CN102618803B

CN102618803B - 一种超高强度钢板及其制造方法

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Publication number: CN102618803B
Application number: CN201210082831.9A
Authority: CN
Inventors: 赵小婷; 姚连登
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2012-03-26
Filing date: 2012-03-26
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2032-03-26
Also published as: CN102618803A

Abstract

本发明涉及一种超高强度钢板，按重量百分比计的化学元素为：C：0.25-0.35％、Si：0.20-0.60％、Mn：0.8-2.0％、P≤0.010％、S≤0.005％、Al：0.02-0.06％、Cr：0.30-1.00％、Mo：0.20-0.60％、Ti：0.01-0.05％、B：0.001-0.005％，Ni≤1.0％，余量为Fe和不可避免的杂质。其制造包括：按照所述成分进行冶炼，并浇铸成铸坯或钢锭；将铸坯或钢锭加热到1180-1250℃后进行轧制，其中，第一阶段在再结晶区轧制，进行多道次大压下轧制且累计变形量≥80％；第二阶段在未再结晶区轧制，终轧温度控制在870-930℃；轧制后的钢板加速冷却至200℃以下；然后在温度为200±20℃温度进行回火。得到的4-15mm钢板，其屈服强度不小于1400MPa、抗拉强度不小于1800MPa、夏氏冲击功Akv(-20℃)≥20J。

Description

一种超高强度钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及高强度钢板及其制造方法，特别是涉及一种抗拉强度不小于1800MPa的超高强度钢板。

背景技术

矿山机械车辆是大型露天矿山和大型水利工程建设的主要运输工具。在高磨损、大冲击的工况条件，及车身轻量化的要求下，对超高强度钢板的需求日益扩大。

CN101376945A涉及一种2000MPa级超高强度高韧性钢板及其制造方法。其成份设计的特点为高C、高Si和高Mn，通过控轧控冷工艺，设计出一种以贝氏体+马氏体复相钢。合金元素简单，但含量很高，在生产和使用中的难度较大

CN101713046A涉及一种纳米洗出强化及控制的超细晶粒马氏体钢的制备方法。获得抗拉强度为1000-2000MPa的马氏体组织为主的合金钢。该钢基础成份体系为C-Mn-Ti-B，在此基础上添加其它元素，通过轧制工艺和后续热处理控制，利用TiC的析出强化提高强度。其基础钢成份简单，合金元素含量较低，但生产工艺比较复杂，需要进行退火、淬火及回火处理，制造工序复杂。

因此，仍需要一种生产工艺简单的超高强度马氏体钢。

发明内容

本发明的目的是提供一种抗拉强度不小于1800MPa级的超高强度钢板。

为实现上述目的，本发明的抗拉强度不小于1800MPa级的超高强度钢板，按重量百分比计的化学元素为：C：0.25-0.35％、Si：0.20-0.60％、Mn：08-20％、P≤0010％、S≤0005％、Al：002-006％、Cr：030-100％、Mo：0.20-0.60％、Ti：0.01-0.05％、B：0.001-0.005％，Ni≤1.0％，余量为Fe和不可避免的杂质。

本发明钢板的组织结构为马氏体。

本发明的另一个目的是提供上述抗拉强度不小于1800MPa级的超高强度钢板的制造方法，该方法包括如下步骤：

按照所述成分进行冶炼，并浇铸成铸坯或钢锭；

将铸坯或钢锭加热到1180-1250℃后进行轧制，其中，第一阶段(再结晶区)轧制，进行多道次大压下轧制且累计变形量≥80％；第二阶段(未再结晶区)，终轧温度控制在870-930℃；

