一种低成本高性能低碳贝氏体钢及其生产方法与流程

1.本发明属于钢材制备技术领域，特别涉及一种低成本高性能低碳贝氏体钢及其生产方法。


背景技术：

2.高强钢广泛应用于工程机械、煤矿机械和钢结构等领域。随着中国制造业的升级，高强钢需求不断增加，并且对高强钢的质量提出更高要求。为提高强度，传统高强钢采用控轧或调质工艺生产，冲击韧性、塑性、焊接性差，能源消耗大。
3.tmcp低碳贝氏体能够使钢板同时具有高强度、高韧性和良好焊接性，同时缩短工艺流程，降低能源消耗。低碳贝氏体钢成分设计、工艺控制显著影响相变产物类型、各相比例、组织细化程度，最终决定钢板机械性能，研究tmcp+回火工艺低成本高性能贝氏体钢对推动高强钢产品升级和绿色制造意义重大。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于提供一种低成本高性能低碳贝氏体钢及其生产方法，以解决目前强度和其他性能不可兼得的问题。
5.本发明实施例提供了一种低成本高性能低碳贝氏体钢，所述钢的化学成分以质量分数计包括：
6.c：0.04％-0.06％，si:0.35％-0.45％，mn：1.52％-1.6％，alt：0.02％-0.05％，nb：0.04％-0.06％，ti：0.010％-0.02％，cr：0.4％-0.5％，p＜0.012％，s＜0.002％，其余为fe和残余元素。
7.可选的，所述钢的化学成分以质量分数计包括：
8.c：0.045％-0.055％，si:0.38％-0.42％，mn：1.54％-1.58％，alt：0.03％-0.04％，nb：0.045％-0.055％，ti：0.013％-0.017％，cr：0.43％-0.47％，p＜0.012％，s＜0.002％，其余为fe和残余元素。
9.可选的，所述钢的cev≤0.42％。
10.可选的，所述钢的pcm≤0.18％。
11.基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种如上所述的低成本高性能低碳贝氏体钢的生产方法，所述方法包括：
12.对铁水进行预处理，后进行转炉冶炼，得到转炉钢水；
13.对所述转炉钢水进行精炼，得到精炼钢水；
14.把所述精炼钢水进行连铸，得到铸坯；
15.对所述铸坯进行加热，得到加热坯；
16.对所述加热坯进行轧制，后进行冷却，得到钢板；
17.对所述钢板进行回火，得到低成本高性能低碳贝氏体钢。
18.可选的，所述铸坯的中心偏析低于c类1.0。
19.可选的，所述加热的温度为1150℃-1190℃，所述加热的时间为200min-500min。
20.可选的，所述轧制采用两阶段控轧工艺，所述两阶段控轧工艺的粗轧开轧温度为1050℃-1100℃，所述两阶段控轧工艺的粗轧最大压下率≥20％，所述两阶段控轧工艺的精轧开轧温度为860℃-900℃，所述两阶段控轧工艺的精轧终轧温度为820℃-860℃。
21.可选的，所述冷却的终冷温度为300℃-380℃，所述冷却的速度为25℃/s-40℃/s。
22.可选的，所述回火的温度为450℃-550℃，所述回火的在炉时间t和所述低成本高性能低碳贝氏体钢的厚度d满足如下关系：t＝3.5d，其中，t以分钟计，d以毫米计。
23.本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
24.本发明实施例提供的低成本高性能低碳贝氏体钢，通过添加较多的cr元素提高钢板淬透性，提高钢板抗拉强度、降低屈强比，相比添加ni、mo元素成本大幅降低。同时添加较多的si元素，采用低成本元素提高强度。
25.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
27.图1是本发明实施例1提供的轧制规程图；
28.图2是本发明实施例1提供的金相组织图；
29.图3是本发明实施例2提供的轧制规程图；
30.图4是本发明实施例2提供的金相组织图；
31.图5是本发明实施例3提供的轧制规程图；
32.图6是本发明实施例3提供的金相组织图；
33.图7是本发明实施例提供的方法的流程图。
具体实施方式
34.下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
35.在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
36.除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
37.本技术实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
38.根据本发明一种典型的实施方式，提供了钢的化学成分以质量分数计包括：
39.c：0.04％-0.06％，si:0.35％-0.45％，mn：1.52％-1.6％，alt：0.02％-0.05％，nb：0.04％-0.06％，ti：0.010％-0.02％，cr：0.4％-0.5％，p＜0.012％，s＜0.002％，其余为fe和残余元素。
