CN102011068A

CN102011068A - 一种800MPa级低屈强比结构钢板及其生产方法

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Publication number: CN102011068A
Application number: CN 201010599469
Authority: CN
Inventors: 刘春明; 邹扬; 顾林豪; 刘金刚; 张书渊
Original assignee: Shougang Corp
Current assignee: Shougang Group Co Ltd
Priority date: 2010-12-13
Filing date: 2010-12-13
Publication date: 2011-04-13
Anticipated expiration: 2030-12-13
Also published as: CN102011068B

Abstract

本发明涉及一种800MPa级低屈强比结构钢板及其生产方法。该钢的化学成分按重量百分比为C：0.045～0.075％、Si：0.30～0.55％、Mn：1.55～1.95％、P：≤0.01％、S：≤0.0025％、Alt：0.012～0.035％、Cr：0.15～0.25％、Mo：0.15～0.3％、Cu：0.2～0.4％、Ni：0.2～0.4％、Nb：0.008～0.04％、V：0.008～0.04％、Ti：0.008～0.03％、B：0.0008～0.0015％余量为Fe及不可避免的夹杂。该钢使用RH真空处理，LF炉外精炼，全保护浇注，TMCP工艺，通过回火热处理，生产具有低屈强比、高强度、高加工硬化率。该钢板厚度规格为10～40mm，屈服强度≥550MPa，抗拉强度≥800MPa，屈强比＜0.70，同时具有优良低温冲击性能、冷成型性能以及焊接性能。

Description

一种800MPa级低屈强比结构钢板及其生产方法

技术领域

本发明涉及钢铁材料技术，具体的本发明涉及低碳高强度钢铁材料技术，更具体的本发明涉及一种800MPa级低屈强比钢板生产技术。

背景技术

随着低碳低合金高强度钢的不断发展，其已经成为最为重要的结构材料，同时随着设计及焊接工艺的不断发展，大型钢结构已经得到了越来越广泛的应用，从而对结构钢提出更高的要求，不但从强度、韧性等基本指标，同时包括焊接性能、弯曲性能、屈强比等指标提出了更高的要求。在大型钢结构和安全系数要求较高的构件中对钢板的强度和屈强比都有很高的要求。通过成分、轧制与热处理工艺的改进和创新，从而使得组织控制更为精确有效，从而获得更高的强韧性、更低的屈强比以及更好的焊接性能。

对比文件1：专利号为200410084699.0的中国发明专利公开说明了一种低屈强比易焊接结构钢厚板及其生产方法，该结构钢采用高Si-Mn-Ni-Ti系合金设计，C：0.01～0.10％wt、Si：1.00～1.50％wt、Mn：0.80～1.10％wt、Ni：0.30～3.20％wt、Ti：0.01～0.15％wt；钢板终轧结束后等待30～120s，温度至700～750℃后进入加速冷却装置，终冷温度至350～500℃；钢的显微组织为铁素体+贝氏体。该钢添加含量较多的Ni合金，成本较高；终轧结束至冷却开始之间，钢需要等到至一定的开冷温度，会影响生产节奏，降低生产效率。

对比文件2：专利号为200410096795.7的中国发明专利“一种高抗拉强度高韧性低屈强比贝氏体钢及其生产方法”中公开了一种具有低屈强比的高强度贝氏体钢板的生产方法。该钢板采用Mn-Mo-Cu-Ni-Nb-Ti-B的合金体系，采用转炉深脱碳-RH-LF-连续铸造-TMCP-RPC-亚温淬火的工艺进行生产。采用此工艺生产的钢板中的Cu含量为0.4～0.6％wt，Mo含量为0.2～0.5％wt。较高的合金添加量不但提高了钢板的制造成本，同时也提高了钢板的Pcm值，从而提高了焊接难度。

对比文件3：申请号为200710039741.0的中国发明专利申请公布说明书“一种低屈强比可大线能量焊接高强高韧性钢板及其制造方法”公开了一种可用于大线能量焊接的低屈强比钢板的生产方法。该结构钢采用低C-高Mn-Nb-Ti微合金成分设计体系，采用热机械轧制+层流加速冷却工艺生产的钢板其屈强比在0.81～0.82，较本方法生产的屈强比高。

