CN102719737A - 屈服强度460MPa级正火高强韧钢板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及中厚钢板制造技术领域，公开了一种屈服强度460MPa级正火高强韧钢板及其制造方法，其化学成分按质量百分数为：C：0.14%~0.20%，Si：0.20%~0.60%，Mn：1.20%~1.70%，V：0.12%~0.20%，Ni：0.15%~0.40%，N：0.005%~0.020%，Alt：0.005%~0.040%，P≤0.015%，S≤0.005%，其余量为铁Fe和不可避免的杂质。本发明通过控轧+正火工艺，将连铸坯加热到1210~1240℃，加热总时间按1.0~1.2分钟/mm控制；采用两阶段轧制，未再结晶区的开轧温度要求控制在850~920℃，终轧温度要求控制在780~840℃；轧后空冷；钢板正火温度控制在：880～920℃，保温时间：15~40分钟。采用本发明制造的高强韧钢板，质量稳定、性能好、生产成本低。

Description

屈服强度460MPa级正火高强韧钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及中厚钢板制造技术领域，特别是一种屈服强度460MPa级正火可焊接高强韧钢板及其制造方法。 

背景技术

随着社会的发展，各行业对自身所用钢板也提出了更高要求，为了减轻设备的自重，要求钢板具有更高的强度；为了提高设备的使用安全性，要求钢板具有低屈强比；为了扩大设备的使用环境和应用领域，要求钢板有良好的低温韧性；为了方便设备的制造加工，还要求钢板具有一定的可焊性，因此高强韧钢板的需求越来越大。目前，屈服强度460MPa级的高强韧钢板采用控轧控冷工艺或TMCP+回火或淬火+回火工艺来生产。采用控轧控冷工艺或TMCP+回火工艺生产时，轧后必须进行层流冷却，由于受冷却设备的精度、钢板的厚度以及冷却前钢板温度的均匀性等因素的影响，往往会出现同一钢板不同部位性能出现较大波动；而采用淬火+回火工艺生产时，由于要保证钢板的淬透性，往往要添加一定量的Cr、Mo、Cu、Nb、Ni等合金元素，然后通过适当的回火处理来确保钢板的强度和冲击韧性，不仅工艺流程长，生产成本也很高。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种低成本、易操作、性能均匀且稳定的一种屈服强度460MPa级正火可焊接高强韧钢板及其制造方法。 

本发明涉及的屈服强度460MPa级正火可焊接细晶粒高强韧钢板，既要满足低屈强比，又要满足强度、韧性的要求，同时还需兼顾可焊性，因此需要保证较低的碳当量。与同等级钢板的其他生产方法相比，本发明生产的屈服强度460MPa级正火可焊接高强韧钢板，采用了成本较低的Mn-V-Ni-N系的成分设计，通过合理的控轧和正火处理来保证钢板的低屈强比、高强韧性和可焊性，生产的屈服强度460MPa级钢板具有良好的机械性能和可焊性。

本发明所述的屈服强度460MPa级正火可焊接高强韧钢板，厚度为6~80mm，其化学成分按质量百分数为：C：0.14%~0.20%，Si：0.20%~0.60%，Mn ：1.20%~1.70%，V：0.12%~0.20%，Ni：0.15%~0.40%，N： 0.005%~0.020%，Alt：0.005%~0.040%，P ≤0.015%，S ≤0.005%，其余量为铁Fe和不可避免的杂质，晶粒度为10级及以上。 

本发明所述屈服强度460MPa级正火可焊接高强韧钢板，采用Mn-V-Ni-N系的成分设计，理由是： 

（1）C: 本发明碳含量选择在0.14%~0.20%，主要考虑到碳是钢铁材料中最廉价、最有效的强化元素，溶入基体中，能起到固溶强化作用，同时能在钢中形成更多的渗碳体，进一步提高钢的强度，但碳含量过高，不仅会降低钢材的塑韧性，也将恶化钢材的焊接性能；

（2）Si：本发明的硅含量在0.20%~0.60%，Si主要以固溶强化形式来提高钢材的强度，同时也是钢中的脱氧元素，但含量过高，也会降低钢材的塑韧性和焊接性，同时使钢坯加热后表面氧化铁皮粘稠性增加，容易使钢板表面出现麻点等表面问题；

（3）Mn：本发明的锰含量为1.20%~1.70%，Mn是弱碳化物形成元素，它在冶炼中的作用是脱氧和消除硫的影响，还可以降低奥氏体转变温度，细化铁素体晶粒，对提高钢板强度和韧性有益。同时还能固溶强化铁素体，随着Mn含量增高，钢材的强度也增大，但过高的Mn也将会降低钢材的韧性和焊接性；

（4）V：本发明的钒含量为0.12%~0.20%，V是钢中的强化元素，主要是由于VC、V(CN)的沉淀强化，可使钢材的强度明显提高，同时V能固定钢中的氮，使钢材的时效性能得以改善。另外，V可以固定焊缝中的氮，能显著改善钢的焊接性能。但V会提高钢材的韧脆转变温度；

