CN102400055A

CN102400055A - 一种低成本屈强比可控高强度高韧性钢板及其制造方法

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Publication number: CN102400055A
Application number: CN2010102766286A
Authority: CN
Inventors: 侯华兴; 刘明; 杨颖�; 张哲�; 张涛
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 2010-09-07
Filing date: 2010-09-07
Publication date: 2012-04-04
Anticipated expiration: 2030-09-07
Also published as: CN102400055B

Abstract

本发明提供一种低成本屈强比可控高强度高韧性钢板及其制造方法，其成分：C 0.04％～0.10％、Si 0.10％～0.50％、Mn 1.20％～2.00％、Nb 0.02％～0.045％、Ti 0.005％～0.025％、Cr 0.40％～1.00％、Mo 0.08％～0.25％、Als 0.010％～0.050％，K＝Cr/(Mo+2Nb+Ti)，2.0≤K≤7.0，余量为Fe及不可避免的杂质。其方法包括：铁水预处理-转炉冶炼-精炼-连铸-轧制，采用TMCP工艺，加热温度1140～1200℃，两阶段控轧，中间坯空冷或强制冷却，未再结晶区轧制温度930℃～700℃，积累变形量大于50％，钢板轧后加速冷却，钢板加速冷却终止温度为200～550℃，之后空冷。本发明生产工艺简单、贵重合金量少，成本低廉，钢种韧性、塑性和焊接性能良好，该钢种可用于建筑及桥梁钢结构的制造。

Description

一种低成本屈强比可控高强度高韧性钢板及其制造方法

技术领域

本发明属于金属材料技术领域，尤其涉及一种低成本屈强比可控的高强度高韧性钢板及其制造方法。

背景技术

日本JFE钢铁公司2004年申请了“低屈服比高强度高韧性的厚钢板和焊接钢管及它们的制造方法”专利(申请号CN200480016295.6)，其中公开了一种低屈服比高强度高韧性的厚钢板及其制造方法。其组份按质量％计，含有C0.03～0.1、Si0.01～0.50、Mn1.20～2.50、Al≤0.08，另外选择性地加入Nb0.005～0.070、V0.005～0.10、Mo0.05～0.40、Ni0.50以下、Ti0.005～0.04、Cu0.5以下、B0.005以下、Cr0.50以下、Ca0.0005～0.003，余量实质上由Fe构成。其工艺为热轧后的钢板以5℃/S的冷却速度进行加速冷却至450～650℃，冷却后立即以0.5℃/S的加热速度进行再加热至550～750℃，屈强比可控制在0.80以下。其不足之处是：冷却后立即再加热需要配置专门的加热设备，大大提高了钢的生产成本。同样，在“高强度厚钢板及其制造方法、以及高强度钢管”的专利(申请号为CN200680010512.X)中，屈强比可控制在0.85以下，但是同样是在冷却后立即再加热，需要配置专门的加热设备。另外B元素的加入容易导致厚钢板的韧性受到损害。

宝钢的“800MPa级高韧性低屈服比厚钢板及其制造方法”专利(申请号为CN200610025127.4)和“700MPa级高韧性低屈服比厚钢板及其制造方法”专利(申请号为CN200510029246.2)，提供了两种低屈强比高强度钢板。800MPa级高韧性低屈服比厚钢板，其成分质量百分比为：C0.05～0.09，Si0.35～0.55，Mnl.50～1.90，Ni0.30～0.70，Nb0.04～0.08，Al0.02～0.04，Ti0.01～0.04，余Fe和不可避免杂质。700MPa级高韧性低屈服比厚钢板，其成分质量百分比为：C0.03～0.06，Si0.35～0.55，Mnl.00～1.55，Ni0.50～0.70，Nb0.02～0.06，A10.02～0.04，Ti0.01～0.04，V0.04～0.07，Cu0.50～0.70、余Fe和不可避免杂质，屈强比可控制在0.70以下。但是，在该两个级别钢中加入了贵重元素Ni和较高的Cu含量，导致钢种成本明显增加。

