一種屈服強度690MPa級低屈強比鋼板及其製備方法
2023-08-10 02:30:51
一種屈服強度690MPa級低屈強比鋼板及其製備方法
【專利摘要】本發明屬於鋼鐵【技術領域】，具體地，本發明涉及一種屈服強度690MPa級低屈強比鋼板及其製備方法。本發明的屈服強度690MPa級低屈強比鋼板的化學成分按重量百分比計包含：C：0.04％～0.10％、Si：0.20％～0.40％、Mn：1.40％～1.90％、P≤0.020％、S≤0.008％、Nb：0.03％～0.06％、Ti：0.008％～0.025％、Cr：0.10％～0.40％、Ni：0％～0.20％、Mo：0％～0.25％、Als：0.015％～0.050％、B：0.0008～0.0020％、N≤40ppm、O≤20ppm、H≤2ppm，其餘為鐵和不可避免的雜質，其中，Als表示酸溶鋁；所述鋼板的焊接裂紋敏感指數Pcm≤0.25％。本發明鋼的綜合力學性能優越，不易斷裂和破壞，並且具有良好的塑韌性、焊接性能和抗震性能。
【專利說明】—種屈服強度690MPa級低屈強比鋼板及其製備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於鋼鐵【技術領域】，具體地，本發明涉及一種屈服強度690MPa級低屈強比鋼板及其製備方法。
【背景技術】
[0002]經濟建設和社會發展需要大量的高強鋼材，隨著國內鋼結構產業、工程機械、礦山機械等行業蓬勃發展，同時為順應起重機械、挖掘機懸臂梁、礦井用液壓支架等工程機械大型化、高強化的市場需求趨勢，對高強度、高質量等級工程機械用鋼的需求日益強烈。與此同時，為了滿足高強鋼對降低焊接裂紋敏感性的要求，各大鋼鐵企業在研發方面投入了大量人力物力。
[0003]在中國專利CN101812634A中，公開了一種低碳低焊接裂紋敏感性的高強度鋼板的製造方法，在鋼的 成分設計方面採用Cr-Cu-Mo-V-Nb-T1-B複合添加，軋制過程不用控車L，之後鋼板再進行離線淬火+回火工藝處理，鋼的屈服強度在700MPa以上，抗拉強度在800MPa以上，屈強比在0.90~0.97範圍。該專利雖然也提供了一種80kg級的低焊接裂紋敏感性鋼板的生產方法，但不足之處在於未能充分利用軋制過程中的控軋控冷的細晶、相變及位錯強化機制，同時鋼板還需要進行離線淬火和回火熱處理，造成生產成本增加。
[0004]在中國專利CN101418418B中，公開了一種屈服強度690MPa級低裂紋敏感性鋼板的製造方法，在鋼的成分設計方面採用Cr-Mo-V-Nb-T1-B複合添加，鋼的屈服強度在690MPa以上，抗拉強度在770MPa以上，屈強比在0.87~0.91範圍。該專利雖然提供了一種不經過任何熱處理就能生產80kg級的低焊接裂紋敏感性鋼板的方法，但加入了 0.04~
0.12%的貴重金屬V,造成該鋼種合金成本較高。
[0005]在中國專利CN100439545C中，公開了一種800MPa級高韌性低屈服比厚鋼板的製造方法，在鋼的成分設計上加入了 0.30%~0.70%的貴重金屬Ni,造成合金成本較高,而且該鋼板屈服強度僅能保證大於540MPa。
[0006]對現有技術分析之後發現，已經公開的文獻中大部分鋼板的屈服強度不高於690MPa，或者屈服強度達到80kg級別，但生產成本較高同時屈強比偏高，安全性不足。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在於提供一種屈服強度690MPa級低屈強比鋼板以及進一步提供該低屈強比鋼板的製備方法，通過對化學成分和軋制工藝的控制，在鋼板中獲得一種由針狀鐵素體、準多邊形鐵素體和板條貝氏體為主的特殊多相組織，形成軟硬相搭配，提升鋼板應變硬化指數，從而實現了屈服強度690MPa級低屈強比鋼板的生產，保證鋼結構抗震等安全指標。