（5）Ni：本发明的镍含量为0.15%~0.40%，Ni具有一定的强化作用，还能显著地改善钢材的低温性能，使基体和焊接区的低温韧性大幅度提高，Ni还能形成稳定的奥氏体组织，提高耐腐蚀性能，同时能提高奥氏体钢的高温强度和持久强度，提高钢的塑性，能促进石墨化。但Ni是稀有金属，含量过高，成本将大幅增加，同时还会使钢板氧化铁皮难以脱落而增加成本；

（6）N：本发明的氮含量为为0.005%~0.020%，N能与钢中的V化合，形成VN，对控制轧制有明显作用，细化奥氏体晶粒，还有析出强化的作用，显著地改善钢材的强韧性，但N含量过高，将使钢中的游离氮增多，从而恶化钢材的时效性能和焊接性能；

（7）Alt：本发明的铝含量为0.005%~0.040%，Al是主要的脱氧元素，能细化钢的晶粒。这是由于铝在钢中和其它元素形成细小弥散分布的难熔化合物起阻碍作用，主要是AlN的影响。但Al含量过高，钢中将会出现大量的AlN，而减少VN的含量，另外，铝含量过高，会使钢的焊接性变坏；

（8）钢中的杂质元素的上限控制为P≤0.015%，S≤0.005%，以提高钢的纯净度，改善钢的塑韧性。

一种专用于生产屈服强度460MPa级正火高强韧钢板的制造方法，采用控轧+正火工艺生产，其生产工艺具体如下： 

（1）加热制度：将连铸坯加热到1210~1240℃，加热总时间按1.0~1.2分钟/mm控制；

（2）轧制工艺：采用两阶段轧制，即再结晶区轧制和未再结晶区轧制，中间坯待温厚度控制在成品厚度的2倍及以上，未再结晶区的开轧温度要求控制在850~920℃，终轧温度要求控制在780~840℃；

（3）轧后冷却工艺：轧后空冷；

（4）正火工艺：钢板正火温度控制在：880～920℃，保温时间：15~40分钟。

本发明的优点在于采用了Mn-V-Ni-N系的成分设计，充分利用了细晶强化、固溶强化和沉淀强化机理,通过两阶段轧制并且通过正火处理,进一步细化了钢的晶粒和组织，消除了热轧过程中产生的内应力同时，碳元素在高温下发生均匀扩散，减轻了钢板的心部的偏析带和带状组织。保证了钢板的低屈强比、高强韧性和可焊性，制备的钢板具有良好的机械性能。屈服强度可稳定达到460MPa以上，抗拉强度可稳定达到630 MPa以上，-50℃夏比横向V型缺口冲击功可稳定达到80J以上，屈强比稳定在0.85以下，且钢板的晶粒细小，达到10级及以上，同时焊接试验结果显示，钢板具有良好的可焊性。 

具体实施方式

下列实施例中钢板均为本发明所设计的化学成分、控轧工艺和正火工艺所制备。 

实施例1： 

本实施例的屈服强度460MPa级正火可焊接细晶粒高强韧钢板，是由以下重量百分比的组分组成：C：0.14%，Si：0.60%，Mn：1.20%，V：0.12%，Ni：0.15%，N：0.005%，Alt：0.015%，P：0.010%，S：0.005%，其余量为铁Fe和不可避免的杂质，晶粒度为11.5级。钢板的厚度为6mm；

本实施例的控轧和正火工艺如下：

（1）加热制度：将铸坯加热到1240℃，加热总时间按1.2分钟/mm控制；

（2）轧制工艺：采用两阶段轧制，即再结晶区轧制和未再结晶区轧制，中间坯待温厚度为成品厚度的12倍，未再结晶区开轧温度为920℃，终轧温度为780℃；

（3）轧后冷却工艺：轧后空冷；

（4）正火工艺：轧制后的钢板进行正火处理，正火温度为920℃，保温时间15分钟。

实施例2： 

本实施例的屈服强度460MPa级正火可焊接细晶粒高强韧钢板，是由以下重量百分比的组分组成：C：0.15%，Si：0.50%，Mn：1.40%，V：0.16%，Ni：0.25%，N：0.020%，Alt：0.040%，P：0.015%，S：0.004%，其余量为铁Fe和不可避免的杂质，晶粒度为11.0级。钢板的厚度为25mm；

本实施例的控轧和正火工艺如下：

（1）加热制度：将铸坯加热到1240℃，加热总时间按1.0分钟/mm控制；

（2）轧制工艺：采用两阶段轧制，即再结晶区轧制和未再结晶区轧制，中间待温厚度为成品厚度的4倍，未再结晶区开轧温度为900℃，终轧温度为840℃；

（3）轧后冷却工艺：轧后空冷；

（4）正火工艺：轧制后的钢板进行正火处理，正火温度为910℃，保温时间30分钟。

实施例3： 

本实施例的屈服强度460MPa级正火可焊接细晶粒高强韧钢板，是由以下重量百分比的组分组成：C：0.17%，Si：0.35%，Mn：1.67%，V：0.17%，Ni：0.30%，N：0.015%，Alt：0.020%，P：0.007%，S：0.004%，其余量为铁Fe和不可避免的杂质，晶粒度为10级。钢板的厚度为44mm；