日本神户制钢所的“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”专利(申请号为CN200810174556.7)公开了屈服强度440MPa以下的低屈强比高张力钢，屈强比可控制在0.80以下，但是其钢中B含量0.0007-0.0015％，对钢种韧性损害不可避免。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种其屈强比可有效控制的屈服强度≥460N/mm²、抗拉强度≥600N/mm²的高强韧钢板及其制造方法。

本发明低成本屈强比可控高强度高韧性钢板及其制造方法，钢板的屈服强度≥460N/mm²、抗拉强度≥600N/mm²，其化学成分以低C为基本特征，以成本低廉的Mn、Cr等元素作为主要添加元素，不添加Cu、Ni、V等元素，适当少量添加Mo元素，其化学成分范围(Wt％)为：C0.04％～0.10％、Si0.10％～0.50％、Mn1.20％～2.00％、Nb0.02％～0.045％、Ti0.005％～0.025％、Cr0.40％～1.00％、Mo0.08％～0.25％、Als0.010％～0.050％，并满足屈强比调控系数K＝Cr/(Mo+2Nb+Ti)，2.0≤K≤7.0，余量为Fe及不可避免的杂质P、S、O、N等等。

本发明选择的合金元素在钢中的主要作用在于：

C：碳对钢的强度、韧性、焊接性能影响很大。C含量低于0.04％时，难以获得需要的高强度和低的屈强比；碳高于0.10％时，影响钢的韧性和焊接性能。

Mn：锰对贝氏体转变有较大的促进作用，是提高强度和韧性的有效元素，而且成本十分低廉，因此在本发明中把Mn元素作为主要合金元素，Mn含量控制在1.20％～2.0％。

Nb：铌是本发明钢中的重要添加元素，它能够有效地延迟变形奥氏体的再结晶，阻止奥氏体晶粒长大，提高奥氏体再结晶温度，降低未再结晶轧制的轧制负荷，缩短待温时间，提高生产率，同时改善强度和韧性。它能够促进贝氏体转变，与Mo元素起到对贝氏体转变及提高屈服强度的作用。Nb含量低于0.02％，上述作用不明显。Nb含量高于0.045％时，影响钢种屈强比及焊接性能，因此控制Nb0.02％～0.045％。

Ti：加入微量的钛，是为了钛、氮形成氮化钛，阻止钢坯在加热、轧制、焊接过程中晶粒的长大，改善母材和焊接热影响区的韧性。钛低于0.005％时或超过0.025％时，难以起到细化奥氏体晶粒的作用，过多甚至对钢种韧性有害。

Si：硅是炼钢脱氧的必要元素，也具有一定的强化作用，当含量低于0.1％时，冶炼难度增大；含量超过0.5％时，钢的清洁度下降，韧性降低，可焊性差，回火脆性增加。因此控制Si0.10％～0.50％。

Als：铝是脱氧元素，可作为AlN形成元素，有效地细化晶粒，其含量不足0.01％时，效果较小；超过0.05％时，脱氧作用趋于饱和，增加钢中夹杂物，对母材及焊接热影响区韧性有害。因此控制Als0.010％～0.050％。

Cr：铬是本发明钢中的重要添加元素，以提高钢的抗拉强度，降低屈强比，但是过高的Cr易产生碳化物析出，影响钢种韧性。从经济性、焊接性能和强度、韧性等方面考虑，在本发明中将Cr含量控制在Cr0.50％～0.95％。

Mo：钼有助于轧制时奥氏体晶粒的细化和微细贝氏体的生成，但是其成本高，且可焊性及韧性降低。由于其是贵重元素，作为本发明控制加入的合金元素，根据钢板厚度及强度目标，本发明控制Mo0.08％～0.25％。

