CN106636937A - 一种抗拉强度600MPa级易焊接结构钢及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗拉强度600MPa级易焊接结构钢，它的化学成分按质量百分数计为：C 0.05～0.09％、Si 0.30～0.40％、Mn 1.40～1.55％、Nb 0.02～0.03％、Ti 0.010～0.025％，Als 0.015～0.045％、B 0.0010～0.0018％，碳当量CEV≤0.35％，其余为Fe和不可避免杂质，杂质元素控制在P≤0.015％，S≤0.007％，[N]≤0.0030％，[O]≤0.0020％。本发明抗拉强度600MPa级易焊接结构钢成分以低C低Nb微B设计，最终获得铁素体、珠光体和贝氏体的混合组织，钢的强韧性匹配好；同时，因所得钢较低的碳当量而具备较好的焊接性能，而且该钢未使用Mo、Cr、Cu、Ni、V等贵合金元素，节省成本。

Description

一种抗拉强度600MPa级易焊接结构钢及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种抗拉强度600MPa级易焊接结构钢及其生产方法，属低合金高强度钢生产领域。
背景技术
随着能源、化工、水电、建筑等领域的迅速发展，低合金高强度结构钢市场需求日益增大，而且为了满足上述行业中工程结构自重降低，装载能力提高的发展趋势，抗拉强度在600MPa、且具备较好焊接性能的钢板用量越来越多。该强度级别的钢板有的以轧制后淬火+回火的方式生产，如日本JFE公司申请的公开号为JP2005068478A的发明专利“高强度高韧性低屈强比超大线能量焊接用厚钢板及其生产方法”，但是该方式不仅添加了Cr、Ni等贵合金元素，而且生产周期长，能耗高；有的虽然采用控制轧制控制冷却的方式生产，如东北大学申请的公开号为CN1537968的发明专利“一种屈服强度460MPa级低合金高强度结构钢板材的制造方法”，该方式缩短了生产流程，但是其碳含量≥0.12％，并且碳当量大多在0.40％以上，较高的碳含量和碳当量对于高强度结构钢的焊接性能不利。因此，需要开发抗拉强度在600MPa易焊接结构钢板。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种抗拉强度600MPa级易焊接结构钢及其生产方法，所得抗拉强度600MPa级结构钢性能好，碳当量不大于0.35％，焊接性能好，而且成本低，生产过程简单且容易操作。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：
一种抗拉强度600MPa级易焊接结构钢，它的化学成分按质量百分数计为：C0.05～0.09％、Si 0.30～0.40％、Mn 1.40～1.55％、Nb 0.02～0.03％、Ti 0.010～0.025％，Als0.015～0.045％、B 0.0010～0.0018％、P≤0.015％，S≤0.007％，其余为Fe和不可避免杂质，杂质元素控制在P≤0.015％，S≤0.007％，[N]≤0.0030％，[O]≤0.0020％，同时碳当量CEV≤0.35％。
上述抗拉强度600MPa级易焊接结构钢的生产方法，它依次包括以下步骤：冶炼、精炼、连铸、钢坯加热、控制轧制、控制冷却、缓冷、成品，其中，所述精炼过程时，进行微合金化，控制钢中各化学成分按质量百分数计为：C 0.05～0.09％、Si 0.30～0.40％、Mn1.40～1.55％、Nb 0.02～0.03％、Ti 0.010～0.025％，Als 0.015～0.045％、B 0.0010～0.0018％，其余为Fe和不可避免杂质，杂质元素控制在P≤0.015％，S≤0.007％，[N]≤0.0030％，[O]≤0.0020％，同时碳当量CEV≤0.35％。
按上述方案，所述钢坯加热时，加热温度为1150～1250℃。
按上述方案，所述控制轧制时，采用两阶段控轧，使相变前的组织充分细化，第一阶段开轧温度为1030～1150℃，终轧温度为960～1030℃；第二阶段开轧温度为900～1000℃，终轧温度为780～860℃。
