550MPa級特厚易焊接高韌性抗層狀撕裂鋼板及其製造方法與流程

2023-10-09 15:22:19 1

本發明屬於鋼鐵冶金
技術領域：
，具體涉及一種550MPa級的易焊接特厚鋼板。
背景技術：
：屈服強度大於550MPa級別高強高韌性特厚鋼板廣泛用於海工、核電、水電等大型鋼結構工程中，並作為主要承重鋼板用於關鍵部位。在設計上，不僅要求具有高強度高韌性，為保證工程的安全，還需要具有良好的易焊接性和抗層狀撕裂性能。隨著材料性能的不斷提升和工程難度的增大，對材料的焊接性和低溫衝擊韌性提出了更高的要求，尤其是最大厚度到120mm的特厚鋼板，要求屈服強度≥550MPa，碳當量≤0.55，冷裂紋敏感指數≤0.24，-60℃低溫衝擊功≥100J以上。目前該類鋼板國內未見報導。專利公告號CN102191430A的發明專利，提出了一種屈服550MPa易焊接高強高韌性鋼板及其製造方法，通過控軋控冷工藝，生產厚度小於等於100mm的易焊接特厚鋼板，Pcm值≤0.19，-20℃夏比衝擊功≥150J，未見120mm厚度和-60℃低溫衝擊韌性的描述。專利公告號號CN101230444採用控軋控冷+回火工藝，提供一種屈服強度≥570MPa，抗拉強度≥690MPa，-20℃低溫衝擊韌性≥120J的鋼板，未見厚度描述和-60℃低溫韌性描述。專利公告號CN101787489A採用控軋控冷的工藝，提供一種屈服強度≥550MPa，抗拉強度≥670MPa，-40℃低溫衝擊韌性≥200J的鋼板及其製造方法。沒有涉及到-60℃低溫衝擊韌性和120mm厚度鋼板的製造方法。現有技術中，550MPa級別的鋼板，要想獲得易焊接的特性（碳當量小於0.55，Pcm小於0.24），則鋼板的厚度還無法超越100mm。技術實現要素：本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術提供一種可在-60℃條件下使用的厚度可達120mm的、屈服強度550MPa以上，碳當量≤0.55、冷裂紋敏感係數（Pcm）≤0.24的易焊接高強高韌性抗層狀撕裂鋼板及其製造方法。本發明解決上述問題所採用的技術方案為：一種550MPa級特厚易焊接高韌性抗層狀撕裂鋼板，所述鋼板以Fe為基礎元素，且包含如下質量百分比的化學成分：C0.05-0.08%，Si0.2-0.4%，Mn1.4-1.6%，Al0.02-0.04%，Nb0.01-0.03%，V0.03-0.05%，Cr0.3-0.5%，Ni0.6-0.8%，Mo0.2-0.4%，Ti0.01-0.02%，B0.001-0.002%，P≤0.015%，S≤0.003%，N≤0.007%，碳當量≤0.55，餘量為不可避免的雜質，焊接裂紋敏感係數Pcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B≤0.24，鋼板的厚度為70-120mm。本發明鋼板的力學性能滿足：屈服強度550MPa以上，抗拉強度670-830MPa，延伸率≥19%，-60℃下鋼板的1/4厚度和1/2厚度處夏比衝擊功均≥100J，Z向斷面收縮率≥35%。本發明中所有化學組分的作用及其含量選擇理由具體說明如下：C：以固溶強化形式提高鋼的強度，影響強度、淬透性和焊接性的主要元素；碳含量過高會對鋼的韌性及焊接性產生不利影響，碳含量過低則會導致鋼板淬透性不足，強度偏低。綜合考慮，本發明C含量選擇範圍為0.05-0.08%。Si：以固溶強化形式提高鋼的強度，脫氧元素，過低則影響脫氧效果，過高會對表面質量、韌性及焊接性能產生不利影響，綜合考慮，本發明Si含量選擇範圍為0.2-0.4%。Mn：以固溶強化形式提高鋼的強度，彌補C降低而導致的不足，影響強度、淬透性和焊接性的主要合金元素。過低則無法起到固溶強化的作用，過高會對鋼的焊接性產生不利影響；同時，還容易產生偏析。本發明Mn含量的選擇範圍為1.41.60%；Al：脫氧和固氮主要元素，還有細晶強化的作用。本發明Al含量的選擇範圍為0.02-0.04%。Nb：具有釘扎強化和析出強化作用，能夠細化奧氏體晶粒，有利於強度和韌性的提高。本發明Nb含量的選擇範圍為0.01-0.03%。V：碳氮化物形成元素，以彌散強化的形式提高鋼的強度和韌性，細化鐵素體晶粒度，含量過高則會對焊接性產生不利影響。本發明V含量的選擇範圍為0.03-0.05%。Cr：中等碳化物形成元素，能夠提高鋼的淬透性和強度，彌補C含量較低導致強度和淬透性下降的不足。添加過量，則會對鋼的低溫衝擊韌性和焊接性產生不利影響。本發明Cr含量的選擇範圍為0.3-0.5%。Ni：能夠同時提高鋼的強度和改善低溫衝擊韌性，改善材料的熱裂傾向。Ni含量過高時，在連鑄坯加熱過程中會產生黏度較高的氧化鐵皮，影響鋼板表面質量。本發明Ni含量的選擇範圍為0.6-0.8%。Mo：能夠顯著提高鋼的淬透性和強度，在調質處理時加入適量的Mo可以克服鋼的回火脆性，從而提高鋼的衝擊韌性。本發明Mo含量的選擇範圍為0.2-0.4%。Ti：通過形成TiN起到析出強化的作用，能夠細化晶粒。本發明Ti含量的選擇範圍為0.01-0.02%。B：提高淬透性的最顯著的元素，過高則會對焊接性和低溫韌性產生不利影響。本發明B含量的選擇範圍為0.001-0.002%。P、S：鋼中的主要雜質元素，對鋼板的低溫衝擊韌性和抗層狀撕裂性能會產生不利影響，越低越好。