CN102409234A

CN102409234A - 焊接裂纹敏感性指数小于0．23的355MPa级低合金钢板的制造方法

Info

Publication number: CN102409234A
Application number: CN2011103580895A
Authority: CN
Inventors: 何烈云; 王青峰; 楚觉非; 刘利刚; 李翔; 王新平; 王玉辉; 陶涛
Original assignee: Yanshan University; Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Yanshan University; Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2011-11-14
Filing date: 2011-11-14
Publication date: 2012-04-11

Abstract

本发明公开了一种焊接裂纹敏感性指数低于0.23的355MPa级低合金钢板的制造方法。钢板的化学成分按如下重量百分比范围控制：C：0.10～0.13、Mn：1.45～1.53、Si：0.20～0.30、Nb：0.030～0.040、V：0.060～0.070、Ti：0.005～0.015、Al：0.020～0.050、P：≤0.013、S：≤0.003%，其余为Fe和不可避免的杂质。钢板经严格的控轧控冷工艺轧制后，再经过880-920℃加热、保温1～1.5min/mm×板厚、淬火机控制680~720℃返红的热处理后交货。该钢板焊接裂纹敏感性指数小于0.23，表层下1/4处的-20℃纵向冲击功≥200J，具有优异的低温韧性和良好的焊接性能。本发明工艺简便、易实现工业化生产。

Description

焊接裂纹敏感性指数小于0.23的355MPa级低合金钢板的制造方法

技术领域

本发明属于厚钢板生产领域，具体地说是一种焊接裂纹敏感性指数小于0.23的355MPa级低合金钢板的制造方法。

背景技术

随着海洋平台、船体结构、高层建筑和铁路桥梁等工程结构向大型化、安全性高、整体性好的方向发展，关键承载部件要求采用厚规格（≥50～100mm）、高强度（屈服强度≥355MPa）、良好低温冲击韧性（纵向V型缺口试样-20℃冲击功≥41J）、优异焊接性能（焊接裂纹敏感性指数Pcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B≤0.23）和经正火处理后交货的钢板。

355MPa级低合金厚钢板的生产，过去通常有如下三种方法：

1、钢板采用铁素体+珠光体组织设计、普通轧制+正火处理工艺生产。按这种方法生产时，钢板的碳含量一般为0.13～0.17，不采取严格的控轧生产工艺，正火处理后，强度变化不大，低温韧性有明显改善。但由于钢板的碳含量偏高，焊接裂纹敏感性指数Pcm一般均高于0.23，焊接性能不能满足以上所述钢板的要求。

2、钢板采用铁素体+珠光体组织设计、控轧控冷工艺生产。按这种方法生产的低合金厚钢板，碳含量一般在0.13附近，按严格的控轧控冷工艺生产后直接交货。由于钢板的强度和韧性与轧态组织的细化程度有关，随组织细化程度提高，强韧性改善。轧后组织的细化一般靠降低钢板返红温度降低、提高冷速来实现。但随之带来如下问题：一是表面易出现贝氏体细晶硬化层，钢板冷成形时开裂的倾向增加；二是钢板经火工矫形或焊接后，热影响区晶粒长大，易产生软化现象，从而恶化钢板的使用性能。

3、钢板采用低碳贝氏体组织设计、控轧控冷+回火工艺生产。按此种方法生产，一般采用较低的碳含量和较高的合金含量，如0.02～0.06的碳含量、0.2～0.3的Mo或0.2～0.3的Cr或同时加入，并加入较多的微合金化元素，如单独或同时加入0.02～0.05%的Nb、0.02～0.06%的V、0.010～0.020%的Ti，经采用严格的控轧控冷+回火生产工艺后，低碳贝氏体厚钢板的强度、低温韧性及焊接性均能满足以上所述要求，但合金元素的加入，显著增加了合金资源消耗和生产成本。

由此可见，现有低合金厚钢板的制造方法存在局限性，均不能以较低的成本满足以上所述性能的要求。必须以细铁素体+细珠光体组织设计和控制作为目标，在降碳和控轧控冷细化晶粒等现有工艺技术的基础上，探索新的工艺方法。

