一种结构用热轧钢板及其生产方法 技术领域 本发明属于冶金领域， 具体涉及热连轧板带技术领域， 特别是一种低合金高强度 结构用热轧钢板及其生产方法。
背景技术 低合金高强度结构钢是指在普通碳素钢中加入少量或微量合金元素， 通过制定合 适的控轧控冷工艺， 从而得到比普通碳素钢性能更为优良的高强度、 高韧性和冷成型能力 的热轧钢板。 由于钢中加入的合金元素总量不多， 这类合金钢属于低合金钢， 通常在热轧状 态下使用， 其中屈服强度≥ 345MPa 级的低合金高强度结构钢 ( 牌号 ： Q345) 的市场需求量 最大， GB/T1591-2008 对 Q345 低合金高强度结构钢的化学成分和力学性能要求见表 1。
表 1Q345 低合金高强度结构钢的化学成分和力学性能
备注 ： 根据需要， 可以加入 Nb、 V、 Ti 等其它合金元素。
国内外对 Q345 低合金高强度结构钢的工业生产和产品应用方面已有一些研究成 果。如莱芜钢铁集团有限公司王腾飞发明的 “使用中薄板坯轧制厚规格低合金结构钢钢 板的方法” (CN 200710113915.3)， 提供了一种用中薄板坯生产 Q345 低合金高强度热轧板 卷的工艺， 其化学成分为 C ： 0.15-0.20％， Si ： 0.20-0.40％， Mn ： 1.4-1.6％， P ≤ 0.030％， S ≤ 0.030 ％， 成品力学性能为屈服强度≥ 350MPa， 抗拉强度≥ 500MPa， 延伸率≥ 21 ％ ； 安阳钢铁集团有限责任公司刘志刚对化学成分为 C ： 0.18 ％， Si ： 0.32 ％， Mn ： 1.32 ％， P： 0.021 ％， S： 0.005 ％的 Q345 热轧钢板的焊接性能进行了研究， 其力学性能为屈服强度 360MPa， 抗拉强度 500MPa， 延伸率 23％ ； 武钢技术中心许竹桃对化学成分为 C ： 0.14％， Si ： 0.36％， Mn ： 1.30％， P： 0.025％， S： 0.020％的 Q345 热轧钢板的冷弯裂纹进行了研究 ； 北京 科技大学赵志毅研究了化学成分为 C ： 0.15-0.18％， Si ： 0.20-0.35％， Mn ： 1.13-1.47％热 轧钢板的微合金元素对 Q345 钢奥氏体晶粒粗化行为的影响 ； 东北大学轧制技术及连轧自 动化国家重点实验室朱伏先对 Q345 低合金钢奥氏体再结晶行为对组织和性能的影响进行 了研究， 其化学成分为 C ： 0.17％， Si ： 35％， Mn ： 1.48％， P ≤ 0.021％， S ≤ 0.008％， 成品力 学性能为屈服强度 396MPa， 抗拉强度 569MPa。可见， 相关资料对 Q345 低合金高强度结构用 钢的研究重点集中于焊接性能、 成型性能、 奥氏体再结晶行为对组织和性能的影响等方面， 各企业为了保证 Q345 低合金高强度结构用热轧钢板的强度满足标准要求， 主要合金元素 Mn 含量基本上控制在 1.10％ -1.60％的较高水平， 导致生产成本较高。
本领域急需开发既能降低生产成本， 又不会降低热轧钢板强度的技术。
发明内容 本发明所解决的技术问题是提供一种结构用热轧钢板， 既能降低生产成本， 又不 会降低热轧钢板强度。
本发明热轧钢板， 其化学成分重量百分比为 ： C 0.10％ -0.22％、 Si ≤ 0.35％、 Mn 0.40％ -0.60％、 P ≤ 0.025％、 S ≤ 0.025％， 余量为铁及不可避免的杂质。
本发明结构用热轧钢板的成分特点 ： 背景技术中提及的 Q345 热轧钢板的 Mn 含量 通常为 1.10％ -1.60％， 本发明热轧钢板 Mn 含量减少至 0.40％ -0.60％， 以实现降低生产 成本的目的， 而本发明结构用热轧钢板的屈服强度可满足大于 345MPa 的要求， 具有力学性 能稳定， 强韧性匹配良好的特点。