40.控制c含量为0.04％-0.06％能够保证钢板具有良好的低温韧性和可焊性。
41.控制nb含量为0.04％-0.06％，相比现有技术添加较多的nb，能够细化组织，同时避免了生成先共析铁素体。
42.控制cr含量为0.4％-0.5％，相比现有技术添加较多的cr元素，提高钢板淬透性，细化ma组织，提高钢板抗拉强度，避免添加ni、mo等贵重金属，降低成本。
43.控制si含量为0.35％-0.45％，相比现有技术添加较多的si元素，提高强度同时降低成本，并且改善焊缝熔池金属流动性。
44.在一些实施例中，所述钢的化学成分以质量分数计包括：
45.c：0.045％-0.055％，si:0.38％-0.42％，mn：1.54％-1.58％，alt：0.03％-0.04％，nb：0.045％-0.055％，ti：0.013％-0.017％，cr：0.43％-0.47％，p＜0.012％，s＜0.002％，其余为fe和残余元素。
46.在一些实施例中，钢的cev≤0.42％；钢的pcm≤0.18％。
47.根据本发明另一种典型的实施方式，提供了一种如上所述的低成本高性能低碳贝氏体钢的生产方法，所述方法包括：
48.s1.对铁水进行预处理，后进行转炉冶炼，得到转炉钢水；
49.具体而言，本实施例中，采用kr脱s、转炉冶炼，通过顶底复合吹炼，得到转炉钢水。
50.s2.对所述转炉钢水进行精炼，得到精炼钢水；
51.具体而言，本实施例中，对转炉钢水采用lf炉和vd炉真空处理，降低o，h等有害气体以及p、s的含量。
52.s3.把所述精炼钢水进行连铸，得到铸坯；
53.在一些实施例中，铸坯的中心偏析低于c类1.0。
54.具体而言，本实施例中，设计连铸坯坯型，厚度规格为200mm-400mm，增大压缩比；宽度1800mm-2400mm，增大纵轧道次压下量，提高钢板心部性能；控制铸坯中心偏析低于c类1.0。
55.s4.对所述铸坯进行加热，得到加热坯；
56.在一些实施例中，加热的温度为1150℃-1190℃，所述加热的时间为200min-500min。
57.具体而言，本实施例中，将钢坯冷装入炉，钢坯加热温度1150℃-1190℃，加热时间200min-500min，控制原始奥氏体晶粒长大并使nb充分固溶。
58.s5.对所述加热坯进行轧制，后进行冷却，得到钢板；
59.在一些实施例中，轧制采用两阶段控轧工艺，所述两阶段控轧工艺的粗轧开轧温度为1050℃-1100℃，所述两阶段控轧工艺的粗轧最大压下率≥20％，所述两阶段控轧工艺的精轧开轧温度为860℃-900℃，所述两阶段控轧工艺的精轧终轧温度为820℃-860℃。
60.在一些实施例中，冷却的终冷温度为300℃-380℃，所述冷却的速度为25℃/s-40℃/s。
61.具体而言，本实施例中，轧制采用两阶段控轧工艺，粗轧开轧温度1050℃-1100℃，
限定粗轧最大压下率≥20％，通过再结晶充分细化晶粒并使组织均匀化。粗轧后钢坯待温厚度3.0倍成品厚度(mm)，精轧开轧温度860℃-900℃，终轧温度820℃-860℃。采用大待温厚使奥氏体晶粒充分压扁从而细化组织，提高终轧温度降低轧机负荷，同时避免入水前生成先共析铁素体。冷却采用水冷，水冷严格控制层流冷却终冷温度和冷却速度，终冷温度300℃-380℃，冷却速度25℃/s-40℃/s，采用低终冷和大冷速，确保生成细小贝氏体组织，实现高强度和高韧性。
62.s6.对所述钢板进行回火，得到低成本高性能低碳贝氏体钢。
63.在一些实施例中，回火的温度为450℃-550℃，所述回火的在炉时间t和所述低成本高性能低碳贝氏体钢的厚度d满足如下关系：t＝3.5d，其中，t以分钟计，d以毫米计。
64.具体而言，本实施例中，严格控制回火工艺。回火温度500℃，在炉时间3.5倍成品厚度，回火进行组织稳定化处理，同时消除应力。
65.下面将结合实施例、对照例及实验数据对本技术的低成本高性能低碳贝氏体钢及其生产方法进行详细说明。
66.实施例1
67.一种tmcp+回火工艺低成本低碳贝氏体高强度钢板厚度20mm，其化学成分按质量百分数，单位wt％：c：0.052，si：0.40，mn：1.56，alt：0.032，nb：0.055，ti：0.014，cr：0.45，p：0.0060，s：0.0017，其余为fe和残余元素，cev：0.41，pcm：0.17。
68.其制备方法如下：
69.s1.对铁水进行预处理，后进行转炉冶炼，得到转炉钢水；
70.s2.对所述转炉钢水进行精炼，得到精炼钢水；
71.s3.把所述精炼钢水进行连铸，得到铸坯；
72.s4.对所述铸坯进行加热，得到加热坯；
73.s5.对所述加热坯进行轧制，后进行冷却，得到钢板；
74.s6.对所述钢板进行回火，得到低成本高性能低碳贝氏体钢。