轧制后的钢板加速冷却至200℃以下；

然后在温度为200±20℃温度进行回火。

本发明通过合理设计化学成分，添加少量合金元素，充分利用加速冷却工序中水的作用，因此原料成本大大降低，在相同的强度级别下，碳当量大大降低。由于本发明钢板采用热机械控制轧制与直接淬火(DQ)技术，只需进行低温回火处理，不需要离线淬火处理，从而简化了制造工序，节约能源，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，工艺制度比较宽松，可以在中、厚板产线上稳定生产。本发明的超高强度钢板屈服强度大于1400MPa、抗拉强度大于1800MPa、夏氏冲击功Akv(-20℃)≥20J，可生产厚度≤15mm的钢板。

附图说明

图1为本发明实施例1钢板的金相组织。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的特点和优点进行详细说明。

本发明中，除非另有指明，含量均指重量百分比含量。

为了实现较低原料成本地提供抗拉强度不小于1800MPa级的超高强度钢板的本发明目的，各元素控制如下：

C：在钢中起固溶强化的作用，是对钢的强度贡献最大且成本最低的强化元素。为了达到超高强度，希望钢中含有中等含量C，但是C含量太高，对焊接性能和韧性不利。因此为了达到平衡，本发明C含量控制为0.25-0.35％，优选为C：0.26-0.35％。

Si：是脱氧元素；在钢中还起到固溶强化的作用，加入Si可显著提高钢的强度；但过多加入会使钢的韧性降低，本发明Si含量控制为0.20-0.60％，优选为Si：0.21-0.59％。

Mn：可以降低临界冷却速度，大大提高淬透性，同时对钢具有固溶强化作用。若含量太高，使马氏体转变温度下降太多，导致室温残余奥氏体增加，不利于钢的强度增加；在铸坯中心偏析部位生成粗大的MnS，使板厚中心的韧性降低。本发明Mn含量控制为0.80-2.00％，优选为Mn，0.85-1.95％。

Al：作为脱氧元素；而且与氮形成细小难溶的AlN颗粒，细化显微组织；同时抑制BN的生成，使B以固溶状态存在，从而保证钢的淬透性。当Al超过0.1％时，会生成粗大的氧化铝夹杂物。为尽量形成细小的AlN颗粒，避免生成粗大的氧化铝夹杂，本发明中Al含量控制为0.02-0.06％，优选为Al：0.025-0.058％。

Cr：可以降低临界冷却速度、提高钢的淬透性。铬在钢中可以形成(Fe，Cr)₃C、(Fe，Cr)₇C₃和(Fe，Cr)₂₃C₇等多种碳化物，提高强度和硬度。但Cr超过1.5％时，会使钢的韧性降低。为了在提高强度和硬度的同时不显著降低韧性，本发明中Cr含量控制为0.30-1.00％，优选为Cr：0.31-0.95％。

Mo：可以细化晶粒，提高强度和韧性。钼在钢中存在于固溶体相和碳化物相中，因此，含钼钢同时具有固溶强化和碳化物弥散强化的作用。本发明Mo含量控制为0.20-0.60％，优选为Mo：0.25-0.58％。

Ni：本发明中镍是需要控制的杂质，越低越好，控制在1.0％以下。

Ti：与钢中C、N形成碳化钛、氮化钛或碳氮化钛，在加热轧制阶段，起到细化奥氏体晶粒的作用，从而提高钢的强度和韧性。但过多的Ti会形成较多粗大的氮化钛，对钢的强度和韧性有害。本发明Ti含量控制为0.01-0.05％，优选为Ti：0.015-0.045％。

B：较少量的添加就能够显著增加钢的淬透性，比较容易地获得马氏体组织；但不宜加入太多，因为B与晶界有较强的结合力，容易偏聚到晶界处，影响钢的性能。本发明加入0.001-0.005％，优选为B，0.0015-0.0048％。

P、S：在一般钢中，P、S均为有害元素，它们的含量要严格控制。对超高强钢板回火时，P、S会偏析到原始奥氏体晶界，从而降低界面强度，导致晶界断裂；另外S在钢中和Mn结合形成MnS夹杂，轧制过程中会形成长条状，常引起钢板Z向拉伸不合或钢板超声探伤不合。本发明所涉及钢种中控制磷含量≤0.010％；硫含量≤0.005％。

