一种VN微合金化Q550级别中厚钢板及其制备方法.pdf

本发明的目的是针对现有技术中Q550级钢板昂贵合金用量多且制备工艺复杂的情况，提供了一种V-N微合金化Q550级别中厚钢板及其制备方法。该钢的化学组成按重量百分比为：C：0.06～0.12％，Mn：1.20～2.00％，Si：0.10～0.50％，S：0.002～0.01％，P：0.003～0.01％，Al：0.01～0.05％，V：0.06～0.15％，N：0.01～0.02％，余量为Fe和其他不可避免的杂质；其制备方法为将钢坯随炉加热至1000～1200℃并保温3～4h，再将钢坯热轧成20～50mm厚的热轧板，粗轧阶段的开轧温度和终轧温度分别为1030～1150℃和980～1020℃，精轧阶段的开轧温度和终轧温度分别为908～925℃和820～845℃；热轧结束将钢板水冷至545～650℃，随后空冷至室温。该钢板为高强韧超低碳中锰的中厚钢板，其金相组织为细晶的铁素体、珠光体和针状铁素体；该方法操作过程简单，无需淬火回火处理，易实现工业化生产。

权利要求书
1.  一种V-N微合金化Q550级别中厚钢板，其特征在于，化学组成按重量百分比为：C：0.06～0.12％，Mn：1.20～2.00％，Si：0.10～0.50％，S：0.002～0.01％，P：0.003～0.01％，Al：0.01～0.05％，V：0.06～0.15％，N：0.01～0.02％，余量为Fe和其他不可避免的杂质；所述钢板厚度为20～50mm。

2.  根据权利要求1所述的一种V-N微合金化Q550级别中厚钢板，其特征在于，所述中厚钢板的金相组织为细晶铁素体和珠光体或细晶铁素体、珠光体和针状铁素体。

3.  根据权利要求1所述的一种V-N微合金化Q550级别中厚钢板，其特征在于，所述中厚钢板的屈服强度为557～596MPa，抗拉强度为685～724MPa，延伸率为19.6～22.6％，-40℃冲击功＞101J。

4.  一种权利要求1所述的V-N微合金化Q550级别中厚钢板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将钢坯随炉加热至1000～1200℃并保温3～4h，钢坯的化学组成按重量百分比为：C：0.06～0.12％，Mn：1.20～2.00％，Si：0.10～0.50％，S：0.002～0.01％，P：0.003～0.01％，Al：0.01～0.05％，V：0.06～0.15％，N：0.01～0.02％，余量为Fe和其他不可避免的杂质；
再将钢坯经两阶段热轧轧制成20～50mm厚的热轧钢板，粗轧阶段的开轧温度和终轧温度分别为1030～1150℃和980～1020℃，精轧阶段的开轧温度和终轧温度分别为908～925℃和820～845℃；
热轧结束将钢板水冷至545～650℃，随后空冷至室温，得到产品。