[0008]為達到上述目的，本發明的屈服強度690MPa級低屈強比鋼板，其化學成分按重量百分比計包含:c:0.04% ~0.10%、Si:0.20% ~0.40 %、Mn:1.40 % ~1.90%、P ^ 0.020%, S ^ 0.008%, Nb:0.03%~0.06%、Ti:0.008%~0.025%、Cr:0.10%~0.40 %、N1:0 % ~0.20 %、Mo:0 % ~0.25 %、Als:0.015 % ~0.050 %、B:0.0008 ~
0.0020%,N^ 40ppm,0^ 20ppm、H < 2ppm，其餘為鐵和不可避免的雜質，其中，Als表示酸溶鋁。所述鋼板的焊接裂紋敏感指數Pcm ( 0.25%，本發明的鋼化學成分滿足:
[0009]Pcm = C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B ≤ 0.25%。
[0010]本發明的屈服強度690MPa級低屈強比鋼板，其屈服強度≥690MPa,屈強比(0.83。
[0011]以下對本發明的屈服強度690MPa級低屈強比鋼板的化學成分進行詳細說明。
[0012]C:C既是最主要的固溶強化元素，能顯著提高鋼的淬透性，也是低碳鋼中最經濟的強化元素，對馬氏體鋼的強度和硬度起決定性的作用，但碳含量的增加使鋼的塑性和衝擊韌性降低，冷脆傾向性和時效傾向性提高，惡化焊接性能。考慮到降碳的同時必須額外增加其它貴重的微合金含量才能保證鋼強度，而這將造成成本大幅度增加，綜合考慮將C的適宜量控制在0.04%~0.10%。
[0013]Si =Si進入鐵素體起固溶強化作用，降低屈強比，但Si會顯著地提高鋼的韌脆轉變溫度，同時也會 惡化塑性及焊接性能，因此，Si的適宜量控制在0.20%~0.40%。
[0014]Mn:Mn能夠降低臨界轉變溫度Ar3，明顯提高鋼的淬透性，同時具有一定的固溶強化作用，起到提高鋼的強度和硬度的作用。由於錳和硫具有較大的親和力，MnS在高溫時有一定的塑性，避免了鋼的熱脆，但過高的Mn會影響鋼的焊接性能，也會加劇鑄坯的中心偏析，造成產品帶狀組織嚴重，進而影響到衝擊韌性。因此，Mn的適宜量控制在1.40%~
1.90%。
[0015]P:P屬於低溫脆性元素，P顯著擴大液相和固相之間的兩相區，在鋼凝固過程中偏析於晶粒之間，形成高磷脆性層，提高帶狀組織的級別，使鋼的局部組織異常，造成機械性能不均勻，降低鋼的塑性，使鋼易產生脆性裂紋，抗腐蝕性下降，對焊接性能也有不利影響，增加焊接裂紋敏感性，所以應儘可能降低磷在鋼中的含量。考慮到生產成本，將P的含量控制在0.020%以下。
[0016]S:當S以FeS的形式存在於鋼中時，如果S含量高則易產生熱脆現象。當S以MnS的形式存在於鋼中時，S常以條狀形態沿軋制方向分布，形成嚴重的帶狀組織，破壞了鋼的連續性，對鋼材不同方向的性能也會產生重要影響，降低鋼的塑性和衝擊韌性，提高韌脆轉變溫度。因此，將S的含量控制在0.008%以下。
[0017]Nb =Nb能產生顯著的晶粒細化、析出強化以及中等的沉澱強化作用。固溶於奧氏體的Nb能夠提高淬透性，Nb (C，N)析出相具有細化晶粒作用但降低淬透性，而且當Nb含量過高時，Nb易與Fe、C等元素形成低熔點共晶物，有增加焊接熱影響區熱裂紋的傾向。綜合各方面因素，Nb的適宜量控制在0.03%~0.06%之間。
