《高強度冷成型熱連軋鋼板及其生產方法》是寶山鋼鐵股份有限公司於2006年9月27日申請的專利，該專利的公布號為CN101153371，申請公布日為2008年4月2日，發明人是李自剛、楊阿娜、溫東輝、屈朝霞。該發明涉及低合金鋼製造領域。
《高強度冷成型熱連軋鋼板及其生產方法》其化學成分如下：C：0.05～0.10wt％，Si：0.10～0.50wt％，Mn：1.0～2.0wt％，P≤0.025wt％，S≤0.010wt％，Nb：0.03～0.08wt％，Ti：0.05～0.15wt％，Mo：0.10～0.50wt％，Ca：0.0010～0.0050wt％，Al：0.01～0.05wt％，其餘為Fe及不可避免的雜質。其工藝流程包括：鐵水深脫硫→轉爐頂底複合吹煉→爐外精煉→連鑄（機清）→熱裝熱送進保溫坑→板坯再加熱→控制軋制→控制冷卻→卷取→精整。該發明高強度冷成型熱軋連鋼板，屈服強度達到700兆帕，具有優良的力學性能和良好的焊接、冷彎等加工性能，同時在鋼板生產過程中合金元素加入少，生產成本低，大生產操作方便，不需要進行回火或調質等熱處理工藝。使用領域包括工程機械，特種汽車、保險柜等用結構件、貨櫃行業等。
2015年11月27日，《高強度冷成型熱連軋鋼板及其生產方法》獲得第十七屆中國專利獎優秀獎。
基本介紹
- 中文名：高強度冷成型熱連軋鋼板及其生產方法
- 申請人：寶山鋼鐵股份有限公司
- 申請日：2006年9月27日
- 申請號：2006101165628
- 公布號：CN101153371
- 公布日：2008年4月2日
- 發明人：李自剛、楊阿娜、溫東輝、屈朝霞
- 地址：上海市寶山區富錦路果園
- 分類號：C22C38/14(2006.01)、C22C33/04(2006.01)、C21C7/064(2006.01)、C21D8/02(2006.01)、C21D11/00(2006.01)、B21B37
- 代理機構：上海東信專利商標事務所
- 代理人：楊丹莉
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
在能源供應日趨緊張的今天，增強材料強度，減輕構件重量，代表了結構用鋼的發展方向。高強度鋼的套用可以顯著減輕構件的重量，減輕設備的自重量，從而減少設備的燃料消耗，提高設備的工作效率。因此，在移動設備如貨櫃、汽車和鐵道車輛等領域都迫切需要一種具有較高的強度和優良的綜合力學性能的鋼材。
經檢索，2006年9月之前的高強度鋼種都有其一定的缺陷。如武漢鋼鐵公司申請的專利（CN1651589A）“高強度易焊接時效硬化鋼及其生產方法”和專利（CN1563468A）“冷成型高強度焊接結構鋼的生產方法。二者均採用低碳-錳為基礎，添加合金化元素為主要成分，通過控軋控冷工藝來實現最終性能。其不足之處是：為了提高鋼材的強度，成分設計中加入較高含量的Cu和Ni，另外還含有Mo、Cr等貴重的合金元素，不僅提高了鋼的成本，同時大量合金元素的加入也提高了鋼的碳當量及裂紋敏感係數，對其焊接性能有不利影響，而且該鋼種中雖然添加了大量的貴重合金元素，但其屈服強度仍然只能達到≥500兆帕，強度無法滿足需求。
歐洲專利（US4141761A）“High strength low alloy steel containing columbium and titanium”相對而言鋼種強度比較高，但其僅採用添加微合金元素Nb和Ti來提高鋼材的強度，Nb+Ti總添加量最大可達0.24％，其屈服強度也只能達到620兆帕。
又如新日鐵在中國申請的同族專利（CN1639371A）“彎曲加工性優良的耐候性高強度鋼板及其製造方法”，其不足之處也在於鋼中加入了較多的合金元素，如Ni含量最高達2.0％，Ti含量最高達0.2％，較高的合金元素不但不能顯著提高鋼的強度，同時增加了生產工序，生產操作複雜。
另外，在軋制過程中，鋼中的MnS夾雜很容易沿軋制方向變形拉長，從而影響了鋼板的各向同性，以上專利的成分設計中均未考慮加入Ca或稀土對硫化物進行變性處理。
發明內容
專利目的
《高強度冷成型熱連軋鋼板及其生產方法》明旨在提供一種高強度冷成型熱軋連鋼板，屈服強度達到700兆帕級別，該類鋼板不僅具有優良的力學性能和良好的焊接、冷彎等加工性能，同時在鋼板生產過程中合金元素加入少，生產成本低，大生產操作方便，不需要進行回火或調質等熱處理工藝。使用領域包括工程機械，特種汽車、保險柜等用結構件、貨櫃行業等。
技術方案
《高強度冷成型熱連軋鋼板及其生產方法》所述鋼板其化學成分如下：C：0.05～0.10wt％、Si：0.10～0.50wt％、Mn：1.0～2.0wt％、P≤0.025wt％、S≤0.010wt％、Nb：0.03～0.08wt％、Ti：0.05～0.15wt％、Mo：0.10～0.50wt％、Ca：0.0010～0.0050wt％、Al：0.01～0.05wt％。餘量為Fe及不可避免的雜質。
該高強度冷成型熱連軋鋼板生產方法的工藝流程包括：鐵水深脫硫→轉爐頂底複合吹煉→爐外精煉→連鑄（機清）→熱裝熱送進保溫坑→板坯再加熱→控制軋制→控制冷卻→卷取→精整。板坯加熱溫度為1200℃以上，粗軋結束溫度1000～1050℃，終軋溫度850～950℃，軋後採用層流冷卻，冷卻速度5～15℃/秒，卷取溫度550～650℃。可以根據成品板厚度增加適當降低終軋溫度和卷取溫度。
改善效果
《高強度冷成型熱連軋鋼板及其生產方法》製造鋼具有如下優點：
1.該發明鋼採用微合金元素少，大生產操作方便，生產鋼板具有良好的綜合力學性能，屈服強度達到700兆帕以上，可有效的減輕構件重量，節約生產成本。
2.該發明鋼具有良好的焊接性能，通過合理的成分設計和焊接材料推薦，可以有效提高焊接效率，獲得良好的焊接接頭性能。
3.該發明鋼的生產方法是採用控軋控冷的熱連軋工藝生產的，不需要對鋼板進行調質處理，生產工藝簡單，故其生產成本較低。
4.該發明鋼主要通過軋後的析出強化提高鋼材的強度，因此可以在較高的溫度下實現終軋，降低了材料的變形抗力，減小了軋機負荷，增大軋機產能。
下表1中列出了發明鋼種與2006年9月之前的對比專利鋼種的成分範圍、工藝制度及力學性能對比。
- | - | 發明鋼 | 對比1 CN1651589A | 對比2 CN1563468A | 對比3 US4141761A | 對比4 CN1639371A |
化 學 成 分 ， % | C | 0.05-0.10 | 0.01-0.08 | 0.01-0.12 | 0.03-0.06 | 0.05-0.15 |
Si | 0.10-0.50 | 0.05-0.50 | 0.05-0.40 | ≤0.2 | ≤0.5 | |
Mn | 1.00-2.00 | 0.10-1.00 | 0.70-1.80 | 0.30-0.60 | 0.50-2.00 | |
P | ≤0.025 | ≤0.018 | ≤0.025 | ≤0.03 | ≤0.02 | |
S | ≤0.010 | ≤0.008 | ≤0.010 | ≤0.03 | ≤0.005 | |
Cu | - | 0.60-1.80 | 0.10-0.50 | - | 0.20-0.50 | |
Cr | - | 0.10-1.00 | - | - | 0.20-1.00 | |
Ni | - | 0.50-1.80 | 0.05-0.80 | - | 0.20-2.00 | |
Mo | 0.10-0.50 | 0.10-0.50 | 0.10-0.50 | - | - | |
Nb | 0.03-0.08 | 0.005-0.080 | 0.005-0.080 | 0.05-0.12 | 0.01-0.07 | |
V | - | - | 0.005-0.080 | - | 0.01-0.07 | |
Ti | 0.05-0.15 | 0.005-0.030 | 0.005-0.040 | 0.06-0.15 | 0.03-0.20 | |
B | - | - | - | - | 0.0005-0.0050 | |
Ca | 0.001-0.005 | - | - | - | - | |
Al | 0.01-0.05 | - | - | ≥0.01 | ||
