CN101096738A - 低焊接裂纹敏感性钢板及其生产方法 - Google Patents

低焊接裂纹敏感性钢板及其生产方法 Download PDF

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CN101096738A CNA2006100180103A CN200610018010A CN101096738A CN 101096738 A CN101096738 A CN 101096738A CN A2006100180103 A CNA2006100180103 A CN A2006100180103A CN 200610018010 A CN200610018010 A CN 200610018010A CN 101096738 A CN101096738 A CN 101096738A
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叶建军
刘新民
常跃峰
梁永昌
谢良法
崔强
赵文忠
郭桐
林建农
赵全卿
吴永斌
王培玉
吴建鹏
王九清
田苗
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Abstract

本发明涉及一种低焊接裂纹敏感性钢板及其生产方法,由以下重量百分含量的化学成分组成:C≤0.07%,Si 0.15-0.40%,Mn 1.00-1.60%,P≤0.015%,S≤0.010%,Cu≤0.30%,Ni≤0.50%,Cr≤0.30%,Mo≤0.30%,V≤0.08%,Nb≤0.08%,Ti 0.010-0.020%,B≤0.003%,其余为Fe和不可避免的杂质。本发明具有以下优点:(1)具有较低的焊接裂纹敏感性组分,Pcm≤0.20%;(2)强度和韧性匹配合理,屈强比适中;(3)钢板的价格、性能比优于同类进口产品;(4)钢板最大宽度可达到4000mm;(5)钢板不需淬水处理,工艺简单,有利于保证较高的平直度。

Description

低焊接裂纹敏感性钢板及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种低焊接裂纹敏感性WDB620钢板,同时,还涉及一种该钢 板的生产方法。 背景技术
目前,国内、外水电站压力钢管制作的60Kg级低焊接裂纹敏感性高强钢 均采用调质状态(淬火+回火)交货,多年来,水电站压力钢管制作用高强钢
的设计均采用调质型,在材料的招标文件书中也明确规定:高强钢管所选用
钢板的交货状态为调质状态(淬火+回火),或者明确指定为xx牌号的调质 钢,典型的有武汉钢铁公司按GB150和JIS G3106标准生产的07MnCrMoVR和 SM570Q,日本NKK公司按企业标准生产的NK-HITEN590U2、 NK-HITEN610U2等 牌号钢板,其组织为经淬火+回火后的低C回火马氏体组织。该类型钢板实际 使用时存在着以下不足之处:(1)较高的C含量和C当量(Ceq):通常C含 量《0.09%, Ceq《0.42% ; (2)生产工序复杂,难以批量生产;(3)冲击韧 性有待提高:所提供钢板可满足-15°CAKV (纵向)》47J; (4)焊接工艺较复 杂,需焊前预热和焊后热处理;(5)组织对温度敏感性较强,施工现场不能 随意引弧和开灌浆孔等,使用起来很不方便。 发明内容
针对上述问题,本发明的目的在于提供一种具有良好的强韧性匹配的低 焊接裂纹敏感性钢板。
同时,本发明的目的还在于提供了一种该低焊接裂纹敏感性钢板的生产 方法,以做到冷加工性能良好、焊前不预热,焊后不需热处理、满足水电站 不同现场施工工艺条件的要求。
为了实现上述目的,本发明的技术方案在于采用了一种低焊接裂纹敏感
性钢板,由以下重量百分含量的化学成分组成为:C《0.07%, Si 0. 15— 0. 40%, Mn 1. 00—1. 60%, P《0. 015%, S《0. 010%, Cu《0. 30%, Ni《0. 50%, Cr《0. 30%, Mo《0. 30%, V《0. 08%, Nb《0. 08%, Ti 0. OIO—O. 020%, B《 0. 003%,其余为Fe和不可避免的杂质。
所述的各化学成分为:C《0.05%, Si 0.20—0.35%, Mn 1. 45—1. 60%, P《0.012%,S《0. 005%,NiO. 25—0.30%,MoO. 25—0. 30%,V0. 040—0.055%, Nb 0. 05—0. 06%, Ti 0. 013—0. 020%, B 0. 0007—0. 0012%,其余为Fe和不 可避免的杂质。
同时,本发明的技术方案还在于采用了一种低焊接裂纹敏感性钢板的生
产方法,包括以下步骤:
(1) 冶炼工艺:钢坯先经电炉冶炼,然后送入VD/VOD炉真空脱碳,再送
入LF精炼炉精炼,大包温度》1600。C时,吊包VD炉真空处理,抽真空时间 》12分钟,真空度为2托时破坏真空,并喂Al线600-800米,然后吊LF炉 精炼,解决了单靠电炉冶炼增加吹氧去C、延长电炉冶炼时间而造成的电炉生 产周期增加;
(2) 加热工艺:钢坯在保证合金元素充分固溶,r晶粒细小的前提下,采 用了低温加热工艺:加热温度1180-1200°C,均热温度1160-U8(TC,加热段 和均热段总时间》4h;
(3) 轧制工艺:采用ni型控轧工艺,第一阶段为奥氏体再结晶阶段,约在
950—115(TC之间,此阶段大多数道次压下量为8-25%,累计压下率>60%, 使奥氏体发生完全再结晶,以细化奥氏体晶粒;第二阶段为奥氏体非再结晶 阶段,开轧温度为《95(TC,在这一阶段内,奥氏体晶粒被拉长,在伸长而未 再结晶的奥氏体内形成高密度形变孪晶和形变带,同时微合金碳、氮化物因 形变诱导析出,因而增加了铁素体的形核位置,细化了铁素体晶粒,此阶段 压下率应尽量大,累计压下率>50%;第三阶段为两相区(a + Y)阶段,开 轧温度约为780—84(TC,在这一阶段内在铁素体内形成大量位错亚结构,变
形量越大,亚结构密度越大,钢板的脆性转变温度越低,此阶段与单道次变
形量无关,累计压下率应》30%;
(4) 水冷工艺:经轧制后的钢板在ACC快速冷却装置进行在线冷却,开冷 温度为750—780。C,终冷温度为550—620°C,冷却速度为6—l(TC/s,使钢 板在这一温度范围内发生贝氏体组织转变。
(5) 热处理工艺:对钢板进行快速回火处理,回火温度为600—620。C, 时间为0. 8—1. 5min/mm。
本发明的钢板的化学成分设计采用低C或超低C, Mn-Mo-Nb-B系低C贝 氏体钢,是通过低C贝氏体型成分的设计及控轧控冷+回火生产工艺,生产出 符合低焊接裂纹敏感性的要求(Pcm《0.20%)的60Kg级低C贝氏体型高强 WDB620钢板,将其应用于水电站压力钢管制作,可做到冷加工性能良好、焊 前不预热焊后不需热处理、满足水电站不同现场施工工艺条件的要求,做到 生产制造工序简单、可实现批量生产,以产顶进。应用的强化机理为组织强 化、细晶强化、固溶强化和沉淀强化。当(:《0.05%时,C含量对钢板的性能 不产生影响,当00.06%时,随C含量提高钢板强度增加,冲击初性降低, 同时较高的C含量,使焊接裂纹敏感性指数Pcm增大,但C含量太低,电炉 冶炼周期太长,生产效率低,尤其在大生产合金加入时,碳含量回升 0.02%-0.03%, Pcm《0. 20%难以控制,因此C含量优选《0. 05%; Mn的含量在 1.00-1.60%, Mn主要起固溶强化和降低相变温度提高钢板强度的作用,当钢 中C《0. 05%时,其固溶强化作用更加显著,因此内控按成分上限1. 