专利名称：一种低成本屈服强度700mpa级非调质处理高强钢板及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种低成本屈服强度700MPa级别非调质处理高强钢板的制造方法，属于热轧高强钢板生产技术领域。
背景技术：
目前不同企业生产的700MPa强度级别的钢种采用的是合金化的思想，不同的企业采用的合金成分不同，合金量也有所不同。随着社会和经济的发展，钢铁工业所面临的节省资源、节约能源、保护环境的压力越来越大。目前国内外在生产700MPa钢时，不仅造成了钢材成本的增加，同时合金元素的增多也增加了钢材后期的回收再利用的难度，尤其是稀有元素，比如经常添加的Mo等。
国内外生产700Mpa钢采用不同的工艺进行加工生产。
新日本制铁株式会社公开号为CN1639371的专利文献公开了一种弯曲加工性优良的耐候性高强度钢板及其制造方法，候性的钢板及其制造方法。所述的弯曲加工性优良的耐候性高强度钢板，以质量计含有C0.05～0.15％；Si0.5％或者以下；Mn1.5～2.0％；P＜0.02％；S＜0.005％；Ni0.2-2.0％；Cu0.2-0.5％；Cr0.2～1.0％；且含有Ti0.03～0.2％；Nb0.01～0.07％；V0.01-0.07％；B0.0005-0.005％之中的1种、2种或以上，余量为Fe以及不可避免的杂质。该技术方案添加Ni比例较大，一方面成本大大增加，另外一方面Ni控制不当的情况下将使得钢表面产生氧化铁皮，影响表面质量。
宝山钢铁股份有限公司的公开号为CN101153371的专利文献，涉及一种高强度冷成型热连轧钢板及其生产方法。其化学成分如下C0.05～0.10wt％，Si0.10～0.50wt％，Mn1.0～2.0wt％，P≤0.025wt％，S≤0.010wt％，Nb0.03～0.08wt％，Ti0.05～0.15wt％，Mo0.10～0.50wt％，Ca0.0010～0.0050wt％，Al0.01～0.05wt％，其余为Fe及不可避免的杂质。其工艺流程包括铁水深脱硫→转炉顶底复合吹炼→炉外精炼→连铸(机清)→热装热送进保温坑→板坯再加热→控制轧制→控制冷却→卷取→精整。该技术方案中Mo等合金元素的加入以及后期较低的冷却温度，不仅提高了钢的成本，也提高了钢的碳当量及裂纹敏感系数，对其成型性能有不利影响。
东北大学的公开号为CN1757783的专利文献中涉及一种700MPa级F/B高强带钢的制造方法，要点是选配钢的化学组成成分重量百分比为C0.12-0.18，Si≤0.1，Mn1.60-2.20，Ti0.15-0.22，P＜0.01，S＜0.01，其余为铁Fe，执行如下控轧控冷工艺制度连铸钢坯加热温度为1200℃，粗轧开轧温度为1150℃，粗轧终轧温度为1050℃，中间钢坯厚度为32-45mm，精轧开轧温度为1000-950℃，精轧终轧温度为790-850℃，精轧机架间水冷；轧后冷却速度为30-50℃/s，在450-600℃卷取。该申请高强带钢金相组织大部分为细化的贝氏体组织和少量铁素体的复相组织，精轧温度过低给现场生产造成了很大的难度，贝氏体组织含量的控制也非常困难。单一的高Ti处理，微合金化效果大大降低，浇注是TiN的析出较难控制。
发明内容
本发明的目的是为了节省资源，降低冶炼难度，同时使得生产的钢带满足屈服强度700MPa以上，提供一种低成本屈服强度700MPA级非调质处理高强钢板及其制造方法，是在碳锰结构钢成分的基础上，通过添加适量的微合金元素和采用控轧控冷技术，生产屈服强度在700MPa以上，抗拉强度在780MPa以上，延伸率在16％以上，同时具有良好冷成型性能的钢带。
本发明的技术方案是一种低成本屈服强度700MPA级非调质处理高强钢板，其特征在于以质量计含有C0.05～0.10％；Si0.1％～0.4％；Mn1.5～2.0％；P＜0.015％；S＜0.01％；Cr0.3～0.8％；Ti0.09～0.15％；Nb0.04～0.08％；N＜0.005％；O＜0.002％；其余为铁Fe以及不可避免的杂质。
上述低成本屈服强度700MPA级非调质处理高强钢板，屈服强度700～780MPa；抗拉强度800～860MPa，延伸率δ≥18％。