本实施例的控轧和正火工艺如下：

（1）加热制度：将铸坯加热到1230℃，加热总时间按1.1分钟/mm控制；

（2）轧制工艺：采用两阶段轧制，即再结晶区轧制和未再结晶区轧制，中间待温厚度为成品厚度的3倍，未再结晶区开轧温度为880℃，终轧温度为815℃；

（3）轧后冷却工艺：轧后采用空冷；

（4）正火工艺：轧制后的钢板进行正火处理，正火温度为900℃，保温时间40分钟。

实施例4： 

本实施例的屈服强度460MPa级正火可焊接细晶粒高强韧钢板，是由以下重量百分比的组分组成：C：0.18%，Si：0.25%，Mn：1.70%，V：0.18%，Ni：0.35%，N：0.018%，Alt：0.005%，P：0.005%，S：0.004%，其余量为铁Fe和不可避免的杂质，晶粒度为10.5级。钢板的厚度为63mm；

本实施例的控轧和正火工艺如下：

（1）加热制度：将铸坯加热到1220℃，加热总时间按1.1分钟/mm控制；

（2）轧制工艺：采用两阶段轧制，即再结晶区轧制和未再结晶区轧制，中间待温厚度为成品厚度的2.4倍，未再结晶区开轧温度为870℃，终轧温度为810℃；

（3）轧后冷却工艺：轧后空冷；

（4）正火工艺：轧制后的钢板进行正火处理，正火温度为890℃，保温时间40分钟。

实施例5： 

本实施例的屈服强度460MPa级正火可焊接细晶粒高强韧钢板，是由以下重量百分比的组分组成：C：0.20%，Si：0.20%，Mn：1.55%，V：0.20%，Ni：0.40%，N：0.018%，Alt：0.025%，P：0.008%，S：0.003%，其余量为铁Fe和不可避免的杂质，晶粒度为10.5级。钢板的厚度为80mm；

本实施例的控轧和正火工艺如下：

（1）加热制度：将铸坯加热到1210℃，加热总时间按1.15分钟/mm控制；

（2）轧制工艺：采用两阶段轧制，即再结晶区轧制和未再结晶区轧制，中间待温厚度为成品厚度的2倍，未再结晶区开轧温度为850℃，终轧温度为800℃；

（3）轧后冷却工艺：轧后空冷；

（4）正火工艺：轧制后的钢板进行正火处理，正火温度为880℃，保温时间40分钟。

分别对实施例1-5的钢板取样进行力学性能测试，其正火和正火+模拟焊后热处理的结果分别见表1和表2，完全符合欧洲标准EN 10028-3:2009规定： 

表1  正火态钢板的力学性能

注：1、CEV（%）=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15；

2、对于6mm的钢板，按标准规定，冲击功为全尺寸（10×10×55）的1/2

 表2  正火+模拟焊后热处理态钢板的力学性能

注：模拟焊后热处理工艺：300℃以上升温速度≤200℃/小时，热处理温度540±10℃，保温时间30分钟，300℃以下降温速度≤220℃/小时，300℃以后出炉空冷。

表1和表2力学性能检测结果与欧洲标准EN 10028-3:2009 P460级牌号力学性能要求比较，屈服强度、抗拉强度、延伸率有较大富余，-50℃V型横向冲击功稳定在80J以上，强韧性好，屈强比低，材料的安全使用性好。 

Claims (2)

1.一种屈服强度460MPa级正火高强韧钢板，厚度为6~80mm，其特征在于，化学成分按质量百分数为：C：0.14%~0.20%，Si：0.20%~0.60%，Mn ：1.20%~1.70%，V：0.12%~0.20%，Ni：0.15%~0.40%，N： 0.005%~0.020%，Alt：0.005%~0.040%，P ≤0.015%，S ≤0.005%，其余量为铁Fe和不可避免的杂质，晶粒度为10级及以上。

2.一种专用于生产权利要求1所述的屈服强度460MPa级正火高强韧钢板的制造方法，采用控轧+正火工艺生产，其特征在于，生产工艺具体如下：

（1）加热制度：将连铸坯加热到1210~1240℃，加热总时间按1.0~1.2分钟/mm控制；

（2）轧制工艺：采用两阶段轧制，即再结晶区轧制和未再结晶区轧制，中间待温厚度控制在成品厚度的2倍及以上，未再结晶区的开轧温度要求控制在850~920℃，终轧温度要求控制在780~840℃；

（3）轧后冷却工艺：轧后空冷；

（4）正火工艺：钢板正火温度控制在：880～920℃，保温时间：15~40分钟。