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一种复相型低碳贝氏体高强度中厚钢板及其生产方法

阅读：1068发布：2021-01-22

IPRDB可以提供一种复相型低碳贝氏体高强度中厚钢板及其生产方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种复相型低碳贝氏体高强度中厚钢板及其生产方法，属于高强度中厚板钢技术领域。钢板化学成分按重量百分比为C：0.04-0.1%，Si：0.3-0.55%，Mn：1.5-2.0%，P≤0.015%，S≤0.015%，Al：0.02-0.05%，Nb：0.05-0.10%，Ti：0.05-0.10%，Nb+Ti≤0.15%，余量为Fe及不可避免的夹杂。该钢无需添加Ni、Mo、Cu等贵金属元素，轧后无需热处理，采用控制轧制和UFC工艺制度，获得细化贝氏体和1%-5%MA组织，可以成功并稳定地生产具有优良强韧性的高性价比复相型高强度中厚钢板，厚度规格16-40mm，屈服强度Rp0.2 550-620Mpa，Rm 670-750Mpa，-20℃V型缺口夏比冲击功≥40J，适用于工程机械和煤机行业等领域。，下面是一种复相型低碳贝氏体高强度中厚钢板及其生产方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种复相型低碳贝氏体高强度中厚钢板，其特征在于：该钢板的化学成分按重量百分比为C：0.04-0.1％，Si：0.3-0.55％，Mn：1.5-2.0％，P≤0.015％，S≤0.015％，Al：

0.02-0.05％，Nb：0.05-0.10％，Ti：0.05-0.10％，Nb+Ti≤0.15％，余量为Fe及不可避免的夹杂；组织为贝氏体+(1-5％)MA；

钢板厚度规格为16mm-40mm。

2.如权利要求1所述的复相型低碳贝氏体高强度中厚钢板，其特征在于：在C-Mn钢基础上添加Nb和Ti元素，且Nb+Ti≤0.22％。

3.一种生产如权利要求1所述的复相型低碳贝氏体高强度中厚钢板的生产方法，工艺包括冶炼、控轧控冷；其特征在于：工艺中控制的技术参数为：(1)冶炼：采用真空感应电炉冶炼，浇注成铸坯；

(2)控制轧制：

钢坯加热温度1180～1250℃，加热时间为3.5-4.5h，使铸坯奥氏体化，碳氮化物溶解，且温度不至于太高导致奥氏体晶粒粗大；

采用两阶段控制轧制：

第一阶段为粗轧阶段，其开轧温度1110℃～1170℃，道次压下率为20-35％，尽量在

4-5道次完成，实现奥氏体晶粒的充分细化；轧件中间待温厚度按照成品厚度的2倍～3倍控制；

第二阶段为精轧阶段：奥氏体未再结晶区开轧温度880℃-900℃，轧制总压下率

50％-65％，终轧温度控制在800-850℃；

(3)采用UFC(控制冷却方式，终冷温度控制在500-600℃，冷却速度控制在30-40℃/s；

(4)超快速冷却后，钢板空冷至室温。

说明书全文

一种复相型低碳贝氏体高强度中厚钢板及其生产方法

技术领域

[0001] 本发明属于高强度中厚板钢技术领域，特别是涉及一种复相型低碳贝氏体高强度中厚钢板及其生产方法，尤其是一种无需添加Ni、Mo、Cu等贵重金属元素、采用控制轧制+超快速冷却工艺、组织为贝氏体（B）+（1-5%）MA生产出的复相型低碳贝氏体高强度钢。该生产方法适用于配备UFC系统的宽厚板生产线。

背景技术

[0002] 低碳贝氏体钢是一类高强度、高韧性、多用途型钢种，具有较高的屈服强度、抗拉强度、良好的延伸性能、冷弯性能、焊接性能和抗冲击性能等，主要应用在煤机、工程机械、船板、桥梁等各个领域。

[0003] 在本发明之前，专利号201110027503.4的发明，提供了一种高性能低碳贝氏体钢及生产方法，采用Cr-Mo-Nb-Nb-Ti的微合金化设计，采用两阶段控轧，随后进行加速冷却，之后空冷。不足之处是采用0.1%-0.5%Mo元素来阻碍先析铁素体的形核和长大过程，抑制铁素体转变，但是Mo元素属于贵重金属，价格昂贵，对于控制合金成本不利。

[0004] 专利号200810030404.X公开了一种高强度微合金低碳贝氏体钢及其生产方法，采用Ni+Cr+Mo+ Nb+V+Ti的微合金化设计，采用回火热处理。不足之处为（1）采用0.1-0.15%Ni、0.1-0.15%Mo和0.0008-0.002%B，Ni和Mo同属贵重金属，增加合金成本；（2）轧后采用回火处理，不但增加工序成本，还增加生产周期。

