CN102260823A

CN102260823A - 一种经济型屈服强度690MPa级高强钢板及其制造方法

Info

Publication number: CN102260823A
Application number: CN 201010186720
Authority: CN
Inventors: 赵四新; 姚连登; 贺达伦; 王笑波; 吴扣根; 徐国栋; 王鹏建
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2010-05-27
Filing date: 2010-05-27
Publication date: 2011-11-30
Anticipated expiration: 2030-05-27
Also published as: CN102260823B

Abstract

本发明公开了一种经济型屈服强度690MPa级高强钢板及其制造方法，钢板的化学成分重量百分比：C：0.085～0.12％、Si：0.20～0.60％、Mn：1.92～2.50％、Nb：0.02～0.07％、V：0.02～0.07％、B：0.0006～0.0025％、Al：0.01～0.06％、Ti：0.01～0.05％，余量为Fe和不可避免的杂质。通过采用控制轧制和强化型加速冷却技术，获得细化贝氏体板条为基体的组织。本发明钢板的屈服强度大于690MPa，抗拉强度大于770MPa且具有良好的低温冲击韧性。

Description

一种经济型屈服强度690MPa级高强钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及高强韧性钢板，具体地说，本发明涉及一种经济型屈服强度690MPa级高强钢板及其制造方法。

背景技术

随着社会经济发展，机械设备不断大型化和轻量化，对具有良好力学性能和使用性能的高强韧钢板的需求也日益增加。通常采用调质(淬火+回火)和TMCP(控轧控冷)技术生产屈服强度690MPa级钢板。采用调质方法生产的钢板力学性能稳定，但生产工序较长，在轧制后需要进行淬火和回火热处理，交货周期长，且由于调质方法生产的钢板碳当量较高，焊接性能一般。采用TMCP技术生产的钢板，具有良好的焊接性能，生产流程短，但在生产中控制轧制和控制冷却技术对钢板力学性能的均匀性和钢板最终板型有较大影响，因此生产工艺控制难度较大。

采用TMCP技术生产高强钢板的成分体系，在添加C、Si、Mn、Nb和V等合金元素的基础上，会同时添加Ni、Cu、Cr、Mo等合金元素的一种或几种。合金元素加入钢中，会对界面能驱动的单相界面运动(如再结晶过程)和扩散控制的相变界面运动(如扩散型相变)起到阻碍作用，细化了奥氏体再结晶晶粒，抑制了扩散性质相变，达到细化最终组织提高钢板力学性能的目的。

近年发展起来的强化型TMCP或直接淬火技术是有效提高厚板强度和韧性的方法。强化型TMCP和直接淬火即在控轧控冷技术的基础上，提高钢板的冷却速度，降低钢板的停冷温度。采用强化型TMCP和直接淬火技术生产钢板较再加热淬火回火生产的钢板有较低的碳含量，因此具有良好的焊接性能。直接淬火技术的应用使得高强钢钢板产品的性能向高强韧、易焊接和高硬度发展。

采用强化型TMCP或直接淬火技术后，由于冷却速度很快，在越过铁素体和珠光体的相变温度区间所花费的时间，根据叠加原理，小于铁素体相变的孕育期。所以钢板不会发生铁素体和珠光体转变，从而迅速进入贝氏体转变的中温或较低温度的转变区。在较低的温度下，钢板的过冷度大，相变驱动力大。根据相变的形核原理，可知钢板的贝氏体相变具有较大的形核率。另一方面，由于低温下原子的运动能力减弱，因此贝氏体相变时，贝氏体铁素体板条的长大速度减慢。在形核率增和长大速度两个因素的耦合影响下，钢板形成了细化的贝氏体板条为基体的微观组织，具有良好的强韧性。由于采用的快速冷却技术，缩短了在铁素体和珠光体相变温度区间的停留时间，因此可以简化钢板成分体系，减少贵重合金元素的添加量，提高钢板的经济效益。本发明采用快速冷却技术，发明了一种不含贵重合金元素Cr、Mo、Ni和Cu的屈服强度大于690MPa的高强钢板，具有良好的使用性能和经济效益。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种经济型屈服强度690MPa级高强钢板及其制造方法，钢板的成分中不含贵重合金元素Cr、Mo、Ni、Cu等，减少了合金元素含量，节约了社会资源，降低了钢板成本；钢板不需进行淬火热处理，从而简化了制造工序，降低了钢的制造成本；低焊接裂纹敏感性钢板屈服强度大于690MPa，抗拉强度大于770MPa且具有良好的低温冲击韧性。

