薄规格700MPa级低合金高强钢的生产方法
阅读说明：本技术 薄规格700MPa级低合金高强钢的生产方法 (Production method of thin 700 MPa-grade low-alloy high-strength steel ) 是由 张星 侯明山 王彬 宋志岗 郑英辉 高小尧 董跃星 栗建辉 于程福 于 2021-07-13 设计创作，主要内容包括：一种薄规格700MPa级低合金高强钢的生产方法,属于炼钢技术领域。该方法包括冶炼、连铸、加热、控轧控冷、卷取工序。冶炼工序,低合金高强钢化学成分避开凝固包晶区；连铸工序,使用与低合金高强钢成分近似的钢水开浇,开浇钢水浇注状态稳定后将低合金高强钢水逐步混入中间包和结晶器中；卷取工序,合理设定成卷张力T与产品厚度t、钢卷重量W之间的关系：T≥23×W/t。本发明可有效抑制连铸生产粘结、漏钢事故的发生,改善薄规格钢带卷形缺陷,且不会出现塌卷缺陷和卷取事故,在薄板坯连铸连轧线应用时,可有效实现薄规格高强钢批量稳定生产。(A production method of thin 700 MPa-grade low-alloy high-strength steel belongs to the technical field of steel making. The method comprises the working procedures of smelting, continuous casting, heating, controlled rolling and controlled cooling and coiling. Smelting, namely, chemical components of low-alloy high-strength steel are kept away from a solidification and peritectic region; a continuous casting process, namely, using molten steel with similar components to the low-alloy high-strength steel for casting, and gradually mixing the low-alloy high-strength molten steel into a tundish and a crystallizer after the casting state of the molten steel for casting is stable; and in the coiling process, reasonably setting the relationship between coiling tension T and product thickness T as well as steel coil weight W: t is more than or equal to 23 xW/T. The invention can effectively inhibit the occurrence of continuous casting production adhesion and breakout accidents, improve the coil shape defect of the thin-gauge steel strip, avoid the coil collapse defect and the coiling accident, and effectively realize the batch stable production of the thin-gauge high-strength steel when being applied to a thin slab continuous casting and rolling line.)
技术领域
本发明属于炼钢技术领域，涉及一种薄规格700MPa级低合金高强钢的生产方法。
背景技术