本发明的上述抗拉强度不小于1800MPa的超高强度钢板通过包含如下步骤的方法制造：

(1)冶炼，并浇铸成铸坯或钢锭：按如下化学元素的重量百分配比冶炼：

C：0.25-0.35％、Si：0.20-0.60％、Mn：0.8-2.0％、P≤0.010％、S≤0.005％、Al：0.02-0.06％、Cr：0.30-1.00％、Ni≤1.0％、Mo：0.20-0.60％、Ti：0.01-0.05％、B：0.001-0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质；

(2)加热：加热温度为1180-1250℃；

(3)轧制：第一阶段(再结晶区)轧制温度约为1000-1180℃，为细化奥氏体晶粒，进行多道次大压下轧制且累计变形量≥80％；第二阶段(未再结晶区)终轧温度控制在870-930℃，目的是为了增加奥氏体晶粒中的滑移带和位错密度，增大有效晶界面积；

(4)冷却：钢板进入加速冷却(冷却速度不小于30℃/s)装置，冷却至200℃以下，尽可能多地获得马氏体组织。

(5)低温回火：温度为200±20℃，主要起到消除应力的作用。

优选地，所述步骤(2)中，保温时间为120-180分钟。

优选地，所述步骤(5)中，保温时间为板厚×3～5min/mm。

本发明通过合理设计化学成分，添加少量合金元素，充分利用加速冷却工序中水的作用，因此原料成本大大降低，在相同的强度级别下，碳当量大大低。本发明钢板采用热机械控制轧制与直接淬火(DQ)技术，只需进行低温回火处理，不需要离线淬火处理，从而简化了制造工序，节约能源，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，工艺制度比较宽松，可以在中、厚板产线上稳定生产。本发明的超高强度钢板屈服强度不小于1400MPa、抗拉强度不小于1800MPa、夏氏冲击功Akv(-20℃)≥20J，可生产厚度≤15mm的钢板。

表1为本发明实施例1-8的超高强度钢板的化学成分(wt％)、碳当量Ceq(％)及产品厚度(mm)的数值。

实施例1

本发明钢的化学元素百分配比为表1中的实施例1。

制造方法如下：加热温度为1180℃，保温120分钟；第一阶段轧制的开轧温度为1060℃；第二阶段轧制的终轧温度为870℃，成品钢板厚度为4mm；钢板冷却终止温度为200℃以下。

实施例2

本发明钢的化学元素百分配比为表1中的实施例2。

制造方法如下：加热温度为1200℃，保温160分钟；第一阶段轧制的开轧温度为1090℃；第二阶段轧制的终轧温度为900℃，成品钢板厚度为10mm；钢板冷却终止温度为200℃以下。

实施例3

本发明钢的化学元素百分配比为表1中的实施例3。

制造方法如下：加热温度为1250℃，保温150分钟；第一阶段轧制的开轧温度为1150℃；第二阶段轧制的终轧温度为880℃，成品钢板厚度为6mm；钢板冷却终止温度为200℃以下。

实施例4

本发明钢的化学元素百分配比为表1中的实施例4。

制造方法如下：其中加热温度为1220℃，保温150分钟；第一阶段轧制的开轧温度为1120℃；第二阶段轧制的终轧温度为900℃，成品钢板厚度为8mm；钢板冷却终止温度为200℃以下。

实施例5

本发明钢的化学元素百分配比为表1中的实施例5。

制造方法如下：加热温度为1190℃，保温180分钟；第一阶段轧制的开轧温度为1050℃；第二阶段轧制的终轧温度为930℃，成品钢板厚度为12mm；钢板冷却终止温度为200℃以下。