为达到上述目的，本发明的技术方案是，

一种经济型屈服强度690MPa级高强钢板，其化学成分重量百分比为：C：0.085～0.12％、Si：0.20～0.60％、Mn：1.92～2.50％、Nb：0.02～0.07％、V：0.02～0.07％、B：0.0006～0.0025％、Al：0.01～0.06％、Ti：0.01～0.05％，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明钢板的屈服强度大于690MPa、抗拉强度大于770MPa且具有良好的低温冲击韧性。

在本发明的成分设计中：

C：C元素含量对钢力学和焊接性能影响较大。温度相同的情况下，C含量增加，扩散控制界面运动所需迁移的C原子增加，扩散型相变如铁素体和珠光体相变受到抑制。C含量过高，则导致受扩散控制的贝氏体以片层状析出相端面长大进一步受到抑制，在冷却过程中形成马氏体相。马氏体相硬而脆，其低温冲击性能较差。本发明中添加适当的C，抑制了扩散型相变，又不至于在冷却过程中形成马氏体，因此本发明中的C含量控制为0.085～0.12％(重量百分数wt.％)。

Si：Si不与C形成碳化物，以固溶方式存在于钢中，通过与可动位错的应力场交互作用，阻碍位错运动，提高钢板的强度。根据焊接裂纹敏感性计算公式，Si含量较高时，对钢的焊接性能不利，因此本发明中的Si含量控制为0.20～0.60％。

Mn：Mn是奥氏体形成元素，扩大奥氏体相区。在冷却过程中，Mn通过溶质拖曳作用耗散自由能，抑制扩散型相变。通过加入适量的Mn，可在适当工艺条件下控制钢板的微观组织，形成具有高强度和高韧性的细化的贝氏体板条组织。Mn含量过高，则可能导致钢坯在连铸和随后的冷却过程中出现裂纹。本发明中的Mn含量控制为1.92～2.50％。

Nb：Nb加入钢中，通过对再结晶过程中单相(奥氏体)界面运动的抑制作用，一方面提高再结晶温度，提高钢板的第二阶段轧制效率，另一方面细化奥氏体再结晶晶粒，从而细化最终组织。Nb和C、N会形成MX型碳化物，在轧制过程中形成的细微的碳化物，会通过Zener钉扎阻碍晶界的运动，细化奥氏体晶粒。本发明中的Nb含量控制为0.02～0.07％。

V：V与C、N形成碳化物，在轧制过程中的作用与Nb类似。回火过程中，贝氏体铁素体中固溶的V会与C形成碳化物，阻碍位错运动，提高钢板的屈服强度。固溶在钢板中的V通过固溶强化作用，对钢板的强度产生有利的影响。本发明中的V含量控制为0.02～0.07％。

B：B在钢中以间隙原子的形式存在，因此B会与钢中刃型位错的静水压力场作用，并向刃型位错处富集，部分的B通过位错通道扩散到晶界处，降低晶界能量，抑制了新相在晶界处的形核。B含量过高，则会导致晶界能量过低，形成硼脆。本发明中的B含量控制为0.0006～0.0025％。

Al：Al增加相变驱动力，Al在钢中与N相互作用，形成细小而弥散的AlN析出，可抑制晶粒长大，达到细化晶粒、提高钢在低温下的韧性的目的。本发明中的Al含量控制为0.01～0.06％。

Ti：Ti铁素体化元素，缩小奥氏体相区，Ti会与钢中的N形成TiN，与钢中的C、S形成细小的TiC或Ti₄C₂S₂，细微Ti的碳氮化物析出可抑制晶粒长大。固溶与奥氏体中的Ti，提高的钢的淬透性。本发明中的Ti含量控制在0.01～0.05％。

本发明的经济型屈服强度690MPa级高强钢板的制造方法，包括冶炼、浇铸、加热、轧制、冷却和回火工序。加热温度为1050～1280℃，轧制分为第一阶段和第二阶段轧制。在再结晶区进行第一阶段轧制变形后，再在辊道上待温至760～870℃，然后进行第二阶段轧制过程，终轧温度为740～840℃。冷却过程中，钢板以15～60℃/s的速度冷却至＜400℃，出水后空冷到室温，回火温度为500～650℃，回火后空冷，空冷采用堆垛或冷床冷却。

