CN101948987B - 一种高强度高韧性钢板的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强度高韧性钢板及其制造方法，主要解决现有的高强度高韧性钢板及其制造方法成本高的缺点。本发明的高强度高韧性钢板，其化学成分按重量百分比含有C：0.12～0.25、Si：0.15～0.40、Mn：1.00～2.00、P≤0.015、S≤0.010、Cr≤0.35、Ti：0.05～0.12、Nb：0.01～0.05、B：0.0005～0.0035、Al：0.03～0.06，其余为Fe及不可避免的杂质，其中碳当量CEV≤0.5％。其制造方法是采用纯净钢生产工艺冶炼，按普通热轧板带材工艺进行轧制，轧后快速冷却并调质。获得的钢板，性能达到：屈服强度≥600MPa、抗拉强度700～950MPa、延伸率≥17％、冲击韧性达到-40℃KV2≥47J，而且该钢具有一定耐磨性和可焊性，满足机械工程使用，成本低廉。
Description
技术领域
本发明涉及低碳锰钢板及其制造方法，尤其是一种高强度高韧性钢板及其制造方法。本发明钢板可用于制做工程机械、矿山机械、冶金机械等具备一定耐磨性能的零部件产品。
背景技术
国内外工程机械用高强度钢普遍采用低碳(C≤0.15％)高合金的成分设计，如HG70、HQ80、德国DILLMAX690、瑞典SUMTIN780欧洲S690以及美国A514系列钢种，为了强韧化钢材，往往在调质高强度钢中加入较多Cr、Ni、Mo、V合金元素，使得高强度生产成本升高，将导致下游装备制造成本升高。
日本JP8104943专利公开号公开了新日铁申请的化学成分(wt％)为C：0.05～0.25、Si：0.10～0.75、Mn：0.30～1.60、P≤0.030、S≤0.030、N：0005～0014，必要时添加一种或多种Nb：0.01～0.10、Ta：0.01～0.10、Ti：0.005～0.06、Zr：0.005～10、Co：0.03、V：0.30的合金元素，在850～1000℃正火处理、在600～780℃回火，具有优异高温强度的压力容器用钢及制造方法。该高强度钢及其制造方法原材料含有多种贵重金属元素，具有高成本的的缺点。
中国专利公开号为CN1824816A公开了一种加长型汽车大梁用钢及其制造方法的发明专利，其主要技术方案是在低C高Mn纯净钢中添加Ni、V、Ti多元微合金化元素，抗拉强度达到580Mpa，屈强比达0.83，TS×EL＝15822～16588Mpa％，具有强度和成形性等良好的综合性能，但Ni+V+Ti添加量达0.1％，成本高。专利公开号为CN101280390A公开了一种高强度热轧结构钢板及其制造方法的发明专利，其主要技术方案是在低C高Mn纯经净钢中添加Nb微合金化元素，还加入微量的Ca；采用转炉冶炼、精练、连铸机保护浇铸及控扎控冷工艺，通过晶粒的细化强化、析出强化，得到的高强度高韧性钢板有良好的冷成型性能，满足汽车结构的需要；因工艺复杂，制造成本也高。
发明内容
本发明的目的是提供一种高强度高韧性钢板及其制造方法，以低碳锰钢为基础，加入微量的Ti、Nb、B元素，没有其它的贵重金属，按普通热轧板带材工艺进行轧制，轧后快速冷却并调质即可，工艺简单，因此原料和工艺成本均低廉。本发明的高强度高韧性钢板及其制造方法与现有钢种相比，节约钢中合金用量，生产效率高，大幅降低高强度钢的生产成本，不仅具有高强度高韧性同时具有一定耐磨性和可焊性。
本发明的技术方案是：一种高强度高韧性钢板，其化学成分按重量百分比含有C：0.12～0.25、Si：0.15～0.40、Mn：1.00～2.00、P≤0.015、S≤0.010、Cr≤0.35、Ti：0.05～0.12、Nb：0.01～0.05、B：0.0005～0.0035、Al：0.03～0.06，其余为Fe及不可避免的杂质，其中碳当量CEV≤0.5％，碳当量CEV(％)＝C+Mn/6+(Mo+Cr+V)/5+(Ni+Cu)/15，其目的是为防止焊接冷裂纹产生，保证钢材的可焊接性能。
本发明较好的技术方案是：一种高强度高韧性钢板，其化学成分按重量百分比含有C：0.13、Si：0.32、Mn：1.86、P：0.008、S：0.008、Cr：0.16、Ti：0.11、Nb：0.050、B：0.0021、Al：0.058，其余为Fe及不可避免的杂质，其中碳当量CEV为0.49。