45-1. 60% 控制;Mo含量为《0.30%, Mo的主要作用为在钢板的CCT曲线中推迟铁素体 转变,将铁素体转变区与贝氏体转变区明显分离,有利于贝氏体转变,降低 贝氏体转变临界冷却速度,降低钢板的回火脆性,但Mo作为贵重合金元素不 宜加入太多;吣含量为《0.08%,为有效通过控轧工艺实现钢板细晶强化,须 加入Nb元素,以达到提高钢板再结晶温度,加热固溶Nb阻止奥氏体晶粒长 大,冷却时高温析出Nb的C、 N化物;B含量为《0.003y。, B作为廉价合金, 在贝氏体转变中发挥着显著推迟铁素体转变,保证钢在较宽的冷却速度范围
内得到均匀的组织的作用,同时提高钢板的淬透性,尤其是Nb、 B的复合加 入,固溶的铌、硼原子在冷却及相变后,将在贝氏体内析出Nb(C,N,B)化物, 强化贝氏体,但B作为易氧化元素,在冶炼操作中较难以控制;本发明成分 设计的另一特点是微合金元素V-Ti复合强化贝氏体钢中的应用, V:0.04-0.05%,Ti: 0.010-0.020%,其中Ti既脱氧保护硼,又通过微细主要 为确保焊接热影响区TiN析出控制奥氏体晶粒在加热和焊接过程中的快速长 大,提高钢板实物性能和焊接质量。V为降低去Cu后的强度损失而加入,尤 其是高温回火后,V的C、 N化物析出,强烈提高钢板得强度,但加入较多时, 韧性降低;杂质元素P、 S等含量下线不做限制,在工艺设备能力下尽可能降 低,以达到钢质纯净、力学性能均匀的目的。本发明的交货状态为控轧+回火, 采用控轧+回火工艺生产的WDB620钢板经充分晶粒细化,在较宽的冷却速度 范围内得到了低C贝氏体组织,其性能指标明显优于调质型高强钢,而且大 大增加了控轧钢生产的厚度规格,控轧+回火工艺生产的低C贝氏体型高强钢 在该行业内的应用尚无先例。
由于采用III型控轧工艺,解决了轧机轧制压力不足而造成的晶粒粗大不 均、冲击韧性减低现象,且增大了可生产钢板的厚度规格,适合其它钢厂低 轧制压力轧机生产控轧型高强钢。
本发明所生产的钢板板型明显优于调质钢,不平度达到《5mm/m,减少了 制作方的制作钢板矫平费用50元/吨,较低的屈强比, 一般达到《0.90,同 调质钢比有明显降低,可节约巻制费用150元/吨。
采用本发明钢替代进口 ,进口价按每吨11000元,如按平均生产成本8500 元/吨,本发明钢比进口每吨节约2500元/吨。生产厂生产本发明的控轧十 回火钢板和调质钢相比,可节约成本250元/吨,节能降耗80元/吨,合计 可降低成本330元/吨。
本发明的钢具有良好的机械性能、冷热加工性、焊接性能,因生产工艺
简单、价格低廉,在各冶金钢厂均可实施,还可用于制造海洋设施、船舶、
储油罐、气输管线等,可以大大缓解水电站60Kg级低悍接裂纹敏感性高强钢 的进口压力。
本发明具有以下优点:(l)具有较低的焊接裂纹敏感性组分,Pcm《0. 20%; (2)强度和韧性匹配合理,屈强比适中;(3)钢板的价格、性能比优于同类
进口产品;(4)钢板最大宽度可达到4000mm; (5)钢板不需淬水处理,工艺 简单,有利于保证较高的平直度。
试验结果表明:采用本发明的方法所生产的钢板具有纯净度较高、成分
均匀、内部致密的特点,钢的冶金水平较高,力学性能完全满足国际上对CF62 的标准要求,钢板具有良好的强度、塑性和韧性,并具有较大的富裕量;其 焊接性能良好, 一般情况下无需考虑预热或后热,焊接接头的强度、冷弯及 韧性满足技术要求,并具有较大的富裕量;据调査,我国近年来每年建造数 十座水电站,对60kg以上强度级别钢板的需求在50000吨以上,因此WDB620 宽厚板在我国"西电东送"等工程中将有广阔的市场前景。由于WDB620钢板 优良的质量和较低的价格,将为国家水电建设降低造价、减少投资做出贡献。
