低成本Q460C 低合金高強度鋼板研制

1、低成本Q460C低合金高強度鋼板的研制太鋼集團臨鋼中板事業(yè)部 茹春生摘要：在Q460C鋼中通過控制C、Si含量，最大限度降低S、P有害元素，適量添加和微量添加的Mn、Ti、Cr、Nb及Al等合金元素，通過提高層錯能，實現(xiàn)鋼的固溶、細晶強化，并且具有較低的成本。在生產(chǎn)中對該成分鋼種進行了不同工藝制度試驗，利用拉伸試驗機、沖擊試驗機、光學顯微鏡、電子顯微鏡和X射線能譜分析儀，對鋼的力學性能、金相組織、斷口微觀形貌和合金元素分布狀態(tài)進行了分析。通過研究結果表明，采用較低成本的成分設計，結合控軋控冷工藝，所得Q460C鋼的金相組織正常，力學性能符合GB1591-2008的技術要求。關鍵詞：Q460C、

2、低成本、控軋、熱處理工藝研究1、 前言Q460C級低合金高強度鋼板主要用于重型工程機械、煤礦機械等行業(yè)，使用環(huán)境環(huán)境惡劣，對強度、韌性和焊接性能要求較高。采用控制C、Si含量，最大限度降低S、P有害元素，適量添加和微量添加的Mn、Ti、Cr、Nb及Al等合金元素，通過提高層錯能、對鋼材固溶、細晶強化，提高鋼的強度。與傳統(tǒng)的Q460C鋼的成分設計相比，具有較低的生產(chǎn)制造成本，這對鋼鐵生產(chǎn)的降本增效具有重要的意義。2、 產(chǎn)品生產(chǎn)流程鐵水脫硫頂?shù)蛷痛缔D爐冶煉LF精煉RH精煉連鑄鋼坯加熱控軋控冷矯直精整檢驗出廠。3、 成分設計提高鋼材的強度和延伸率，層錯能是關鍵，通過查閱相關資料，認為當層錯能大于20

3、mJ/m2時會發(fā)生機械孿生；因此，所有增加層錯能的合金都有助于孿生發(fā)生。借鑒其它鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)Q460C鋼板的生產(chǎn)經(jīng)驗，結合本公司軋鋼工藝裝備水平，為降低鋼的成分設計成本，決定采用控制C、Si含量，最大限度降低S、P有害元素，適量添加和微量添加的Mn、Ti、Al、Nb及Cr等合金元素，通過提高層錯能、對鋼材固溶、細晶強化，提高鋼的強度。 (1)C：碳對鋼的強度、韌性、焊接性能冶煉成本影響很大，同時，由于碳與合金元素之間的交互作用，對層錯能有影響。碳低于0.14鋼的強度達不到目標要求；碳高于0.16，使Q460C鋼的延伸率和韌性下降，焊接性能降低。因此，確定最適宜的碳含量的范圍為：0.140.16

4、。 (2)Mn：錳是提高強度和韌性的有效元素，有提高層錯能的作用，而且成本十分低廉，因此把Mn元素作為主要添加元素，把錳含量限定在1.41.6之間。 (3) Si：硅是煉鋼脫氧的必要元素，也具有一定的固溶強化作用，但其降低了金屬層錯能，不能多加，同時，當?shù)陀?.1時，難于獲得充分的脫氧效果；但超過0.5時，鋼的清潔度下降，韌性降低，可焊性差。故將硅限定在0.100.16的范圍內。 (4) Al：鋁是脫氧元素，可作為AlN形成元素，能有效地細化晶粒，同時增加層錯能。其含量不足0.01時，效果較??；超過0.07時，脫氧作用達到飽和；再高則對母材及焊接熱影響區(qū)韌性有害。所以將鋁含量限定在0.0280

