一種高強(qiáng)度冷軋熱鍍鋅雙相鋼板及其制造方法

《一種高強(qiáng)度冷軋熱鍍鋅雙相鋼板及其制造方法》屬于汽車用冷軋高強(qiáng)度薄板技術(shù)領(lǐng)域，提供了一高強(qiáng)度級(jí)冷軋熱鍍鋅雙相鋼及其制造方法。

截至2011年3月，隨著人們對(duì)轎車沖撞安全性和耐蝕性要求的不斷提高，汽車用鋼板向高強(qiáng)度和全鍍層方向發(fā)展，促使了高強(qiáng)IF鋼，烘烤硬化鋼、相變誘導(dǎo)塑性鋼和雙相鋼等熱鍍鋅高強(qiáng)鋼在汽車車體上的應(yīng)用。同時(shí)，為降低溫室效應(yīng)，保護(hù)地球環(huán)境，強(qiáng)化對(duì)CO₂排放量的限制，有助于低燃料消耗的汽車車體輕量化成為現(xiàn)代汽車工業(yè)的一個(gè)重要研究課題。由于冷軋熱鍍鋅雙相鋼具有屈強(qiáng)比低，初始加工硬化率高，良好的強(qiáng)度和延性匹配、較好的烘烤硬化性能以及較高的碰撞能量吸收能力等特點(diǎn)，滿足了汽車車體輕量化、沖撞安全性和耐銹蝕性等要求，已成為中國(guó)國(guó)內(nèi)外鋼鐵企業(yè)和研究院所研發(fā)的重點(diǎn)。

冷軋熱鍍鋅雙相鋼需要略微高的合金含量^[1，2]和合理的鍍鋅工藝參數(shù)控制已為人們所共識(shí)。冷軋熱鍍鋅雙相鋼和冷軋雙相鋼的生產(chǎn)存在明顯的不同，由于冷軋退火線爐區(qū)長(zhǎng)，冷速大，可以保證鋼帶在保溫段退火后快速冷卻以發(fā)生低溫轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)冷軋雙相鋼組織中軟相鐵素體基體和硬相馬氏體的合理配分。但是，生產(chǎn)冷軋熱鍍鋅雙相鋼時(shí)，鍍鋅線爐區(qū)短，冷速小，且鋼帶在兩相區(qū)保溫退火必須冷卻到460℃左右鍍鋅，然后出鋅鍋終冷至室溫，限制了奧氏體向馬氏體相變，容易發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變或貝氏體轉(zhuǎn)變。雖然可以加入較多的Mn、Mo、Cr、B等合金元素來(lái)提高鋼的淬透性，實(shí)現(xiàn)鋼在慢冷速下的低溫轉(zhuǎn)變，但這無(wú)疑降低了冷軋熱鍍鋅雙相鋼的可鍍性，并增加了生產(chǎn)成本。基于上述原因，在連續(xù)鍍鋅線上生產(chǎn)雙相鋼時(shí)，鋼的成分設(shè)計(jì)和退火鍍鋅工藝參數(shù)優(yōu)化尤為重要。

如專利US006312536B1敘述了將含有C：0.02％～0.20％、Mn：1.50％～2.40％、Cr：0.03～1.50％、Mo：0.03％～1.50％，且Mn、Cr、Mo的加權(quán)量要同時(shí)滿足3Mn 6Cr Mo＜8.1％和Mn 6Cr 10Mo＞3.5％的鋼在熱鍍鋅退火時(shí)需要在780℃或更高的溫度加熱鋼板，隨后以適當(dāng)工藝就可以得到期望的主要為鐵素體和馬氏體的顯微組織，強(qiáng)度級(jí)別從450-780兆帕的冷軋熱鍍鋅雙相鋼。但是《一種高強(qiáng)度冷軋熱鍍鋅雙相鋼板及其制造方法》中鍍鋅用的冷硬基板在熱軋時(shí)，要求以40℃/秒的冷速冷到480℃進(jìn)行卷取，冷硬基板容易得到鐵素體、珠光體和貝氏體的復(fù)合組織，增加了熱卷取設(shè)備的負(fù)荷并且板形較差，相應(yīng)地增加了冷軋機(jī)組的軋制負(fù)荷，不利于后續(xù)的冷軋生產(chǎn)。并且生產(chǎn)低級(jí)別的熱鍍鋅雙相鋼時(shí)，由于碳及合金含量少，在780℃或更高的溫度加熱鋼板，鍍鋅后的鋼板不容易得到主要為鐵素體和馬氏體的顯微組織。