按上述方案，所述控制冷却阶段时，通过层流或水幕冷却方式进行控制冷却，开冷温度730～830℃，返红温度500～630℃。
按上述方案，所述冶炼过程时，先进行铁水预处理，再采用转炉冶炼，通过顶吹或顶底复合吹炼。
本发明中，采用上述化学组分及质量百分配比的原因如下：
本发明的C含量选择在0.05～0.09％。因为C是提高钢板强度的最有效且最廉价的元素之一，为保证钢板的强度，C含量的下限为0.05％。但是C含量过高时对钢板的焊接性能和低温冲击韧性将产生不利的影响，因而C含量的上限为0.09％。
本发明的Si含量在0.30～0.40％，Si主要以固溶强化形式提高钢的强度，同时也是脱氧的必要元素。在本发明钢中，Si含量太高会降低钢的低温冲击韧性。
本发明的Mn含量在1.40～1.55％，Mn是重要的强韧化元素和良好的脱氧剂、脱硫剂，太低的Mn则不能保证钢的强度但太高的Mn对钢坯中心偏析有不利影响，有损于钢板的韧性，并且在焊接时容易产生裂纹，对于得到本发明所需钢的性能来讲，也是不必要的。
本发明的Nb含量为0.020～0.030％，Nb是强碳氮化合物形成元素，能提高钢的奥氏体再结晶温度。奥氏体可以在更高的轧制温度下进行轧制。此外，Nb在控制轧制连续冷却过程中的析出强化作用，通过Nb的碳氮化物的应变诱导析出可以钉扎奥氏体晶粒，细化奥氏体晶粒并提高强度及低温韧性；但，过高的Nb也易与Fe、C等元素形成低熔点共晶物，从而增加焊缝金属产生热裂纹的倾向。
本发明的Ti含量为0.010～0.025％，Ti是强氮化物形成元素，Ti的氮化物能有效地钉扎奥氏体晶界，因此有助于控制奥氏体晶粒的长大。
本发明的总铝含量Als控制在0.015～0.045％，Al是钢中的主要脱氧元素。Al含量过高时将导致Al的氧化物夹杂增加，降低钢的纯净度，不利于钢的韧性。
本发明的B含量控制在0.0010～0.0018％，微量B的加入与Mn、Nb等元素相互作用，可以促进中温转变，提高钢板的强度。
P和S是钢中不可避免的有害元素，对钢的塑性和韧性不利，应尽量降低P和S含量，提高钢的洁净度。但考虑到降低P、S含量对冶炼的难度和成本增大，本发明钢中P控制≤0.015％，S控制≤0.007％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明抗拉强度600MPa级易焊接结构钢成分以低C低Nb微B设计，最终获得铁素体、珠光体和贝氏体的混合组织，钢的强韧性匹配好；钢的屈服强度≥470MPa，抗拉强度≥600MPa，延伸率≥17％；纵向冲击功：0℃KV2≥300J，-20℃KV2≥200J，-40℃KV2≥150J。同时，因所得钢较低的碳当量具备较好的焊接性能，而且该钢化学成分简单，未使用Mo、Cr、Cu、Ni、V等贵合金元素，节省成本。另外，本发明采用控轧控冷的方式生产，工艺流程短，钢板厚度可达50mm，容易实施控制，具有很强的实用性。
附图说明
图1为实施例3所得抗拉强度600MPa级易焊接结构钢的铁素体、珠光体和贝氏体的混合组织。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步对本发明的抗拉强度600MPa级易焊接结构钢及其生产方法作进一步的说明，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。
实施例
一种抗拉强度600MPa级易焊接结构钢，它的化学成分按质量百分数计为：C0.05～0.09％、Si 0.30～0.40％、Mn 1.40～1.55％、Nb 0.02～0.03％、Ti 0.010～0.025％，Als0.020～0.045％、B 0.0010～0.0018％，其余为Fe和不可避免杂质，杂质元素控制在P≤0.015％，S≤0.007％，[N]≤0.0030％，[O]≤0.0020％，同时碳当量CEV≤0.35％。
表1列出了实施例1-4的抗拉强度600MPa级易焊接结构钢的化学成分的具体重量百分数。
表1实施例1-4抗拉强度600MPa级易焊接结构钢的化学成分(wt％)
上述实施例1-4的钢的生产方法，依次包括以下步骤：冶炼、精炼、连铸、钢坯加热、控制轧制、控制冷却、缓冷、成品；其中，所述冶炼过程时，先进行铁水预处理，再采用转炉冶炼，通过顶吹或顶底复合吹炼；