5.  根据权利要求4所述的一种V-N微合金化Q550级别中厚钢板的制备方法，其特征在于，所述钢坯厚度为120～220mm。

6.  根据权利要求4所述的一种V-N微合金化Q550级别中厚钢板的制备方法，其特征在于，所述水冷的冷却速率为12～25℃/s。

说明书一种V-N微合金化Q550级别中厚钢板及其制备方法
技术领域
本发明属于中厚板制造领域，具体涉及一种V-N微合金化Q550级别中厚钢板及其制备方法。
背景技术
具有高强度、优异低温冲击韧性及良好焊接性能的先进中厚规格钢板是桥梁、船体、建筑、压力容器、煤机及海洋平台等钢结构的首选材料，其中低合金高强钢Q550D主要用于动载、重载及反复加载条件下的焊接结构件，要求高的综合机械性能和良好的焊接性。与热轧带钢相比，由于轧机载荷及扭矩能力的限制，在中厚规格钢板控轧控冷过程中，具有轧制温度高、道次压下小及道次间隔时间长等特点，变形和冷却难以在厚度方向上均匀分布，因此会形成粗大等轴的再结晶奥氏体，最终导致钢板中心常形成粗大的粒状贝氏体及魏氏体等不佳组织，从而造成钢板厚度方向上组织性能的严重不均匀。为了获得良好的韧性与焊接性能，钢材的C含量显著降低，随之引起强度的降低通过添加Si和Mn元素来补偿。进一步提高强度通过单独或复合添加微合金化元素Nb、Ti而形成的析出强化和细晶强化作用。添加Nb抑制奥氏体的再结晶而实现控制轧制，添加Ti避免焊接过程中奥氏体的异常粗化。
典型的Q550D级钢板均采用贝氏体组织，为了提高Nb-Ti微合金化中厚板厚度方向的均匀性，添加了大量Ni、Mo及Cu等贵重的合金元素，这些合金元素显著提高了碳当量，导致焊接性能难以令人满意。日本新日铁公司、日本钢管公司以及国内钢铁企业采用了低温轧制技术和新一代的在线加速冷却技术，然而心部的控制难度仍然存在。目前国内只有少数拥有先进冶炼和轧机、矫直装备的钢铁企业开发出了具有特色的Q550D级钢板，但目前仍存在难以克服的工艺难点，轧后终冷温度过低，钢板瓢曲度比较严重，根本无法矫平，故实际生产过程中难度极大。而且低温轧制力大和快速冷却需提升企业的装备技术水平，淬火回火处理需高能耗和长生产周期。贝氏体组织的延伸性能较差，高Nb钢的高温热塑性差，常引起板材表面星裂，近期钢铁行业竞争不断加剧，各钢铁企业急需开发一种昂贵合金用量少且设备要求低的新一代控轧控冷Q550D级钢板。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中Q550级钢板中昂贵合金用量多且制备工艺复杂的情况，提供了一种V-N微合金化Q550级别中厚钢板及其制备方法。该钢板为高强韧超低碳中锰的中厚钢板，其组织为细晶的铁素体珠光体和/或针状铁素体；该方法操作过程简单，无需淬火回火处理，容易实现工业化生产。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种V-N微合金化Q550级别中厚钢板，其化学组成按重量百分比为：C：0.06～0.12％，Mn：1.20～2.00％，Si：0.10～0.50％，S：0.002～0.01％，P：0.003～0.01％，Al：0.01～0.05％，V：0.06～0.15％，N：0.01～0.02％，余量为Fe和其他不可避免的杂质；
上述中厚钢板的厚度为20～50mm；
上述中厚钢板的金相组织为细晶铁素体和珠光体或铁素体、珠光体和针状铁素体。
上述中厚钢板的屈服强度为557～596MPa，抗拉强度为685～724MPa，延伸率为19.6～22.6％，-40℃冲击功＞101J。
上述V-N微合金化Q550级别中厚钢板的制备方法，包括以下步骤：
将厚度为120～220mm的钢坯随炉加热至1000～1200℃并保温3～4h，钢坯的化学组成按重量百分比为：C：0.06～0.12％，Mn：1.20～2.00％，Si：0.10～0.50％，S：0.002～0.01％，P：0.003～0.01％，Al：0.01～0.05％，V：0.06～0.15％，N：0.01～0.02％，余量为Fe和其他不可避免的杂质；
再将钢坯热轧成20～50mm厚的热轧钢板，粗轧阶段的开轧温度和终轧温度分别为1030～1150℃和980～1020℃，精轧阶段的开轧温度和终轧温度分别为908～925℃和820～845℃；
热轧结束后将钢板以12～25℃/s的冷却速率水冷至545～650℃，随后空冷至室温，得到V-N微合金化Q550级别中厚钢板产品；中厚钢板的金相组织为细晶铁素体和珠光体或细晶铁素体、珠光体和针状铁素体。
经检测，上述方法制备的中厚钢板产品的屈服强度为557～596MPa，抗拉强度为685～724MPa，延伸率为19.6～22.6％，-40℃冲击功＞101J。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
(1)本发明的中厚钢板碳含量低，重量百分含量为0.06～0.12％，而且通过控 轧控冷避免了钢板组织中粗大渗碳体的形成，钢板低温冲击韧性良好；低碳设计降低焊接碳当量，可改善焊接性能。