溫度 制度 °C | 加熱 | ≥1200 | 1140-1200 | 1210-1260 | - | ≥1200 |
終軋 | 850-950 | 750-850 | ≤800 | 900-950 | 850-950 | |
巻取 | 550-650 | 500-650 | 500-600 | 565-650 | 500-650 | |
屈服強度，兆帕 | ≥700 | ≥520 | - | ≥480-620 | ≥700 | |
抗拉強度，兆帕 | ≥750 | - | ≥590 | - | - | |
延伸率，% | ≥15 | - | - | - | - | |
冷彎 | D = 1.5a | - | - | D=a | - | |
權利要求
1.一種高強度冷成型熱連軋鋼板，其特徵在於：C：0.05～0.10wt％、Si：0.10～0.50wt％、Mn：1.0～2.0wt％、P≤0.025wt％、S≤0.010wt％、Nb：0.03～0.08wt％、Ti：0.05～0.15wt％、Mo：0.10～0.50wt％、Ca：0.0010～0.0050wt％、Al：0.01～0.05wt％。餘量為Fe及不可避免的雜質。
2.如權利要求1所述的高強度冷成型熱連軋鋼板的生產方法，其特徵在於：工藝流程包括：鐵水深脫硫→轉爐頂底複合吹煉→爐外精煉→連鑄（機清）→熱裝熱送進保溫坑→板坯再加熱→控制軋制→控制冷卻→卷取→精整。
3.如權利要求2所述的高強度冷成型熱連軋鋼板的生產方法，其特徵在於：板坯加熱溫度為1200℃以上，粗軋結束溫度1000～1050℃，終軋溫度850～950℃，軋後採用層流冷卻，冷卻速度5～15℃/秒，卷取溫度550～650℃。
4.如權利要求2或3所述的高強度冷成型熱連軋鋼板的生產方法，其特徵在於：根據成品板厚度增加適當降低終軋溫度和卷取溫度。
實施方式
按照該發明鋼化學成分要求，採用純淨鋼冶煉工藝，在煉鋼廠300噸轉爐進行頂底複合吹煉，然後進行爐外精煉，，獲得化學成分見表1，餘量為Fe及不可避免的夾雜。將連鑄坯送至熱軋生產線，鋼坯加熱至1200℃以上，採用兩階段控軋和軋後水冷並卷取，粗軋結束溫度1000～1050℃，終軋溫度850～950℃，軋後採用層流冷卻，冷卻速度5～15℃/秒，卷取溫度550～650℃，製得熱軋板，最終厚度分別為：3.2毫米、6毫米，力學性能見表2。同時表2、表3中還將發明鋼與前述已申請專利的相關鋼種進行了對比，其中對比1為前述2005年8月10日公布的CN1651589A專利“高強度易焊接時效硬化鋼及其生產方法”；對比2為2005年1月12日公布的CN1563486A“冷成型高強度焊接結構鋼的生產方法”；對比3為1979年2月27日公布的US4141761A專利“High strength low alloy steel containing columbium and titanium”；對比4為2005年7月13日公布的CN1639371A“彎曲加工性優良的耐候性高強度鋼板及其製造方法”
發明1 | 發明2 | 發明3 | 發明4 | 發明5 | 對比1 | 對比2 | 對比3 | 對比4 | ||
化 學 成 分 ， % | C | 0.08 | 0.06 | 0.07 | 0.05 | 0.10 | 0.08 | 0.04 | 0.05 | 0.08 |
Si | 0.21 | 0.50 | 0.25 | 0.17 | 0.40 | 0.45 | 0.10 | 0.02 | 0.10 | |
Mn | 1.94 | 1.70 | 1.50 | 1.80 | 1.00 | 0.96 | 1.60 | 0.35 | 1.22 | |
P | 0.011 | 0.009 | 0.010 | 0.010 | 0.010 | 0.015 | 0.014 | 0.008 | 0.008 | |
S | 0.003 | 0.002 | 0.002 | 0.003 | 0.003 | 0.007 | 0.001 | 0.008 | 0.002 | |
