有益效果在于:通過本發明生產的SOOMPa級高強耐候 鋼板，抗拉強度2 900MPa，屈服強度2 800MPa，延伸率2 18%，組織為鐵素體加珠光體，珠光 體占10~16%;該鋼板在力學性能達到高強的同時，兼具有良好的低溫沖擊性及耐候性能。
【附圖說明】
[0034]圖1為本發明實施例1所生產鋼板100μπι的金相組織顯微圖； 圖2為本發明實施例2所生產鋼板100μπι的金相組織顯微圖； 圖3為本發明實施例3所生產鋼板100μπι的金相組織顯微圖； 圖4為本發明實施例4所生產鋼板300μπι的金相組織顯微圖； 圖5為本發明實施例5所生產鋼板50μπι的金相組織顯微圖； 圖6為本發明實施例6所生產鋼板20μπι的金相組織顯微圖。
【具體實施方式】
[0035]下面結合附圖及【具體實施方式】對本發明作進一步詳細的說明。
[0036] 實施例1 厚度3.5111111、寬度1524111111，80010^級高強耐候鋼板，所述熱乳卷板化學組分及重量百分 比為：C:0.06%，Si:0.08%，Mn:1.85%，P :0.014%，S:0.006%，Nb:0.055%，V:0.03%，Ti:0.11%， Mo: 0.20%，Als: 0.020%，N: 0.0045%，余量為Fe及不可避免的雜質元素。耐候鋼板組織為鐵素 體加珠光體，珠光體占13%。
[0037] 生產方法：1)按照上述設定成分冶煉鋼水，鋼水LF精煉、板坯連鑄工序得到板坯； 2)將板坯加熱至1275Γ，經高壓水除鱗、粗乳、熱卷箱卷取、精乳、控制冷卻得到熱乳卷板。 [0038] 其中粗乳5道乳制，出口溫度為1100°C ;精乳出口溫度為900°C，層流冷卻速度25 °(：/11^11，卷取溫度為610°(：。
[0039] 實施例2 厚度5.〇111111、寬度1524111111，80010^級高強耐候鋼板，所述熱乳卷板化學組分及重量百分 比為：C:0.07%，Si:0.07%，Mn:1.90%，P :0.013%，S:0.0055%，Nb:0.050%，V:0.02%，Ti:0.12%， Mo: 0.25%，Als: 0.025%，N: 0.0033%。，余量為Fe及不可避免的雜質元素。耐候鋼板組織為鐵 素體加珠光體，珠光體占14%。
[0040]生產方法：1)按照上述設定成分冶煉鋼水，鋼水LF精煉、板坯連鑄工序得到板坯； 2)將板坯加熱至1280°C，經高壓水除鱗、粗乳、熱卷箱卷取、精乳、控乳冷卻得到熱乳卷板。 [0041 ] 其中粗乳5道乳制，出口溫度為1120°C ;精乳出口溫度為890°C，層流冷卻速度23 °C/min，卷取溫度為600°C。
[0042] 實施例3 厚度6_、寬度1500mm，800MPa級高強耐候鋼板，所述熱乳卷板化學組分及重量百分比 為：(：：0.075%，51:0.075%，]?11:1.95%，？ ：0.014%，5:0.0045%，恥：0.052%，￥:0.025%，11 :0.122%，Mo: 0.30%，Als: 0.030%，N: 0.0043%，余量為Fe及不可避免的雜質元素。耐候鋼板組 織為鐵素體加珠光體，珠光體占 15%。
[0043] 生產方法：1)按照上述設定成分冶煉鋼水，鋼水LF精煉、板坯連鑄工序得到板坯； 2)將板坯加熱至1250Γ，經高壓水除鱗、粗乳、熱卷箱卷取、精乳、控乳冷卻得到熱乳卷板。 [0044] 其中粗乳5道乳制，出口溫度為1090°C;精乳出口溫度為880°C，層流冷卻速度24 °C/min，卷取溫度為590°C。
[0045] 實施例4 厚度8_、寬度1500mm，800MPa級高強耐候鋼板，所述熱乳卷板化學組分及重量百分比 為：C:0.08%，Si:0.08%，Mn:2.0%，P:0.015%，S :0.006%，Nb:0.055%，V:0.030%，Ti:0.13%，Mo: 0.35%，Als: 0.040%，N:0.0050%，余量為Fe及不可避免的雜質元素。耐候鋼板組織為鐵素體 加珠光體，珠光體占15%。
[0046] 生產方法：1)按照上述設定成分冶煉鋼水，鋼水LF精煉、板坯連鑄工序得到板坯； 2)將板坯加熱至1280°C，經高壓水除鱗、粗乳、熱卷箱卷取、精乳、控乳冷卻得到熱乳卷板。 [0047] 其中粗乳5道乳制，出口溫度為1120°C;精乳出口溫度為900°C，層流冷卻速度26 °C/min，卷取溫度為620°C。
