一種屈服強度900MPa級高強度鋼板及其製造方法

2023-05-08 04:12:11 1

專利名稱：一種屈服強度900MPa級高強度鋼板及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種高強度鋼板，具體地涉及一種屈服強度在900MPa以上的高強度鋼板及其製造方法。本發明鋼板具有較好的低溫韌性，適合作為汽車、工程機械等高強度耐衝擊的結構件的高屈服強度鋼板。
背景技術：
低合金高強度鋼作為一種重要的鋼鐵材料，被廣泛應用於汽車、礦山機械、工程機械、農業機械及鐵路運輸等部門。隨著我國工業的飛速發展，各類機械設備的複雜化、大型化及輕量化對該類鋼提出了更高的要求，即用於製造這些設備的低合金高強度鋼板不但要求具有更高的硬度、強度，而且還要求良好的韌性及成型性能。
傳統工藝在生產低合金高強度鋼板時，多添加較多的Cu、N1、Cr和Mo等貴重合金元素，成本較高。
目前在屈服強度900MPa以上高強度鋼領域已有一些相關產品和專利申請。
CN1840724A公開了 960MPa以上高強度鋼板，採用TMCP軋制，軋後水冷至Ms Ms+100°C，然後離線重新加熱至350-550°C回火，工序時間長，成本高，且添加的合金元素也較多，成本上沒有優勢，而且其低溫衝擊韌性不高，實物_40°C的Akv 僅33-50J。
因此，目前的低合金900MPa級高強度鋼板還不能完全滿足高低溫韌性的要求。發明內容
本發明的目的在於提供一種屈服強度900MPa級高強度鋼板，特別是6-25mm厚鋼板。
為實現上述目的，本發明的高強度鋼板，其化學成分的重量百分比為c:O. 07-0.11 %, Si 0. 10-0. 35 %, Mn 1. 0-1. 4 %, P ^ O. 015 %, S ^ O. 010 %, Al O. 02-0.04 %, Ti 0. 01-0. 03 %, N ^ O. 006 %, Ca ^ O. 005 %,以及 Cr 彡 O. 70 %,Ni ( O.30%, Mo ( O. 30%中的I種以上，餘量為鐵和不可避免雜質。
優選地，C 0. 071-0. 0109%。
優選地，S1:0. 15-0. 34%。
優選地，Mn 1. 1-1.4%。
優選地，P^O. 010%o
優選地，S < O. 005%。
優選地，Al 0. 021-0. 039% ο
優選地，N1:0. 10-0. 25%。
優選地，Cr :0. 40-0. 66%。
優選地，Mo :0. 10-0. 30%，更優選 O. 12-0. 25%。
優選地，Ti 0. 010-0. 020% ο
優選地，Ca ^ O. 004%，更優選為彡O. 003%。
優選地，N彡O. 004%，更優選為彡O. 003%。
本發明中，除非另有指明，含量均指重量百分比含量。
本發明鋼板的組織為回火馬氏體和碳化物。
本發明的另一個目的在於提供上述高強度鋼板的製造方法，該方法包括
鋼水經真空脫氣處理後進行連鑄或模鑄，模鑄後需經初軋成鋼坯；
連鑄坯或鋼坯於1100-1250°C加熱後進行一道次或多道次軋制，總壓下率不低於 70% ;終軋溫度不低於860°C ；
軋後鋼板以Vmin至50°C /s的冷卻速度快速水冷至220_260°C溫度區間，再空冷 5-60s ;其中Vmin是獲得馬氏體的臨界冷速，按照LogVmin = 2. 94-0. 75P計算，P是硬化指數，按照 P = 2. 7C+0. 4Si+Mn+0. 45Ν +0. 8Cr+0. 45Cu+2Mo 計算。
鋼板進入在線感應加熱爐以1-10°C /s的速度快速加熱至480_520°C回火15-25s， 然後出爐空冷。