本发明所解决的第二个技术问题是提供本发明结构用热轧钢板的制备方法， 该方 法无需对现有设备改造， 工艺条件简单可控， 并具有能耗低、 成本低的优点。
本发明热轧钢板的制备方法， 它包括以下步骤 ： 浇铸板坯→加热→高压水除鳞→ 粗轧→热卷箱卷取→精轧→冷却→卷取。
工艺部分的改进点在于 ：
1、 增 加 中 间 坯 厚 度。 粗 轧 后， 控 制 中 间 坯 厚 度 由 以 前 的 28mm-36mm 增 加 到 36mm-40mm， 从而增加了带钢在精轧区间的累积变形量， 有利于细化铁素体晶粒， 提高产品 的综合性能。
2、 精轧时 ： 降低终轧温度。具体的终轧温度为 830℃ -850℃。
3、 冷却采用快冷 + 层流冷却模式。 具体的快冷是以 50-60℃ /s 的冷却速度冷却到 700-730℃， 层流冷却是以 10-20℃ /s 的冷却速度冷却到 580-620℃。
4、 降低卷取温度。即待冷却至 580-620℃后进行卷取。
由于 Q345 等低合金高强度钢中由于没有第二相粒子的析出， 不可能利用析出强 化来提高其力学性能， 细晶强化是主要的强化方式。 在化学成分一定的条件下， 细化铁素体 的晶粒尺寸与相变的形核核心数量和相变后铁素体晶粒的长大有关， 其中热轧终轧温度、 冷却速度和卷取温度等工艺参数尤其重要。 终轧温度与铁素体相变形核核心的数量有很大 的关系， 精轧后几道次变形已处于未再结晶区轧制， 一是增加单位体积晶界的数目， 二是在 拉长的晶粒内增加变形带和孪晶带面积， 经过未再结晶区轧制， 奥氏体晶粒不仅被拉长， 而 且被压扁， 这种被压扁的奥氏体晶粒相变成多边形铁素体晶粒， 未结晶区的变形量越大， 奥 氏体晶粒被压扁的程度越高， 铁素体晶粒越细小。冷却速度越大， 相变温度越低， 过冷度越 大， 晶粒越细小， 随着冷却速度的提高， 相变开始点与终了点的温度下降。在加速冷却时， 由于相变温度下降， 铁素体生核速度增大， 形核多。另外， 由于在冷却过程中抑制了铁素体 晶粒长大， 可以得到更细的铁素体晶粒， 并促使针状铁素体的形成， 从而有效提高材料的性 能。相变后的铁素体晶粒都有长大的趋势， 温度越高， 铁素体晶粒长大趋势越明显， Q345 钢 中没有微合金元素， 没有第二相析出物的钉扎作用， 铁素体晶粒的长大会更加明显， 所以， 随卷取温度的降低， 可以有效地抑制铁素体晶粒的长大， 从而起到细化晶粒的目的。 故采用 本发明改进工艺， 可通过细晶强化来弥补因 Mn 含量降低而引起的强度损失， 从而生产出成 本更低的 Q345 低合金高强度热轧钢板。
本发明改进方式即调整钢板中 Mn 含量， 并通过调整中间坯厚度、 降低终轧温度、 采用快冷 + 层流冷却模式、 降低卷取温度的生产工艺不仅可用于 Q345， 也可以应用于但不
限于 Q235、 X42、 SS400 等碳素结构钢 ； 但是微合金钢 ( 如含 V、 Ti、 Nb 等 ) 方面的应用效果 不是很明显。
根据测算， 采用本发明改进工艺， 可以将 Q345 低合金高强度结构用热轧钢板的主 要合金元素 Mn 含量由常规的 1.10％ -1.60％大幅度降低到 0.40％ -0.60％， 实现吨钢降低 生产成本约 80 元 /t， 若按 Q345 低合金高强度热轧钢板年产量按 20 万 t/a 计算， 则每年可 为企业产生至少 1600 万元的经济效益。 具体实施方式
现有技术为 ： GB/T 1591-2008 对 Q345 低合金高强度结构钢的化学成分和力学性 能要求见表 1。
以下通过对本发明具体实施方式的描述说明但不限制本发明。
实施例 1