钢中的杂质元素的上限控制在P≤0.025％、S ≤0.015％、[N]≤0.0080％为宜，含量越低，钢种性能越好。

在本发明中，可根据目标钢板厚度，适当调整添加元素的含量，但是必须保证屈强比调控系数K＝Cr/(Mo+2Nb+Ti)，2.0≤K≤7.0。K＜2.0时，屈强比高，可控效果差，K＞7.0时，晶粒细化效果差，影响钢的韧性。

本发明所述高强度高强韧钢板的制造方法包括以下工艺步骤：铁水预处理-转炉冶炼-精炼-连铸-轧制，其特点是：轧制过程采用TMCP工艺，轧前加热温度为1140～1200℃，采用两阶段控轧，中间坯空冷或强制冷却(强制空冷、水冷、雾冷等)，以缩短待温时间，阻止再结晶晶粒长大。未再结晶区轧制温度为930℃～700℃，未再结晶区积累变形量大于50％，钢板轧后加速冷却终止温度为200～550℃，之后空冷，钢板屈强比可控制在0.75以下。

为获得进一步控制屈强比的效果，本发明对钢板进行回火处理，根据屈强比控制目标，可选择不同的回火温度。回火温度在400～550℃之间，屈强比可控制在0.85以下，回火温度在550～680℃之间，不包括550℃屈强比可控制在0.85～0.90之间，同时能够消除钢板内应力，改善韧性和塑性。

本发明采用低C、高Mn含量、添加适量Cr、Nb、Ti等元素，不添加贵重元素Cu、Ni、V等，少量添加元素Mo，并满足屈强比调控系数K＝Cr/(Mo+2Nb+Ti)，2.0≤K≤7.0，采用TMCP工艺可控制屈强比在0.75以下，辅以不同温度区间回火，屈强比在0.75～0.90之间可控，且钢种韧性、塑性和焊接性能良好。生产操作方便，不需要二次两相区淬火等热处理工艺。由于工艺简单、贵重合金元素加入量少，故钢种成本低廉。本发明屈服强度≥460N/mm²、抗拉强度≥600N/mm²强度级别的屈强比可控、厚度可达50mm的高强韧中厚板可应用于桥梁、建筑钢结构等。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步的描述。

本发明实施例按上述成分及生产工艺，制造出屈服强度≥500N/mm²～1000N/mm²的高强度热轧钢板，实施例的具体化学成分见表1，实际工艺参数见表2，实物性能检验结果见表3和表4。

表1、本发明实施例钢种的冶炼成分(Wt％)

表2、本发明实施例的实际工艺参数

表3、本发明实施例的力学性能

表4、本发明实施例不同温度回火后的力学性能

Claims

1.一种低成本屈强比可控高强度高韧性钢板，其特征在于钢板的化学成分重量百分比为：C 0.04％～0.10％、Si 0.10％～0.50％、Mn 1.20％～2.00％、Nb 0.02％～0.045％、Ti 0.005％～0.025％、Cr 0.40％～1.00％、Mo 0.08％～0.25％、Als 0.010％～0.050％，屈强比调控系数K＝Cr/(Mo+2Nb+Ti)，2.0≤K≤7.0，余量为Fe及不可避免的杂质。

2.一种权利要求1所述高强度高韧性钢板的制造方法，包括以下工艺步骤：铁水预处理-转炉冶炼-精炼-连铸-轧制，其特征在于轧制过程采用TMCP工艺，轧前加热温度为1140～1200℃，采用两阶段控轧，中间坯空冷或强制冷却，未再结晶区轧制温度为930℃～700℃，未再结晶区积累变形量大于50％，钢板轧后加速冷却终止温度为200～550℃，之后空冷。

3.根据权利要求2所述高强度高韧性钢板的制造方法，其特征在于对所述钢板进行回火处理，回火温度为400～680℃。

4.根据权利要求3所述高强度高韧性钢板的制造方法，其特征在于所述的回火温度为400～550℃。

5.根据权利要求3所述高强度高韧性钢板的制造方法，其特征在于所述的回火温度为550～680℃，不包括550℃。