所述精炼过程时，进行微合金化，控制钢中各化学成分为表1所示；
所述连铸过程时，采用电磁搅拌，减少元素偏析；
所述钢坯加热时，加热温度为1150～1250℃；
所述控制轧制时，采用两阶段控轧，使相变前的组织充分细化，第一阶段开轧温度为1080～1150℃，终轧温度为1000～1030℃；第二阶段开轧温度为920～1000℃，终轧温度为794～860℃；
所述控制冷却阶段时，通过层流或水幕冷却方式进行控制冷却，开冷温度753～830℃，返红温度541～630℃；
所述成品厚度为10～50mm。具体地，实施例1-4所对应的部分工艺参数如表2所示。
表2实施例1-4部分工艺参数
将实施例1～4所得抗拉强度600MPa级易焊接结构钢进行性能检测，其产品性能数据如表3所示；检验焊接冷裂纹敏感性的焊接性试验(小铁研实验)结果如表4所示；实施例3所得抗拉强度600MPa级易焊接结构钢的铁素体、珠光体和贝氏体的混合组织如图1所示，钢的强韧性匹配好。
表3实施例1-4的力学性能检测结果
表4实施例1-4的焊接性能试验结果
从表3可以看出，按照本发明技术方案生产的各规格钢板各项指标均能达到：屈服强度≥470MPa，抗拉强度≥600MPa，延伸率≥17％；0℃KV2≥200J，-20℃KV2≥150J，-40℃KV2≥100J；而且，本发明所得钢板的力学性能优异的同时，从表1可见其碳当量均满足CEV≤0.35％；结合表4中小铁研试验结果表明，本发明所得钢板试样焊后均未发现裂纹，表明按照本发明技术方案生产的各规格钢板具有综合力学性能好和易焊接的特点。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种抗拉强度600MPa级易焊接结构钢，其特征在于它的主要化学成分按质量百分数计为：C 0.05～0.09％、Si 0.30～0.40％、Mn 1.40～1.55％、Nb 0.02～0.03％、Ti0.010～0.025％，Als 0.015～0.045％、B 0.0010～0.0018％，其余为Fe和不可避免杂质。
2.根据权利要求1所述的一种抗拉强度600MPa级易焊接结构钢，其特征在于它的碳当量CEV≤0.35％。
3.根据权利要求1所述的一种抗拉强度600MPa级易焊接结构钢，其特征在于它的杂质元素控制在P≤0.015％，S≤0.007％，[N]≤0.0030％，[O]≤0.0020％。
4.一种抗拉强度600MPa级易焊接结构钢的生产方法，其特征在于它依次包括以下步骤：冶炼、精炼、连铸、钢坯加热、控制轧制、控制冷却、缓冷、成品，其中，所述精炼过程时，进行微合金化，控制钢中各化学成分按质量百分数计为：C 0.05～0.09％、Si0.30～0.40％、Mn 1.40～1.55％、Nb 0.02～0.03％、Ti 0.010～0.025％，Als 0.015～0.045％、B0.0010～0.0018％，其余为Fe和不可避免杂质，杂质元素控制在P≤0.015％，S≤0.007％，[N]≤0.0030％，[O]≤0.0020％，同时碳当量CEV≤0.35％。
5.根据权利要求4所述的一种抗拉强度600MPa级易焊接结构钢的生产方法，其特征在于所述冶炼过程时，先进行铁水预处理，再采用转炉冶炼，通过顶吹或顶底复合吹炼。
6.根据权利要求4所述的一种抗拉强度600MPa级易焊接结构钢的生产方法，其特征在于所述钢坯加热时，加热温度为1150～1250℃。
7.根据权利要求4所述的一种抗拉强度600MPa级易焊接结构钢的生产方法，其特征在于所述控制轧制时，采用两阶段控轧，第一阶段开轧温度为1030～1150℃，终轧温度为960～1030℃；第二阶段开轧温度为900～1000℃，终轧温度为780～860℃。
8.根据权利要求4所述的一种抗拉强度600MPa级易焊接结构钢的生产方法，其特征在于所述控制冷却阶段时，开冷温度730～830℃，返红温度500～630℃。
9.根据权利要求4所述的一种抗拉强度600MPa级易焊接结构钢的生产方法，其特征在于所述控制冷却阶段时，通过层流或水幕冷却方式进行控制冷却。
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