專利CN200380109234.X所述鋼的成分與專利US006312536B1基本相同，也要復(fù)合添加Cr，Mo等合金元素，退火鍍鋅時(shí)把鋼板的加熱溫度降低到727～775℃范圍內(nèi)，并隨后在454～493℃范圍內(nèi)保持20～100秒進(jìn)行等溫處理，再經(jīng)鋅槽鍍鋅進(jìn)行熱浸鍍。雖然容易得到典型的雙相組織，但是在2011年3月前的連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)線上實(shí)現(xiàn)454～493℃范圍內(nèi)保持20～100秒十分困難，并且《一種高強(qiáng)度冷軋熱鍍鋅雙相鋼板及其制造方法》沒(méi)有考慮到較低的加熱保溫溫度，不易消除Mn含量多時(shí)（如實(shí)施例中鋼的Mn含量達(dá)到1.81％），形成的以滲碳體、珠光體、貝氏體為主的帶狀組織。同時(shí)，該發(fā)明沒(méi)有提及如何生產(chǎn)具有合適顯微組織及良好板形的冷軋基板的方法。

CA2564050A1敘述的鋼中需同時(shí)加入Mo、B、Ca、Cr、Ni、Nb、V、Ti等諸多元素，通過(guò)熱鍍鋅工藝得到抗拉強(qiáng)度440-780兆帕的冷軋熱鍍鋅雙相鋼，由于添加元素多，加大了煉鋼難度且增加了制造成本。

專利CN200710044158.9敘述了將含有C：0.02％～0.08％、Si：≤0.1％，Mn：0.80％～1.80％、Cr：≤1.0％，Mo：≤0.5％，且Mn、Cr、Mo的加權(quán)量要滿足1.6％≤3Mn 6Cr Mo≤3.8％的鋼，熱軋采用650～680℃的高溫卷取，熱鍍鋅退火時(shí)臨界退火溫度為800～860℃，鍍鋅后得到450兆帕級(jí)到550兆帕級(jí)的高強(qiáng)度汽車外板。《一種高強(qiáng)度冷軋熱鍍鋅雙相鋼板及其制造方法》復(fù)合添加了貴重元素Mo和Cr，并且熱鍍鋅退火時(shí)臨界退火溫度高，增加了生產(chǎn)成本，不利于節(jié)省能源和降低成本。

圖1為連續(xù)退火鍍鋅工藝制度示意圖；

圖2為實(shí)施例熱軋板的顯微組織照片；

圖3為實(shí)施例冷軋熱鍍鋅鋼板的顯微組織圖。

2016年12月7日，《一種高強(qiáng)度冷軋熱鍍鋅雙相鋼板及其制造方法》獲得第十八屆中國(guó)專利優(yōu)秀獎(jiǎng)。

實(shí)施例鋼的成分見(jiàn)表1，熱軋工藝參數(shù)見(jiàn)表2，退火鍍鋅工藝參數(shù)和鍍鋅后鋼板的力學(xué)性能見(jiàn)表3，連續(xù)退火鍍鋅工藝制度示意圖見(jiàn)圖1，熱軋板顯微組織見(jiàn)圖2，冷軋熱鍍鋅鋼板的顯微組織見(jiàn)圖3。

可鍍性：目視評(píng)價(jià)熱鍍鋅后鍍層鋼板的外觀。將沒(méi)有浸鍍不上的定為“優(yōu)”，稍微有浸鍍不上的定為“良”，浸鍍不上的定為“劣”。

按《一種高強(qiáng)度冷軋熱鍍鋅雙相鋼板及其制造方法》設(shè)計(jì)的化學(xué)成分，實(shí)施例鋼經(jīng)冶煉連鑄，依照設(shè)定的熱軋工藝控軋控冷，得到厚度為2.0～6.5毫米，板形良好的熱軋板，熱軋板組織由鐵素體和珠光體組成。熱軋板經(jīng)酸洗冷軋成0.5～2.5毫米的基板，然后在連續(xù)退火鍍鋅線上進(jìn)行退火鍍鋅，最終得到的鋼板顯微組織由鐵素體和馬氏體組成，其抗拉強(qiáng)度為490～700兆帕，強(qiáng)度和延性匹配良好，可鍍性優(yōu)良。

一種高強(qiáng)度冷軋熱鍍鋅雙相鋼板及其制造方法專利目的

《一種高強(qiáng)度冷軋熱鍍鋅雙相鋼板及其制造方法》所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能在連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)線上制造抗拉強(qiáng)度在490～700兆帕之間、強(qiáng)度和延性匹配良好、可鍍性能優(yōu)良的高強(qiáng)度冷軋熱鍍鋅雙相鋼板及其制造方法。

一種高強(qiáng)度冷軋熱鍍鋅雙相鋼板及其制造方法技術(shù)方案

《一種高強(qiáng)度冷軋熱鍍鋅雙相鋼板及其制造方法》在不需要復(fù)合添加Mo、Cr、B、Ni等多種貴重合金元素的情況下，控制熱軋和退火鍍鋅工藝參數(shù)，保證鋼板的高強(qiáng)度、兩相組織和鍍鋅質(zhì)量。

一種高強(qiáng)度冷軋熱鍍鋅雙相鋼板，其特征在于成分按質(zhì)量百分比為C：0.03％～0.15％、Si：≤0.15％、Mn：1.00％～1.75％、P：≤0.015％、S：≤0.012％、Al：0.02％～0.15％、Cr：0.35～0.75％、Cu：0.02％～0.15％、Ti0.010～0.035％、N：≤0.005％，并且滿足1.5％≤Mn 1.29Cr 0.46Cu≤2.5％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。

組成成分優(yōu)選按質(zhì)量百分比：C：0.06％～0.12％、Si：≤0.10％、Mn：1.20％～1.50％、P：≤0.010％、S：≤0.008％、Al：0.050％～0.100％、Cr：0.40～0.60％、Cu：0.07％～0.10％、Ti：0.015～0.030％、N：≤0.003％，并且滿足1.7％≤Mn 1.29Cr 0.46Cu≤2.3％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。

《一種高強(qiáng)度冷軋熱鍍鋅雙相鋼板及其制造方法》鋼種成分控制原理如下：

C：是最有效的強(qiáng)化元素，是形成馬氏體的主要元素，直接影響臨界區(qū)處理后雙相鋼中馬氏體體積分?jǐn)?shù)和馬氏體中的碳含量，并決定了雙相鋼的硬度和馬氏體的精細(xì)結(jié)構(gòu)。雙相鋼中碳含量一般應(yīng)該小于0.2％，為保證鋼具有好的伸長(zhǎng)率和良好的焊接性，該發(fā)明中碳含量控制在0.03％～0.15％。

Si：是強(qiáng)化鐵素體的元素，促使碳向奧氏體偏聚，對(duì)鐵素體中固溶碳有清除和凈化作用，以避免間隙固溶強(qiáng)化和冷卻時(shí)粗大碳化物的生成，有助于提高雙相鋼的延性，但為了避免Si含量過(guò)高引起鋼板的浸鍍性能，《一種高強(qiáng)度冷軋熱鍍鋅雙相鋼板及其制造方法》Si控制在的0.15％以下。

Mn：屬于擴(kuò)大奧氏體相區(qū)，穩(wěn)定奧氏體的元素，可以有效提高奧氏體島的淬透性，因而可以降低臨界區(qū)加熱后獲得雙相鋼組織和性能所必須的冷卻速率，并起到固溶強(qiáng)化和細(xì)化鐵素體晶粒的作用，可顯著推遲珠光體轉(zhuǎn)變和貝氏體轉(zhuǎn)變。高錳含量容易引起滲碳體、珠光體、貝氏體為主的帶狀組織，同時(shí)影響基板的可鍍性和焊接性?！兑环N高強(qiáng)度冷軋熱鍍鋅雙相鋼板及其制造方法》Mn含量控制在1.00％～1.75％。

Cr：中強(qiáng)碳化物形成元素，顯著提高鋼的淬透性，能強(qiáng)烈推遲珠光體轉(zhuǎn)變和貝氏體轉(zhuǎn)變，增大奧氏體的過(guò)冷能力，從而細(xì)化組織，起到強(qiáng)化效果。另外，鋼中的鉻元素能促進(jìn)鋅液對(duì)鋼的侵蝕。《一種高強(qiáng)度冷軋熱鍍鋅雙相鋼板及其制造方法》Cr的含量控制在0.35％～0.75％。

Al：Al在雙相鋼中所起的作用與Si相似，同時(shí)Al還可以形成AlN析出，起到一定的細(xì)化晶粒作用。由于《一種高強(qiáng)度冷軋熱鍍鋅雙相鋼板及其制造方法》鋼中硅含量低，因此少量鋁的存在，在保證強(qiáng)度的前提下，可提高雙相鋼的延性，同時(shí)Al是主要的脫氧劑，不宜過(guò)低，但過(guò)多簇狀氧化鋁內(nèi)夾雜物增多，使鋼的延展性變差，又會(huì)影響煉鋼和連鑄生產(chǎn)，該發(fā)明中Al含量控制在0.02％～0.15％。

Cu：是對(duì)鋼強(qiáng)化的有效元素和提高鋼的耐腐蝕性元素。在退火后的冷卻過(guò)程中能抑制珠光體的生成，并且促使馬氏體生成。另外，銅能促進(jìn)鋼內(nèi)部氧化而提高鍍層粘合性。發(fā)明中Cu含量控制在0.02％～0.15％。

Ti：強(qiáng)碳化物形成元素，具有脫氧和固碳、氮的作用。它能與鋼中游離的碳和氮結(jié)合形成TiC和TiN，從而可改善碳和氮對(duì)鋼引起的時(shí)效現(xiàn)象，另外鋼中的鈦可將酸洗或氫還原時(shí)吸入鋼基體中的氫氣固定，使之在熱鍍鋅時(shí)不致逸出，從而可防止氫氣對(duì)鍍鋅層的不利影響?！兑环N高強(qiáng)度冷軋熱鍍鋅雙相鋼板及其制造方法》中Ti含量控制在0.010％～0.035％。

N：是劣化鋼的耐常溫時(shí)效性元素，盡量減少其含量，《一種高強(qiáng)度冷軋熱鍍鋅雙相鋼板及其制造方法》中N含量控制在0.005％以下。

P，S：為鋼中的有害元素。P易在晶界上偏聚引起脆化，使耐沖擊性變差，并對(duì)焊接不利。S在鋼中易形成MnS等夾雜物，熱引起熱脆，并且S對(duì)焊接性影響較大?！兑环N高強(qiáng)度冷軋熱鍍鋅雙相鋼板及其制造方法》中P，S含量分別控制在0.015％和0.012％以下。

一種高強(qiáng)度熱鍍鋅鋼板的制造方法，其特征在于，首先上述成分轉(zhuǎn)爐冶煉，爐外精煉后澆鑄成170～230毫米厚的板坯，再進(jìn)行熱連軋、冷酸連軋；在連續(xù)鍍鋅線上退火鍍鋅，從均熱溫度冷卻至鋅池溫度進(jìn)行熱浸鍍，完成浸鍍后冷卻至室溫，制得高強(qiáng)度熱鍍鋅雙相鋼。

熱連軋時(shí)，將板坯加熱到1250～1350℃，保溫120-180分鐘，精軋開(kāi)軋溫度為1000～1100℃，終軋溫度為890～950℃，卷取溫度620～700℃，得到顯微組織為鐵素體和珠光體的熱軋卷板。熱軋卷板厚度為2.0～6.5毫米。

熱軋卷板經(jīng)酸洗后冷軋成冷軋薄板，冷軋壓下率為60～80％，冷軋卷板厚度為0.5～2.5毫米。

在連續(xù)鍍鋅線上退火時(shí)，加熱段末段鋼帶的溫度為810～830℃，均熱段溫度為740～780℃，均熱時(shí)間為30～120秒，爐內(nèi)保護(hù)氣體露點(diǎn)溫度為-20～-55℃。

退火后采用2段冷卻，冷卻1段將鋼板從均熱溫度冷卻到660-710℃，冷卻速率為3～12℃/秒，冷卻2段再將鋼板冷卻到450～490℃，冷卻速率為10～25℃/秒。

然后進(jìn)鋅池鍍鋅，鋅池溫度為450～490℃，鍍鋅時(shí)間為5～20秒，鍍鋅結(jié)束后冷卻至室溫，終冷速率為5～25℃/秒。

《一種高強(qiáng)度冷軋熱鍍鋅雙相鋼板及其制造方法》選擇上述各特征中工藝參數(shù)的原因如下：

將厚度為170～230毫米的板坯加熱，均熱溫度控制在1250～1350℃之間，均熱時(shí)間為120-180分鐘，是為了防止溫度過(guò)高導(dǎo)致板坯的過(guò)燒和過(guò)熱，并使板坯的組織和成分均勻化。

精軋開(kāi)軋溫度控制在1000～1100℃之間，是為了精軋的前幾個(gè)機(jī)架實(shí)現(xiàn)再結(jié)晶區(qū)軋制，降低前幾個(gè)機(jī)架大壓下量下的軋制負(fù)荷。

終軋溫度控制在890～950℃之間，是為了合金元素固溶，在退火鍍鋅中析出以細(xì)化晶粒。同時(shí)Ar3以上的高溫終軋有利于組織均勻性，防止出現(xiàn)嚴(yán)重的帶狀組織。

卷取溫度控制在620～700℃之間，是因?yàn)樵诖藴囟葏^(qū)間下高溫卷取，在隨后的共析轉(zhuǎn)變中容易生成較粗大而彌散分布的碳化物，并且C、Mn等元素在珠光體中明顯富集，可以提高退火鍍鋅時(shí)奧氏體的淬透性，彌補(bǔ)連續(xù)鍍鋅設(shè)備快冷能力的不足。

熱軋卷板后酸洗后冷軋壓下率控制在60～80％之間，是為充分發(fā)揮冷軋機(jī)軋制能力。冷軋壓下率低于60％，冷軋效率低，冷軋壓下率高于80％，加工硬化加強(qiáng)，冷軋變形抗力增加，易造成冷軋機(jī)組負(fù)荷超限。另外，此壓下率下鋼組織中的珠光體團(tuán)間距減小和珠光體被破碎得較充分，為鍍鋅退火過(guò)程中的晶粒細(xì)化提供條件。

連續(xù)熱鍍鋅退火線均熱段長(zhǎng)度通常為冷軋退火線均熱段的1/3左右，在同樣走帶速度的前提下其均熱時(shí)間也大大縮短。為生產(chǎn)同樣強(qiáng)度級(jí)別的雙相鋼，在減少均熱時(shí)間的同時(shí)就要求相對(duì)高的均熱溫度，《一種高強(qiáng)度冷軋熱鍍鋅雙相鋼板及其制造方法》為降低均熱溫度節(jié)約能源，特采用將加熱區(qū)末段溫度控制在810～830℃之間，即“高加熱終止溫度、低均熱溫度”的工藝方法（見(jiàn)附圖1）。均熱溫度控制在740～780℃之間，均熱時(shí)間為30～120秒，為使鋼的組織奧氏體化及C、Mn等合金元素從鐵素體中向奧氏體中擴(kuò)散，提高鐵素體的純凈度，降低鋼的屈服強(qiáng)度。均熱溫度低于740℃，鋼的組織奧氏體化程度不夠，冷卻時(shí)不能得到合適的馬氏體含量。

