一种减少热轧卷板Q345B枝晶偏析的生产方法

摘要

一种减少热轧卷板Q345B枝晶偏析的生产方法，其特征在于：化学成分重量百分比如下：C：0.06‑0.12％，Mn：0.4‑0.59％，Si：0.06‑0.15％，P：≤0.030％，S：≤0.030％，Als：0.005‑0.030％，Cr：0.6‑1.0％，其余为铁和不可避免的杂质。本发明在成分配比上降低Mn、C含量，添加Cr元素，利用Cr元素在钢中起固溶强化且细化晶粒的作用，替代部分Mn、C，在不影响带钢力学性能的情况下明显减弱了锰、碳元素枝晶、中心偏析行为，细化了铁素体晶粒，减少珠光体片间距，提高了钢的韧性和冷加工性能，使轧后带钢的带状组织级别降低，组织细化，获得符合要求的强度和机械性能。

权利要求

1.一种减少热轧卷板Q345B枝晶偏析的生产方法，其特征在于：化学成分重量百分比如下：C：0.06-0.12%，Mn：0.4-0.59%，Si：0.06-0.15%，P：≤0.030%，S：≤0.030%，Als：0.005-

0.030%，Cr：0.6-1.0%，钢中还含有N，按照重量百分比N元素含量为0.008-0.015%，其余为铁和不可避免的杂质；为保证一定含量的N，在精炼过程中加入锰氮合金。

2.根据权利要求1所述的减少热轧卷板Q345B枝晶偏析的生产方法，包括冶炼、铸造、热轧、卷取，其特征在于：转炉冶炼终点温度控制在1620-1640℃，控制P≤0.020%、S≤0.025%；

炉后铝脱氧后，加硅锰、铬铁合金控制Mn含量0.3-0.5%、Si含量≤0.15%、Cr含量0.5-

0.9%、Al含量0.010-0.030%；

LF精炼过程，加铝粒造白渣，白渣保持时间不低于10分钟，出站前加入铬铁合金及成份微调，钢中Cr控制0.6-1.0%、Mn：0.4-0.6%、Si：0.10-0.15%、Als：0.008-0.030%，随后喂入纯钙线，Ca/Al：0.09-0.15，喂线期间，钢包采用弱搅拌，以钢液面涌动，钢水不裸露为宜，喂线后保证有效净软吹时间≥8分钟。

3.根据权利要求2所述的减少热轧卷板Q345B枝晶偏析的生产方法，其特征在于：终轧温度：终轧温度控制在810～840℃；

卷取温度：卷取温度控制在590～620℃。

说明书

一种减少热轧卷板Q345B枝晶偏析的生产方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种热轧卷板生产方法，特别是减少热轧卷板Q345B枝晶偏析的生产方法。

背景技术

[0002] Q345B属于低碳合金钢，具有良好的综合力学性能，低温性能、冷冲压性能、焊接性能和可切削性能好，被广泛应用于桥梁、车辆、船舶、建筑、压力容器等领域。目前，各大钢厂生产热轧卷板Q345B多采用硅锰脱氧合金化工艺，锰作为重要的脱氧元素存在与钢中，钢中Mn含量普遍控制1.1-1.5％范围内，C 含量控制在0.15-0.20％范围内。这种传统生产工艺存在的问题是钢中含锰、碳量偏高，在连铸冷却过程中易在枝晶间、中心形成偏析，热轧后形成严重的带状组织。为解决传统生产工艺存在的问题，满足热轧卷板Q345B钢的性能要求，许多钢厂推行适当降低Mn含量并添加Ti微合金化成份设计方法，此方法可以降低Mn含量高带来的危害性，但因Ti元素具有极活泼的化学性质，极易与氧、氮结合使Ti的收得率低，导致钢中TiN夹杂物多，另外Ti微合金化钢的TiN 细晶强化降低了钢的冲击韧性，热处理的再加工过程失去了固溶强化的作用，达不到使用要求。