[0048] 實施例5 厚度8_、寬度1500mm，800MPa級高強耐候鋼板，所述熱乳卷板化學組分及重量百分比 為：C:0.12%，Si:0.20%，Mn:1.95%，P:0.025%，S :0.006%，Nb:0.040%，V:0.010%，Ti:0.050%， Mo: 0.45%，Als:0.015%，N: 0.0080%，余量為Fe及不可避免的雜質元素。耐候鋼板組織為鐵素 體加珠光體，珠光體占16%。
[0049] 生產方法：1)按照上述設定成分冶煉鋼水，鋼水LF精煉、板坯連鑄工序得到板坯； 2)將板坯加熱至1300°C，經高壓水除鱗、粗乳、熱卷箱卷取、精乳、控乳冷卻得到熱乳卷板。
[0050] 其中粗乳5道乳制，出口溫度為1140°C;精乳出口溫度為920°C，層流冷卻速度30 °C/min，卷取溫度為630°C。
[0051 ] 實施例6 厚度8_、寬度1500mm，800MPa級高強耐候鋼板，所述熱乳卷板化學組分及重量百分比 為：C:0.065%，Si:0.40%，Mn:1.60%，P :0.011%，S:0.010%，Nb:0.09%，V:0.10%，Ti:0.21%，Mo: 0.10%, Als: 0.050%，N: 0.0042%，余量為Fe及不可避免的雜質元素。耐候鋼板組織為鐵素體 加珠光體，珠光體占10%。
[0052]生產方法：1)按照上述設定成分冶煉鋼水，鋼水LF精煉、板坯連鑄工序得到板坯； 2)將板坯加熱至1220Γ，經高壓水除鱗、粗乳、熱卷箱卷取、精乳、控乳冷卻得到熱乳卷板。 [0053] 其中粗乳5道乳制，出口溫度為1060°C;精乳出口溫度為860°C，層流冷卻速度15 °C/min，卷取溫度為570°C。
[0054] 對上述實施例1-6中的產品進行力學性能檢測，屈服強度815~845MPa，抗拉強度 915~935MPa，延伸率21~25%，具有良好的力學強度及塑性匹配，具體指標如表1所示： 表1性能檢測數據_
以上實施例僅用以說明而非限制本發明的技術方案，盡管參照上述實施例對本發明進 行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解:依然可以對本發明進行修改或者等同替 換，而不脫離本發明的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均應涵蓋在本發明的權利要 求范圍當中。
【主權項】
1. 一種SOOMPa級高強耐候鋼板，其特征在于，所述耐候鋼板化學成分及其重量百分比 如下：0· 12%，Si < 0·40%，Μη: 1.60~2.00%，P < 0.025%，S < 0.010%，Nb+V+Ti:0.10~ 0.40%，]?〇:0.10~0.45%，418:0.015~0.050%氺< 0.008%，余量為？6及不可避免的雜質元 素。2. 根據權利要求1所述的一種SOOMPa級高強耐候鋼板，其特征在于，所述耐候鋼板性能 指標如下:抗拉強度2 900MPa，屈服強度2 800MPa，延伸率2 18%。3. 根據權利要求1所述的一種SOOMPa級高強耐候鋼板，其特征在于，所述耐候鋼板組織 為鐵素體加珠光體，其中珠光體占10~16%。4. 基于權利要求1-3任意一項所述的一種SOOMPa級高強耐候鋼板的生產方法，其特征 在于，所述生產方法包括下述工序:轉爐冶煉，LF精煉，板坯連鑄，板坯加熱，高壓水除鱗，控 制乳制，控制冷卻。5. 根據權利要求4所述的生產方法，其特征在于，所述轉爐冶煉按照設定成分冶煉鋼 水，鋼水LF精煉、板坯連鑄工序得到板坯。6. 根據權利要求4所述的生產方法，其特征在于，所述板坯加熱工序將板坯加熱至1220 ~1300。。。7. 根據權利要求4-6任意一項所述的生產方法，其特征在于，所述控制乳制工序包括粗 車L、熱卷箱卷取、精乳。8. 根據權利要求7所述的生產方法，其特征在于，所述粗乳為5道乳制，出口溫度為1060 ~1140。。。9. 根據權利要求7所述的生產方法，其特征在于，所述精乳出口溫度為860~920 °C。10. 根據權利要求4-6任意一項所述的生產方法，其特征在于，所述控制冷卻工序中層 流冷卻速度15~30°C/S，所述卷取溫度為570~630°C。
【文檔編號】C21D8/02GK105838996SQ201610285086
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月28日
【發明人】谷輝格, 張大偉, 包闊, 陳超, 徐立山, 高玲玲, 程玉君, 薛啟河, 王偉, 喬俊
【申請人】河北鋼鐵股份有限公司承德分公司