一种上述钢板的制造方法其特征是步骤如下 1)冶炼包括选配高强度钢的化学成分，连铸钢坯工艺步骤，其要点是选配高强度钢的化学组成成分，在转炉进行冶炼，精炼炉处理30～40分钟，严格控制钢中的杂质和气体含量，随后进行连铸成铸坯； 2)轧制成型工艺采用控轧控冷模式，对连铸钢坯加热，加热温度为1200～1250℃，加热时间在120～150分钟，之后进行控制轧制，粗轧开轧温度为1160℃，粗轧终轧温度为1060℃，粗轧过程进行5道次轧制；精轧开轧温度为1060～1020℃，精轧终轧温度为850～950℃，精轧过程进行4～6道次轧制，精轧机架间采用水冷； 3)卷取工艺及冷却制度将上述轧制后坯料进行层流冷却，冷却速度为20～50℃/S，卷取温度为540～600℃，上述连铸钢坯经过粗轧后，中间坯料厚度为28～40mm，最终产品厚度为3～10mm；根据不同的最终厚度尺寸，精轧过程每道次的压下量控制在15～40％。
对上述连铸坯料是在奥氏体再结晶区、未再结晶区及形变诱导相变区控制轧制。通过高温区的奥氏体再结晶控制轧制，充分细化奥氏体晶粒；通过精轧阶段的道次间水冷，降低轧件温度，增加奥氏体未再结晶区的变形；精轧终轧温度控制在850～950℃，使轧制过程中产生较大的累积应变；通过轧后快速冷却及适度温度的卷取，得到超细3～5μm的多边形铁素体和占5～10％的贝氏体组成。
本发明的有益效果是1)本发明采用了低成本成分设计，用较高的Cr含量代替高成本的合金元素Ni，Mo等贵金属元素，通过细晶强化和沉淀强化作用，使得屈服强度达到了700MPa以上，同时增加了耐磨性，因此，成本降低明显。2)本发明钢带具有超细化的多边形铁素体组织，使材料具有较高的强度和良好的塑性，同时材料的韧性得到提高。适量的粒状贝氏体可有效的提高抗拉强度，改善加工硬化能力，降低屈强比，使材料在提高强度的同时，还具有良好的冷成型性。3)材料的低温韧性较好，韧脆转变温度在-40℃左右，常温夏比冲击功可以达到120J以上。4)本发明高强钢带可达到如下综合性能屈服强度700～780MPa；抗拉强度800～860MPa，延伸率δ≥18％。
以下对本发明进行详细描述 1)C碳能够提高钢的强度，硬度，是主要的间隙固溶强化元素。采用低碳成分设计方法不仅能保证微合余钢有良好的塑性和韧性，而且能有效地提高钢材的冷、热变形能力。同时，随着碳含量的降低及碳当量的降低，可以使微合金钢能保持良好的可焊性和低的韧脆转变温度。在轧后冷却到低温时，可以与Ti和Nb形成细小碳化物(Nb，Ti)C，起到重要的沉淀强化使用。碳含量高于0.1％，尽管会提高强度，但是会造成冷成型性能和焊接性能大大降低。碳含量过低会造成成本的大大增加，而且对于Mn等合金的添加带来苛刻的要求。
2)MnMn能够降低奥氏体向铁素体转变的相变温度，而奥氏体向铁素体转变的相变温度的降低对于热轧态或正火态钢材的铁素体晶粒尺寸有细化作用，因此，Mn早就作为高强度微合金钢中的主要合金元素而被广泛应用。Mn过高将增加裂纹敏感性显著增加，过低则固溶强化效果不明显，从而影响强度性能。故Mn的取值范围确定在1.5～2.0％。
3)Si可以固溶于铁素体和奥氏体中，提高钢的强度、硬度、弹性和耐磨性。提高钢的淬火、正火和退火温度，提高钢的回火稳定性和抗氧化性。当钢中Si含量较高时，钢的焊接性能会恶化。Si含量高于0.5％以上将损害钢的韧性和塑性。
4)Cr铬可提高钢的强度和硬度以及耐磨性。铬加入钢中能显著改善钢的高温抗氧化性(不起皮)，显著提高钢的淬透性，改善钢的抗回火稳定性。另一方面，铬也能促进钢的回火脆性倾向。Cr含量低于0.3％时，抗耐磨效果较差。高于0.8％时，对钢的淬透性、延迟断裂性不利。该钢中Cr的有效范围为0.3～0.8％。
5)Nb是重要的微合金化元素，可提高钢的未再结晶区温度，保障控制轧制的效果，使钢材轧制后晶粒细化，同时Nb析出的NbC沉淀粒子轧制后期具有沉淀强化作用。实验表明该钢中的范围为0.04％～0.08％是效果最佳。含量太高或者太低则效果不明显。
6)Ti是本发明中重要的沉淀强化元素，高温时析出TiN，有效阻止奥氏体晶粒粗化。在600℃以下，从钢中沉淀析出为纳米TIC或(Nb，Ti)C粒子，有效钉扎位错，从而提高屈服强度。实验表明其少于0.09％，析出沉淀强化作用不足。高于0.15％连铸时在铸坯表面形成裂纹缺陷；同时在快速冷却的前提下，其沉淀强化作用也趋于饱和，选择其控制范围0.09％～0.15％。
