本发明涉及微合金化中厚板生产领域，具体涉及一种控制微合金化中厚板珠光体形态及碳氮化合物析出的工艺。
背景技术：
微合金化技术和铌微合金化钢的研究开发始于20世纪50年代末和60年代初，当时是在普碳软钢基础上降低碳含量并添加微合金化元素来提高钢的强度和韧性。20世纪70年代，中东能源危机促进了以石油天然气长输大口径管线钢为代表的高强度微合金化钢的发展和控轧技术的广泛应用；20世纪80年代加速冷却技术(acc)在高强度板带材钢广泛应用促进了以汽车工业用超低碳钢(ulc)、无间隙原子if钢和铁素体不锈钢的发展；20世纪90年代以可焊接高强度结构钢厚板等高技术钢材的开发生产，使铌又成为热机械处理工艺(tmcp)和在线直接淬火(dq)技术等必选的重要微合金元素，从此进一步拓宽了铌微合金化在烘烤硬化钢，多相钢，trip钢以及低、中碳的长型材，非调质钢和不锈钢，合金结构钢等领域的应用。至今，微合金化技术经过大量的研究和实践，其应用越来越广泛。
对于目前钢铁行业生存形式的日益严峻化，都在寻求技术突破以降低生产成本。钢铁生产企业降低生产是企业永恒的追求，也是企业生存的关键，在不增加成本的情况下，充分利用现场条件优化工艺实现制造成本的降低更是降低成本的最优方案。
目前增强中厚板板材的强化机制中，有析出强化、固溶强化、细晶强化、相变强化等多种强化机。相变强化是基础，任何中厚板的室温组织都是由单相或是多相组织构成，不同的组织组合构成不同强度级别的钢种。这方面的研究已经比较成熟，并得到广泛的应用；细晶强化是基于轧制设备和工艺决定的强化方式，很大因素取决于设备的轧制能力受否能够实现低温轧制，配合微合金元素的定扎作用实现晶粒的细化；而析出强化和固溶强化是取决于添加的合金元素的种类决定的，固溶强化是加入较fe基原子小的合金，实现合金原子间的替代或是间隙存在达到固溶效果；析出强化是合金元素原子较小，能够在后续与碳、氮反应生产化合物实现析出，析出的化合物存在析出位置和析出物尺寸的差异。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种控制微合金化中厚板珠光体形态及碳氮化合物析出的工艺，从强化机理入手，利用细晶强化、析出强化、组织强化达到增加中厚板强度的目的，从而节约生产制造成本。
本发明一种控制微合金化中厚板珠光体形态及碳氮化合物析出的工艺，包括如下工艺步骤：
（1）成分设计：参考gb/t33166~2015《汽车桥壳用热轧钢板和钢带》中q460qk的成分要求范围，结合中厚板生产线的实际条件，首先合理安排c、nb、v元素的之间的比例关系，考虑冶炼过程需要条件al元素，其与n的结合能力弱于nb和v元素，添加的nb和v元素充分与n、c结合；nb、v与c、n在1250℃能够固溶。
（1）通过固溶度积公式：lg[%a][%b]n=p~q/t测算在特定温度下奥氏体和铁素体的固溶量，然后将某种微合金元素定位成固溶量与析出量之和，可将不同温度下组织内的固溶量之差定位成析出量。具体成分设计如下：钢的化学成分重量百分比为c：0.07~0.11%，si：0.3~0.5%，mn：1.25~1.60%，s≤0.010%，p≤0.015%，nb：0.045~0.055%，v：0.045~0.060%，ti：0.008~0.02%，als:0.025~0.045%，其余为fe和不可避免的杂质。
（3）转炉冶炼
采用120t顶底复吹转炉冶炼；冶炼周期25~35分钟；转炉冶炼主要合金采用低碳锰铁、钢砂铝、铝铁、钒铁、铌铁；转炉p含量控制在0.015%以下；转炉出钢温度1625~1640℃。