[0018]T1:Ti在1200~1300°C高溫下即可析出TiN顆粒，可以作為Nb (C、N)的析出核心，從而減少微細鈮析出物的數量，進而降低含Nb鋼的裂紋敏感性。Ti可形成細小的鈦的碳化物、氮化物顆粒，在板坯加熱過程中通過阻止奧氏體晶粒的粗化從而得到較為細小的奧氏體顯微組織。Ti與N結合生成穩定的高彌散化合物，不但可以消除鋼中的自由氮，而且能在熱加工過程和焊接時的熱影響區中控制晶粒尺寸，改善鋼結構各部位的低溫韌性。過量的Ti將形成微米級尺寸的液析TiN，不僅無法細化晶粒，反而會惡化鋼板韌性。因此，Ti的適宜量控制在0.008 %~0.025 %。[0019]Cr:Cr能防止加Mo鋼的石墨化傾向，屬於穩定奧氏體元素，可極大地提高鋼的淬透性，提高鋼的強度，但過高的Cr會降低鋼的焊接性能，綜合考慮，Cr的適宜量控制在
0.10%~0.40%。
[0020]Ni =Ni通過形成簡單的置換固溶體起著強化鐵素體的作用，可提高鋼的強度，同時Ni是奧氏體穩定元素，可顯著提高鋼的耐低溫衝擊韌性。但是，Ni板價格相對比較昂貴，考慮到成本因素，Ni的適宜量控制在0%~0.20%。
[0021]Mo:Mo在鋼中存在於固溶體相和碳化物相中，屬於穩定奧氏體元素，可極大地提高鋼的淬透性，可將C曲線強烈右移，以促進馬氏體轉變，同時可改善鋼的回火脆性，極大地提高鋼的低溫韌性，提高鋼的耐延遲斷裂性能。綜合成本因素，Mo的適宜量控制在0%~
0.25%。
[0022]Al:A1能細化鋼的晶粒，提聞鋼的強度，同時也能提聞衝擊朝性。由於Al和N有較強的親和力，還可以消除N元素造成的時效敏感性，因此，Als的含量定為0.015%~
0.050%。
[0023]B:B強烈偏聚 於奧氏體晶界及其它晶體缺陷處，能夠增加鋼的淬硬性，提高鋼的淬透性。加入微量B可明顯抑制鐵素體在奧氏體晶界上的形核，使鐵素體轉變曲線明顯右移，以促進馬氏體轉變，但硼含量超過0.002%後上述作用達到飽和，而且還可能形成各種對熱加工性能和韌性不利的含B析出相，綜合考慮，硼含量應控制在0.0008 %~0.0020 %。
[0024]N:N含量過高會惡化高強鋼的衝擊韌性，一般控制在40ppm以下。
[0025]0:0含量過高表明鋼中夾雜物太多，對鋼的各項機械性能均會產生不利的影響，故O含量應儘量控制在20ppm以下，以提高鋼水潔淨度。
[0026]H:H對於屈服強度大於690MPa的高強鋼而言，危害較大，易造成探傷不合，並影響低溫衝擊韌性，需要通過真空處理等手段控制在2ppm以下。
[0027]本發明針對不同厚度的鋼板，優化成分設計，薄規格走低碳高錳高Nb無貴重金屬如N1、Mo的路線，因碳含量較低，同時大幅提高Mn含量可有效改善鋼板韌性和塑性，再配合工藝的合理制定，在保證屈強比等性能優良的前提下，實現低成本；厚規格可適當降低Nb元素含量，同時添加少量的N1、Mo元素，其作用是:厚規格為保證強度，碳有所提高，添加Ni元素可改善鋼板的韌性，添加Mo元素有利於C曲線右移，利於在強冷條件下貝氏體硬相組織的形成，從而獲得高強鋼較低的屈強比性能。
[0028]本發明還提供了上述屈服強度690MPa級低屈強比鋼板的製備方法，包括冶煉、澆鑄、加熱、軋制和冷卻步驟，其中:
[0029](a)軋制前的加熱溫度:鋼坯出爐溫度控制在1150~1220°C ；
[0030](b)軋制條件:中間坯厚度為成品厚度的2.0~4.0倍，鋼坯精軋開軋溫度為900~1020°C，終軋溫度為860~920°C ；
[0031](c)冷卻條件:開冷溫度為720~800°C，終冷溫度為480~580°C，冷卻速度為14 ~22。。/s。