对比文件4：申请号为200810304030.6的中国发明专利申请公布说明书“一种高强度耐大气腐蚀热轧带钢及其生产方法”公开了一种低屈强比热轧板卷的生产方法。该钢板采用热连轧工艺进行生产，与本专利申请中所述的中厚板生产方法所采用的生产方法完全不同。

对比文件5：申请号为200810174556.7的中国发明专利申请公布说明书“焊接热影响部和母材的低温韧性优异的低屈强比高张力钢板及其制造方法”中公开了一种具有优良低温韧性的低屈强比钢板的制造方法。该钢板采用C-Si-Mn-B的合金体系，采用Cu/Ni和Cr/Mo微合金化方式，通过热机械轧制之后空冷620～720℃然后再加速冷却至350～450℃随后继续空冷的方式进行生产。钢板屈服强度≤440MPa，抗拉强度≥540MPa。采用这种生产方式将大大影响生产节奏，降低生产效率，同时其钢板整体强度指标均较低。

对比文件6：申请号为200710042357.6的中国发明专利申请公布说明书“具有优良焊接性的低屈强比HT780钢板及其制造方法”中公开了一种抗拉强度≥780MPa的低屈强比钢板的制造方法。该方法中采用碳-中锰-高铝配合Cr、Mo、Cu、Ni合金化以及Nb、V、Ti、B微合金化的成分体系，其成分中Cu含量为0.28～0.51％wt；Ni含量为0.74～1.20％wt，Mo含量为0.33～0.46％wt，Cr含量为0.43～0.90％wt。采用热机械轧制+两相区正火+回火工艺进行生产。其屈服强度≥650MPa，抗拉强度≥780MPa。其合金添加量较高，采用生产工艺环节较多，均增加了钢板的生产成本。

对比文件7：申请号为200710011049.1的中国发明专利申请公布说明书“一种590MPa级低屈强比低碳当量建筑用钢板的制造方法”中公开了一种抗拉强度为590MPa的建筑用钢板的制造方法。该钢板采用重量百分比为0.15％C-Mn-Nb-V的成分设计，通过热机械轧制以及淬火+回火工艺生产。其生产工序较多，周期较长，同时其抗拉≥590MPa。

对比文件8：申请号为200710011049.1的中国发明专利申请公布说明书“一种高强度低屈强比焊接结构钢及其生产方法”中空开了高强度低屈强比结构钢板的生产方法。该钢板采用低碳-高硅-高锰配合Cu+Ni+Cr合金化以及Nb+V+B微合金化的合金设计体系，采用热机械轧制工艺进行生产。采用该方法进行生产的钢板由于Si含量达到0.6～2.0％wt、Mn含量达到1.5～2.5％wt，因而会造成钢板在连铸过程中容易出现表面缺陷。同时由于加入大量合金，造成钢板成本偏高。

目前低屈强比钢板主要采用控制轧制或者两相区淬火+回火方式生产，成分体系主要也是由生产工艺决定的。采用热机械轧制工艺进行生产的钢板主要采用C-Mn-Nb-V-Ti的成分体系，其合金成本及生产成本均较低，但钢板整体强度等级也较低，如对比文件1、3。采用淬火+回火方式生产的钢板主要添加Cr-Mo-Cu-Ni的贵重合金元素作为淬透性元素，但目前的钢种中Mo、Ni等元素添加含量较高，不利于焊接性能，同时也增加了生产成本，如对比文件2、6、7、8。或者采用特殊的轧制方法，如对比文件2、5通过入水前空冷等方法，这样严重影响钢板生产节奏。或者其成分工艺仅适用于热连轧工艺生产较薄规格钢板的情况，如对比文件4。

发明内容

1.本发明所述钢板的成分范围如下：C：0.045～0.075％wt、Si：0.30～0.55％wt、Mn：1.55～1.95％wt、P：≤0.01％wt、S：≤0.0025％wt、Alt：0.012～0.035％wt、Cr：0.15～0.25％wt、Mo：0.15～0.3％wt、Cu：0.2～0.4％wt、Ni：0.2～0.4％wt、Nb：0.008～0.04％wt、V：0.008～0.04％wt、Ti：0.008～0.03％wt、B：0.0008～0.0015％wt余量为Fe及不可避免的夹杂。