Cu | - | - | - | - | - | 1.77 | 0.40 | - | 0.23 | |
Cr | - | - | - | - | - | 0.95 | - | - | 0.39 | |
Ni | - | - | - | - | - | 1.74 | 0.50 | - | 0.50 | |
Mo | 0.25 | 0.50 | 0.15 | 0.13 | 0.35 | 0.50 | 0.25 | - | 一 | |
Nb | 0.06 | 0.03 | 0.04 | 0.05 | 0.08 | 0.07 | 0.025 | 0.10 | 0.024 | |
V | - | - | - | - | - | - | 0.008 | - | 0.025 | |
Ti | 0.15 | 0.05 | 0.14 | 0.13 | 0.10 | 0.03 | 0.015 | 0.14 | 0.082 | |
B | - | - | - | - | - | - | - | - | 0.0012 | |
Ca | 0.0033 | 0.0015 | 0.004 | 0.003 | 0.0048 | - | - | - | - | |
Al | 0.015 | 0.032 | 0.045 | 0.030 | 0.040 | - | - | 0.020 | 0.011 | |
CE， % | 0.45 | 0.44 | 0.35 | 0.38 | 0.34 | 0.76 | 0.42 | 0.11 | 0.42 | |
Pcm， % | 0.20 | 0.20 | 0.16 | 0.15 | 0.19 | 0.34 | 0.17 | 0.07 | 0.19 | |
鋼 種 | 厚度 毫米 | 加熱 溫度 °C | 終軋 溫度 °C | 卷取 溫度 °C | 屈服 強度 兆帕 | 抗拉 強度 兆帕 | 延伸率 % | 冷彎 180° |
發明1 | 6 | 1210 | 850 | 565 | 746 | 850 | 21 | d=1.5a |
發明2 | 6 | 1220 | 870 | 550 | 720 | 836 | 20 | d=1.5a |
發明3 | 3.2 | 1240 | 880 | 598 | 729 | 780 | 22 | d=1.5a |
發明4 | 3.2 | 1250 | 892 | 560 | 764 | 829 | 22 | d=1.5a |
發明5 | 3.2 | 1220 | 945 | 620 | 737 | 820 | 23 | d=1.5a |
對比1 | - | 1180 | 820 | 600 | 730 | 790 | 19 | d=2a |
對比2 | 14 | 1220 | 790 | 550 | 510 | 630 | 25 | - |
對比3 | - | - | - | - | ≥630 | - | - | d=a |
對比4 | - | 1220 | 900 | 530 | 740 | 830 | 22 | - |
通過表2、表3的對比可以發現，對比1和對比4的力學性能基本接近發明鋼種，其屈服強度可以達到700兆帕以上，但從成分設計來看，對比1中添加了大量的Cu、Cr、Ni等合金元素，這一方面增加了生產操作的複雜性，另外大量合金元素的加入使得碳當量（CE）以及焊接裂紋敏感性指數（Pcm）高達0.76和0.34，嚴重惡化了鋼板的焊接性能，不利於生產加工。對比4中除了Cu、Cr、Ni、V等合金元素外，還添加了B元素，而B在煉鋼生產過程中控制十分困難，其收得率波動很大，不利於生產操作。對比2和對比3成分相對簡單，但其力學性與發明鋼種相差很大，尤其是屈服強度，僅能達到500～600兆帕級別。
由此可見，該發明鋼通過添加少量的微合金元素，採用控軋控冷工藝可以穩定的生產屈服強度700兆帕以上，同時具有良好的冷成型性及焊接性能的鋼板。該發明的方法可廣泛套用於生產工程機械、貨櫃行業等領域所要求的高強度冷成型用焊接結構鋼。
榮譽表彰
2015年11月27日，《高強度冷成型熱連軋鋼板及其生產方法》獲得第十七屆中國專利獎優秀獎。
