低成本Q460C 低合金高强度钢板研制.docVIP

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、低成本、控轧、热处理工艺研究 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。 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。 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20mJ/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：0.14％～0.16％。 (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1.4％～1.6％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0.10％～0.16％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0.028％～0.050％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1∶1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0.028％～0.040％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0.015％～0.06％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P≤0.15％，S≤0.01％。 Q460C钢的成分设计如表1 表1 Q460C钢成分要求 % 项目 C Si Mn P S Als Ti Cr V Nb Ni B Mo 企标 0.14- 0.16 0.10- 0.16 1.4- 1.6 0.015 0.010 0.028- 0.05 0.028- 0.04 0.02- 0.065 — － － － － GB/T1591 -2008 ≤0.20 ≤0.60 ≤1.80 ≤0.030 ≤0.025 ≥ 0.0