本发明高强度高韧性钢板的制造方法，其钢板的化学成分按重量百分比含行C：0.12～0.25、Si：0.15～0.40、Mn：1.00～2.00、P≤0.015、S≤0.010、Cr≤0.35、Ti：0.05～0.12、Nb：0.01～0.05、B：0.0005～0.0035、Al：0.03～0.06，其余为Fe及不可避免的杂质，其中碳当量CEV≤0.5％，它是采用纯净钢生产工艺冶炼，按普通热轧板带材工艺进行轧制，轧后快速冷却并调质，工艺过程为：
a)轧钢工艺：开轧温度≥1080℃，控轧末三道次累计压下率≥35％，终轧温度840～900℃，轧后快速冷却到600～700℃；
b)调质处理：淬火加热温度860～910℃加热，保温时间为30min+板厚(mm)×1min/mm；回火加热温度500～630℃，保温时间为(30～45)min+板厚(mm)×1min/mm。
以下详述本发明中C、Si、Mn、P、S、Cr、Nb、Ti、B、Al、CEV限定量的理由。
C含量选择在0.12～0.25％，随着C含量的增加，钢的屈服强度和抗拉 强度都会提高，耐磨性能也得到提高，但塑性和韧性降低，且碳含量越高，钢材在焊接时出现冷裂倾向越严重，因此，碳含量必须在0.25％以下。
Si含量选择在0.15～0.40％，Si主要以固溶强化形式提高钢的强度，但含量不可过高，以免降低钢的韧性及影响钢的焊接性能。
Mn含量选择在1.00～2.00％，在低碳钢中Mn的固溶强化作用十分显著，可以提高钢的屈服强度和抗拉强度，并且不会显著恶化钢的变形能力，每加入1％Mn钢的抗拉强度提高约100MPa，另外，2％以下Mn含量对提高钢的焊缝韧性有利。
P≤0.015％、S≤0.010％，钢中P、S都是有害元素，理论上要求其含量越低越好，按照生产纯净钢工艺冶炼，才能保证本发明钢的性能。
根据需要加入适量的Cr元素，含量不大于0.35％，Cr降低钢的临界淬火冷却速度，提高钢的淬透性，少量Cr元素可以提高钢的回火稳定性。
Ti含量选择在0.05～0.12％，Ti容易与C形成十分稳定的TiC碳化物，提高奥氏体粗化温度。Ti起强化铁素体基体的作用，从而提高钢的强度。过高的Ti含量反而降低钢的淬透性，不利于钢板的整体性能，因此Ti含量控制在0.12％以下。
加入微量的Nb，含量控制在0.01～0.05％，通过轧钢过程中抑制奥氏体再结晶和阻止晶粒长大，细化奥氏体晶粒，为调质处理做好组织准备。冷却过程中Nb(C、N)微小质点析出，可以起沉淀强化作用。
B含量控制在0.0005～0.0035％，B主要作用提高钢的淬透性，抑制铁素体晶核的形成，延长奥氏体分解转变的孕育期，使较厚钢板的淬火组织也可以转变为全马氏体。
Al含量应控制在0.03～0.06％，钢中有合适的酸溶铝含量，控制好其稳定性，可以降低钢中的氧含量及非金属夹杂物，还可以细化晶粒，提高钢的强度及韧性。
本发明钢及其制造方法与现有钢种相比，仅有少数的合金种类和用量，且制造工艺简单生产效率高，大幅降低了高强度高韧性钢的生产成本。本发明钢的力学性能达到高强度钢要求，屈服强度Rp0.2在600Mpa以上，抗拉强度Rm在700～900MPa，延伸率A≥17％，冲击韧性达到-40℃KV2≥47J。
具体实施方式
一种高强度高韧性钢板，其化学成分按重量百分比含有C：0.12～0.25、Si：0.15～0.40、Mn：1.00～2.00、P≤0.015、S≤0.010、Cr≤0.35、Ti：0.05～0.12、Nb：0.01～0.05、B：0.0005～0.0035、Al：0.03～0.06，其余为Fe及不可避免的杂质，其中碳当量CEV≤0.5％，碳当量CEV(％)＝C+Mn/6+(Mo+Cr+V)/5+(Ni+Cu)/15，其目的是为防止焊接冷裂纹产生，保证钢材的可焊接性能。
本发明较好的技术方案是：一种高强度高韧性钢板，其化学成分按重量百分比含有C：0.13、Si：0.32、Mn：1.86、P：0.008、S：0.008、Cr：0.16、Ti：0.11、Nb：0.050、B：0.0021、Al：0.058，其余为Fe及不可避免的杂质，其中碳当量CEV为0.49。