(2)本发明方法采用控轧控冷工艺，利用奥氏体中形变诱导析出的VN促进铁素体形核并细化晶粒，有效提高了钢板的强韧性能。我国V矿储量丰富，精轧过程中奥氏体内形变诱导VN析出，由于VN与铁素体的晶格错配度极低，高体积分数的VN析出物可以显著促进晶内铁素体的形核，从而大幅细化晶粒，提高低温冲击性能；N是廉价的合金元素，高N含量可以增大V-N固溶度积从而促进VN的析出，在终冷后的缓冷过程中，大量纳米尺度的VN弥散地析出，可以起到显著的析出强化作用；因此采用V-N微合金化结合控轧控冷工艺，利用VN促进晶内铁素体形核的作用提升中厚板心部强韧性能，对于钢铁企业产品升级、节能降耗意义重大。
(3)本发明所制备的V-N微合金化Q550级别中厚板性能优良：屈服强度为557～596MPa，抗拉强度为685～724MPa，延伸率为19.6～22.6％，-40℃冲击功＞101J。
(4)本发明制备的钢板成本低。本发明钢板昂贵合金用量少；并且本发明方法操作过程简单，无需淬火回火处理，降低了生产成本，容易实现工业化生产。
附图说明
图1为本发明制备方法的工艺流程示意图；
图2为实施例1制得的中厚钢板的金相组织图；
图3为实施例2制得的中厚钢板的金相组织图；
图4为实施例3制得的中厚钢板的金相组织图。
具体实施方式
本发明中实施例1所采用的热轧机和加热炉为国内某钢厂的热轧机和加热炉；
本发明中实施例2、3所采用的热轧机为东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室设计制造的Φ450热轧机，加热炉为高温箱式电阻炉，型号为RX4-85-13B；
显微镜为LEICA-DMIRM多功能光学显微镜。
实施例1
一种厚度为50mm的V-N微合金化Q550D级别中厚钢板，其化学组成按重 量百分比为：C：0.12％，Mn：1.90％，Si：0.20％，S：0.005％，P：0.003％，Al：0.01％，V：0.11％，N：0.018％，余量为Fe和其他不可避免的杂质；组织为细晶铁素体和珠光体。
其制备方法如下：
将上述组分的厚度为220mm的连铸坯随炉加热至1200℃并保温3h，随后热轧成50mm厚的热轧板，粗轧阶段的开轧温度和终轧温度分别为1150℃和1020℃，精轧阶段的开轧温度和终轧温度分别为925℃和845℃，粗轧阶段经过5道次轧制，总的压下率为55.9％，精轧阶段经过5道次轧制，总压下率为33.2％；
热轧结束后将板材以12℃/s的冷却速率水冷至650℃，随后空冷至室温，得到控轧控冷后的中厚板；板材中金相组织为细晶铁素体和珠光体，如图2所示。
经检测，该中厚钢板的屈服强度为557MPa，抗拉强度为685MPa，延伸率为22.6％，-20℃冲击功185J，-40℃冲击功122J，满足Q550D级中厚板要求。
实施例2
一种厚度为30mm的V-N微合金化Q550E级别中厚板，其化学组成按重量百分比为：C：0.10％，Mn：1.20％，Si：0.10％，S：0.002％，P：0.01％，Al：0.04％，V：0.15％，N：0.01％，余量为Fe和其他不可避免的杂质；组织为细晶铁素体、珠光体和针状铁素体。
其制备方法如下：
将上述组分的厚度为140mm的钢坯随炉加热至1100℃并保温4h，随后热轧成30mm厚的热轧板，粗轧阶段的开轧温度和终轧温度分别为1080℃和990℃，精轧阶段的开轧温度和终轧温度分别为920℃和837℃，粗轧阶段经过5道次轧制，总的压下率为41.4％，精轧阶段经过7道次轧制，总压下率为37.1％；
热轧结束后将板材以18℃/s的冷却速率水冷至610℃，随后空冷至室温，得到控轧控冷后的中厚板；板材中金相组织为细晶铁素体、珠光体和针状铁素体，如图3所示。
经检测，该中厚钢板的屈服强度为573MPa，抗拉强度为692MPa，延伸率为20.8％，-20℃冲击功192J，-40℃冲击功133J，-60℃冲击功102J，满足Q550E级中厚板要求。
实施例3
一种厚度为20mm的V-N微合金化Q550E级别中厚板，其化学组成按重量百分比为：C：0.06％，Mn：2.00％，Si：0.50％，S：0.01％，P：0.006％，Al：0.05％，V：0.06％，N：0.02％，余量为Fe和其他不可避免的杂质；组织为细晶铁素体、珠光体和针状铁素体。
其制备方法如下：
将上述组分的厚度为120mm的钢坯随炉加热至1000℃并保温4h，随后热轧成20mm厚的热轧板，粗轧阶段的开轧温度和终轧温度分别为1030℃和980℃，精轧阶段的开轧温度和终轧温度分别为908℃和820℃，粗轧阶段经过5道次轧制，总的压下率为58.3％，精轧阶段经过5道次轧制，总压下率为25％；
热轧结束后以25℃/s的冷却速率水冷至545℃，随后空冷至室温，得到控轧控冷后的中厚板；板材中金相组织为细晶铁素体、珠光体和大量针状铁素体，如图4所示。
经检测，该中厚钢板的屈服强度为596MPa，抗拉强度为724MPa，延伸率为19.6％，-20℃冲击功156J，-40℃冲击功101J，-60℃冲击功89J，满足Q550E级中厚板要求。