根據現有生產條件，本發明P、S含量的選擇範圍為P≤0.015%，S≤0.003%。上述鋼板的製造方法，包括如下步驟①冶煉原料依次經KR鐵水脫硫預處理、轉爐頂底吹煉、LF精煉、RH精煉和連鑄，獲得厚度在300-450mm的連鑄坯，對連鑄坯實施加罩緩冷，緩冷時間為120小時以上；②將連鑄坯加熱至1170-1250℃，保溫160-180min，連鑄坯出爐後使用高壓水除鱗；③進行兩階段軋制，第一階段為粗軋階段：開軋溫度在1130-1180℃，單道次平均壓下率≥15%；第二階段為精軋階段：開軋溫度為860-900℃，累計道次壓下率≥40%；軋後熱矯直；④熱矯直後鋼板進行下線加罩堆緩冷，堆緩冷時間≥72小時；⑤對緩冷後的鋼板進行淬火+回火處理，淬火和回火均在連續爐中進行，淬火溫度為890-910℃，在爐時間1.8-2.2min/mm；回火溫度為630-680℃，在爐時間3.0-4.0min/mm，出爐後空冷，即可獲得回火後的低碳貝氏體，不同於焊接性能差的高碳馬氏體。本發發明的目的是獲得在-60℃條件下使用的屈服強度550MPa級別易焊接高強高韌性鋼板，使用低碳、低碳當量和低裂紋敏感係數成分設計、高純淨鋼的冶煉技術、300-450mm特厚連鑄板坯作為原料，採取控制軋制加調質處理的方法生產出70-120mm厚度550MPa級易焊接高強高韌性抗層狀撕裂鋼板。與發明專利公開號CN102191430A、CN101230444、CN101787489A相比，本發明採取了超低碳+少量Ni和Mo的成分設計，工藝上採用淬火+回火的調質處理工藝，在保證碳當量和冷裂紋敏感指數（易焊接）的情況下，獲得更大厚度鋼板和更好的低溫衝擊韌性。從該鋼板的具體生產步驟為：KR鐵水預處理-轉爐-LF精煉-RH真空脫氣-板坯連鑄-緩冷-軋制-調質熱處理-精檢-性能檢測-包裝入庫。與現有技術相比，本發明的優點在於：與發明專利公開號CN102191430A、CN101230444、CN101787489A的技術方案相比，本發明最大厚度達到120mm，-60℃條件下夏比衝擊功≥100J，同時具有低碳、低碳當量和易焊接的特點。按照本發明生產的鋼板，在具有良好的焊接性基礎上，顯著提高了鋼板的生產厚度，最大厚度可達120mm，此外，鋼板具有優良的高強高韌性，屈服強度≥550MPa，抗拉強度670-830MPa，延伸率≥19%，-60℃下鋼板的1/4厚度和1/2厚度處夏比衝擊功均≥100J，Z向斷面收縮率≥35%，能夠滿足在-60℃的低溫條件下使用。附圖說明圖1為本發明實施例1的70mm厚度鋼板的顯微組織圖；圖2為本發明實施例2的120mm厚度鋼板的顯微組織圖。具體實施方式以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。本發明特厚易焊接鋼板的製造方法，工藝流程：KR鐵水預處理—轉爐冶煉—LF精煉—RH真空脫氣—連鑄—連鑄坯加罩緩冷—連鑄坯檢查清理—鑄坯加熱—高壓水除鱗—軋制—矯直—鋼板堆緩冷—淬火—回火等工藝，成品厚度為70mm和120mm的鋼板。上述加熱、軋制和緩冷階段的具體工藝為：將370mm厚度連鑄坯加熱至1180-1200℃，保溫180min（實施例1和2），連鑄坯出爐後使用高壓水除鱗；然後進行兩階段軋制：第一階段開軋溫度1100-1150℃（實施例1和2），中間坯厚度170mm（實例1）或200mm（實例2），單道次平均壓下率16.5%（實例1）或15.5%（實例2）；第二階段開軋溫度為850℃，累計道次壓下率58.8%（實施例1）或第二階段開軋溫度860℃，累計道次壓下率40%（實施例2），最終鋼板厚度為70mm（實施例1）和120mm（實施例2）。軋後熱矯直；熱矯直後鋼板進行下線堆緩冷，堆緩冷時間72小時（實施例1）和84小時（實施例2）。緩冷完成後的鋼板進入連續爐進行淬火處理。實施例1：加熱溫度890℃，在爐時間1.8min/mm，使用淬火機水淬。實施例2：加熱溫度910℃，在爐時間1.8min/mm，使用淬火機水淬。對完成淬火處理的鋼板在連續爐中進行回火處理。實施例1:加熱溫度660℃，在爐時間3.0min/mm，實施例2：加熱溫度640℃，在爐時間4.0min/mm。實施例1和2對應鋼板的化學成分見表1，鋼板的力學性能見表2，鋼板的顯微組織分別如圖1和圖2所示。表1實施例1和2中易焊接高強高韌性抗層狀撕裂鋼板的化學成分（wt.%）實例CSiMnPSAlNbVTiCrNiMoBNCeqPcm10.070.251.480.0080.00090.0310.0160.0330.0160.380.680.260.00110.00360.500.2120.080.261.520.0080.00080.0320.0180.0360.0150.370.670.250.00120.00340.510.22Ceq=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15Pcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B表2實施例1和2中易焊接高強高韌性抗層狀撕裂鋼板的力學性能當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp