CN101397641A - 屈服强度为950MPa级的焊接结构钢 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及低合金化高强度焊接结构钢。其解决目前在本领域存在的钢种成分较多，有价格昂贵的Nb作为必要元素或添加了较多的贵重Ni，致成本增加且屈服强度小于900MPa的不足。措施：屈服强度为950MPa级的焊接结构钢，其在于：化学组分及重量百分比为：C：0.13～0.17，Mn：1.40～1.70，Mo：0.20～0.40，B：0.0005～0.002，Cr：0～0.50，Ti：0.010～0.035，P：≤0.020，S：≤0.010，其余为Fe及不可避免杂质，同时满足：CEV(％)＜0.60或Pcm(％)＜0.30。本发明提供了最小屈服强度为950MPa、具有极优异低温冲击韧性和极低碳当量的高强度焊接结构钢。
Description
技术领域
本发明涉及低合金化钢，具体指一种屈服强度为950Mpa及以上的高强度焊接结构钢板。
背景技术
中国国内钢铁企业尚不能够生产屈服强度在900MPa以上的焊接结构用钢，目前国内最高牌号的焊接结构钢为武汉钢铁集团公司生产的HG980，采用调质工艺生产，其最小屈服强度为880MPa。对于更高屈服强度的焊接结构钢，则完全依赖进口，主要牌号有瑞典奥克隆德钢厂的WELDOX钢板，该系列钢板的屈服强度可达900～1300MPa。日本JFE公司也可以生产最小屈服强度960MPa级的焊接结构钢板，具体牌号为S960，其化学成份为(mass％)C：0.03～0.12、Si：0.01～0.5、Mn：1.5～3、Al：0.01～0.08、Nb：0.01～0.08、Ti：0.005～0.025、N：0.001～0.01、0≤0.003、S≤0.001、Ca：0.0005～0.01，一种或二种以上的Cu：0.01～2、Ni：0.01～3、Cr：0.01～1、Mo：0.01～1、V：0.01～0.1、且Ca、O、S的含量满足1≤(1-130*[O])×[Ca]/(1.25×[S])≤3，拉伸强度达到900MPa以上、屈服比≤0.85的大口径管线用厚板，该焊接结构钢的不足是钢种成分较多，有价格昂贵的Nb元素作为必要合金元素。
还有国内的鞍钢能够生产屈服强度大于880MPa的焊接结构钢HQ100，其化学成分(wt％)C：0.10～0.18、Si：0.15～0.35、Mn：0.80～1.40、Ni：0.75～1.50、Mo：0.30～0.60、Cr：0.40～0.80，该钢用于对强度要求极高的焊接结构部件，其特点在于化学成份中添加了较多的贵重金属Ni。
本发明基于目前现状，提出了一种全新的屈服强度950MPa级焊接结构钢的化学成份设计思路，其特点是取消或极大减少了V、Nb、Ni等微合金或贵重合金元素的添加，并保证钢的屈服强度高于950MPa，同时还具有十分优异的低温冲击韧性。由于钢的合金化程度很低，因此具有很低的碳当量，达到或优于同级别的国外钢种，焊接性能优良。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种最小屈服强度为950MPa、具有极优异低温冲击韧性和极低碳当量的高强度焊接结构钢板及制造技术。
实现上述目的的技术措施：
屈服强度为950MPa级的焊接结构钢，其在于：化学组分及重量百分比为：C：0.13～0.17，
Mn：1.40～1.70，Mo：0.20～0.40，B：0.0005～0.002，Cr：0～0.50，Ti：0.010～0.035，
P：≤0.020，S：≤0.010，其余为Fe及不可避免杂质，同时满足：
CEV(％)＝C+Mn/6+(Mo+Cr+V)/5+(Ni+Cu)/15<0.60或
Pcm(％)＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B<0.30。
其在于：化学组分中Cr的重量百分比为：0.20～0.50。
其在于：化学组分中还含有重量百分比为：Ni：<0.30。
其在于：化学组分中Ni的重量百分比为：0.10～0.25。
其在于：化学组分中Mo的重量百分比为：0.30～0.35。
其在于：化学组分中C的重量百分比为：0.135～0.150。
其在于：化学组分中还含有如下元素中的至少一种，其组分及重量百分比为：0.15～0.40
的Si；0.01～0.06的Als。
本发明以位错马氏体相变强化为主要强化机制，其各组分的作用及限定量的理由：