優選地，終軋溫度為860_900°C。
優選地，軋後鋼板以15_50°C /s的冷卻速度快速水冷至220_260°C溫度區間，再空冷 5-60S。
本發明通過合適的成分設計、板坯加熱、控制軋制、軋後快速冷卻和自回火，使鋼板實現細晶強化、相變強化和析出強化，提高了鋼板的強度和硬度，使其具有很高的低溫韌性，組織呈現為回火低碳馬氏體(可能還含有少量殘餘奧氏體)。本發明的6-25mm厚鋼板屈服強度彡900MPa，延伸率彡18%, -60°C的Akv彡150J，冷彎性能優良，能夠滿足汽車、工程機械等行業對高強度鋼板的較高要求。


圖1是本發明實施例1的6mm厚鋼板的金相組織。
圖2是本發明實施例5的25mm厚鋼板的金相組織。
具體實施方式
以下通過結合實施例對本發明的特點和效果進行較為詳細的說明。
為實現本發明的提供屈服強度900MPa級高強度鋼板，特別是6_25mm厚鋼板，對主要化學成分進行如下控制
碳確保鋼板強度的關鍵元素。對於要獲得組織為大部分馬氏體的鋼板而言，碳是最重要的元素，其可以顯著提高鋼板的淬透性。由於碳在奧氏體中有較高的溶解度，可以使奧氏體保持較高的穩定性，降低鋼的Ms點，利於獲得一定量的殘餘奧氏體。同時碳含量的提高能使強度和硬度上升，塑性下降。所以如果鋼板既要獲得高硬度，又要具備一定的韌性，那麼碳含量必須綜合考慮。對於本發明的屈服強度900MPa強度級別而言，O. 07-0. 11% 的碳是合適的。優選地，本發明的鋼中C含量為O. 071-0. 109%。
矽鋼中加矽能提高鋼質純淨度和脫氧。矽在鋼中起固溶強化作用，其在奧氏體中的溶解度較大，提高矽含量有利於提高鋼的強度和硬度，同時矽能促進相變時的排碳，使碳富集到殘餘奧氏體中使之穩定，配合軋後冷卻工藝能使鋼的塑型韌性有所提高。但矽含量過高會使鋼板加熱時的氧化皮粘度較大，出爐後除鱗困難，導致軋後鋼板表面紅色氧化皮嚴重，表面質量較差。且高矽不利於焊接性能。綜合考慮矽各方面的影響，本發明矽含量為 O. 10-0. 35%，優選地為 O. 13-0. 34%。
錳錳穩定奧氏體組織，其能力僅次於合金元素鎳，是廉價的穩定奧氏體與強化合金元素，同時錳增加鋼的淬透性，降低馬氏體形成的臨界冷速。但錳具有較高的偏析傾向， 所以其含量不能太高，一般低碳微合金鋼中錳含量不超過2. O %。錳的加入量主要取決於鋼的強度級別。本發明錳的含量應控制在1. 0-1.4%。錳在鋼中還和鋁一起共同起到脫氧的作用。優選地，本發明中優選錳含量為1. 1-1.4%。
硫和磷硫在鋼中與錳等化合形成塑性夾雜物硫化錳，尤其對鋼的橫向塑性和韌性不利，因此硫的含量應儘可能地低。磷也是鋼中的有害元素，嚴重損害鋼板的塑性和韌性。對於本發明而言，硫和磷均是不可避免的雜質元素，應該越低越好，考慮到鋼廠實際的煉鋼水平，本發明要求P彡O. 010%、S彡O. 005%。
鋁強脫氧元素。為了保證鋼中的氧含量儘量地低，鋁的含量控制在 O. 02-0. 04%。脫氧後多餘的鋁和鋼中的氮元素能形成AlN析出物，提高強度並且在熱處理加熱時能細化鋼的元素奧氏體晶粒度。優選地，本發明中鋁含量為O. 021-0. 039%。
鈦鈦是強碳化物形成元素，鋼中加入微量的Ti有利於固定鋼中的N，形成的TiN 能使鋼坯加熱時奧氏體晶粒不過分粗大，細化原始奧氏體晶粒度。鈦在鋼中還可分別與碳和硫化合生成TiC、TiS、Ti4C2S2等，它們以夾雜物和第二相粒子的形式存在。本發明中鈦含量控制在 O. 010-0. 030%，優選為 O. 010-0. 020% O