具体各元素所起的冶金学作用如下：

C：提供钢强度最为有效的元素，扩大奥氏体相区元素。本成分设计的钢板主要设计原理是在热处理期间通过C扩散的方式形成一定量的回火奥氏体，因此钢中需要保证一定量的C元素。但如果C含量过高，回火过程中生成的奥氏体比例增加，将降低奥氏体的稳定性；或者奥氏体中偏聚的碳含量过高引起在之后降温过程中的高碳马氏体分解，这两点均会改变钢板的力学性能。同时C含量增加也恶化的钢板的焊接性能，尤其是大线能量焊接情况下HAZ的韧性。同时当C含量低于0.025％wt时，造成Ar3点明显升高，奥氏体区缩小，对轧制要求提高，不利于生产；且Ar3点升高带来铁素体在长大倾向严重，不利于细化晶粒。Mn：有效的固溶强化元素及奥氏体形成元素，降低钢的韧脆转变温度。由于Mn的加入扩大了奥氏体相区，使得低碳钢板可以在低温控轧成为可能，对于热机械轧制钢板来说Mn含量大于1.45％wt可以明显降低终轧温度，从而细化晶粒达到提高强度的目的。由于Mn是奥氏体形成元素，因此在回火过程中促进了奥氏体的形成，并且由于Mn向奥氏体中偏聚，使得奥氏体在随后的冷却过程中稳定化。当奥氏体中Mn含量高于2.2％wt时，可以明显提高钢的加工硬化能力。

P：P含量增高会使得钢冷脆倾向加大，同时P也会严重影响钢板HAZ的韧性，因此钢中的P应控制在0.01％wt以下。

S：在钢中为有害夹杂元素，对钢的低温韧性危害很大。钢中的MnS夹杂在热轧过程中沿轧制方向延伸，对钢板横向冲击性能会产生巨大的负面影响。当钢中的Mn含量高于1.75％时这个倾向尤为明显。因此钢中的S含量应控制在0.0025％wt以下。

Cr、Mo：Cr和Mo提高钢板淬透性，使得铁素体相变明显右移，拓宽贝氏体相变的冷速区间，促进中温转变组织的形成，提高钢板屈服强度。Mo元素与B元素相互作用，更进一步抑制了先析铁素体的形成。当Mo含量高于0.4％wt时，会促进HAZ区域内形成粗大的下贝氏体组织，使得HAZ的韧性大幅度下降。

Cu、Ni：Cu和Ni均为奥氏体形成元素，在扩大奥氏体相区的同时也在回火过程中促进了奥氏体的形成及稳定化。Ni同时改善钢的低温韧性也提高钢的强度，但是当Ni含量过高时会使得钢板的淬透性和淬硬性增加，使得钢板HAZ韧性降低，恶化钢板的焊接性能。少量的Cu的加入可以明显提高钢的腐蚀电位，从而提高钢材的耐腐蚀性能。同时当Cu的含量达到一定程度时，ε-Cu的析出物会提高钢板的强度。但是Cu的含量高于0.5％wt时，会引起钢的热脆现象，恶化钢板表面质量。一定量的Ni和Cu配合加入可以改善这种现象。

Nb：钢中固溶的Nb元素阻碍了高温形变奥氏体的再结晶行为，扩大奥氏体未再结晶区域，拓宽二阶段控制轧制的温度范围。同时Nb元素和B元素相互作用，抑制了先析铁素体的形成，进一步拓宽了中温转变的温度区间。

Ti：由于钢中加入B元素，因此必须把N控制在50个ppm以内。Ti/N比值控制在3.0～5.0左右比较合适。同时细小的TiN颗粒也可以提高钢板的大线能量焊接性能。

B：钢中的B和Mo、Nb等元素相互作用，可以强烈抑制先析铁素体的形成，促进中温转变。同时少量的B元素在焊接时可以固定钢中的自由N，可以减少N元素对钢板HAZ韧性的影响。