本发明C的重量百分比含量为0.13～0.17。C是保证淬透性的主要合金元素，为了在水淬时得到完全的马氏体组织，C的含量不应低于0.13。C的上限值则考虑了防止钢的强度及碳当量过高，满足淬透性需要即可。C也是保证马氏体强度的最主要合金元素，根据对合金元素总量小于5％、含有少量Ti、Nb或Zr等的结构钢回归分析表明，钢中马氏体组织的硬度HVM＝127+949C+27Si+11Mn+8Ni+16Cr+21lgVM(VM为马氏体临界冷速，各元素均为质量百分数)，从中可以看出，影响马氏体硬度的决定性成份为C，合金元素的作用很小，为了保证钢的抗拉强度达到1000MPa级别，HVM值最小应在310左右，结合对公式中其它各合金元素含量的合理估计，可知为保证钢的强度，将C含量限定在0.13～0.17是合理的。
本发明Mn的重量百分比含量为1.40～1.70。Mn是钢中重要的固溶强化元素，能够提高淬透性，且能在强化钢的同时改善韧性，但当Mn含量过高时，则导致淬透性和韧性降低。
本发明硼B的重量百分比含量为0.0005～0.002。添加微量B是提高淬透性的极佳途径，根据大量研究结果，当以固溶形式存在于钢中时(即酸溶硼)，0.0005的B即可极大提高钢的淬透性。充分发挥B的作用可有效减少其它合金元素的添加。对于不以固溶方式存在的B则没有提高淬透性的作用，且B含量过高易形成B的碳化物和氮化物，并集聚在原奥氏体晶界，促使附近地区位错密度增高，可以作为氢在局部地区的陷阱，因而促使此处发生晶界开裂。为保证必要的酸溶硼含量，并避免过高含量的B对性能的不利影响，作出上述含量限定。
本发明Mo的重量百分比含量为0.20～0.40。Mo是提高钢的抗回火软化能力的最有效元素，并能抑制或减轻钢中杂质偏聚现象，改善调质钢的高温回火脆性，避免钢在400℃～500℃左右回火时出现的脆化现象(第二类回火脆性)，是调质钢中不可或缺的重要合金元素，Mo含量超过0.40时，则会使焊接热影响区的再热裂纹敏感性增加。
本发明铬Cr的重量百分比含量为0～0.50。Cr能够增加钢的淬透性，少量Cr还有改善韧性的作用，但Cr对提高马氏体组织强度和抗高温回火能力的作用不大，且Cr过高会损害韧性和焊接性能，故作为非必要元素添加。
本发明Ni的重量百分比含量为<0.30。Ni能够提高钢的抗高温回火软化能力和低温冲击韧性，对于提高马氏体的强度作用不大，且Ni过高将极大增加钢的合金成本，故作为非必要元素添加。Cr与Ni取其一加入，也可以两者同时加人
本发明Ti的重量百分比含量为0.010～0.040。Ti可与钢中N结合形成细小TiN粒子，从而在加热过程中钉轧晶界并防止奥氏体晶粒过度长大，这对于得到细小的淬火组织，从而提高钢的强度和韧性是有利的。
本发明还添加Si或Als或两者同时加入，其各自的重量百分比含量为：Si：0.15～0.40，Si主要是以固溶强化形式提高钢的强度，同时也是钢中的脱氧元素，但含量不可过高，以免降低钢的韧性和焊接性能；Als的重量百分比含量控制在0.01～0.06。Al是钢中的主要脱氧元素，Al含量过高则导致Al的氧化物夹杂增加，降低钢的纯净度，不利于钢的韧性及耐候性能。此外，Al的氮化物熔点较高，在生产中，AlN可以用来阻止晶粒长大。
本发明P、S的重量百分比含量分别为P≤0.020％、S≤0.010。较高的磷含量可以大幅度提高钢的耐候性，但是P在钢中具有容易造成偏析、恶化焊接性能、显著降低钢的低温冲击韧性、提高脆性转变温度，所以，考虑到本发明钢强度较高，控制P≤0.020。P易与Mn结合生成MnS夹杂，S还影响钢的低温冲击韧性。因此，本发明应采用洁净钢生产工艺，尽量减少P、S元素对钢性能的不利影响。
本发明属低合金钢制造领域，本发明钢除含有上述化学成份外，同时还满足：碳当量CEV(％)<0.60或Pcm(％)<0.30，其中：
CEV(％)＝C+Mn/6+(Mo+Cr+V)/5+(Ni+Cu)/15；
Pcm(％)＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B。
本发明具有如下优点：
1.本发明钢具有极高的强度和低温冲击韧性，屈服强度(RP0.2或ReL)为950MPa～1050MPa，屈强比为0.90～0.97，延伸率(A5)为10.5％～13.5％，0℃夏比冲击功(AKV)超过100J，-20℃AKV超过50J、最优可达80J以上，-40℃AKV最高可达50J左右，强韧性匹配十分优异。
3.本发明钢成份以C-Mn-Mo-B成份为基础，并进行了Cr、Ni的单独或复合添加，由于采用了多元少量复合合金化方法，充分利用了各种元素对于钢的淬透性和强韧性影响的协同作用，使钢的碳当量控制在很低的水平，CEV(％)<0.60，Pcm(％)<0.30，达到或优于进口国外同级别焊接结构钢。
具体实施方式