钢板特性:WDB620钢板按低碳贝氏体钢设计,具有良好的强韧性匹配。 实物Ceq《0.40X、 Pcm《0. 20%,焊接评定试验表明WDB620具有比CF钢标 准更低的焊接裂纹敏感性指数,适合于制造大型工程结构件。 具体实施方式
本发明的低C贝氏体高强钢的实际成分(按重量百分比)为:C 0.05%、 Si 0. 29%、 Mn 1. 45%、 P 0. 008%、 S 0. 005 %、 Mo 0. 2796、 Nb 0. 056 %、 V 0. 047 %、 B 0.0010%、 Ti 0.012%、 Pcm为0. 18%,轧成25mm钢板。其力学性能:屈 服强度560MPa,抗拉强度:665MPa,屈强比=0.84, S 5》28%, -20。C冲击功 AKV (横向)231、 226、 223J,冷弯试验D= 3 a, 180°完好,-20匸10%应变实 效冲击功AKVs (横向)105、 108、 115J,厚度方向拉伸断面收縮率V为68、 74、 49%,采用GB6803-86进行无塑性转变温度落锤试验NDT温度为-55。C,
该钢板由北京钢铁研究总院焊接试验室进行可焊性试验,其中焊接热影响区
最高硬度HV《306,斜Y坡口焊接裂纹试验在焊前不预热、焊后不热处理的情 况下,手工焊、气保焊、埋弧焊三种方式表面、根部、断面裂纹率均为0%, 焊接接头试验全部满足供货要求。
本发明的生产方法如下:(1)冶炼工艺:钢坯先经电炉冶炼,然后送入
VD/VOD炉真空脱碳,再送入LF精炼炉精炼,大包温度^160(TC时,吊包VD 炉真空处理,抽真空时间^12分钟,真空度为2托时破坏真空,并喂Al线 700米,然后吊LF炉精炼,解决了单靠电炉冶炼增加吹氧去C、延长电炉冶 炼时间而造成的电炉生产周期增加;经过该工序后,既縮短了电炉冶炼周期, 也保证了 C含量《0. 05%的概率达到100%,较好实现了低C或超低C的要求。
(2) 加热工艺:钢坯在保证合金元素充分固溶,r晶粒细小的前提下, 采用了低温加热工艺:加热温度118(TC,均热温度116(TC,加热段和均热段 总时间》4h;比传统调质型钢板加热温度低50-80°C,节约了燃油消耗。
(3) 轧制工艺:采用III型控轧工艺,第一阶段为奥氏体再结晶阶段,约 在105(TC之间,此阶段大多数道次压下量为8-25%,累计压下率>60%,使 奥氏体发生完全再结晶,以细化奥氏体晶粒;第二阶段为奥氏体非再结晶阶 段,开轧温度为《950'C,在这一阶段内,奥氏体晶粒被拉长,在伸长而未再 结晶的奥氏体内形成高密度形变孪晶和形变带,同时微合金碳、氮化物因形 变诱导析出,因而增加了铁素体的形核位置,细化了铁素体晶粒,此阶段压 下率应尽量大,累计压下率>50%;第三阶段为两相区(a + Y)阶段,开轧 温度约为800°C ,在这一阶段内在铁素体内形成大量位错亚结构,变形量越大, 亚结构密度越大,钢板的脆性转变温度越低,此阶段与单道次变形量无关, 累计压下率应>30%;通过以上轧直工艺,以达到细化晶粒的目的,提高冲 击韧性,采用III型控轧工艺的应用解决了轧机轧制压力不足而造成的晶粒粗 大不均、冲击韧性减低现象,且增大了可生产钢板的厚度规格。
(4) 水冷工艺:经轧制后的钢板在ACC快速冷却装置进行在线冷却,开
冷温度为765。C,终冷温度为58(TC,冷却速度为6—l(TC/s,使钢板在这一 温度范围内发生贝氏体组织转变;
(5)热处理工艺:对钢板进行快速回火处理,回火温度为600°C,时间 为0. 8—1. 5min/mm;其回火保温时间较传统钢3. 0-4. 5mim/mm大大縮短,降 低了燃气损耗,提高了生产效率。
实验证明:本发明的钢板具有强韧性匹配良好、冷成型性、焊接性良好,
现场施工简单,达到焊前不预热、焊后不需热处理的要求,也完全满足焊接
