[发明专利]一种细晶强化碳素结构钢及其热轧薄板制造工艺

说明书

技术领域：

本发明涉及一种碳素钢及其热轧板制造工艺，特别涉及一种细晶强化碳素结构钢及其热轧薄板制造工艺。

背景技术：

为实现社会的可持续发展，钢铁材料应该具有良好的性能价格比、良好的强韧性配合以及降低能源、资源消耗。目前作为钢铁结构材料主体的低碳钢和低合金钢(包括微合金钢)的屈服强度水平，应用最多的是R_el＝200～400MPa。其强化方式包括固溶强化、位错强化、析出强化等，但是只有细晶强化，在提高强度的同时，还能提高韧性或保持韧性基本不下降。因此，细晶强化技术是研究提高钢铁材料强韧性的重要途径。目前，在工业热连轧机上生产的碳素结构热轧钢板的晶粒度达到8～9级(ASTM标准)，晶粒尺寸相当于14～20μm，屈服强度R_el＝200～350MPa，如要进一步提高强度，目前采用的方法就是增加合金元素的含量，依靠固溶强化和析出强化作用，这样一方面增加了钢材的制造成本，同时不可避免会造成材料韧性的下降和焊接性能的恶化。

中国、韩国、日本等国的研究人员对细化钢铁材料的理论和方法进行了实验室研究，提出了低温大变形和变形后强力冷却的技术路线，但是这些技术路线在现有的工业生产装备上完全实现具有一定的困难，并且由于过度追求晶粒细化(1μm)目标，材料的屈强比增加，因此限制了在这些技术路线的实际应用。

专利申请号为CN200310104865.4的《一种低碳420MPa级复合强化超细晶粒带钢》提供的细晶粒带钢采用了低碳高锰的成分，Mn的含量为Mn.0.85～1.10％，因此合金的成本相对普通碳素结构钢仍然较高，同时该专利对钢水的纯净度要求较普通碳素结构钢要高，P＜0.01％，S＜0.01％，炼钢工艺要求高，增加了炼钢的成本。同时该专利提供的钢板的力学性能指标只提出屈服强度为420～450MPa，抗拉强度为530～550MPa，未保证断后伸长率和冲击功等塑性、韧性指标，限制了钢板的使用场合，特别是需要良好韧性和低温韧性的条件下的应用。专利号申请号为CN200310104864.X的《一种低碳420MPa级复合强化超细晶粒带钢制备方法》提供的制备方法，精轧终轧温度为770～790℃，轧后卷取温度为430～470℃。由于采用低精轧温度和卷取温度，在提高强度的同时造成材料的韧性和塑性降低，限制了材料的应用场合和范围。另一方面这超出了目前工业板带轧机所能达到的低精轧温度和卷取温度能力，对轧机的要求苛刻，需要对轧机进行特殊的改造，还不利于批量组织生产。专利申请号为CN03117280.6的《具有超细晶粒的热轧钢板的生产方法及其制造的热轧钢板》提供的技术，板坯加热温度1150～1200℃，低于前企业工厂对于大量钢种采取的加热温度，因此不利于不同牌号钢种一起组织工业大生产。该专利没有对力学性能提出具体的保证数值，特别是也未保证断后伸长率和冲击功等塑性、韧性指标。限制了钢板的使用场合，尤其是需要良好韧性和低温韧性的条件下的应用。因此，为了克服上述技术的不足，需要研究开发一种能够在现有的普通全连续热连轧轧机上利用普通碳素结构钢成分生产较高强度的热轧薄板的工业生产技术，制造的钢板在强度提高的同时，具有高的塑性、低温韧性和冷弯性能，特别适合需要良好韧性和低温韧性的条件下的应用。

发明内容：

本发明的目的是提供一种在现有的普通全连续热连轧轧机上就能实现工业批量生产的细晶强化碳素结构钢及其热轧薄板制造工艺，主要解决目前利用普通碳素结构钢成分在普通全连续热连轧轧机上无法生产较高强度的热轧板的技术问题，本发明提供了具有优良低温冲击韧性的细晶强化碳素结构钢板。本发明设计了一种利用细晶强化的具有优良低温冲击韧性的较高强度的中碳中锰碳素结构钢热轧钢板及其制造工艺在传统全连续轧机上生产，主要利用细晶强化方法。

本发明采用的技术方案是：一种可以在传统全连续热连轧机上制造得到的细晶强化碳素结构钢，化学成分(重量百分比)为，C：0.14～0.20％，Si：0.10～0.40％，Mn：0.65～0.90％，P≤0.025％，S≤0.015％，其余为Fe。显微组织为细晶粒铁素体和珠光体组织，铁素体晶粒尺寸为4～7μm，铁素体晶粒度级别为10～13级。