（4）lf炉精炼
采用白渣渣系，白渣保持时间≥18min，碱度控制到5~7；全程吹氩，出钢温度1570~1585℃；精炼后期铝线加入150~200m。
（5）连铸
连铸采用氮气保护浇注；水冷系统采用弱水冷机制；坯料缓冷坑缓冷48h；连铸拉速0.8~1.0m/min。
（6）加热：加热炉弱还原气氛；三段式加热制度：二加段1080~1150℃，三加段1200~1220℃，均热段1180~1200℃，均热时间10~15min。
（7）轧制：采用两阶段控轧轧制工艺，一阶段开轧温度1120~1150℃；中间坯待温厚度为成品厚度的2.5~3倍；二阶段再开轧温度在920~950℃，终轧温度850~880℃。轧制过程一阶段保证两道次保证压下率15%以上；二阶段后三道次总压下率≥30%。轧制过程中制定合理的轧制压下规程，特别是控制好道次压下量，保证道次压下量是保证细化珠光体，改善珠光体存在形态的关键；同时也是微合金nb、v碳氮化合物析出奠定了能量基础、形核位置基础。
（8）冷却：采用气雾冷却方式，上下水量比例1:1~1:1.3；辊道速度0.6~0.8m/s。终轧后，冷却采用变冷速冷却的方式，一段冷却采用10~15℃/s的冷速冷却至700~720℃，三段、四段空冷，五段以4~5℃/s速度冷却至600~620℃。冷却采用变冷速冷却，初始冷却速率较大，实现从奥氏体快速至铁素体、珠光体相变区，达到珠光体相变区后实施缓冷，改变珠光体的形态和微合金的析出量，最后以中冷速冷却进一步扩大过冷度，进一步促进微合金的析出，为后续钢板在辊道、冷床冷却过程中空冷析出创造条件，缩短析出时间。
（9）钢板下线后堆垛，堆垛温度控制范围350~400℃，冷却至室温后拆垛，实施剪切、取样、喷印工序。
本发明提供的一种控制微合金化中厚板珠光体形态及碳氮化合物析出的工艺，此方法以加热工艺、轧制工艺、冷却工艺的温度控制为基础，充分结合nb、v微合金元素的析出条件，加热过程中充分实现nb、v微合金元素的固溶；轧制过程中采用高温、低温压下制度，在再结晶区实现动态再结晶，细化铁素体和珠光体的晶粒，增加三叉晶界数量；在未再结晶增加亚晶界，提供大量的形核点；冷却过程改变传统的一站式冷却模式，采用变冷速冷却的方式，为珠光体的形成和nb、v碳氮化合物的析出创造时间条件，从而改善珠光体的形态和增加nb、v碳氮化合物的析出量，最终实现中厚板性能的整体提升，可节约20~60元/吨钢板的制造成本。
本发明的有益效果：
本发明充分利用钢的强化机理，突出析出强化和组织强化的作用，通过控制加热、轧制、冷却工艺，避免珠光体大的块状存在，改善珠光体的存在形态；增加了nb、v碳氮化合物的析出量，增强了析出强化的效果，实现微合金化中厚板强度的提升，从而实现合金成本的节约，从而实现生产成本的降低。
附图说明
图1为同成分下常规工艺（a）和本发明工艺（b）制备的微合金化中厚板的金相组织对比图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步说明。
（1）实际成分：钢的化学成分如下表：
（2）转炉：采用120t顶底复吹转炉冶炼，冶炼周期25~35分钟；转炉冶炼合金采用低碳锰铁、钢砂铝、铝铁、钒铁、铌铁；转炉p含量控制在0.015%以下；挡渣出钢。出钢时加入钢砂铝，钢水充分脱氧并初步合金化，als：0.025~0.45%。出钢时随钢流加入合成渣及石灰各200kg/吨钢，进行渣洗转炉，出钢温度1635℃。