[0032]具體地，本發明的屈服強度690MPa級低屈強比鋼板的製備方法，包括以下步驟:
[0033]冶煉和鑄造:採用轉爐或電爐冶煉，鑄造採用連鑄或模鑄。
[0034]採用中厚板軋機軋制:
[0035](a)軋制前的加熱溫度:鋼坯出爐溫度控制在1150~1220°C。為了充分發揮Nb、Ti等微合金元素在控軋過程中延遲奧氏體再結晶、軋制及軋後冷卻過程中析出強化等作用，應保證微合金元素更多的固溶到奧氏體中，充分發揮其固溶優勢，所以鋼坯加熱溫度至少應提高1150°C以上；同時考慮到加熱溫度過高，奧氏體晶粒將過分長大，並遺傳到軋後鋼板，對鋼板衝擊韌性會造成不良影響，故應儘可能保證鋼坯出爐溫度控制在1220°C以下。
[0036] (b)軋制條件:中間坯厚度為成品厚度的2.0~4.0倍，鋼坯精軋開軋溫度為900~1020°C，終軋溫度為860~920°C。鋼坯經過粗軋機軋制後得到中間坯，在輥道上待溫到目標開軋溫度後，進行精軋。精軋過程為保證軋後晶粒細化，改善鋼板綜合力學性能，需要充分發揮第二相質點Nb (C，N)釘扎位錯，阻止奧氏體再結晶，提高Tnr溫度(再結晶終止溫度)的作用，以擴大控軋工藝窗口，尤其對於薄規格高強鋼板，易出現瓢曲、中間浪、邊浪等板形問題，所以應儘可能提高精軋開軋溫度以減少軋制抗力，同時還要避免開軋溫度高於Tnr所產生的混晶現象，故精軋開軋溫度不能高於1020°C，同時為保證厚規格板形，減少軋制負荷，故精軋開軋溫度不能低於900°C。
[0037]隨著中間坯溫度下降到Tnr以下，奧氏體晶粒再結晶受到抑制，通過大壓下軋制，奧氏體晶粒呈壓扁和拉長狀態，隨著壓下量的增加，晶粒內產生大量滑移帶和位錯，增大了有效晶界面積，增加相變細化效果，提高鋼的強韌性，同時考慮到厚規格鋼板應保證粗軋階段的足夠的壓下量，以均勻細化鋼板斷面組織，綜合考慮，中間坯厚度應控制在成品厚度的
2.0 ~4.0 倍。
[0038](c)冷卻條件:開冷溫度為720~800°C，終冷溫度為480~580°C，冷卻速度為14~22°C/S。在該發明鋼板生產過程中，控制終軋後到開始加速冷卻前的組織及變形晶體內的缺陷弛豫狀態、微合金元素的析出行為等物理冶金過程，實現控制鋼的相變，最終獲得超細複合組織。隨著馳豫過程先共析鐵素體的形成，碳原子也在向相鄰組織不斷擴散，致使未來得及相變的奧氏體組織的碳含量明顯增加，進一步增強了未相變奧氏體的組織穩定性並促使C曲線右移，入水後該區域將更容易轉變成貝氏體之類的低溫硬相組織，促使屈強比下降，同時考慮到相變後鋼板強度富餘量，故開冷溫度適當降低到720~800°C範圍內。
[0039]通過適當提高終冷溫度，減少組織中板條貝氏體含量，並形成對原奧氏體晶粒有分割作用的針狀鐵素體組織，軟相比例的增加以及形態的多樣化對降低屈強比是有益的，同時考慮到終冷溫度過高，鋼板強度富餘量將不足，故終冷溫度控制在480~580°C範圍內。
[0040]隨著冷卻速度的增加，促進未相變奧氏體向低溫組織的轉變，提高板條貝氏體硬相組織體積分數，從而拉開了軟硬相間的硬度差值，提高鋼板抗拉強度，實現屈強比的大幅下降，同時，冷速的提高也利於馬奧島的彌散分布，從而改善鋼板低溫韌性，但過高的冷速也會惡化鋼板的塑韌性，綜合考慮，冷卻速度控制在14~22°C /s範圍內。
[0041]本發明的鋼板具有高強度、低屈強比並且具有低焊接裂紋敏感性，利於推廣使用。
[0042]本發明的優點在於:
[0043](I)通過對成分進行合理優化，利用C、Cr、B等便宜合金代替V等貴重金屬，結合熱機械控軋控冷的先進技術，以低成本實現屈服強度690MPa級高強鋼板的生產。