实施例6

本发明钢的化学元素百分配比为表1中的实施例6。

制造方法如下：加热温度为1250℃，保温140分钟；第一阶段轧制的开轧温度为1150℃；第二阶段轧制的终轧温度为930℃，成品钢板厚度为15mm；钢板冷却终止温度为200℃以下。

实施例7

本发明钢的化学元素百分配比为表1中的实施例7。

制造方法如下：加热温度为1200℃，保温160分钟；第一阶段轧制的开轧温度为1180℃；第二阶段轧制的终轧温度为870℃，成品钢板厚度为10mm；钢板冷却终止温度为200℃以下。

实施例8

本发明钢的化学元素百分配比为表1中的实施例8。

制造方法如下：加热温度为1250℃，保温160分钟；第一阶段轧制的开轧温度为1150℃；第二阶段轧制的终轧温度为900℃，成品钢板厚度为15mm；钢板冷却终止温度为200℃以下。

试验例1：力学性能

按照GB/T228-2002和GB/T229-2007方法，对本发明实施例1-6的超高强度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1-8超高强度钢板的力学性能

从表1和表2可以看出，本发明超高强度钢板(板厚4-15mm)的屈服强度均不小于1400MPa，抗拉强度不小于1800MPa，夏氏冲击功Akv(-20℃)满足使用要求。

试验例2：金相组织

图1为本发明实施例1钢板的金相组织。从图中可见本发明钢板的组织为马氏体。

Claims

1.超高强度钢板，按重量百分比计的化学元素为：C：0.25-0.35％、Si：0.20-0.60％、Mn：0.8-2.0％、P≤0.010％、S≤0.005％、A1：0.02-0.06％、Cr：0.30-1.00％、Mo：0.20-0.60％、Ni≤1.0％、Ti：0.01-0.05％、B：0.001-0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质；

所述钢板通过包含如下步骤的方法制造：

按照所述成分进行冶炼，并浇铸成铸坯或钢锭；

将铸坯或钢锭加热到1180-1250℃后进行轧制，其中，第一阶段在再结晶区轧制，进行多道次大压下轧制且累计变形量≥80％；第二阶段在未再结晶区轧制，终轧温度控制在870-930℃；

轧制后的钢板加速冷却至200℃以下；

然后在温度为180-220℃进行回火。

2.如权利要求1所述的超高强度钢板，其特征在于，C：0.26-0.35％。

3.如权利要求1所述的超高强度钢板，其特征在于，Si：0.21-0.59％。

4.如权利要求1所述的超高强度钢板，其特征在于Mn，0.85-1.95％。

5.如权利要求1所述的超高强度钢板，其特征在于，A1：0.025-0.058％。

6.如权利要求1所述的超高强度钢板，其特征在于，Cr：0.31-0.95％。

7.如权利要求1所述的超高强度钢板，其特征在于，Mo：0.25-0.58％。

8.如权利要求1所述的超高强度钢板，其特征在于，Ti：0.015-0.045％。

9.如权利要求1所述的超高强度钢板，其特征在于B，0.0015-0.0048％。

10.如权利要求1所述的超高强度钢板，其组织为马氏体。

11.如权利要求1所述的超高强度钢板，其厚度4-15mm。

12.如权利要求1-11任一所述的超高强度钢板，其屈服强度大于1400MPa、抗拉强度大于1800MPa、夏氏冲击功Akv(-20℃)≥20J。

13.如权利要求1-11任一所述的超高强度钢板，其特征在于，再结晶区轧制温度为1000-1180℃。

14.如权利要求1-11任一所述的超高强度钢板，其特征在于，加速冷却的速度为不小于30℃／s。

15.如权利要求1-11任一所述的超高强度钢板，其特征在于，铸坯或钢锭加热到1180-1250℃后的保温时间为120-180分钟。

16.如权利要求1-11任一所述的超高强度钢板，其特征在于，回火步骤中的保温时间为板厚×(3～5)min／mm。