Q345 低合金高强度热轧钢板的化学成分重量百分比为 C ： 0.10％， Si ： 0.25％， Mn ： 0.49％， P： 0.015％， S： 0.012％， 余量为 Fe 和不可避免杂质元素组成 ； 用常规连铸方法将 其浇铸成 200mm 厚的连铸板坯 ； 加热至 1160℃进行粗轧， 粗轧后中间板坯厚度在 36mm， 采 用无芯移送热卷箱卷取 ； 经过 6 道次精轧， 其终轧温度为 840℃ ； 板坯精轧后的钢板厚度为 4.0mm。精轧后先以 50℃ /s 的冷速冷却到 720℃， 然后控制层流冷却水集管开启的数量和 前后顺序， 以 12℃ /s 的冷速使钢板通过层流冷却到 610℃的温度范围内卷取。其成品力学 性能为屈服强度 395MPa， 抗拉强度 520MPa， 延伸率 32％。
实施例 2
Q345 低合金高强度热轧钢板的化学成分重量百分比为 C ： 0.14％， Si ： 0.32％， Mn ： 0.55％， P： 0.019％， S： 0.016％， 余量为 Fe 和不可避免杂质元素组成 ； 用常规连铸方法将 其浇铸成 200mm 厚的连铸板坯 ； 加热至 1150℃进行粗轧， 粗轧后中间板坯厚度在 39mm， 采 用无芯移送热卷箱卷取 ； 经过 6 道次精轧， 其终轧温度为 830℃ ； 板坯精轧后的钢板厚度为 3.0mm。精轧后先以 53℃ /s 的冷速冷却到 730℃， 然后控制层流冷却水集管开启的数量和 前后顺序， 以 17℃ /s 的冷速使钢板通过层流冷却到 620℃的温度范围内卷取。其成品力学 性能为屈服强度 390MPa， 抗拉强度 525MPa， 延伸率 30％。
实施例 3
Q345 低合金高强度热轧钢板的化学成分重量百分比为 C ： 0.20％， Si ： 0.26％， Mn ： 0.60％， P： 0.011％， S： 0.015％， 余量为 Fe 和不可避免杂质元素组成 ； 用常规连铸方法将 其浇铸成 200mm 厚的连铸板坯 ； 加热至 1200℃进行粗轧， 粗轧后中间板坯厚度在 38mm， 采 用无芯移送热卷箱卷取 ； 经过 6 道次精轧， 其终轧温度为 850℃ ； 板坯精轧后的钢板厚度为 8.0mm。精轧后先以 58℃ /s 的冷速冷却到 710℃， 然后控制层流冷却水集管开启的数量和 前后顺序， 以 10℃ /s 的冷速使钢板通过层流冷却到 605℃的温度范围内卷取。其成品力学 性能为屈服强度 395MPa， 抗拉强度 540MPa， 延伸率 29％。
实施例 4
Q345 低合金高强度热轧钢板的化学成分重量百分比为 C ： 0.17％， Si ： 0.27％， Mn ： 0.45％， P： 0.019％， S： 0.013％， 余量为 Fe 和不可避免杂质元素组成 ； 用常规连铸方法将 其浇铸成 200mm 厚的连铸板坯 ； 加热至 1180℃进行粗轧， 粗轧后中间板坯厚度在 40mm， 采用无芯移送热卷箱卷取 ； 经过 6 道次精轧， 其终轧温度为 835℃ ； 板坯精轧后的钢板厚度为 6.0mm。精轧后先以 55℃ /s 的冷速冷却到 725℃， 控制层流冷却水集管开启的数量和前后 顺序， 以 20℃ /s 的冷速使钢板通过层流冷却到 580℃的温度范围内卷取。其成品力学性能 为屈服强度 405MPa， 抗拉强度 540MPa， 延伸率 31％。
实施例 5
Q345 低合金高强度热轧钢板的化学成分重量百分比为 C ： 0.22％， Si ： 0.32％， Mn ： 0.40％， P： 0.018％， S： 0.008％， 余量为 Fe 和不可避免杂质元素组成 ； 用常规连铸方法将 其浇铸成 200mm 厚的连铸板坯 ； 加热至 1190℃进行粗轧， 粗轧后中间板坯厚度在 36mm， 采 用无芯移送热卷箱卷取 ； 经过 6 道次精轧， 其终轧温度为 845℃ ； 板坯精轧后的钢板厚度为 7.0mm。精轧后先以 60℃ /s 的冷速冷却到 700℃， 然后控制层流冷却水集管开启的数量和 前后顺序， 以 15℃ /s 的冷速使钢板通过层流冷却到 590℃的温度范围内卷取。其成品力学 性能为屈服强度 385MPa， 抗拉强度 530MPa， 延伸率 32％。
本发明技术简单易行， 无需改进工艺流程， 可行性强， 应用前景广。6