（3）lf炉精炼：钢水进站加入钢渣改制剂50kg/吨钢，精炼渣100kg/吨钢，头批石灰400kg/吨钢，精炼过程中挑渣观察，根据渣况调整石灰，采用白渣渣系，白渣保持时间≥18min，碱度控制到5~7；精炼后期铝线加入200m；成分达标后，喂入钙线进行软吹，时间不少于8分钟。出钢温度1578℃。
（4）连铸：连铸采用常规保护渣；全过程氮气保护浇注；水冷系统采用弱水冷机制；连铸坯切割后入缓冷坑缓冷48h；拉速0.9m/min。坯料规格220*1580*l（厚*宽*长）。
（5）加热：加热炉弱还原气氛；三段式加热制度：二加段1100℃，三加段1210℃，均热段1190℃，均热时间13min。
（6）轧制：采用热机械轧制工艺，一阶段开轧温度1130℃，钢坯待温厚度为成品厚度的36mm（成品厚度规格12mm），二阶段开轧温度在930℃，终轧温度860℃；轧制过程一阶段保证两道次保证压下率15%以上；二阶段后三道次总压下率≥30%。
（7）冷却：采用气雾冷却方式，上下水量比例1:1.3；辊道速度0.8m/s；开冷温度850℃，终轧后，冷却采用变冷速冷却的方式，一段冷却采用10~15℃/s的冷速冷却至720℃，三段、四段空冷，五段以4~5℃/s速度冷却至618℃。
（8）钢板下线后堆垛，堆垛温度控制范围350~400℃，冷却至室温后拆垛，实施剪切、取样、喷印工序。
制备得到微合金化中厚板的性能如下表：
图1为同成分下常规工艺（a）和本发明工艺（b）制备的微合金化中厚板的金相组织对比图。从图中可以看出,常规工艺中nb、v碳氮化合物的析出量明显小于本发明；常规工艺铁素体的平均晶粒较本发明粗大；珠光体的存在形态，常规工艺中珠光体的连续性较强，相对比较集中，本发明中珠光体的形态小块状弥散分布。
1.一种控制微合金化中厚板珠光体形态及碳氮化合物析出的工艺，包括如下工艺步骤：
（1）钢的化学成分质量百分比为：c：0.07~0.11%，si：0.3~0.5%，mn：1.25~1.60%，s≤0.010%，p≤0.015%，nb：0.045~0.055%，v：0.045~0.060%，ti：0.008~0.02%，als:0.025~0.045%，其余为fe和不可避免的杂质；
（2）转炉冶炼：采用顶底复吹转炉冶炼；冶炼周期25~35分钟；转炉冶炼主要合金采用低碳锰铁、钢砂铝、铝铁、钒铁、铌铁；转炉p含量控制在0.015%以下；转炉出钢温度1625~1640℃；
（3）lf炉精炼：采用白渣渣系，白渣保持时间≥18min，碱度控制到5~7；全程吹氩，出钢温度1570~1585℃；精炼后期铝线加入150~200m；
（3）连铸：连铸采用氮气保护浇注；水冷系统采用弱水冷机制；坯料缓冷坑缓冷48h；连铸拉速0.8~1.0m/min；
（4）加热：加热炉弱还原气氛；三段式加热制度：二加段1080~1150℃，三加段1200~1220℃，均热段1180~1200℃，均热时间10~15min；
（5）轧制：采用两阶段控轧轧制工艺，一阶段开轧温度1120~1150℃；中间坯待温厚度为成品厚度的2.5~3倍；二阶段再开轧温度在920~950℃，终轧温度850~880℃；轧制过程一阶段保证两道次保证压下率15%以上；二阶段后三道次总压下率≥30%；
（6）冷却：采用气雾冷却方式，上下水量比例1:1~1:1.3；辊道速度0.6~0.8m/s；终轧后，冷却采用变冷速冷却的方式，一段冷却采用10~15℃/s的冷速冷却至700~720℃，三段、四段空冷，五段以4~5℃/s速度冷却至600~620℃；最后冷却至室温后拆垛。
技术总结