基于薄板坯连铸连轧线生产薄规格钢带的技术已经在国内持续了近二十年，目前大部分低碳钢、中等强度的高强度低合金钢生产工艺已经日趋成熟。随着钢铁产品的高端化发展，市场竞争日趋激烈，国内众多学者均有过基于薄板坯连铸连轧工艺流程开发“以热代冷”的高强钢的尝试，以降低成本、提高产品竞争力。
中国专利CN101525717公开了一种700MPa级Ti微合金化超细晶粒热轧钢及其生产方法，精炼过程进行合金化处理后的钢水的化学成分重量配比为：[C]：0.03～0.07%、[Si]：<0.3%、[Mn]：1.0～2.10%、[P]≤0.02%、[S]≤0.008%、[Ti]：0.10～0.14%，其余为Fe和钢中不可避免的杂质元素；连铸坯厚度为50～60mm，连铸拉速为4.1～5.0m/min；热连轧的开轧温度1050～1080℃、终轧温度900～930℃、轧制第1道次压下率控制在50～55％；轧后冷却速度15～30℃/s、卷取温度580～630℃。该方案使用了较高Ti含量提高材料强度，并未对控轧工艺进行设计，冷却强度15～30℃/s也属于中等强度冷却，并不能达到薄板坯连铸连轧产线具备的的较强控冷效果。
中国专利CN101254527公开了一种基于薄板坯连铸连轧流程生产低碳贝氏体高强钢的方法，钢液成分为：[C]：0.03～0.08%、[Si]：0.10～0.40%、[Mn]：1.0～2.0%、[P]≤0.020%、[S]≤0.008%、[Nb]：0.03～0.06%、[Ti]：0.01～0.10%、[Mo]：0.0～0.4%、[Cr]：0.20～0.60%、[B]：0.0～0.002%、[Alss]：0.02～0.06%；薄板坯连铸，连铸拉速为3.5-4.5m/min，热连轧机组的第一机架压下率不小于40％，热连轧机组的末机架压下率不小于12%；热轧后的板材终轧温度为840-860℃、厚度为3.0-12.0mm，采用层流冷却，轧后的板材在温度为550-600℃条件下进行地下卷取成为板卷。该方案采用了Nb+Ti复合强化，尽管降低了Ti含量但是添加量Cr、Si等元素，生产实践表明上述元素会恶化钢带表面质量；尽管采用了控轧方案，但轧制温度偏低，卷取温度也较低，钢带厚度在3.0mm以上，成卷张力高、增加设备负担。
中国专利CN102787273A公开了薄板坯生产厚度≤1.8mm的汽车用热轧酸洗钢及生产方法，开发了一种厚度≤1.8mm、抗拉强度≥400MPa的汽车用薄规格热轧酸洗钢，其具有低屈强比、表面质量高、生产周期短、成本低的特点。但该方法难以生产强度高达700MPa以上的钢带产品。
中国专利CN102335681A公开了一种防止热轧带钢扁卷的卷取方法，卷取温度500～600℃，卷取后的钢卷在卷取机卷筒上停留20～60s。该方法也是采用了低温卷取和延迟卸卷的方式增加相变量，减轻扁卷趋势，但是在高强度层冷条件下，钢带相变受到抑制，难以有效解决在高强度控制冷却后的钢带扁卷倾向。
然而薄板坯连铸连轧线固有的设备功能设计与传统中厚板坯连铸连轧线在生产高强度钢，尤其是低合金高强度钢方面有天生不足，其连铸稳定性差、铸坯到钢带的轧制压缩比低、加热炉长度短且温度低、冷却方式单一且冷却强度不足等，导致连铸生产漏钢、轧制过程堆钢、产品性能波动大、钢卷严重扁卷、头尾轧制缺陷多导致返修率高等各种过程缺陷，均在相当程度上限制了高强度钢、超高强度钢的批量稳定生产。因此，高强度钢虽然在薄板坯连铸连轧工艺流程上开发尝试较多，但均停滞于生产试验阶段，鲜有能够稳定批量生产质量可控产品的报道；大工业化生产条件下在薄板坯连铸连轧线上低成本生产薄规格高强钢存在技术瓶颈，亟待解决。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种薄规格700MPa级低合金高强钢的生产方法，本发明所采取的技术方案是：
一种薄规格700MPa级低合金高强钢的生产方法，包括冶炼、连铸、加热、控轧控冷、卷取工序；
所述冶炼工序，低合金高强钢化学成分避开凝固包晶区，其化学成分重量百分含量满足关系：[C]≤0.0935-0.008[Si]-0.022[Mn]+0.047[P]-0.6[S]+0.035[Als]，同时复合添加Nb和Ti进行强化，Nb、Ti的含量满足标准GB/T 3273的要求。