裂纹敏感性钢Pcm《0.2(m的设计要求,本发明采用控轧+回火工艺生产,不 进行淬火热处理,简化了生产工序,减少了钢板中间工序的调运转移,縮短 生产周期,适合大批量生产。
本发明钢板由于Pcm《0.2096,具有良好的可焊性,可悍前不预热、焊后不 需热处理,在制作厂使用时,简化了焊接工艺,确保了焊接热影响区性能良好, 且可根据施工需要开灌浆孔、引弧,满足多种焊接方法的焊接。
最后所应说明的是:以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案, 尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当
理解:依然可以对本发明进行修改或者等同替换,而不脱离本发明的精神和
范围的任何修改或局部替换,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1、一种低焊接裂纹敏感性钢板,其特征在于:由以下重量百分含量的化学成分组成:C≤0.07%,Si 0.15-0.40%,Mn 1.00-1.60%,P≤0.015%,S≤0.010%,Cu≤0.30%,Ni≤0.50%,Cr≤0.30%,Mo≤0.30%,V≤0.08%,Nb≤0.08%,Ti 0.010-0.020%,B≤0.003%,其余为Fe和不可避免的杂质。
2、 根据权利要求1所述的低焊接裂纹敏感性钢板,其特征在于:所述的 各化学成分为:C《0.05%, Si 0. 20—0. 35%, Mn 1. 45—1. 60%, P《0.012%, S《0. 005%, Ni 0. 25—0. 30%, Mo 0. 25—0. 30%, V 0. 040—0. 055%, Nb 0. 05 —0.06%, Ti 0.013—0.020%, B 0. 0007~0. 0012%,其余为Fe和不可避免的 杂质。
3、 一种如权利要求l一2中任一条所述的低焊接裂纹敏感性钢板的生产方法,其特征在于:包括以下步骤:(1) 冶炼工艺:钢坯先经电炉冶炼,然后送入VD/VOD炉真空脱碳,再送 入LF精炼炉精炼,大包温度》160(TC时,吊包VD炉真空处理,抽真空时间 >12分钟,真空度为2托时破坏真空,并喂Al线600-800米,然后吊LF炉 精炼,解决了单靠电炉冶炼增加吹氧去C、延长电炉冶炼时间而造成的电炉生 产周期增加;(2) 加热工艺:钢坯在保证合金元素充分固溶,r晶粒细小的前提下,采 用了低温加热工艺:加热温度1180-1200°C,均热温度1160-U80。C,加热段 和均热段总时间^4h;(3) 轧制工艺:采用III型控轧工艺,第一阶段为奥氏体再结晶阶段,约在 950—115(TC之间,此阶段大多数道次压下量为8-25%,累计压下率》60%, 使奥氏体发生完全再结晶,以细化奥氏体晶粒;第二阶段为奥氏体非再结晶 阶段,开轧温度为《95(TC,在这一阶段内,奥氏体晶粒被拉长,在伸长而未 再结晶的奥氏体内形成高密度形变孪晶和形变带,同时微合金碳、氮化物因 形变诱导析出,因而增加了铁素体的形核位置,细化了铁素体晶粒,此阶段压下率应尽量大,累计压下率>50%;第三阶段为两相区(a+Y)阶段,开 轧温度约为780—84(TC,在这一阶段内在铁素体内形成大量位错亚结构,变 形量越大,亚结构密度越大,钢板的脆性转变温度越低,此阶段与单道次变 形量无关,累计压下率应>30%;(4) 水冷工艺:经轧制后的钢板在ACC快速冷却装置进行在线冷却,开冷 温度为750—780°C,终冷温度为550—620。C,冷却速度为6—10。C/s,使钢 板在这一温度范围内发生贝氏体组织转变;(5) 热处理工艺:对钢板进行快速回火处理,回火温度为600—620。C, 时间为0. 8—1. 5min/mm。
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