爐內(nèi)保護(hù)氣體露點(diǎn)控制在-20～-55℃之間，是因?yàn)樵诖寺饵c(diǎn)范圍鋅液浸潤(rùn)性穩(wěn)定且易于控制。露點(diǎn)低于-55℃控制難度加大，但高于-20℃時(shí)平衡浸潤(rùn)張力及浸潤(rùn)速率均急劇下降。

在連續(xù)鍍鋅線上冷卻1段將鋼帶從均熱溫度冷卻到660～710℃，冷卻速率為3～12℃/秒，是為調(diào)節(jié)鋼中奧氏體的數(shù)量和分布，改善合金元素在奧氏體和鐵素體中的分布形態(tài)。冷卻2段以10～25℃/秒的冷卻速率，將鋼板冷卻到450～490℃，是為避開(kāi)珠光體和貝氏體轉(zhuǎn)變進(jìn)入鋅池鍍鋅。

鋅池溫度控制在450～490℃，是為鋅池保持與鋼帶相同的溫度鍍鋅，減少了鋼帶與鋅液之間的熱傳導(dǎo)，有利于提高生產(chǎn)效率。根據(jù)鋼帶運(yùn)行速度，鋼帶在鋅池鍍鋅時(shí)間為5～20秒。鍍鋅完畢后以5～25℃/秒的終冷速率冷到室溫，為使鋼發(fā)生低溫轉(zhuǎn)變，得到鐵素體和馬氏體兩相組織的雙相鋼。

一種高強(qiáng)度冷軋熱鍍鋅雙相鋼板及其制造方法改善效果

《一種高強(qiáng)度冷軋熱鍍鋅雙相鋼板及其制造方法》冶煉時(shí)通過(guò)減少Si元素的添加量，同時(shí)添加一定量的Cr、Ti、Cu合金元素，得到的鋼合金元素組成相對(duì)較少；軋制時(shí)通過(guò)控軋控冷得到合理組織組成和板形優(yōu)良的鍍鋅基板；連續(xù)退火鍍鋅時(shí)采用加熱末段到均熱段的微緩冷和快冷段兩次快冷等方式，最終得到抗拉強(qiáng)度在490～700兆帕之間，強(qiáng)度和延性匹配良好，可鍍性能優(yōu)良，厚度在0.5～2.5毫米之間，可用作汽車覆蓋件、內(nèi)板和結(jié)構(gòu)件等的冷軋熱鍍鋅雙相鋼板。

1.一種高強(qiáng)度冷軋熱鍍鋅雙相鋼板，其特征在于成分按質(zhì)量百分比為C：0.03％～0.15％、Si：≤0.15％、Mn：1.00％～1.75％、P：≤0.015％、S：≤0.012％、Al：0.02％～0.15％、Cr：0.35～0.75％、Cu：0.02％～0.15％、Ti0.010～0.035％、N：≤0.005％，并且滿足1.5％≤Mn 1.29Cr 0.46Cu≤2.5％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高強(qiáng)度冷軋熱鍍鋅雙相鋼板，其特征在于成分按質(zhì)量百分比進(jìn)一步含有C：0.06％～0.12％、Si：≤0.10％、Mn：1.20％～1.50％、P：≤0.010％、S：≤0.008％、Al：0.050％～0.100％、Cr：0.40～0.60％、Cu：0.07％～0.10％、Ti：0.015～0.030％、N：≤0.003％，并且滿足1.7％≤Mn 1.29Cr 0.46Cu≤2.3％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述高強(qiáng)度冷軋熱鍍鋅雙相鋼板的制造方法，包括轉(zhuǎn)爐冶煉，爐外精煉、連鑄、熱連軋、冷酸連軋、退火鍍鋅、熱浸鍍，其特征在于：熱連軋時(shí)，將板坯加熱到1250～1350℃，保溫120-180分鐘，精軋開(kāi)軋溫度為1000～1100℃，終軋溫度為890～950℃，卷取溫度620～700℃；熱軋卷板經(jīng)酸洗后冷軋成冷軋薄板，冷軋壓下率為60～80％，冷軋卷板厚度為0.5～2.5毫米；退火時(shí)，加熱段末段鋼帶的溫度為810～830℃，均熱段溫度為740～780℃，均熱時(shí)間為30～120秒，爐內(nèi)保護(hù)氣體露點(diǎn)溫度為-20～-55℃；退火后采用2段冷卻，冷卻1段將鋼板從均熱溫度冷卻到660-710℃，冷卻速率為3～12℃/秒，冷卻2段再將鋼板冷卻到450～490℃，冷卻速率為10～25℃/秒；鍍鋅時(shí)鋅池溫度為450～490℃，鍍鋅時(shí)間為5～20秒，鍍鋅結(jié)束后冷卻至室溫，終冷速率為5～25℃/秒。