所述连铸工序，使用与低合金高强钢成分近似的钢水开浇，近似钢水成分中C、Mn和S含量较低合金高强钢中相应元素含量低0～30%，成分Si、P和Als含量与低合金高强钢中相应元素含量相差±20%以内，开浇钢水浇注状态稳定后将低合金高强钢水逐步混入中间包和结晶器中；连铸坯厚度≥65mm，浇注速度3.5～5.5m/min。
所述加热工序，加热温度≥1200℃。
所述控轧控冷工序，粗轧压下率≤75%，精轧入口温度1040～1060℃，精轧控轧道次第四架和第五架轧机总压下量≥30%。
所述卷取工序，卷取机成卷张力与产品厚度、钢卷重量之间的关系为：T≥23×W/t，其中T：卷取机成卷张力，单位MPa；W：钢卷重量，单位t；t：产品厚度，单位mm。
采用上述方法生产的低合金高强钢的厚度为1.2～4.0mm；抗拉强度≥700MPa，屈服强度≥600MPa，A80mm≥12%。
本发明700MPa级高强度低合金钢产品标准参考GB/T 3273中700L牌号。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明基于合金元素对钢包晶反应影响的经验公式，通过控制合金元素含量配比，改变钢种高温凝固特性，改善薄板坯连铸结晶器内凝固行为，同时，根据影响包晶反应的主要合金元素，使用与低合金高强钢成分中C、Mn、S、P、Si、Als含量近似的钢水开浇，可有效抑制钢种连铸生产粘结、漏钢事故的发生，在薄板坯连铸连轧线应用效果尤其显著，已证实的单浇次产量可以达到2250t。本发明利用微合金复合强化、组织细化和控轧控冷的综合控制，实现材料强度提升，利用薄规格大压下的形变效应有效降低合金加入量，降低合金成本。本发明通过合理设定钢带卷取工艺和卷重匹配，有效改善薄规格钢带卷形缺陷，批量生产的钢带厚度可以达到1.2mm，且不会出现塌卷缺陷和卷取事故。
附图说明
图1为实施例1低合金高强钢卷外观形貌图；
图2为实施例2低合金高强钢卷外观形貌图；
图3为实施例3低合金高强钢卷外观形貌图；
图4为实施例4低合金高强钢卷外观形貌图。
具体实施方式
实施例1
本实施例薄规格700MPa级低合金高强钢，厚度规格为4.0mm，化学成分组成及质量百分含量如下：C：0.043%，Mn：1.22%，Si：0.06%，S：0.004%，P：0.015%，Als：0.027%，Nb：0.043%，Ti：0.075%，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
上述薄规格700MPa级低合金高强钢的生产方法包括冶炼、连铸、加热、控轧控冷、卷取工序。连铸使用与低合金高强钢成分近似的钢水开浇，开浇钢水主要化学成分及质量百分含量如下：C：0.040%，Mn：1.17%，Si：0.05%，S：0.003%，P：0.016%，Als：0.030%，Ti：0.022%，余量为Fe和不可避免的杂质元素，开浇钢水浇注状态稳定后将低合金高强钢水逐步混入中间包和结晶器中。特别地，本实施例中近似成分钢水中添加有不影响钢水凝固特性的Ti元素，是为了减少连浇混坯数量和降级品比例。
连铸坯厚度规格72mm，连铸机稳定浇注速度4.0m/min，中包连续浇注900t，热装入炉加热温度1280℃，粗轧压下率69.85%，精轧入口均值温度1040℃，精轧控轧道次第四架和第五架轧机总压下30.11%。
控轧控冷后进入卷取机，成卷张力135MPa，钢卷重量控制为22t。
本实施例所得低合金高强钢力学性能结果见表1，钢卷外观形貌见图1。
实施例2
本实施例薄规格700MPa级低合金高强钢，厚度规格为1.2mm，化学成分组成及质量百分含量如下：C：0.049%，Mn：1.37%，Si：0.23%，S：0.003%，P：0.011%，Als：0.026%，Nb：0.038%，Ti：0.082%，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
上述薄规格700MPa级低合金高强钢的生产方法包括冶炼、连铸、加热、控轧控冷、卷取工序。连铸使用与低合金高强钢成分近似的钢水开浇，开浇钢水主要化学成分及质量百分含量如下：C：0.042%，Mn：1.01%，Si：0.22%，S：0.003%，P：0.009%，Als：0.031，Ti：0.034%，余量为Fe和不可避免的杂质元素；开浇钢水浇注状态稳定后将低合金高强钢水逐步混入中间包和结晶器中。特别地，本实施例中近似成分钢水中添加有不影响钢水凝固特性的Ti元素，是为了减少连浇混坯数量和降级品比例。
连铸坯厚度规格65mm，连铸机稳定浇注速度4.5m/min，中包连续浇注1800t，热装入炉加热温度1220℃，粗轧压下率74.60%，精轧入口均值温度1058℃，精轧控轧道次第四架和第五架轧机总压下36.08%。
控轧控冷后进入卷取机，成卷张力345MPa，钢卷重量控制为18t。
本实施例所得高强度低合金钢带力学性能结果见表2，钢卷外观形貌见图2。
实施例3
本实施例薄规格700MPa级低合金高强钢，厚度规格为3.5mm，化学成分组成及质量百分含量如下：C：0.056%，Mn：1.23%，Si：0.06%，S：0.005%，P：0.012%，Als：0.027%，Nb：0.035%，Ti：0.076%，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
上述薄规格700MPa级低合金高强钢的生产方法包括冶炼、连铸、加热、控轧控冷、卷取工序。连铸使用与低合金高强钢成分近似的钢水开浇，开浇钢水主要化学成分及质量百分含量如下：C：0.046%，Mn：1.05%，Si：0.05%，S：0.004%，P：0.010%，Als：0.027%，Nb：0.033%，Ti：0.021%，余量为Fe和不可避免的杂质元素；开浇钢水浇注状态稳定后将低合金高强钢水逐步混入中间包和结晶器中。特别地，本实施例中近似成分钢水中添加有不影响钢水凝固特性的Nb和Ti元素，是为了减少连浇混坯数量和降级品比例。
连铸坯厚度规格65mm，连铸机稳定浇注速度4.5m/min，中包连续浇注1200t，热装入炉加热温度1280℃，粗轧压下率73.85%，精轧入口均值温度1046℃，精轧控轧道次第四架和第五架轧机总压下31.80%。
控轧控冷后进入卷取机，成卷张力155MPa，钢卷重量控制为20t。
本实施例所得高强度低合金钢带力学性能结果见表3，钢卷外观形貌见图3。
实施例4
本实施例薄规格700MPa级低合金高强钢，厚度规格为2.0mm，化学成分组成及质量百分含量如下：C：0.063%，Mn：1.22%，Si：0.05%，S：0.004%，P：0.011%，Als：0.029%，Nb：0.040%，Ti：0.084%，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
上述薄规格700MPa级低合金高强钢的生产方法包括冶炼、连铸、加热、控轧控冷、卷取工序。连铸使用与低合金高强钢成分近似的钢水开浇，开浇钢水主要化学成分及质量百分含量如下：C：0.055%，Mn：1.19%，Si：0.04%，S：0.003%，P：0.013%；Als：0.025%，Nb：0.032%，Ti：0.024%，余量为Fe和不可避免的杂质元素；开浇钢水浇注状态稳定后将低合金高强钢水逐步混入中间包和结晶器中。特别地，本实施例中近似成分钢水中添加有不影响钢水凝固特性的Nb和Ti元素，是为了减少连浇混坯数量和降级品比例。
连铸坯厚度规格70mm，连铸机稳定浇注速度4.0m/min，中包连续浇注2250t，热装入炉加热温度1240℃，粗轧压下率74.28%，精轧入口均值温度1045℃，精轧控轧道次第四架和第五架轧机总压下33.88%。
控轧控冷后进入卷取机，成卷张力229MPa，钢卷重量控制为19t。
本实施例所得高强度低合金钢带力学性能结果见表4，钢卷外观形貌见图4。
实施例5
本实施例薄规格700MPa级低合金高强钢，厚度规格为2.6mm，化学成分组成及质量百分含量如下：C：0.054%，Mn：1.35%，Si：0.10%，S：0.003%，P：0.008%，Als：0.022%，Nb：0.036%，Ti：0.078%，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
上述薄规格700MPa级低合金高强钢的生产方法包括冶炼、连铸、加热、控轧控冷、卷取工序。连铸使用与低合金高强钢成分近似的钢水开浇，开浇钢水主要化学成分及质量百分含量如下：C：0.045%，Mn：1.28%，Si：0.12%，S：0.003%，P：0.009%，Als：0.026%，Ti：0.031%，余量为Fe和不可避免的杂质元素；开浇钢水浇注状态稳定后将低合金高强钢水逐步混入中间包和结晶器中。特别地，本实施例中近似成分钢水中添加有不影响钢水凝固特性的Ti元素，是为了减少连浇混坯数量和降级品比例。
连铸坯厚度规格68mm，连铸机稳定浇注速度5.5m/min，中包连续浇注1200t，热装入炉加热温度1200℃，粗轧压下率71.65%，精轧入口均值温度1051℃，精轧控轧道次第四架和第五架轧机总压下31.82%。
控轧控冷后进入卷取机，成卷张力200MPa，钢卷重量控制为21.3t。
本实施例所得低合金高强钢力学性能结果见表1，钢卷外观形貌与图1-4相似，故省略。
实施例6
本实施例薄规格700MPa级低合金高强钢，厚度规格为3.8mm，化学成分组成及质量百分含量如下：C：0.045%，Mn：1.26%，Si：0.17%，S：0.003%，P：0.010%，Als：0.023%，Nb：0.041%，Ti：0.080%，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
上述薄规格700MPa级低合金高强钢的生产方法包括冶炼、连铸、加热、控轧控冷、卷取工序。连铸使用与低合金高强钢成分近似的钢水开浇，开浇钢水主要化学成分及质量百分含量如下：C：0.033%，Mn：1.21%，Si：0.15%，S：0.003%，P：0.010%，Als：0.024%，Nb：0.031，Ti：0.030%，余量为Fe和不可避免的杂质元素；开浇钢水浇注状态稳定后将低合金高强钢水逐步混入中间包和结晶器中。特别地，本实施例中近似成分钢水中添加有不影响钢水凝固特性的Nb和Ti元素，是为了减少连浇混坯数量和降级品比例。
连铸坯厚度规格66mm，连铸机稳定浇注速度4.8m/min，中包连续浇注1650
t，热装入炉加热温度1264℃，粗轧压下率69.85%，精轧入口均值温度1060℃，精轧控轧道次第四架和第五架轧机总压下31.02%。
控轧控冷后进入卷取机，成卷张力125MPa，钢卷重量控制为18.7t。
本实施例所得低合金高强钢力学性能结果见表1，钢卷外观形貌与图1-4相似，故省略。
实施例7
本实施例薄规格700MPa级低合金高强钢，厚度规格为1.5mm，化学成分组成及质量百分含量如下：C：0.060%，Mn：1.31%，Si：0.19%，S：0.002%，P：0.008%，Als：0.020%，Nb：0.040%，Ti：0.077%，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
上述薄规格700MPa级低合金高强钢的生产方法包括冶炼、连铸、加热、控轧控冷、卷取工序。连铸使用与低合金高强钢成分近似的钢水开浇，开浇钢水主要化学成分及质量百分含量如下：C：0.055%，Mn：1.22%，Si：0.16%，S：0.002%，P：0.009%，Als：0.022%，Ti：0.029%，余量为Fe和不可避免的杂质元素；开浇钢水浇注状态稳定后将低合金高强钢水逐步混入中间包和结晶器中。特别地，本实施例中近似成分钢水中添加有不影响钢水凝固特性的Ti元素，是为了减少连浇混坯数量和降级品比例。
连铸坯厚度规格70mm，连铸机稳定浇注速度4.2m/min，中包连续浇注1500t，热装入炉加热温度1232℃，粗轧压下率74.60%，精轧入口均值温度1053℃，精轧控轧道次第四架和第五架轧机总压下33.85%。
控轧控冷后进入卷取机，成卷张力320MPa，钢卷重量控制为20.5t。
本实施例所得低合金高强钢力学性能结果见表1，钢卷外观形貌与图1-4相似，故省略。
表1. 实施例1-7钢带力学性能结果
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