发明内容

[0003] 本发明旨在克服现有技术的缺陷，提供一种减少热轧卷板Q345B枝晶偏析的生产方法，所述方法既可以降低Mn、C含量高带来的偏析危害，又可以解决降Mn加Ti带来的韧性降低和热处理固溶强化失效的问题。

[0004] 为达到上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：

[0005] 一种减少热轧卷板Q345B枝晶偏析的生产方法，化学成分重量百分比如下： C：0.06-0.12％，Mn：0.4-0.59％，Si：0.06-0.15％，P：≤0.030％，S：≤0.030％， Als：0.005-
0.030％，Cr：0.6-1.0％，其余为铁和不可避免的杂质。

[0006] 上述减少热轧卷板Q345B枝晶偏析的生产方法，钢中还含有N，按照重量百分比N元素含量为0.008-0.015％。

[0007] 上述减少热轧卷板Q345B枝晶偏析的生产方法，包括冶炼、铸造、热轧、卷取，转炉冶炼终点温度控制在1620-1640℃，控制P≤0.020％、S≤0.025％；

[0008] 炉后铝脱氧后，加硅锰、铬铁合金控制Mn含量0.3-0.5％、Si含量≤0.15％、 Cr含量0.5-0.9％、Al含量0.010-0.030％；

[0009] LF精炼过程，加铝粒造白渣，白渣保持时间不低于10分钟，出站前加入铬铁合金及成份微调，钢中Cr控制0.6-1.0％、Mn：0.4-0.6％、Si：0.10-0.15％、 Als：0.008-0.030％，随后喂入纯钙线，Ca/Al：0.09-0.15，喂线期间，钢包采用弱搅拌，以钢液面涌动，钢水不裸露为宜，喂线后保证有效净软吹时间≥8 分钟。

[0010] 上述减少热轧卷板Q345B枝晶偏析的生产方法，终轧温度：终轧温度控制在810～840℃；卷取温度：卷取温度控制在590～620℃。

[0011] 本发明针对常规热轧卷板Q345B因锰、碳含量偏高而引起枝晶偏析的问题进行了改进，成分配比上降低Mn、C含量，添加Cr元素，利用Cr元素在钢中起固溶强化且细化晶粒的作用，替代部分Mn，在不影响带钢力学性能的情况下明显减弱了锰、碳元素枝晶、中心偏析行为，细化了铁素体晶粒，减少珠光体片间距，提高了钢的韧性和冷加工性能，使轧后带钢的带状组织级别降低，组织细化，改善了产品再加工后的机械性能，获得符合要求的强度和机械性能。此外，本发明还在钢中添加微量N，使N和Cr形成CrN、Cr2N、(Fe、Cr)3C 等类型的化合物，在钢液凝固前就以细小的固态颗粒弥散于钢液中，使铸坯组织致密性提高，中心疏松面积减少，等轴晶区增大，抑制了铸坯中心偏析。

附图说明

[0012] 图1、图2分别为显示实施例1的晶粒度及夹杂物的金相组织图片；

[0013] 图3、图4分别为显示对比例1的晶粒度及夹杂物的金相组织图片。

具体实施方式

[0014] 本发明的主要改进在于成分设计上添加Cr元素取代部分Mn元素，消除或明显降低高Mn、C带来的偏析危害，以Cr元素在钢中起固溶强化作用及细化晶粒的作用，获得符合要求的强度和机械性能。

[0015] 本发明成分设计分析如下：

[0016] C：C元素的有益之处主要是通过固溶强化和析出强化来提高钢的机械性能，但C是易偏析元素，随着C含量增加，铸坯中心偏析严重，并会显著降低钢的塑性、韧性和可焊接性能，为此，根据低合金高强度钢Q345B国家标准要求，钢中C含量控制在0.06-0.12％范围内。