[0044](2)本發明的鋼不僅具有優異的低溫韌性、斷後伸長率以及較低的焊接裂紋敏感指數，而且還具有較低的屈強比，可保證焊接鋼結構具備優良的抗震性能，整體安全性更好。[0045](3)本發明鋼採用控軋控冷工藝進行生產，軋後無需進行熱處理，可簡化生產工序，大幅降低生產成本，同時還可明顯縮短交貨周期，綜合效益顯著。
[0046]綜上所述，本發明鋼的綜合力學性能優越，不易斷裂和破壞，並且具有良好的塑韌性、焊接性能和抗震性能，使用安全可靠，可廣泛應用於煤礦液壓支架、高速複線鐵路橋梁，海洋平臺等對抗震安全性能有嚴格要求的大型工程機械裝備或鋼結構的製造。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0047]圖1是本發明所制鋼板的SEM微觀組織圖。
【具體實施方式】
[0048]本發明涉及的屈服強度690MPa級低屈強比鋼板的化學成分按表1所示化學成分進行轉爐冶煉並澆注成連鑄坯或鑄錠，將連鑄坯或鑄錠開坯後在加熱爐中加熱，採用中厚板軋機軋制，軋後鋼板無需熱處理。鑄坯出爐溫度、終軋溫度、終冷溫度等主要工藝參數見表2。相應鋼板拉伸強度、_40°C縱向衝擊功、厚度規格在表3中列出，可見本發明鋼的低溫衝擊韌性優異，_40°C縱向AKv不低於150J。圖1示出了實施例6鋼的SEM微觀組織照片，顯示組織為針狀鐵素體+準多邊形鐵素體+板條貝氏體。
[0049]下面的表1示出了根據本發明實施例1至實施例8的鋼的化學成分。
[0050]表1本發明實施例的化學成分(wt.% )
[0051]
【權利要求】
1.一種屈服強度690MPa級低屈強比鋼板，其特徵在於，所述鋼板的化學成分按重量百分比計包含:C:0.04%~0.10%,Si:0.20%~0.40%,Mn:1.40%~1.90%,P^0.020%,S^ 0.008%, Nb:0.03 % ~0.06 %、T1:0.008 % ~0.025 %、Cr:0.10 % ~0.40 %、N1:O% ~0.20 %、Mo:0 % ~0.25 %、Als:0.015 % ~0.050 %、B:0.0008 ~0.0020N ( 40ppm、O ( 20ppm、H ( 2ppm,其餘為鐵和不可避免的雜質；所述鋼板的焊接裂紋敏感指數 Pcm ^ 0.25%。
2.根據權利要求1所述的低屈強比鋼板，其特徵在於，所述低屈強比鋼板組織組成包括針狀鐵素體、準多邊形鐵素體和板條貝氏體。
3.根據權利要求1所述的低屈強比鋼板，其特徵在於，所述低屈強比鋼板的屈服強度≥690MPa，屈強比≤0.83。
4.一種權利要求1-3任一所述低屈強比鋼板的製備方法，包括冶煉、澆鑄、加熱、軋制和冷卻步驟，其中: (a)軋制前的加熱溫度:鋼坯出爐溫度控制在1150~1220°C； (b)軋制條件:中間坯厚度為成品厚度的2.0~4.0倍，鋼坯精軋開軋溫度為900~1020°C，終軋溫度為860~920°C ； (c)冷卻條件:開冷溫度為720~800°C，終冷溫度為480~580°C，冷卻速度為14~22 0C /s。
5.根據權利要求4所述的製備方法，其特徵在於，軋後鋼板無需進行熱處理。
【文檔編號】C22C38/58GK103952643SQ201410200087
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月13日 優先權日:2014年5月13日
【發明者】楊建勳, 劉菲, 王建景, 王飛, 王晶, 秦港, 黃春生, 王彥國 申請人:萊蕪鋼鐵集團有限公司