鉻鉻提高鋼的淬透性，增加鋼的回火穩定性。鉻在奧氏體中溶解度很大，穩定奧氏體，淬火後在馬氏體中大量固溶，並在隨後的回火過程中會析出Cr23C7、Cr7C3等碳化物，提高鋼的強度和硬度。為了保持鋼的強度級別，鉻可以部分代替錳，減弱高錳的偏析傾向。本發明可添加不大於O. 70%的鉻，優選地，Cr :0. 40-0. 66%。
鎳穩定奧氏體的元素，對提高強度沒有明顯的作用。鋼中加鎳尤其是在調質鋼中加鎳能大幅提高鋼的韌性尤其是低溫韌性，同時由於鎳屬於貴重合金元素，所以本發明可添加不超過O. 30%的鎳元素，優選地，N1:0. 10-0. 25%。
鑰鑰能顯著地細化晶粒，提高強度和韌性。鑰能減少鋼的回火脆性，同時回火時還能析出非常細小的碳化物，顯著強化鋼的基體。由於鑰是非常昂貴的戰略合金元素，所以本發明中僅添加不超過O. 30%的鑰。優選地，Mo :0. 10-0. 30%，更優選O. 12-0. 25%
鈣本發明中加鈣主要是改變硫化物形態，改善鋼的橫向性能和冷彎性能。對於硫含量很低的鋼亦可不進行鈣處理。鈣含量小於等於O. 005%。優選地，Ca < 0.004%，更優選 Ca 彡 O. 003% ο
氮本發明不含Nb、V微合金元素，且主要以相變強化和回火碳化物析出強化為主要強化方式。小於等於60ppm含量的氮可以穩定O. 010-0. 035 %的鈦形成TiN，此TiN能保證加熱時板坯的奧氏體晶粒不過分粗大。針對本發明的優選Ti含量O. 010-0. 020%，氮含量優選為 O. 002-0. 004%。
製造工藝過程對本發明產品的影響
轉爐吹煉和真空處理目的是確保鋼液的基本成分要求，去除鋼中的氧、氫等有害氣體，並加入錳、鈦等必要的合金元素，進行合金元素的調整。
連鑄或模鑄保證鑄坯內部成分均勻和表面質量良好，模鑄的鋼錠需軋製成鋼坯。
加熱和軋制連鑄坯或鋼坯在1100-1250°C的溫度下加熱，一方面獲得均勻的奧氏體化組織，另一方面使鈦、鉻等的化合物部分溶解。在奧氏體再結晶溫度範圍內經一道次或多道次軋製成鋼板，總壓下率不低於70%，終軋溫度不低於860°C，優選終軋溫度為 860-900 0C ；
快速冷卻軋後鋼板以Vmin至50°C /s的冷卻速度快速水冷至220_260°C溫度區間；在快速冷卻過程中，大部分的合金元素被固溶到馬氏體中。
回火鋼板進入在線感應加熱爐以1-10°C /s的速度快速加熱至480_520°C回火 15-25S，然後出爐空冷。回火有助於消除內應力和馬氏體板條內裂紋，提高塑韌型和冷彎性倉泛。
實施例
實施例1
按表I配比冶煉完成的鋼水經真空脫氣處理後進行連鑄或模鑄，板坯厚度80mm， 所得坯料於1200°C加熱後，在奧氏體再結晶溫度範圍內經多道次軋制，軋製成厚度為6mm 的鋼板，總壓下率94%，終軋溫度為880°C，然後以50°C /s水冷至220°C再在線快速加熱至 480°C回火，然後空冷至室溫；
本實施例的部分鋼板金相組織如圖1所示。
實施例2-5的詳細成分見表I和工藝過程與實施例1相同，工藝參數見表2。
權利要求
1.一種高強度鋼板，其化學成分的重量百分比為:C :0.07-0. 11%, Si 0. 10-0. 35%,Mn 1. 0-1. 4 %, P ^ O. 015 %, S ^ O. 010 %, Al 0. 02-0. 04 %, Ti 0. 01-0. 03 %,N 彡 O. 006%,Ca ( O. 005%，以及 Cr ( O. 70%,Ni ( O. 30%,Mo ( O. 30%中的 I 種以上，餘量為鐵和不可避免雜質。
2.如權利要求1所述的高強度鋼板，其特徵在於，C:0. 071-0. 0109%。
3.如權利要求1或2所述的高強度鋼板，其特徵在於，S1:0. 15-0. 34%。
4.如權利要求1-3任一所述的高強度鋼板，其特徵在於，Mn:1. 1-1. 4%。