发明内容

为了克服现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种焊接裂纹敏感性指数小于0.23的355MPa级低合金钢板的制造方法。该制造方法生产工艺简便、性能质量稳定，得到的低合金钢板完全满足使用要求。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种焊接裂纹敏感性指数小于0.23的355MPa级低合金钢板的制造方法，其特征在于：该制造方法对钢板采用控轧控冷工艺轧制，并对热处理工艺进行控制，得到符合要求的低合金钢板，具体要求如下：

1）对钢板采用控轧控冷工艺轧制：连铸坯加热时的出炉温度为1200±20℃；粗轧阶段的开轧温度1160±20℃，最后三道次的总压下率≥40%，终轧温度≥1020℃；中间坯厚度为成品厚度的1.5～3.0倍；精轧阶段的开轧温度≤950℃，最后三道次的总压下率≥30%，终轧道次的压下率≥8%，终轧温度825±20℃；钢板在终轧后经过层流冷却，钢板表面的冷却速度3～5℃/s，出层流时的返红温度为700℃-板厚（mm）；

该钢板的化学成分重量百分比控制范围：C：0.10～0.13、Mn：1.45～1.53、Si：0.20～0.30、Nb：0.030～0.040、V：0.060～0.070、Ti：0.005～0.015、Al：0.020～0.050、P：≤0.013、S：≤0.003%，其余为Fe和不可避免的杂质；且该钢板的化学成分按重量百分比计符合焊接裂纹敏感性指数Pcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B≤0.23；

2）轧制后的钢板热处理工艺为：加热温度880-920℃，保温时间按1～1.5℃/mm×板厚（mm）进行控制，冷却时在淬火机上进行控冷，钢板出淬火机时的返红温度680~720℃，得到焊接裂纹敏感性指数小于0.23的355MPa级低合金钢板。

本发明中，在淬火机上进行控冷时，上下水比1:1.5。

本发明在钢坯的冶炼生产过程中要控制如下几个工艺环节：

1、转炉终点控制：C=0.04-0.08%，P≤0.010%，S≤0.012%。

2、钢液必须经过RH处理，RH的真空压力小于5毫巴，保持时间10分钟以上；精炼结束后进行钙处理，钙处理结束后静搅12分钟以上。

3、坯料不得有内裂和表面裂纹。

本发明所述钢板的焊接裂纹敏感性指数小于0.23，具有良好的焊接性能。所述钢板在表层下1/4处的-20℃纵向冲击功≥200J、具有优异的低温韧性。本发明生产工艺简便，得到的钢板性能质量稳定。

附图说明

图1是本发明得到的低合金钢板表层的金相组织示意图。

图2是本发明得到的低合金钢板表层下1/4处的金相组织示意图。

图3是本发明得到的低合金钢板表层下1/2处的金相组织示意图。

具体实施方式

实施例1

钢板规格50mm，坯料经过转炉冶炼，LF精炼，RH真空处理和保护连铸，坯料的主要化学成分按重量百分比为：C：0.10、Mn：1.48、Si ：0.25、Nb：0.035、V：0.065、Ti：0.011、Al：0.03、P：≤0.01、S：≤0.002，其余为Fe。

坯料经加热后，开轧温度约为1150~1170℃，坯料厚度260mm，粗轧4道次，粗轧后三道次总压下率≥40%，中间坯厚度为90mm，890℃精轧，精轧5道次，精轧道次压下率≥10%，终轧温度830℃，精轧后以5℃/s冷速加速冷却，返红温度控制在650±20℃范围内。正火工艺：910℃保温1小时后空冷。

其机械性能为屈服强度356.8MPa，抗拉强度487.7MPa，延伸率33%，冲击功为237J。

从上可以看出，按上述工艺抗拉强度不足，屈服强度余量小，但延伸率和冲击功良好。

按本发明所述方法对上述工艺进行了改进，将轧后热处理工艺改为910℃保温1小时后经淬火机控制冷却，上下水比1:1.5，控制返红温度为700±20℃。按本发明所述方法生产的钢板，屈服强度和抗拉强度分别为393.3MPa和514.8MPa，延伸率29.3%，-20℃纵向冲击功为320J。

实施例2：

钢板规格38mm，坯料经过转炉冶炼、LF精炼、RH真空处理和保护连铸，坯料的主要化学成分重量百分比为：C：0.08、Mn：1.45、Si ：0.23、Nb：0.032、V：0.055、Ti：0.012、Al：0.027、P：≤0.012、S：≤0.002，其余为Fe。