本发明高强度高韧性钢板的制造方法，其钢板的化学成分按重量百分比含有C：0.12～0.25、Si：0.15～0.40、Mn：1.00～2.00、P≤0.015、S≤0.010、Cr≤0.35、Ti：0.05～0.12、Nb：0.01～0.05、B：0.0005～0.0035、Al：0.03～0.06，其余为Fe及不可避免的杂质，其中碳当量CEV≤0.5％，它是采用纯净钢生产工艺冶炼，按普通热轧板带材工艺进行轧制，轧后快速冷却并调质，工艺过程为：
a)轧钢工艺：开轧温度≥1080℃，控轧末三道次累计压下率≥35％，终轧温度840～900℃，轧后快速冷却到600～700℃；
b)调质处理：淬火加热温度860～910℃加热，保温时间为30min+板厚(mm)×1min/mm；回火加热温度500～630℃，保温时间为(30～45)min+板厚(mm)×1min/mm。
按照本发明高强度高韧性钢板的化学成分(按重量％)要求，在真空感应电炉冶炼了三批本发明的钢，成分见表1。
实施例1
将钢锭加热到1200℃出炉轧制，开轧温度1100℃，最后三道次累计压下率＞35％，终轧温度为870℃。轧制钢板厚度20mm。调质工艺为淬火温度：860℃，保温时间60分钟；回火温度分别为500、580、630℃，回火保温时间60分钟。随后对钢板进行了力学性能测试，数据见下表2。
实施例2
实施方式如实施例1，其中调质工艺为淬火温度：880℃，保温时间60分钟；回火温度分别为500、580、630℃，回火保温时间60分钟。随后对钢板进行了力学性能测试，数据见下表3。
实施例3
实施方式如实施例1，其中调质工艺为淬火温度910℃，保温时间60分钟；回火温度分别为500、580、630℃，回火保温时间60分钟。随后对钢板进行了力学性能测试，数据见下表4。
表1本发明实施例1～3的高强度钢的化学成分(wt％)
| 编号 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Ti | Nb | B | Alt | CEV |
| 实施例1 | 0.19 | 0.25 | 1.52 | 0.008 | 0.006 | 0.34 | 0.065 | 0.020 | 0.0032 | 0.031 | 0.48 |
| 实施例2 | 0.23 | 0.39 | 1.18 | 0.007 | 0.007 | 0.02 | 0.080 | 0.012 | 0.0019 | 0.040 | 0.42 |
| 实施例3 | 0.13 | 0.32 | 1.86 | 0.008 | 0.008 | 0.16 | 0.11 | 0.050 | 0.0021 | 0.058 | 0.49 |
表2本发明实施例1高强度钢的力学性能
表3本发明实施例2高强度钢的力学性能
表4本发明实施例3高强度钢的力学性能
从以上数据可以看出，采用Ti、Nb、B微量合金元素的成分设计，并与热轧板带钢工艺相结合，采用适合的调质工艺，可以获得满足机械用钢板，性能达到：屈服强度≥600MPa、抗拉强度700～950MPa、延伸率≥17％、冲击韧性达到-40℃KV247J，而且该钢具有一定耐磨性和可焊性。
Claims (1)
1.一种高强度高韧性钢板的制造方法，其钢板的化学成分按重量百分比含有C：0.12～0.25、Si：0.15～0.40、Mn：1.00～2.00、P≤0.015、S≤0.010、Cr≤0.35、Ti：0.05～0.12、Nb：0.01～0.05、B：0.0005～0.0035、Al：0.03～0.06，其余为Fe及不可避免的杂质，其中碳当量CEV≤0.5％，它是采用纯净钢生产工艺冶炼，按普通热轧板带材工艺进行轧制，轧后快速冷却并调质，工艺过程为：
a)轧钢工艺：开轧温度≥1080℃，控轧末三道次累计压下率≥35％，终轧温度840～900℃，轧后快速冷却到600～700℃；
b)调质处理：淬火加热温度860～910℃加热，保温时间为30min+板厚×1min/mm；回火加热温度500～630℃，保温时间为30min～45min+板厚×1min/mm。
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