在本发明的制造方法中：

本发明加热温度为1050～1280℃，可使钢锭奥氏体化，碳氮化物溶解，且不至于温度过高导致奥氏体晶粒粗大。

本发明采用两阶段轧制和加速冷却技术。第一阶段轧制在再结晶温度之上轧制，在辊道上待温至760～870℃。钢板中的奥氏体发生动态再结晶、静态再结晶、动态回复等过程，细化了奥氏体晶粒。第二阶段轧制过程中，终轧温度为740～840℃。第二阶段轧制在再结晶温度之下进行，细化的奥氏体晶粒内部在轧制时形成了大量的位错，由于位错存在缺陷能，导致奥氏体发生回复。轧制和空冷过程中，碳氮化物在位错、晶界或亚晶界析出，细化了奥氏体的晶粒。冷却过程中，钢板以15～60℃/s的速度冷却至＜400℃，出水后空冷到室温。本发明采用强化型加速冷却，通过快冷和低停冷温度，细化了钢板的组织，提高钢板的力学性能。钢板的回火温度为500～650℃，回火后空冷。钢板在本发明所述较宽的温度范围内回火，均获得了较好的力学性能。

本发明钢板成分简单，工艺窗口宽，且成分和工艺之间有密切的关联性。在本发明所述所述成分体系范围内，需采用相应的工艺制度。加热温度为1050～1280℃，在发明所述成分体系下，可实现奥氏体化和碳氮化物溶解过程，且奥氏体晶粒不至于发生异常粗化。本发明所述开轧温度，中间坯厚度，第二阶段开轧、变形率和终轧温度，可实现奥氏体晶粒在轧制变形过程中的细化，同时在奥氏体中累计大量的位错密度。冷却过程中，钢板以15～60℃/s的速度冷却至＜400℃，出水后空冷到室温。在此强化型加速冷却工艺下，奥氏体发生贝氏体相变，形成细微的贝氏体板条组织。钢板的回火温度为500～650℃，回火过程一方面消除了钢板内部应力，另一方面Nb和V形成细小的碳化物析出，提高钢板的强度。

本发明与现有技术相比

日本专利JP2009221565中所述钢板，抗拉强度590MPa，屈服强度为抗拉强度的80％，含有0.1-2％的Cr、0.1-2％的Mo、0.1-1％的W、0.1-1％的Cu和0.1-2％的Ni，较本发明多添加了Cr、Mo、W、Cu和Ni等贵重金属元素。中国专利CN101328564中所述HT780钢板，抗拉强度为780MPa，与本发明强度级别相同，此专利所述钢板中加入0.25-0.55％的Cu、0.60～1.20％的Ni：0.60～1.20％和0.30～0.50％的Mo。较本发明多加入Ni、Cu和Mo。再如中国专利号CN101168826所述高性能低碳贝氏体结构钢钢板，加入0.25-0.50％Cr、0.30-0.60％Cu和0.20-0.50％Ni。较本发明多加入Cr、Ni和Cu等合金元素。

本发明采用不含贵重合金元素Cr、Mo、Ni和Cu的成分体系，降低了钢板生产的合金成本。

本发明的有益效果

1、本发明钢板的成分中不含贵重合金元素Cr、Mo、Ni、Cu等，减少了合金元素含量，节约了社会资源，降低了钢板成本。

2、本发明钢板不需进行淬火热处理，从而简化了制造工序，降低了钢的制造成本。由于成分和工艺设计合理，从实施效果来看，轧制、冷却和回火的工艺制度比较宽松，可以在中、厚钢板产线上稳定生产。

3、本发明的低焊接裂纹敏感性钢板屈服强度大于690MPa、抗拉强度大于770MPa、低温冲击功优良。

附图说明

图1为本发明实施例4钢板的光学显微镜照片；

图2为本发明实施例4钢板的场发射扫描电镜照片。

具体实施方式

以下用实施例结合附图对本发明作更详细的描述。

实施例1

按表1所示的化学成分电炉或转炉冶炼，并浇铸成连铸坯，连铸坯加热温度为1050℃；第二阶段轧制的开轧温度为870℃，终轧温度为840℃，钢板冷却速度为15℃/S，终止温度为380℃，出水后空冷。回火温度为500℃，回火后空冷。