75.本实施例制备过程中，具体参数取值如下：板坯尺寸为200*1850*3500(mm)，钢板尺寸为20*2700*21500(mm)。铸坯中心偏析为c类0.5。加热温度1178℃，在炉时间267min，双机架两阶段控轧，精轧开轧温度892℃，终轧温度851℃，待温厚度60mm，终冷温度367℃，冷速38℃/s，回火温度500℃，在炉时间70min，轧制规程见图1。
76.实施例2
77.一种tmcp+回火工艺低成本低碳贝氏体高强度钢板厚度30mm，其化学成分按质量百分数，单位wt％：c：0.053，si：0.42，mn：1.55，alt：0.027，nb：0.052，ti：0.016，cr：0.46，p：0.0075，s：0.0016，其余为fe和残余元素，cev：0.41，pcm：0.17。
78.其制备方法如下：
79.s1.对铁水进行预处理，后进行转炉冶炼，得到转炉钢水；
80.s2.对所述转炉钢水进行精炼，得到精炼钢水；
81.s3.把所述精炼钢水进行连铸，得到铸坯；
82.s4.对所述铸坯进行加热，得到加热坯；
83.s5.对所述加热坯进行轧制，后进行冷却，得到钢板；
84.s6.对所述钢板进行回火，得到低成本高性能低碳贝氏体钢。
85.本实施例制备过程中，具体参数取值如下：板坯尺寸为300*2000*2700(mm)，钢板尺寸为30*2530*19200(mm)。铸坯中心偏析为c类0.5。加热温度1182℃，在炉时间316min，双机架两阶段控轧，精轧开轧温度881℃，终轧温度841℃，待温厚度90mm，终冷温度350℃，冷速33℃/s，回火温度500℃，在炉时间105min，轧制规程见图3。
86.实施例3
87.一种tmcp+回火工艺低成本低碳贝氏体高强度钢板厚度40mm，其化学成分按质量百分数，单位wt％：c：0.057，si：0.41，mn：1.58，alt：0.035，nb：0.056，ti：0.018，cr：0.48，p：0.0080，s：0.0013，其余为fe和残余元素，cev：0.42，pcm：0.18。
88.其制备方法如下：
89.s1.对铁水进行预处理，后进行转炉冶炼，得到转炉钢水；
90.s2.对所述转炉钢水进行精炼，得到精炼钢水；
91.s3.把所述精炼钢水进行连铸，得到铸坯；
92.s4.对所述铸坯进行加热，得到加热坯；
93.s5.对所述加热坯进行轧制，后进行冷却，得到钢板；
94.s6.对所述钢板进行回火，得到低成本高性能低碳贝氏体钢。
95.本实施例制备过程中，具体参数取值如下：板坯尺寸为300*1620*3700(mm)，钢板尺寸为40*2400*16800(mm)。铸坯中心偏析为c类0.5。加热温度1168℃，在炉时间307min，双机架两阶段控轧，精轧开轧温度865℃，终轧温度835℃，待温厚度120mm，终冷温度316℃，冷速29℃/s，回火温度500℃，在炉时间140min，轧制规程见图5。
96.实验例
97.将实施例1-3制得的钢进行性能检测，测试结果如下表所示。
[0098][0099]
由上表可得，采用本方法制备的钢的屈服强度≥500mpa，抗拉强度≥630mpa，屈强比≤0.80，-60℃冲击功≥300j。实现了低碳贝氏体高强钢低成本、高效、稳定生产，具有更高的强度、低屈强比、良好的低温韧性和可焊性。
[0100]
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少还具有如下技术效果或优点：
[0101]
(1)本发明实施例提供的方法采用tmcp+回火工艺生产低碳贝氏体高强钢，较控轧和调质工艺，钢板同时满足高强度、低屈强比、优良的低温韧性和可焊性，更节约能源；
[0102]
(2)本发明实施例提供的方法采用大待温厚度和高终轧工艺，降低了轧机负荷，同时细化钢板组织；
[0103]
(3)本发明实施例提供的方法采用强水冷工艺使钢板完全转变为细小的贝氏体组织，提高钢板强度和低温韧性；
[0104]
(4)本发明实施例提供的方法通过进行回火处理，使钢板组织稳定并消除应力；
[0105]
(5)本发明实施例提供的方法在设计的工艺条件下实现了低碳贝氏体高强钢低成本、高效、稳定生产，具有更高的强度、低屈强比、良好的低温韧性和可焊性。屈服强度≥500mpa，抗拉强度≥630mpa，屈强比≤0.80，-60℃冲击功≥300j；
[0106]
(6)本发明实施例提供的钢添加较多的cr元素提高钢板淬透性，提高钢板抗拉强度、降低屈强比，相比添加ni、mo元素成本大幅降低。同时添加较多的si元素，采用低成本元素提高强度。
[0107]
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0108]
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0109]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。