在依照上述成分设计的基础上，采用的控轧控冷工艺，加热工序采用高温加热，加热温度在1200℃以上，加热时间根据铸坯的冷热程度不同适当控制在120～150分钟，这样利于合金元素充分固溶。精轧在900～1080℃下进行，较高温度轧制能够减少合金元素在控轧过程从奥氏体中过早的析出；同时，卷取温度采用500℃～600℃，以获得最佳的析出沉淀强化效果。
具体实施例方式 以下列举具体实施例对本发明进行说明。需要指出的是，实施例只用于对本发明作进一步说明，不代表本发明的保护范围，其他人根据本发明做出的非本质的修改和调整，仍属于本发明的保护范围。
根据本发明设定的化学成分范围，下述实施例都通过以下具体工艺流程以化学成分C，Si，Mn，S，P和Fe为原料，进行电炉或者转炉冶炼、精炼过程对钢水进行合金化处理、连铸、铸坯直接加热或者均热、热连轧、轧后层流水冷却、卷取等流程制备而成。
根据实验结果列出以下两个表格，针对本发明实施例跟其余公开的发明进行对比，进行综合对比分析和说明。
表1
从表1中可以看出，本发明采用了低成本的成分设计，用Ti代替Ni，Mo等元素，本发明添加的的合金元素简单，化学成分成本比较低，同时，避免单一的添加Ti元素，很好的发挥了Nb，Ti元素的复合微合金化作用，现场实际控制起来简单，易操作。
从表2中可以看出，本发明的加热温度和终轧温度较其他专利高，对于一般热轧机实现轧制相对容易。同时，采用的成分设计成本较低，能够保证本钢带的屈服强度，延伸率等均不低于其他发明。
表2
综上所述，利用本发明的技术方案中的参数值可达到本发明的目的。综合性能屈服强度700～780MPa；抗拉强度800～860MPa，延伸率δ≥18％。
权利要求
1.一种低成本屈服强度700MPA级非调质处理高强钢板，其特征在于以质量计含有C0.05～0.10％；Si0.1％～0.4％；Mn1.5～2.0％；P＜0.015％；S＜0.01％；Cr0.3～0.8％；Ti0.09～0.15％；Nb0.04～0.08％；N＜0.005％；O＜0.002％；其余为铁Fe以及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的低成本屈服强度700MPA级非调质处理高强钢板，其特征在于其屈服强度700～780MPa；抗拉强度800～860MPa，延伸率δ≥18％。
3.一种权利要求1或2所述钢板的制造方法其特征是步骤如下
1)冶炼包括选配高强度钢的化学成分，连铸钢坯工艺步骤，其要点是选配高强度钢的化学组成成分，在转炉进行冶炼，精炼炉处理30～40分钟，严格控制钢中的杂质和气体含量，随后进行连铸成铸坯；
2)轧制成型工艺采用控轧控冷模式，对连铸钢坯加热，加热温度为1200～1250℃，加热时间在120～150分钟，之后进行控制轧制，粗轧开轧温度为1160℃，粗轧终轧温度为1060℃，粗轧过程进行5道次轧制；精轧开轧温度为1060～1020℃，精轧终轧温度为850～950℃，精轧过程进行4～6道次轧制，精轧机架间采用水冷；
3)卷取工艺及冷却制度将上述轧制后坯料进行层流冷却，冷却速度为20～50℃/S，卷取温度为540～600℃，上述连铸钢坯经过粗轧后，中间坯料厚度为28～40mm，最终产品厚度为3～10mm；根据不同的最终厚度尺寸，精轧过程每道次的压下量控制在15～40％。
全文摘要
本发明公开了一种低成本屈服强度700MPA级非调质处理高强钢板，其特征在于以质量计含有C0.05～0.10％；Si0.1％～0.4％；Mn1.5～2.0％；P＜0.015％；S＜0.01％；Cr0.3～0.8％；Ti0.09～0.15％；Nb0.04～0.08％；N＜0.005％；O＜0.002％；其余为铁Fe以及不可避免的杂质。上述钢板的制造方法为经冶炼、粗轧、精轧、卷取及冷却工艺，得到屈服强度700～780MPa；抗拉强度800～860MPa，延伸率δ≥18％的钢板。该屈服强度700MPA级非调质处理高强钢板同时具备耐磨性。低温韧性较好，韧脆转变温度在-40℃左右，常温下比冲击功可以达到120J以上优点。
文档编号B21B1/22GK101768698SQ20101010181
公开日2010年7月7日 申请日期2010年1月27日 优先权日2010年1月27日
发明者赵培林, 孙新军, 孙其家, 陈爱娇 申请人:莱芜钢铁股份有限公司