[0017] Mn：Mn元素主要通过固溶强化来提高钢的强度，在钢中益与S结合形成MnS，避免钢中出现脆相FeS，加剧钢的裂纹敏感性。但钢中Mn元素较高时，易在铸坯枝晶、中心偏析，热轧后形成带状组织。试验表明，Mn为0.6％、1.20％、1.80％三个结点时偏析程度急剧变化，为此，钢中Mn元素含量的确定既要保证Mn/S ≥25，起到一定的固溶强化作用，又要避免过高引起铸坯偏析带，还要避开急剧变化的点，所以按照钢中S≤0.015％，确定0.4％≤Mn≤0.59％。

[0018] Si：Si在钢中起固溶强化的作用，但Si含量高影响钢水纯净度，在钢中属于有害物质，易形成硅酸盐夹杂物影响钢的塑性。从使用角度来说，如果制管后镀锌，Si含量≥0.15％会影响到镀锌效果。一般钢中加入的Si含量以Mn 合金来确定，Mn/Si≥4.0可提高钢的可折弯性，有利于焊管成型，为此，将钢中Si含量控制在0.06％-0.15％范围内。

[0019] S、P：S、P在钢中属于有害元素，影响钢的韧性和塑性，因为控制钢中S、 P含量越低越有益，本发明P≤0.030％，S≤0.030％。

[0020] Cr：Cr元素是一种碳化物形成元素，在金属材料中，Cr与C形成Cr3C等金属化合物，而这种金属化合物具有较高强度、硬度，当它以颗粒状弥散性分布在金属基体上时，可大大提高钢的强度、韧性和耐磨性。同时含Cr钢淬火后可提高钢的淬透性，获得优良的回火组织。本发明采用Cr代替Mn提高钢的强度和韧性。0.1％Cr相当于0.1％Mn的强度贡献，原工艺低合金高强度钢Q345B 中Mn含量为1.20％-1.40％，为达到所需要的机械性能，本发明钢中需加入 0.6-1.0％的Cr来代替Mn。

[0021] N：N元素在钢中起到固溶强化和加工硬化作用，钢中加入微量Cr的同时加入微量N，可以形成CrN、Cr2N、(Fe、Cr)3C等类型的化合物，在钢液凝固前就以细小的固态颗粒弥散于钢液中，铸坯组织致密性提高，中心疏松面积减少，等轴晶区增大，抑制了铸坯中心偏析。铸坯在轧制过程中，Cr、N形成的化合物在结晶过程中作为自发晶核的核心提高形核速率，阻碍奥氏体晶粒的长大，使晶粒细化，提高钢的强度和硬度，为此，在钢中加入Cr元素代替Mn元素的同时加入0.008-0.015％的N，通过N与Cr的协同作用可以进一步提高钢的强度。本发明钢中N的含量控制在0.008-0.015％，一方面适当提高钢的强度，另一方面避免因N的含量偏高使强度超过国家标准。

[0022] 本发明的方法还包括下述步骤：转炉冶炼终点温度控制在1620-1640℃，控制P≤0.020％、S≤0.025％；炉后铝脱氧后，加硅锰、铬铁合金控制Mn含量 0.3-0.5％、Si含量≤
0.15％、Cr含量0.5-0.9％、Al含量0.010-0.030％；LF精炼过程，加铝粒造白渣，白渣保持时间不低于10分钟，出站前加入铬铁合金及成份微调，钢中Cr控制0.6-1.0％、Mn：0.4-0.6％、Si：0.10-0.15％、Als： 0.008-0.030％，随后喂入纯钙线，Ca/Al：0.09-0.15，喂线期间，钢包采用弱搅拌，以钢液面涌动，钢水不裸露为宜，喂线后保证有效净软吹时间≥8分钟；终轧温度：终轧温度控制在810～840℃；卷取温度：卷取温度控制在590～620 ℃。为保证一定含量的N，在精炼过程中加入锰氮合金。