[0005] 专利200810022600.2一种高强度低温用低碳贝氏体钢及其生产工艺，采用Nb+Mo+Ti的微合金化设计，轧后采用高温回火处理，不足之处同样为采用0.1-0.5%Mo和回火处理，分别提高钢板的合金成本和工序成本，且生产周期增加。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于提供一种复相型低碳贝氏体高强度中厚钢板及其生产方法，不采用贵重金属元素，不采用热处理方式，降低贝氏体钢板的合金成本和工序成本，缩短生产周期，加入适量适当的微合金元素，采用控制轧制+UFC冷却方式，采用贝氏体+（1-5%）MA来生产复相型低碳贝氏体高强度钢。

[0007] 本发明设计的复相型低碳贝氏体高强度中厚钢板，该钢板的化学成分按重量百分比为C：0.04-0.1%，Si：0.3-0.55%，Mn：1.5-2.0%，P≤0.015%，S≤0.015%，Al：0.02-0.05%，Nb：0.05-0.10%，Ti：0.05-0.10%，Nb+Ti≤0.15%，余量为Fe及不可避免的夹杂。组织为贝氏体（B）+（1-5%）MA。

[0008] 本发明可以在C-Mn钢基础上添加Nb和Ti元素，且Nb+Ti≤0.15%；钢板厚度规格为16mm-40mm。

[0009] 本发明中选择的成分设计中，各元素的作用如下：

[0010] C：选择为0.04-0.1%。碳含量对钢材的强度、韧性和焊接性能都有影响。必要的碳含量起到固溶强化的作用，与加入的Nb、Ti元素作用，析出微合金碳化物，起到抑制再结晶和析出强化的作用；较低的碳含量下，板条贝氏体内的渗碳体细小，不呈现连续分布，韧性佳；更重要的是较低的碳含量可以保证钢板具有良好的焊接性能。

[0011] 硅：选择为0.3-0.5%。Si是炼钢脱氧的必要元素，且以固溶强化形式提高钢的强度；含量太低脱氧效果不佳，含量太高会降低韧性，可焊性较差。

[0012] 锰：选择为1.5-2.5%。Mn是固溶强化和提高钢板抗拉强度的最重要元素，对贝氏体转变有较大的促进作用，且成本低廉，本发明中把Mn左右主要合金元素。

[0013] 铝：选择为Al：0.02-0.05%。Al为脱氧元素，形成AlN有效硅细化晶粒，与Si相似，含量不足，脱氧效果很差，太高则影响韧性。

[0014] Nb：选择为0.05-0.10%。Nb能够有效地抑制奥氏体再结晶，提高再结晶温度，扩大未再结晶区范围，为精轧阶段控制轧制加大压下量来细化最终组织提供保证。其中，固溶铌的细小碳氮化物对奥氏体晶界及亚结晶起到钉扎拖曳作用，在冷却过程中，部分固溶铌可以在贝氏体中析出碳氮化物，起到析出强化的作用。

[0015] Ti：选择为0.05-0.10%。钛除了固定氮元素，还可以阻止加热、轧制和焊接过程中晶粒的长大，改善母材和焊接热影响区的韧性。另外，钢中固溶的钛可以在冷却过程中以碳氮化物的形式析出，起到阻止晶粒长大和弥散析出强化作用。

[0016] 磷和硫：选择为≤0.015%。P、S均为有害元素，危害钢板的韧性。

[0017] 本发明的制造工艺包括冶炼、控轧控冷；在工艺中控制的技术参数如下：

[0018] （1）冶炼：采用真空感应电炉冶炼，浇注成铸坯；

[0019] （2）控制轧制：

[0020] 加热温度设定为 1180~1250℃，加热时间为3.5-4.5h，使铸坯奥氏体化，碳氮化物溶解，且温度不至于太高导致奥氏体晶粒粗大；

[0021] 轧制采用两阶段控制轧制技术：

[0022] 第一阶段为粗轧阶段，其开轧温度1140℃±30℃，道次压下率为20-35%，尽量在4-5道次完成，实现奥氏体晶粒的充分细化；轧件中间待温厚度按照成品厚度的2倍～3倍控制；

[0023] 第二阶段为精轧阶段：奥氏体未再结晶区开轧温度880℃-900℃，轧制总压下率50%-65%，终轧温度控制在800-850℃；

[0024] 奥氏体未再结晶区开轧温度880℃-900℃，尽量加大变形量，使得相变前奥氏体晶粒充分破碎，位错密度、亚结构等充分引入，为相变后组织、Nb和Ti的碳化物析出提供更多的形核点，实现相变后组织和析出物均匀细小，起到很好的细晶强化和析出强化。

[0025] （3）采用UFC（控制冷却方式，终冷温度控制在500-600℃，冷却速度控制在30-40℃/s。

[0026] （4）超快速冷却后，钢板空冷至室温。

[0027] 本发明采用UFC（超快冷）技术。超快冷技术提高轧制钢材性能的一个重要技术措施，也是本发明控制冷却工艺的核心环节之一。通过加快轧制后的冷却速度，不仅可以抑制晶粒的长大，而且可以获得高强度高韧性所需的超细铁素体组织或者贝氏体组织。钢板以20-40℃/s的冷却速度，冷至500℃-600℃，出水后空冷，在此超快速冷却技术下，奥氏体发生贝氏体转变，形成微细的贝氏体板条组织，板条细小，渗碳体细小断续弥散分布，（1-5%）MA组织尺寸细小，弥散分布，起到很好的强化作用。