本发明具体实施的条件及工艺制度：按照本发明钢成份要求，采用50公斤真空感应炉冶炼本发明钢，以及一组对比钢。将冶炼的50公斤钢锭在电炉中加热至1200℃，保温时间大于60min，然后在实验轧机上轧成12mm厚钢板。轧制过程采用高温大压下以充分细化奥氏体晶粒，然后喷水冷至900℃以下进行最后两道次轧制，轧后空冷；轧制后将钢板切割成小块，在温度为800～1000℃条件下进行淬火，并在温度为450℃～550℃下进行回火热处理及保温。
将轧制后的本发明钢沿轧制方向加工拉伸、冲击试样，进行力学性能检测，冲击试验采用10×10×55mm夏比试样。
本发明实施例钢化学成份(wt％)
| 编号 | C | Si | Mn | P | S | Als | Cr | Ni | Mo | Ti | B | CEV | Pcm |
| 实施1 | 0.130 | 0.28 | 1.54 | 0.005 | 0.005 | 0.015 | 0.23 | 0 | 0.30 | 0.016 | 0.0005 | 0.49 | 0.25 |
| 实施2 | 0.147 | 0 | 1.53 | 0.005 | 0.005 | 0.06 | 0 | 0.29 | 0.40 | 0.010 | 0.0010 | 0.50 | 0.26 |
| 实施3 | 0.170 | 0.15 | 1.44 | 0.006 | 0.005 | 0.01 | 0.15 | 0.22 | 0.32 | 0.015 | 0.002 | 0.52 | 0.28 |
| 实施4 | 0.150 | 0.40 | 1.60 | 0.006 | 0.005 | 0 | 0.50 | 0.28 | 0.35 | 0.020 | 0.0016 | 0.60 | 0.30 |
| 实施5 | 0.161 | 0 | 1.70 | 0.005 | 0.004 | 0.045 | 0.35 | 0 | 0.20 | 0.035 | 0.0008 | 0.55 | 0.28 |
| 对比例5 | 0.110 | 0.26 | 1.30 | 0.005 | 0.005 | 0.01 | 0.22 | 0.30 | 0.31 | 0.036 | 0.0011 | 0.45 | 0.22 |
经检验，该钢在-20℃夏比V型缺口冲击功不低于50J，-40℃AKV大于20J，碳当量CEV值不超过0.60％，Pcm值不超过0.30％，屈强比高于0.90。微观组织由宽度为100～200nm、亚结构为高密度位错的细小马氏体板条组成，并含有少量宽度为1.0～1.5μm、内部含细小碳化物的先析出自回火马氏体板条。
Claims (7)
1、屈服强度为950MPa级的焊接结构钢，其特征在于：化学组分及重量百分比为：C：0.13～0.17，Mn：1.40～1.70，Mo：0.20～0.40，B：0.0005～0.002，Cr：0～0.50，Ti：0.010～0.035，P：≤0.020，S：≤0.010，其余为Fe及不可避免杂质，同时满足：
CEV(％)＝C+Mn/6+(Mo+Cr+V)/5+(Ni+Cu)/15<0.60；
Pcm(％)＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B<0.30。
2、如权力要求1所述的屈服强度为950MPa级的焊接结构钢，其特征在于：化学组分中Cr的重量百分比为：0.20～0.50。
3、如权力要求1所述的屈服强度为950MPa级的焊接结构钢，其特征在于：化学组分中还含有重量百分比为：Ni：<0.30。
4、如权力要求3所述的屈服强度为950MPa级的焊接结构钢，其特征在于：化学组分中Ni的重量百分比为：0.10～0.25。
5、如权力要求1所述的屈服强度为950MPa级的焊接结构钢，其特征在于：化学组分中Mo的重量百分比为：0.30～0.35。
6、如权力要求1所述的屈服强度为950MPa级的焊接结构钢，其特征在于：化学组分中C的重量百分比为：0.135～0.150。
7、如权力要求1所述的屈服强度为950MPa级的焊接结构钢，其特征在于：化学组分中还含有如下元素中的至少一种，其组分及重量百分比为：0.15～0.40的Si；0.01～0.06的Als。
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| CN102605253A (zh) * | 2012-04-18 | 2012-07-25 | 江苏省沙钢钢铁研究院有限公司 | 低成本高强度高韧性钢板及其生产工艺 |
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