低成本Q460C 低合金高强度钢板研制

1、低成本Q460C低合金高强度钢板的研制太钢集团临钢中板事业部 茹春生摘要：在Q460C钢中通过控制C、Si含量，最大限度降低S、P有害元素，适量添加和微量添加的Mn、Ti、Cr、Nb及Al等合金元素，通过提高层错能，实现钢的固溶、细晶强化，并且具有较低的成本。在生产中对该成分钢种进行了不同工艺制度试验，利用拉伸试验机、冲击试验机、光学显微镜、电子显微镜和X射线能谱分析仪，对钢的力学性能、金相组织、断口微观形貌和合金元素分布状态进行了分析。通过研究结果表明，采用较低成本的成分设计，结合控轧控冷工艺，所得Q460C钢的金相组织正常，力学性能符合GB1591-2008的技术要求。关键词：Q460C、

2、低成本、控轧、热处理工艺研究1、 前言Q460C级低合金高强度钢板主要用于重型工程机械、煤矿机械等行业，使用环境环境恶劣，对强度、韧性和焊接性能要求较高。采用控制C、Si含量，最大限度降低S、P有害元素，适量添加和微量添加的Mn、Ti、Cr、Nb及Al等合金元素，通过提高层错能、对钢材固溶、细晶强化，提高钢的强度。与传统的Q460C钢的成分设计相比，具有较低的生产制造成本，这对钢铁生产的降本增效具有重要的意义。2、 产品生产流程铁水脱硫顶低复吹转炉冶炼LF精炼RH精炼连铸钢坯加热控轧控冷矫直精整检验出厂。3、 成分设计提高钢材的强度和延伸率，层错能是关键，通过查阅相关资料，认为当层错能大于20

3、mJ/m2时会发生机械孪生；因此，所有增加层错能的合金都有助于孪生发生。借鉴其它钢铁企业生产Q460C钢板的生产经验，结合本公司轧钢工艺装备水平，为降低钢的成分设计成本，决定采用控制C、Si含量，最大限度降低S、P有害元素，适量添加和微量添加的Mn、Ti、Al、Nb及Cr等合金元素，通过提高层错能、对钢材固溶、细晶强化，提高钢的强度。 (1)C：碳对钢的强度、韧性、焊接性能冶炼成本影响很大，同时，由于碳与合金元素之间的交互作用，对层错能有影响。碳低于0.14钢的强度达不到目标要求；碳高于0.16，使Q460C钢的延伸率和韧性下降，焊接性能降低。因此，确定最适宜的碳含量的范围为：0.140.16

4、。 (2)Mn：锰是提高强度和韧性的有效元素，有提高层错能的作用，而且成本十分低廉，因此把Mn元素作为主要添加元素，把锰含量限定在1.41.6之间。 (3) Si：硅是炼钢脱氧的必要元素，也具有一定的固溶强化作用，但其降低了金属层错能，不能多加，同时，当低于0.1时，难于获得充分的脱氧效果；但超过0.5时，钢的清洁度下降，韧性降低，可焊性差。故将硅限定在0.100.16的范围内。 (4) Al：铝是脱氧元素，可作为AlN形成元素，能有效地细化晶粒，同时增加层错能。其含量不足0.01时，效果较小；超过0.07时，脱氧作用达到饱和；再高则对母材及焊接热影响区韧性有害。所以将铝含量限定在0.0280

5、.050之间。(5) Ti：加入适量的钛，是为了固定钢中的氮元素，从而确保铝元素的提高细化晶粒效果。在最佳状态下，钛、氮形成氮化钛，阻止钢坯在加热、轧制、焊接过程中晶粒的长大，改善母材和焊接热影响区的韧性。钛低于0.005时，固氮效果差，超过0.03时，固氮效果达到饱和，过剩的钛将会使钢的韧性恶化，不利于连铸。相关材料认为，当钢中的Ti、N原子之比为11时，TiN粒子最为细小且分布弥散，对高温奥氏体晶粒的细化作用最强，不仅可获得优良的韧性，而且能够实现30KJ/cm以上的大线能量焊接。所以将钛含量限定在0.0280.040之间。(6) Nb：加入微量的铌能够有效地延迟变形奥氏体的再结晶，阻止奥