5、.050之間。(5) Ti：加入適量的鈦，是為了固定鋼中的氮元素，從而確保鋁元素的提高細化晶粒效果。在最佳狀態(tài)下，鈦、氮形成氮化鈦，阻止鋼坯在加熱、軋制、焊接過程中晶粒的長大，改善母材和焊接熱影響區(qū)的韌性。鈦低于0.005時，固氮效果差，超過0.03時，固氮效果達到飽和，過剩的鈦將會使鋼的韌性惡化，不利于連鑄。相關材料認為，當鋼中的Ti、N原子之比為11時，TiN粒子最為細小且分布彌散，對高溫奧氏體晶粒的細化作用最強，不僅可獲得優(yōu)良的韌性，而且能夠實現(xiàn)30KJ/cm以上的大線能量焊接。所以將鈦含量限定在0.0280.040之間。(6) Nb：加入微量的鈮能夠有效地延遲變形奧氏體的再結晶，阻止奧

6、氏體晶粒長大，提高奧氏體再結晶溫度，細化晶粒，同時改善強度和韌性；同時能提高金屬層錯能。所以將Nb含量限定在0.0150.06范圍內。(7)隨著Cr、Ni含量的增加，層錯能幾乎線性增大，可使母材的強度提高，并使低溫韌性大大提高。但其為貴重元素，導致鋼的成本大幅度上升，經(jīng)濟性差，一般只是冶煉加入廢金屬的殘留，不做特別的規(guī)定。(8)鋼中的有害元素控制在P0.15，S0.01。 Q460C鋼的成分設計如表1 表1 Q460C鋼成分要求 %項目CSiMnPSAlsTiCrVNbNiBMo企標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通過以上成分設計，鋼坯噸鋼成本比原Q460C坯料成本降低300元。4、 中厚板生產(chǎn)工藝過程4.1、加熱工藝連鑄坯加熱時，控制加熱爐溫度，均衡出爐節(jié)奏，保證均熱段加熱時間占總加熱時間的15%以上，嚴禁板坯過熱、過燒。由于Ti的氮碳化物顆粒仍有保留，避免加熱時形成的奧氏體晶粒過分粗大，故要求出鋼溫度比普通低合金鋼坯要高，出鋼溫度控制在12001220范圍內。4.2、軋制工藝低合金高強鋼的優(yōu)良綜合性能主要來自于鋼的組織細化及組織中的高位錯密度，首先要在

8、控軋過程中于非再結晶區(qū)階段引入高密度畸變區(qū)，這些高密度畸變區(qū)在隨后的冷卻過程中成為相變核心，大幅度促進組織細化。精軋應為奧氏體非再結晶區(qū)控軋，使奧氏體區(qū)產(chǎn)生大變形帶并具有高位錯密度，這種組織在控軋后可得到細小的組織。適當?shù)木埥K軋溫度和累計變形量是獲得預期組織和性能主要的工藝參數(shù)。低合金高強鋼要求在奧氏體非再結晶區(qū)進行較大的的累計變形，最小不得低于50%。為了保證在熱軋、熱處理后得到細小組織，控軋主要采取減少軋制道次、增加單道次壓下量等措施，另外，在粗軋、精軋階段的每一道次間隙，要求進行噴水冷卻除磷，這樣一方面可以改善鋼板的表面質量；另一方面通過加速對鋼板的冷卻，減少鋼板在粗軋、精軋之間的待溫

9、時間，可以使鋼板的析出物更加細小，提高鋼板的韌性及其綜合性能。 在生產(chǎn)中根據(jù)合同要求生產(chǎn)了厚度20-30mm的鋼板，軋制階段分兩階段控軋，當鋼板粗軋完成后進行待溫，隨后進入精軋階段，要求精軋前坯料厚度60mm。20mm鋼板的精軋開軋溫度在910930之間，終軋溫度800850之間；30mm鋼板的精軋開軋溫度在840860之間，終軋溫度780820之間。4.3、控冷工藝 控冷階段適當弱化控冷強度，水組開啟方式改為分散開啟，均勻冷卻。為減少黑頭現(xiàn)象，不開第一組水。20mm鋼板的終冷溫度在560600之間；30mm鋼板的終冷溫度適當降低1020 ，即終冷溫度為540580。5、 分析討論5.1性能檢

10、驗結果見表2表2 Q460C檢驗結果樣號屈服抗拉延伸沖擊冷彎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金相組織圖1 Q460C金相組織 圖1為Q460C控軋控冷后的組織，可以看出，鋼板的組織為細小鐵素體+珠光體組織，鐵素體晶粒度為13.5級，帶狀組織為B2級。鋼的組織中存在高密度位錯和較高的畸變能，達到了對控軋的預期