本发明还提供了一种具有上述化学成分组成以及800MPa级低屈强比结构钢板的制备方法，包括以下步骤：

1)冶炼：采用LF-RH双联工艺，保证钢中N含量小于40ppm，O含量小于15ppm，H含量小于1ppm。

2)加热：采用1140℃～1190℃以保证钢坯在轧制前晶粒均匀且细小。

3)轧制：采用两阶段控制轧制，控温厚度大于或等于2倍成品厚度。

4)冷却：钢板精轧后采用在线加速冷却，要求冷速大于12K/s，终止冷却温度在550～650℃范围内；之后在空气中自然冷却。

5)钢板在需要在720℃～750℃范围内进行回火处理，加热时间1.5～2.5min/mm。

该发明的有益效果是：所生产的钢板拥有高屈服强度≥550MPa，高抗拉强度≥800MPa，低屈强比＜0.70，同时具有优良低温冲击性能、冷成型性能、以及焊接性能。

具体的实施方式

以下具体案例来说明本发明的技术方案，但是本发明的保护范围不限于此：

案例1：

钢坯熔炼成分如下表1所示：

表1案例1所采用钢坯成分，wt％

C％	Si％	Mn％	P％	S％	Ni％	Cr％	Cu％	Nb％	Mo％	Ti％	B％	Pcm％
													0.06	0.27	1.60	0.009	0.003	0.26	0.26	0.42	0.056	0.22	0.014	0.0013	0.22

钢坯加热温度：1182℃；

初轧阶段开轧温度：1090℃；

第二阶段开轧温度：850℃；终轧温度：820℃；终冷温度：605℃；冷速20K/s

回火温度：720℃，保温时间：10min

轧制和回火力学性能见表5

案例2：

钢坯熔炼成分如下表2所示：

表2案例2所采用钢坯成分，wt％

C％	Si％	Mn％	P％	S％	Ni％	Cr％	Cu％	Nb％	Mo％	Ti％	B％	Pcm％
													0.04	0.24	1.70	0.009	0.003	0.24	0.21	0.41	0.050	0.20	0.015	0.0016	0.20

钢坯加热温度：1177℃；

初轧阶段开轧温度：1072℃；

第二阶段开轧温度：813℃；终轧温度：773℃；终冷温度：575℃；冷速18K/s

回火温度：730℃；保温时间：25min

轧制和回火力学性能见表5

案例3：

钢坯熔炼成分如下表3所示：

表3案例3所采用钢坯成分，wt％

钢坯加热温度：1169℃；

初轧阶段开轧温度：1086℃；

第二阶段开轧温度：807℃；终轧温度：777℃；终冷温度：565℃；冷速18K/s

回火温度：730℃；保温时间：30min

轧制和回火力学性能见表5

案例4：

钢坯熔炼成分如下表4所示：

表4案例4所采用钢坯成分，wt％

C％	Si％	Mn％	P％	S％	Ni％	Cr％	Cu％	Nb％	Mo％	Ti％	B％	Pcm％
													0.05	0.28	1.60	0.008	0.003	0.24	0.28	0.39	0.053	0.22	0.013	0.0012	0.21

钢坯加热温度：1153℃；

初轧阶段开轧温度：1079℃；

第二阶段开轧温度：811℃；终轧温度：772℃；终冷温度：575℃；冷速17K/s

回火温度：750℃；保温时间：40min

轧制和回火力学性能见表5

表5不同案例的轧制和回火力学性能

Claims

1.一种800MPa级低屈强比结构钢板，其特征在于：该钢的化学成分按重量百分比为C：0.045～0.075％、Si：0.30～0.55％、Mn：1.55～1.95％、P：≤0.01％、S：≤0.0025％、Alt：0.012～0.035％、Cr：0.15～0.25％、Mo：0.15～0.3％、Cu：0.2～0.4％、Ni：0.2～0.4％、Nb：0.008～0.04％、V：0.008～0.04％、Ti：0.008～0.03％、B：0.0008～0.0015％余量为Fe及不可避免的夹杂。

2.如权利1中所述钢板，其特征在于：Nb+V+Ti≥0.03、并且钢板Pcm％＝C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Mo/15+Ni/60+V/10+5B％≤0.22％。

3.生产如权利要求1、2所述钢板的生产方法，其特征在于：

1)冶炼：采用LF-RH双联工艺，保证钢中N含量小于40ppm，O含量小于15ppm，H含量小于1ppm；

2)加热：采用1140℃～1190℃以保证钢坯在轧制前晶粒均匀且细小；

3)轧制：采用两阶段控制轧制，控温厚度大于或等于2倍成品厚度；

4)冷却：钢板精轧后采用在线加速冷却，要求冷速大于12K/s，终止冷却温度在550～650℃范围内；之后在空气中自然冷却；

5)热处理：钢板在720℃～750℃范围内进行回火处理，加热时间1.5～2.5min/mm。