高強(qiáng)度高韌性熱軋鋼板及其生產(chǎn)方法專利目的

《高強(qiáng)度高韌性熱軋鋼板及其生產(chǎn)方法》的目的在于提供一種采用低成本微合金元素配方，即采用低碳、高錳、高鈮、無(wú)鉬、無(wú)釩、無(wú)鎳或低鎳配方生產(chǎn)成本的高強(qiáng)度高韌性熱軋鋼板。

該發(fā)明的另一目的在提供一種采用低成本微合金元素配方，并通過(guò)控軋控冷等工藝生產(chǎn)高強(qiáng)度低合金的高控軋控冷鋼。

高強(qiáng)度高韌性熱軋鋼板及其生產(chǎn)方法技術(shù)方案

一種高強(qiáng)度高韌性熱軋鋼板，其化學(xué)成份及各成份的重量百分比為：碳：0.03～0.09％，硅：0.15～0.35％，錳：1.40～2.0％，鋁：0.02～0.05％，鈮：0.05～0.13％，鈦：0.010～0.025％，銅：≤0.30％，鉻：≤0.30％，磷：≤0.012％，硫：≤0.004％，氮：≤0.004％，其余均為鐵，且碳當(dāng)量Ceq應(yīng)不大于0.44，裂紋敏感指數(shù)Pcm應(yīng)不大于0.23；鎳：≤0.25％；釩：≤0.06％。

為實(shí)現(xiàn)《高強(qiáng)度高韌性熱軋鋼板及其生產(chǎn)方法》的另一目的，一種高強(qiáng)度高韌性熱軋鋼板的生產(chǎn)方法包括步驟為：設(shè)計(jì)成份進(jìn)行配比備料，然后鐵水預(yù)脫硫、轉(zhuǎn)爐冶煉、LF精煉、RH（VD）處理、板坯連鑄、板坯再加熱、溫度控制軋制、控制冷卻、熱矯直、冷床冷卻、堆冷，在溫度軋制及冷卻控制中，軋制過(guò)程中坯料的平均溫度最有價(jià)值，利用表面測(cè)量溫度受厚度的影響，以下溫度控制皆為平均溫度；板坯再加熱溫度控制在：1180-1260攝氏度；粗軋結(jié)束溫度1100-1220攝氏度；精軋開(kāi)始溫度840-1000攝氏度，精軋階段總的壓縮比≥65％，其結(jié)束溫度800-930攝氏度；終冷溫度500-600攝氏度，冷卻速率8-25攝氏度/秒。

高強(qiáng)度高韌性熱軋鋼板及其生產(chǎn)方法改善效果

《高強(qiáng)度高韌性熱軋鋼板及其生產(chǎn)方法》的優(yōu)點(diǎn)是：

1、由于采用高Nb低C，充分利用Nb的析出強(qiáng)化及對(duì)鋼的相變的影響，獲得細(xì)小的具有高密度位錯(cuò)的針狀鐵素體 貝氏體 第二相組織，從而代替Mo對(duì)相變的影響，達(dá)到不加入Mo的效果，降低了合金成本；

2、由于該發(fā)明中的Ni元素可加可不加，因此，Ni的加入量對(duì)強(qiáng)度的影響不大，加入的Ni主要是減少因Cu導(dǎo)致的鑄坯及鋼板表面熱脆傾向，但該發(fā)明中Cu的含量亦不是很高，因而可以考慮不加，達(dá)到降低成本的效果；

3、由于采用了低碳、高鈮和微鈦處理的簡(jiǎn)單合金化設(shè)計(jì)，降低了鋼板的冷裂紋的敏感性，在一定程度上簡(jiǎn)化了焊接工藝，減小了焊接加工的制造成本；鋼中氮化鈦以及鈦鈮氮碳化物的高溫穩(wěn)定性將起到釘扎晶界、阻止晶粒長(zhǎng)大的作用，能夠使鋼板承受的焊接線能量提高；

4、由于利用Nb對(duì)奧氏體再結(jié)晶的抑制作用，提高再結(jié)晶終止溫度，使得軋制可以在較高的溫度進(jìn)行，降低軋制力及軋制能量消耗，提高了軋機(jī)的效率，保證了良好的板形；

5、由于采用了鋼板的平均溫度作為軋制過(guò)程溫度的控制點(diǎn)，避免因表面溫度存在測(cè)量誤差，以及表面溫度控制受制于軋制過(guò)程中鋼板的厚度變化，很難對(duì)軋制的各個(gè)階段的軋制溫度進(jìn)行精確把握；采用平均溫度則避免了以上不確定因素，實(shí)現(xiàn)了該發(fā)明鋼制造工藝的精確控制；

6、由于通過(guò)終止冷卻溫度控制，充分利用了Nb對(duì)相變的影響及析出作用，達(dá)到控制組織類型、細(xì)化組織及析出強(qiáng)化效果，提高強(qiáng)度和韌性作用；同時(shí)這一因素決定該發(fā)明的終冷溫度與以往的高強(qiáng)度、高韌性鋼板制造工藝中有了很大的提高，這樣可以保證鋼板在冷卻之后進(jìn)行熱矯的溫度，降低熱矯直機(jī)的負(fù)荷和矯直能耗。

