[发明专利]一种屈服强度550MPa级低合金高强度钢板及生产方法

说明书

技术领域

本发明属于低合金高强度钢的生产领域。特别提供了矫直能力弱的板材生产线生产屈服强度大于550MPa级高强钢及生产方法。

技术背景

低合金高强度钢Q550广泛用于各类工程机械，如矿山和各类工程施工用的钻机、电铲、电动轮翻动车、矿用汽车、挖掘机、装载机、推土机、各类起重机、煤矿液压支架等机械设备。主要应用于交通运输、能源开发如石油、煤炭、电站、管线等、原材料开采如钢铁、有色金属等矿山、农田水利建设、城乡建设和国防建设这几个领域。由于这些工程机械的主要结构件承受的是复杂多变的周期载荷，要求其构件材料具有高的屈服强度和疲劳强度、良好的低温冲击韧性、冷成型性、耐磨性、良好的焊接性能。随着工程机械向大型化、轻型化发展，对上述性能的要求更为突出。高强度钢板的性能水平对于提高工程机械的能力和效率、延长使用寿命、减轻设备自重、降低能耗、提高整机的档次有着重要作用，对于工程机械行业尤为重要。

国内外在制造屈服强度≥550MPa，-40℃的低温冲击韧性≥31J的低合金高强度钢板的开发与生产上采取的主要技术措施有先进的冶炼与炉外处理工艺，保证钢质的纯净度，然后根据不同情况，对钢板分别采用控轧控冷、正火调质热处理(含轧后直接淬火)等不同工艺。在采用控轧控冷工艺时，一般要在钢中添加Mo、Cr、Ni元素，形成组织为低碳贝氏体的组织。为了形成贝氏体组织，在冷却过程中要求较强的冷却，冷却速度一般大于15℃/s，而且终冷温度低≤550℃，这种工艺容易造成钢板冷却不均，特别是头、中、尾温差较大，造成头中尾强度差较大，影响成材率。同时对于大多数矫直机来说，较低的终冷温度增加了矫直机负荷，矫直机经常出现矫直不平，即使采用多道次矫直，随后进入冷床时又会出现回弹、翘曲等问题，恶化板形，降低成材率。因此，对于屈服强度≥550MPa钢板来说，矫直机能否矫平是生产中的主要问题。采用热处理工艺时增加了生产周期，增加了能耗，增加了生产成本。

发明内容

本发明的目的在于克服上述矫平难、冷却不均影响成材率等不足，采用中碳，添加微量Nb、V微合金元素的成分设计体系，采用TMCP工艺，控制氮化物的析出过程，形成铁素体和珠光体组织等工艺，提供一种屈服强度大于550MPa级低合金高强度钢及其生产方法。

本发明采用中碳，添加微量Nb、V微合金元素成分设计体系，其中：

碳起固溶强化作用，能显著提高钢板强度，但降低韧性和塑性。同时一部分碳原子将与加入的微量Nb、V作用形成微合金碳化物，在高温变形阶段抑制再结晶。

锰是能提高钢的强度，在冶炼中的作用是脱氧和消除硫的影响。锰因能减少晶界碳化物，细化珠光体，相应地也细化了铁素体晶粒，故能提高韧性。

Nb可以抑制奥氏体再结晶和晶粒长大，有助于产生微细的铁素体晶粒，并且Nb元素与C、N有极强的亲和力，容易形成细小弥散Nb(C、N)，可以阻止晶界迁移，提高晶粒长大温度，从而达到细化效果，提高强度和韧性。Nb能够显著地提高钢的再结晶终止温度，在轧制时析出的碳氮化铌延迟奥氏体的再结晶，拓宽了控轧控冷工艺窗口，使未再结晶区的控制轧制更易于实现，从而保证了奥氏体晶界基体中的畸变积累，导致相变形核数量大幅度提高，细化晶核。

V可以提高钢的淬透性，溶入铁素体中有强化作用，可以形成稳定的碳化物，细化晶粒。V仅在900℃以下对再结晶才有推迟作用，在奥氏体转变以后，V几乎已完全溶解。N能加强V的作用，本发明中N含量控制在50～100ppm，以充分利用VN的沉淀强化作用。

为了获得特别大的强化效果，利用V的沉淀强化和Nb的晶粒细化相结合的方法，可以得到高强度高韧性的产品。

采用TMCP工艺，控制氮化物的析出过程，形成铁素体和珠光体组织。并且采用较高的终冷温度，解决了矫直机能力低所造成板形不好的难题，节约能源，生产稳定，成材率和生产率高。

本发明主要靠如下手段实现。所述屈服强度大于550MPa级别高强钢板及生产方法的化学成分按质量百分比(wt％)C＝0.10～0.16，Mn＝1.55～1.90，Si＝0.25～0.50，Nb＝0.015～0.030，V＝0.05～0.10，Alt＝0.02～0.05，P≤0.025，S≤0.010，N＝50～100ppm，其余为Fe。

其生产方法包括转炉顶底复合冶炼→夹杂物钙处理→LF精炼→板坯连铸→板坯堆冷→板坯加热→轧制→冷却→钢板堆冷。