[0028] 本发明引进（1-5%）MA组织。MA组织硬度大，强度高，但传统的MA组织对韧性影响很大，粗大的MA组织更是降低钢板的低温冲击韧性。但是本发明，通过采用组织超细化技术和超快速冷却技术，将 MA含量控制在1-5%，使得MA组织即发挥高强度作用，也发挥晶粒细化对强度和韧性的正向作用。

[0029] 本发明的优点在于：

[0030] 本发明采用高Nb高Ti合金设计，不采用Ni、Mo和Cu等贵重金属元素，合金成本低，节约社会资源，满足绿色环保设计理念。

[0031] 本发明采用控制轧制+UFC（超快速冷却）技术，不采用淬火和回火等热处理技术，生产成本低，生产周期短。

[0032] 根据本发明提供的化学成分和生产方法，可以成功并稳定地生产具有优良强韧性的高性价比高强钢，厚度规格16-40mm，屈服强度Rp0.2 550-620Mpa，Rm670-750Mpa，-20℃V型缺口夏比冲击功≥40J，适用于工程机械、煤机行业、船板、桥梁等领域。

附图说明

[0033] 图1为16mm中厚钢板组织贝氏体+MA照片。

[0034] 图2为40mm中厚钢板组织贝氏体+MA照片。

[0035] 图3为16mm中厚钢板组织1.33%MA照片。

[0036] 图4为40mm中厚钢板组织2.63%MA照片。具体实施方式：

[0037] 实施实例1：

[0038] 本实施实例为规格16mm的复相型低碳贝氏体高强度中厚钢板的生产工艺，其成分重量百分比如表1：

[0039] 表1 化学成分

[0040]元素 C Si Mn P S Al Nb Ti Fe
重量百分比% 0.090 0.5 1.84 0.014 0.007 0.025 0.081 0.066 余量

[0041] 生产工艺按照以下工序进行：

[0042] （1）冶炼：采用50kg真空感应电炉冶炼，浇铸成120mm*120mm*300mm铸锭。

[0043] （2）控制轧制和UFC（超快速冷却）

[0044] 加热温度：本次试验钢坯加热温度设定为 1210℃，加热时间为4h。

[0045] 控制轧制：采用两阶段控制轧制。粗轧阶段的开轧温度为1140℃左右，4道次压下率都大于20%，最大道次压下量达到31%；轧件中间待温厚度按照成品厚度3倍48mm控制；精轧阶段开轧开始温度900℃，终轧温度820℃。

[0046] UFC（超快速冷却）：开冷温度805℃；终冷温度535℃，冷却速度为38.6℃/s：

[0047] 实施实例2：

[0048] 本实施实例为规格40mm的复相型低碳贝氏体高强度中厚钢板的生产工艺，其成分重量百分比如表2：

[0049] 表2 化学成分

[0050]元素 C Si Mn P S Al Nb Ti Fe
重量百分比% 0.083 0.48 1.75 0.012 0.008 0.043 0.09 0.051 余量

[0051] 生产工艺按照以下工序进行：

[0052] （1）冶炼：采用50kg真空感应电炉冶炼，浇铸成120mm*120mm*300mm铸锭。

[0053] （2）控制轧制和UFC（超快速冷却）

[0054] 加热温度：本次试验钢坯加热温度设定为 1210℃，加热时间为4h。

[0055] 控制轧制：采用两阶段控制轧制。粗轧阶段的开轧温度为1105℃左右，3道次压下率都大于20%；轧件中间待温厚度按照成品厚度2倍80mm控制；精轧阶段开轧开始温度850℃，终轧温度820℃。

[0056] UFC（超快速冷却）：开冷温度805℃，终冷温度565℃，冷却速度为34.2℃/s：

[0057] 表3为实施实例1和实例2的力学性能

[0058] 表3 实例1和实例2的力学性能

[0059]

[0060] 图1至图4为16mm和40mm中厚钢板的复相组织贝氏体+MA和MA照片。

标题	发布/更新时间	阅读量
一种浆体输送用下贝氏体耐磨钢管及其制造方法-专利编号CN102776445B	2020-05-12	267
准贝氏体钢-专利编号CN100408712C	2020-05-11	149
高强度贝氏体钢-专利编号CN109837458A	2020-05-13	941
准贝氏体钢-专利编号CN1172171A	2020-05-11	748
模具用贝氏体钢-专利编号CN102439190B	2020-05-13	813
一种浆体输送用下贝氏体耐磨钢管及其制造方法-专利编号CN102776445A	2020-05-13	243
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