《直接用連鑄坯生產(chǎn)大厚度齒條鋼板及其制造方法》涉及一種直接用連鑄坯生產(chǎn)大厚度齒條鋼板及其制造方法。

直接用連鑄坯生產(chǎn)大厚度齒條鋼板及其制造方法專利目的

《直接用連鑄坯生產(chǎn)大厚度齒條鋼板及其制造方法》的目的在于提供一種具有高的強(qiáng)度、良好的塑性和高的低溫韌性，且生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)便、成本低廉的直接用連鑄坯生產(chǎn)大厚度齒條鋼板及其制造方法。

直接用連鑄坯生產(chǎn)大厚度齒條鋼板及其制造方法技術(shù)方案

《直接用連鑄坯生產(chǎn)大厚度齒條鋼板及其制造方法》的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種直接用連鑄坯生產(chǎn)大厚度齒條鋼板，所述鋼板以Fe為基礎(chǔ)元素，且還包含如下化學(xué)成分（質(zhì)量%）：C：0.10~0.16%，Si：0.15~0.35%，Mn：0.95~1.25%，P：￡0.010%，S：￡0.005%，2.4%￡Cr Mo Ni Cu￡3.0%，0.08%￡Al V￡0.13%，N：￡0.007%，B：0.001~0.002%，及雜質(zhì)元素。

進(jìn)一步地講：所述齒條鋼板的厚度為114~152.4毫米，直接采用連鑄坯制造。所得屈服強(qiáng)度3690兆帕，抗拉強(qiáng)度為790~930兆帕，延伸率319%，鋼板的Z向性能（斷面收縮率）335%，鋼板1/4厚度處在-40°C下的夏比沖擊功>100焦耳，鋼板1/2厚度處在-27°C下以及在-40°C下的夏比沖擊功均>100焦耳。

一種直接用連鑄坯生產(chǎn)大厚度齒條鋼板的制造方法，按所述大厚度齒條鋼板的化學(xué)組成配制冶煉原料，依次經(jīng)KR鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐冶煉、LF精煉、RH精煉和連鑄，生產(chǎn)出高純凈度鋼水和厚度在370毫米或以上的具有低的中心偏析和疏松的連鑄坯。與公開(kāi)號(hào)為CN102345045A的發(fā)明專利采用VD精煉和模鑄比較，《直接用連鑄坯生產(chǎn)大厚度齒條鋼板及其制造方法》采用RH精煉和連鑄進(jìn)行生產(chǎn)。通過(guò)RH精煉可獲得更低H含量的鋼水以確保齒條鋼板的抗氫致開(kāi)裂的能力和心部性能。連鑄方法生產(chǎn)的板坯其心部質(zhì)量（例如中心偏析和疏松）較模鑄方法生產(chǎn)的鋼錠好，有利于保證齒條鋼板的心部性能。

連鑄完成后對(duì)連鑄坯加罩緩冷進(jìn)一步降低其中的H含量從而進(jìn)一步避免鋼板的氫致開(kāi)裂和確保鋼板的心部性能。緩冷完成后對(duì)連鑄坯表面帶溫清理以確保連鑄坯的表面質(zhì)量同時(shí)保證在火焰清理過(guò)程中連鑄坯表面沒(méi)有裂紋產(chǎn)生。

將經(jīng)過(guò)上述處理的連鑄板坯加熱至1180~1280°C保溫2-3小時(shí)，使鋼中的合金元素充分固溶，發(fā)揮其強(qiáng)韌化作用，保證最終產(chǎn)品的成份及性能的均勻性。連鑄坯在保溫完成并經(jīng)高壓水除鱗處理之后進(jìn)行兩階段軋制。第一階段軋制（粗軋）的開(kāi)軋溫度在1050~1150°C，總壓縮比340%，采用強(qiáng)壓下進(jìn)行軋制。與大厚度鋼板常規(guī)粗軋單道次約10%的最大壓下率相比，《直接用連鑄坯生產(chǎn)大厚度齒條鋼板及其制造方法》要求單道次壓下率315%，以保證連鑄坯的心部缺陷充分彌合從而使得大厚度齒條鋼板在心部的性能得到保證。第二階段軋制（精軋）開(kāi)軋溫度在870~930°C，總壓縮比330%。軋制完成之后實(shí)施空冷和矯直。

矯直后的鋼板在冷床上空冷至適于調(diào)運(yùn)的最高溫度，然后進(jìn)行堆緩冷（348小時(shí)）或進(jìn)行控制條件（在550~650°C下保溫24~72小時(shí)后緩冷）下的緩慢冷卻來(lái)充分降低或去除軋制后鋼板中的H以充分保證成品鋼板的心部性能。