实施例2

实施方式同实施例1，其中加热温度为1100℃，第二阶段轧制的开轧温度为840℃，终轧温度为810℃，钢板冷却速度为25℃/s，终止温度为250℃，出水后空冷。回火温度为550℃，回火后空冷。

实施例3

实施方式同实施例1，其中加热温度为1280℃，第二阶段轧制的开轧温度为810℃，终轧温度为770℃，钢板冷却速度为30℃/s，终止温度为360℃，出水后空冷。回火温度为650℃，回火后空冷。

实施例4

实施方式同实施例1，其中加热温度为1220℃，第二阶段轧制的开轧温度为760℃，终轧温度为740℃，钢板冷却速度为60℃/S，终止温度为390℃，出水后空冷。回火温度为630℃，回火后空冷。

实施例5

实施方式同实施例1，其中加热温度为1150℃，第二阶段轧制的开轧温度为830℃，终轧温度为780℃，钢板冷却速度为45℃/S，终止温度为300℃，出水后空冷。回火温度为610℃，回火后空冷。

实施例6

实施方式同实施例1，其中加热温度为1120℃，第二阶段轧制的开轧温度为840℃，终轧温度为790℃，钢板冷却速度为35℃/S，终止温度为室温，出水后空冷。回火温度为650℃，回火后空冷。

表1实施例化学成分(wt.％)

实施例	C	Si	Mn	Nb	V	B	Al	Ti	Fe
										1	0.12	0.20	1.92	0.07	0.02	0.0008	0.04	0.03	其余
2	0.11	0.30	2.0	0.05	0.03	0.0010	0.03	0.05	其余
										3	0.10	0.50	2.1	0.04	0.04	0.0006	0.02	0.02	其余
4	0.09	0.35	2.2	0.04	0.05	0.0012	0.02	0.03	其余
										5	0.085	0.6	2.3	0.03	0.06	0.0010	0.01	0.02	其余
6	0.085	0.45	2.5	0.02	0.07	0.0025	0.06	0.04	其余

对本发明实施例1-6的屈服强度690MPa级低温高韧性低焊接裂纹敏感性钢板进行力学性能测试，测试结果见表2。

表2本发明实施例1-6的低焊接裂纹敏感性钢板的力学性能

实施例	屈服强度MPa	抗拉强度MPa	延伸率％	-20℃纵向冲击功J
					1	750	860	17.0	201/198/175
2	745	855	17.0	179/212/152
					3	720	815	18.0	175/155/198
4	735	820	18.0	201/150/162
					5	770	920	16.0	158/154/177
6	780	930	15.0	187/175/146

从表1、表2可以看出，本发明涉及的经济型高强钢板的Pcm≤0.21％，屈服强度均大于690MPa，抗拉强度大于770MPa，夏氏冲击功Akv(-40℃)≥100J。

对实施例4进行微观组织研究，光学显微镜照片见图1，场发射扫描电镜照片见图2。钢板的微观组织为贝氏体板条和沿板条界面分布的碳化物或马奥岛组成。

Claims

1.一种经济型屈服强度690MPa级高强钢板，钢板的化学成分重量百分比：C：0.085～0.12％、Si：0.20～0.60％、Mn：1.92～2.50％、Nb：0.02～0.07％、V：0.02～0.07％、B：0.0006～0.0025％、Al：0.01～0.06％、Ti：0.01～0.05％，余量为Fe和不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的经济型屈服强度690MPa级钢板的制造方法，包括冶炼、浇铸、加热、轧制、冷却和回火工序；其中，在所述加热过程中，加热温度为1050～1280℃；在再结晶区进行第一阶段轧制变形后，在辊道上待温至760～870℃后进行第二阶段轧制，终轧温度为740～840℃；冷却过程中，钢板以15～60℃/s的速度冷却至＜400℃，出水后空冷到室温，回火温度为500～650℃，回火后空冷，空冷采用堆垛或冷床冷却。

3.如权利要求2所述的经济型屈服强度690MPa级钢板的制造方法，其特征是，钢板的屈服强度大于690MPa、抗拉强度大于770Mpa，且具有良好的低温冲击韧性。