[0023] 以下提供本发明实施例与常规方法的对比例：

[0024] 实施例1：本发明热轧卷板Q345B的化学成分重量百分比如下：C：0.12％， Mn：0.59％，Si：0.12％，P：0.020％，S：0.010％，Als：0.010％，Cr：0.7％，其余为铁和不可避免的杂质。

[0025] 力学性能：屈服强度431MPa，抗拉强度545MPa，冲击功187J，延伸率(％)27.5。

[0026] 金相分析：晶粒等级/级11.5，带状组织/级0.5。

[0027] 效果评价：组织均匀、细小，强度、韧性较高，A类夹杂物级别低，尺寸60μm，带状组织级别降低。

[0028] 实施例2：本发明热轧卷板Q345B的化学成分重量百分比如下：C：0.06％， Mn：0.4％，Si：0.15％，P：0.021％，S：0.011％，Als：0.005％，Cr：1.0％，其余为铁和不可避免的杂质。

[0029] 力学性能：屈服强度416MPa，抗拉强度527MPa，冲击功197J，延伸率 (％)28。

[0030] 金相分析：晶粒等级/级11，带状组织/级0.5。

[0031] 效果评价：组织均匀、细小，强度、韧性较高，A类夹杂物级别低，尺寸60μm，带状组织级别降低。

[0032] 实施例3：本发明热轧卷板Q345B的化学成分重量百分比如下：C：0.08％， Mn：0.487％，Si：0.111％，P：0.019％，S：0.012％，Als：0.005％，Cr： 0.862％，N：0.010％，其余为铁和不可避免的杂质。

[0033] 力学性能：屈服强度445MPa，抗拉强度564MPa，冲击功206J，延伸率(％)27.4。

[0034] 金相分析：晶粒等级/级11.5，带状组织/级0.5。

[0035] 效果评价：组织均匀、细小，强度、韧性较高，A类夹杂物级别低，尺寸60μm，带状组织级别降低。

[0036] 实施例4：本发明热轧卷板Q345B的化学成分重量百分比如下：C：0.10％， Mn：0.550％，Si：0.06％，P：0.019％，S：0.018％，Als：0.030％，Cr：0.80％， N：0.015％，其余为铁和不可避免的杂质。

[0037] 力学性能：屈服强度487MPa，抗拉强度592MPa，冲击功197J，延伸率(％)27.9。

[0038] 金相分析：晶粒等级/级11.5，带状组织/级0.5。

[0039] 效果评价：组织均匀、细小，强度、韧性较高，A类夹杂物级别低，尺寸60μm，带状组织级别降低。

[0040] 对比例1：普通热轧卷板Q345B的化学成分重量百分比如下：C：0.165％， Mn：1.214％，Si：0.29％，P：0.018％，S：0.010％，Als：0.006％，其余为铁和不可避免的杂质。

[0041] 力学性能：屈服强度409MPa，抗拉强度512MPa，冲击功115J，延伸率(％)25。

[0042] 金相分析：晶粒等级/级10，带状组织/级2.5。

[0043] 效果评价：夹杂总量增加，带状组织级别高，延伸率偏低，冲击功偏低。

[0044] 对比例2：普通热轧卷板Q345B的化学成分重量百分比如下：C：0.168％， Mn：0.512％，Si：0.264％，P：0.018％，S：0.011％，Als：0.034％，Ti 0.040，其余为铁和不可避免的杂质。

[0045] 力学性能：屈服强度423MPa，抗拉强度535MPa，冲击功97J，延伸率(％)23.5。

[0046] 金相分析：晶粒等级/级11.5，带状组织/级1.0。

[0047] 效果评价：夹杂总量增加，延伸率和冲击功明显降低。

[0048] 由上述实施例及对比例可以看出，本发明热轧卷板Q345B的冲击功和延伸率相比现有技术均有提高。由图1-图4可以看出本发明热轧卷板Q345B 相比普通高锰含量的热轧卷板Q345B晶粒细化，带状组织夹杂物明显降低，组织均匀。