5.如權利要求1-4任一所述的高強度鋼板，其特徵在於，P^O.010%。
6.如權利要求1-5任一所述的高強度鋼板，其特徵在於，S( O. 005%。
7.如權利要求1-6任一所述的高強度鋼板，其特徵在於，Al:0. 021-0. 039%。
8.如權利要求1-7任一所述的高強度鋼板，其特徵在於，N1:0. 10-0. 25%。
9.如權利要求1-8任一所述的高強度鋼板，其特徵在於，Cr:0. 40-0. 66%。
10.如權利要求1-9任一所述的高強度鋼板，其特徵在於，Mo:0. 10-0. 30%，更優選O.12-0. 25%。
11.如權利要求1-10任一所述的高強度鋼板，其特徵在於，T1:0. 010-0. 020%。
12.如權利要求1-11任一所述的高強度鋼板，其特徵在於，Ca< 0.004%，更優選為(O. 003%。
13.如權利要求1-12任一所述的高強度鋼板，其特徵在於，N^O.005 %，更優選為(O. 004%。
14.如權利要求1-13任一所述的高強度鋼板，其組織為回火馬氏體和碳化物。
15.如權利要求1-14任一所述的高強度鋼板，其6-25mm厚鋼板的屈服強度>900MPa，延伸率A5tl ^ 18%, -60。。的Akv彡150J，按照GB/T232-2010測定的冷彎性能優良。
16.如權利要求1-15任一所述的高強度鋼板的製造方法，包括連鑄坯或鋼坯於1100-1250°C加熱後進行一道次或多道次軋制，總壓下率不低於70%;終軋溫度不低於860°C ；軋後鋼板以Vmin至50°C /s的冷卻速度快速水冷至220_260°C溫度，再空冷5_60s ;其中Vmin是獲得馬氏體的臨界冷速,按照LogVmin = 2. 94-0. 75P計算,P是硬化指數,按照P=2. 7C+0. 4Si+Mn+0. 45Ν +0. 8Cr+0. 45Cu+2Mo 計算；鋼板進入在線感應加熱爐以1-10°C/s的速度快速加熱至480-520°C回火15-25s，然後出爐空冷。
17.如權利要求15或16所述的方法，其特徵在於，鋼水經真空脫氣處理後進行連鑄成連鑄坯，或模鑄並初軋成鋼坯。
18.如權利要求15-17任一所述的方法，其特徵在於，終軋溫度為860-900°C。
19.如權利要求15-18任一所述的方法，其特徵在於，軋後鋼板以15-50°C/s的冷卻速度快速水冷至220-260°C溫度，再空冷5-60s。
全文摘要
本發明涉及一種高強度鋼板，其化學成分的重量百分比為C0.07-0.11％，Si0.10-0.35％，Mn1.0-1.4％，P≤0.015％，S≤0.010％，Al0.02-0.04％，Ti0.01-0.03％，N≤0.006％，Ca≤0.005％，以及Cr≤0.70％，Ni≤0.30％，Mo≤0.30％中的1種以上，餘量為鐵和不可避免雜質。其製造方法包括連鑄坯或鋼坯於1100-1250℃加熱後進行一道次或多道次軋制，總壓下率不低於70％；終軋溫度不低於860℃；軋後鋼板以馬氏體的臨界冷速Vmin至50℃/s的冷卻速度快速水冷至220-260℃溫度區間，再空冷5-60s；鋼板進入在線感應加熱爐以1-10℃/s的速度快速加熱至480-520℃回火15-25s，然後出爐空冷。得到的6-25mm厚鋼板的屈服強度≥900MPa，延伸率A50≥18％，-60℃的Akv≥150J，冷彎性能優良。
文檔編號C22C38/50GK103014545SQ20111028896
公開日2013年4月3日 申請日期2011年9月26日 優先權日2011年9月26日
發明者張愛文, 焦四海, 袁向前 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司