將緩冷至室溫的鋼板進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理即獲得成品齒條鋼板。調(diào)質(zhì)工序的淬火加熱使用連續(xù)爐進(jìn)行以精確控制淬火加熱溫度和時(shí)間，淬火加熱溫度：900~930°C，在爐時(shí)間：1.8~2.0分鐘/毫米，使用淬火機(jī)水淬。為精確控制回火加熱溫度和時(shí)間，回火處理也須使用連續(xù)爐來(lái)進(jìn)行?；鼗饻囟龋?00~660°C，在爐時(shí)間：2.8~4.0分鐘/毫米，出爐后空冷至室溫。

《直接用連鑄坯生產(chǎn)大厚度齒條鋼板及其制造方法》針對(duì)2013年9月之前海洋裝備制造業(yè)對(duì)高強(qiáng)度、高韌性、良好的塑性、大厚度齒條鋼板的需求，使用優(yōu)化的化學(xué)成分、高的鋼水純凈度、優(yōu)化的連鑄工藝（低的澆鑄過(guò)熱度、低的拉坯速度、合理的輕壓下參數(shù)）生產(chǎn)的具有好的心部質(zhì)量（低的中心偏析和疏松）的連鑄板坯直接作為坯料，采取控制軋制加調(diào)質(zhì)熱處理的方法制造出厚度大且具有高的強(qiáng)度、良好的塑性和高的低溫韌性的齒條鋼板。該齒條鋼板的最大厚度達(dá)152.4毫米。

直接用連鑄坯生產(chǎn)大厚度齒條鋼板及其制造方法改善效果

《直接用連鑄坯生產(chǎn)大厚度齒條鋼板及其制造方法》的優(yōu)點(diǎn)在于：

（1）與公開(kāi)號(hào)為CN102345045A的發(fā)明專利比較，《直接用連鑄坯生產(chǎn)大厚度齒條鋼板及其制造方法》加入了Cu但不加入Ti和Nb。加入Cu是為了提高鋼板的淬透性同時(shí)提高它的耐大氣腐蝕能力。不加Ti是為了防止在澆鑄過(guò)程中大塊TiN的形成從而降低齒條鋼板在低溫下的沖擊韌性。另外，與CN102345045A相比較，《直接用連鑄坯生產(chǎn)大厚度齒條鋼板及其制造方法》也未加入Nb。

（2）《直接用連鑄坯生產(chǎn)大厚度齒條鋼板及其制造方法》直接使用連鑄坯制造的大厚度齒條鋼板具有高的強(qiáng)度、良好的塑性和高的低溫韌性。這一優(yōu)良的性能組合在鋼板的整個(gè)厚度截面上都穩(wěn)定地保持，充分滿足了復(fù)雜和惡劣工作條件對(duì)大截面材料性能均勻性的要求。

（3）《直接用連鑄坯生產(chǎn)大厚度齒條鋼板及其制造方法》制造的大厚度齒條鋼板直接使用連鑄坯且不經(jīng)過(guò)任何其它加工（例如：多張板坯復(fù)合而形成復(fù)合坯）作為軋制坯料，省去了使用模鑄鋼錠作為坯料在軋制過(guò)程中的開(kāi)坯過(guò)程，即省去了開(kāi)坯加熱、開(kāi)坯軋制和中間坯切割與清理工序，同時(shí)，也省去了用復(fù)合坯進(jìn)行軋制的板坯復(fù)合加工過(guò)程，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝。同時(shí)，較使用模鑄鋼錠來(lái)生產(chǎn)齒條鋼板成材率顯著提高，使得大厚度齒條鋼板的制造成本顯著降低，克服了2013年9月之前技術(shù)的不足，在工業(yè)化生產(chǎn)時(shí)具有明顯的成本優(yōu)勢(shì)。

（4）《直接用連鑄坯生產(chǎn)大厚度齒條鋼板及其制造方法》直接使用連鑄坯而不是鋼錠作為坯料，使得制造大厚度齒條鋼板坯料的心部質(zhì)量更有保證從而有利于獲得高而且穩(wěn)定的齒條鋼板心部性能。

然而，由于連鑄板坯的厚度通常小于鋼錠的厚度，因此，用連鑄坯軋制大厚度齒條鋼板的壓縮比較用鋼錠軋制小。這樣，在單道次壓下率不能保證的情況下，板坯心部的缺陷就不能充分彌合，這將使得齒條鋼板的心部性能得不到保證?！吨苯佑眠B鑄坯生產(chǎn)大厚度齒條鋼板及其制造方法》采用優(yōu)化的化學(xué)成分、高的鋼水純凈度、優(yōu)化的連鑄工藝（低的澆鑄過(guò)熱度、低的拉坯速度、合理的輕壓下參數(shù)）生產(chǎn)出具有低的心部缺陷（低的中心偏析和疏松）的優(yōu)質(zhì)連鑄坯、315%的單道次壓下率結(jié)合大厚度齒條鋼板各制造階段對(duì)H含量的嚴(yán)格控制解決了這一問(wèn)題從而保證了高而且穩(wěn)定的齒條鋼板心部性能。