坯料经加热后，开轧温度约为1150~1170℃，粗轧4道次，粗轧后三道次总压下率≥40%，中间坯厚度为80mm，930℃精轧，精轧5道次，精轧道次压下率≥10%，终轧温度835℃，精轧后以3℃/s加速冷却，返红温度控制在660±20℃范围内。正火工艺：910℃，保温40分钟，后经淬火机控冷，上下水比1:1.5，出淬火机温度为670~680℃后空冷。

钢板力学性能为屈服强度360.4MPa、抗拉强度477.3MPa、延伸率34%、-20℃冲击功250J。

按本发明所述方法对上述工艺进行了改进，将钢板坯料的碳含量提高到0.11,其它工艺不变。按本发明所述方法生产的钢板，屈服强度和抗拉强度分别为403.3MPa 和515.5MPa，延伸率30.5%，-20℃纵向冲击功为290J。

实施例3：

一种焊接裂纹敏感性指数小于0.23的355MPa级低合金钢板的制造方法，该制造方法对钢板采用控轧控冷工艺轧制，并对热处理工艺进行控制，得到符合要求的低合金钢板。

根据本发明的成分要求，经过转炉冶炼，LF精炼，RH真空处理和保护连铸后制成坯料，再按本发明所述的制造方法，将坯料经两阶段控制轧制、控制冷却和轧后热处理后，共轧制5块钢板，厚度为45mm，其化学成分见表1，力学性能见表2。

表1 本发明实施例的化学成分（wt%）

序号	C	Mn	Si	P	S	Nb	V	Al
									1	0.122	1.470	0.22	0.012	0.0010	0.033	0.068	0.027
2	0.130	1.460	0.21	0.012	0.0012	0.031	0.068	0.030
									3	0.124	1.46	0.24	0.0136	0.0011	0.035	0.07	0.031
4	0.127	1.470	0.20	0.011	0.0013	0.032	0.069	0.049
									5	0.119	1.474	0.22	0.014	0.0010	0.031	0.067	0.035

表2 本发明实施例的实物性能

Figure 2011103580895100002DEST_PATH_IMAGE001

图1是本发明得到的低合金钢板表层的金相组织示意图，可知金相组织是由多边形铁素体和珠光体构成，晶粒度达到8～9级。图2是本发明得到的低合金钢板表层下1/4处的金相组织示意图，可知金相组织是由多边形铁素体和珠光体构成，晶粒度达到8～9级。图3是本发明得到的低合金钢板表层下1/2处的金相组织示意图，可知金相组织是由多边形铁素体和珠光体构成，晶粒度达到8～9级。

研究表明：本发明所述钢板的焊接裂纹敏感性指数小于0.23，具有良好的焊接性能。所述钢板在表层下1/4处的-20℃纵向冲击功≥200J、具有优异的低温韧性。本发明生产工艺简便，得到的钢板性能质量稳定。

Claims

1.一种焊接裂纹敏感性指数小于0.23的355MPa级低合金钢板的制造方法，其特征在于：该制造方法对钢板采用控轧控冷工艺轧制，并对热处理工艺进行控制，得到符合要求的低合金钢板，具体要求如下：

1）对钢板采用控轧控冷工艺轧制：连铸坯加热时的出炉温度为1200±20℃；粗轧阶段的开轧温度1160±20℃，最后三道次的总压下率≥40%，终轧温度≥1020℃；中间坯厚度为成品厚度的1.5～3.0倍；精轧阶段的开轧温度≤950℃，最后三道次的总压下率≥30%，终轧道次的压下率≥8%，终轧温度825±20℃；钢板在终轧后经过层流冷却，钢板表面的冷却速度3～5℃/s，出层流时的返红温度为700℃-板厚；

2）轧制后的钢板热处理工艺为：加热温度880-920℃，保温时间按1～1.5℃/mm×板厚进行控制，冷却时在淬火机上进行控冷，钢板出淬火机时的返红温度680~720℃，得到焊接裂纹敏感性指数小于0.23的355MPa级低合金钢板。

2.根据权利要求1所述的焊接裂纹敏感性指数小于0.23的355MPa级低合金钢板的制造方法，其特征在于：在淬火机上进行控冷时，上下水比1:1.5。