6、氏体晶粒长大，提高奥氏体再结晶温度，细化晶粒，同时改善强度和韧性；同时能提高金属层错能。所以将Nb含量限定在0.0150.06范围内。(7)随着Cr、Ni含量的增加，层错能几乎线性增大，可使母材的强度提高，并使低温韧性大大提高。但其为贵重元素，导致钢的成本大幅度上升，经济性差，一般只是冶炼加入废金属的残留，不做特别的规定。(8)钢中的有害元素控制在P0.15，S0.01。 Q460C钢的成分设计如表1 表1 Q460C钢成分要求 %项目CSiMnPSAlsTiCrVNbNiBMo企标0.14-0.160.10-0.161.4-1.60.0150.0100.028-0.050.028-0.040

7、.02-0.065GB/T1591-20080.200.601.800.0300.0250.0150.20.300.200.110.80.0040.2通过以上成分设计，钢坯吨钢成本比原Q460C坯料成本降低300元。4、 中厚板生产工艺过程4.1、加热工艺连铸坯加热时，控制加热炉温度，均衡出炉节奏，保证均热段加热时间占总加热时间的15%以上，严禁板坯过热、过烧。由于Ti的氮碳化物颗粒仍有保留，避免加热时形成的奥氏体晶粒过分粗大，故要求出钢温度比普通低合金钢坯要高，出钢温度控制在12001220范围内。4.2、轧制工艺低合金高强钢的优良综合性能主要来自于钢的组织细化及组织中的高位错密度，首先要在

8、控轧过程中于非再结晶区阶段引入高密度畸变区，这些高密度畸变区在随后的冷却过程中成为相变核心，大幅度促进组织细化。精轧应为奥氏体非再结晶区控轧，使奥氏体区产生大变形带并具有高位错密度，这种组织在控轧后可得到细小的组织。适当的精轧终轧温度和累计变形量是获得预期组织和性能主要的工艺参数。低合金高强钢要求在奥氏体非再结晶区进行较大的的累计变形，最小不得低于50%。为了保证在热轧、热处理后得到细小组织，控轧主要采取减少轧制道次、增加单道次压下量等措施，另外，在粗轧、精轧阶段的每一道次间隙，要求进行喷水冷却除磷，这样一方面可以改善钢板的表面质量；另一方面通过加速对钢板的冷却，减少钢板在粗轧、精轧之间的待温

9、时间，可以使钢板的析出物更加细小，提高钢板的韧性及其综合性能。 在生产中根据合同要求生产了厚度20-30mm的钢板，轧制阶段分两阶段控轧，当钢板粗轧完成后进行待温，随后进入精轧阶段，要求精轧前坯料厚度60mm。20mm钢板的精轧开轧温度在910930之间，终轧温度800850之间；30mm钢板的精轧开轧温度在840860之间，终轧温度780820之间。4.3、控冷工艺 控冷阶段适当弱化控冷强度，水组开启方式改为分散开启，均匀冷却。为减少黑头现象，不开第一组水。20mm钢板的终冷温度在560600之间；30mm钢板的终冷温度适当降低1020 ，即终冷温度为540580。5、 分析讨论5.1性能检

10、验结果见表2表2 Q460C检验结果样号屈服抗拉延伸冲击冷弯T4324435-011T50258325W4324435-012W47457122168170156合格T4324435-021T50760122.5W4324435-022W49359221.5210244178合格T4324435-031T49459919.5W4324435-032W50659124.5150162164合格T4324435-041T47456724.5W4324435-042W45655923.5210220187合格T4324435-051T51259418W4324435-052W52160321.517

11、0168156合格T4324435-061T50560122.5W4324435-062W51160120.5176204184合格T4324435-071T45256126.5W4324435-072W44655326.5180162194合格T4324435-081T49059221W4324435-082W50660518.5150162160合格均值49058522.55.2金相组织图1 Q460C金相组织 图1为Q460C控轧控冷后的组织，可以看出，钢板的组织为细小铁素体+珠光体组织，铁素体晶粒度为13.5级，带状组织为B2级。钢的组织中存在高密度位错和较高的畸变能，达到了对控轧的预期