CN102732797A - 一种800MPa级低焊接裂纹敏感性钢板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种800MPa级低焊接裂纹敏感性钢板及其制造方法。所述钢板的化学成分按重量计包含：C：0.07～0.10％、Si：0.15～0.40％、Mn：1.30～1.70％、S≤0.010％、P≤0.020％、Nb：0.02～0.08％、Ti：0.008～0.035％、Cr：0.16～0.35％、Mo：0.10～0.25％、Als：0.015～0.050％、B：0.0008～0.0020％、N≤40ppm、O≤20ppm、H≤2ppm，其余为铁和不可避免的杂质，其中，Als表示酸溶铝。根据本发明的钢板具有高强度并且具有低焊接裂纹敏感性。

Description

一种800MPa级低焊接裂纹敏感性钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种800MPa级低焊接裂纹敏感性钢板及其制造方法。

背景技术

经济建设和社会发展需要大量的高强钢材，随着国内钢结构产业、工程机械、矿山机械等行业蓬勃发展，同时为顺应起重机械、挖掘机悬臂梁、矿井用液压支架等工程机械大型化、高强化的市场需求趋势，对高强度、高质量等级工程机械用钢的需求日益强烈。与此同时，为了满足高强钢对降低焊接裂纹敏感性的要求，各大钢铁企业在研发方面投入了大量人力物力。

在中国专利CN101812634A中，公开了一种低碳低焊接裂纹敏感性的高强度钢板的制造方法，在钢的成分设计方面采用Cr-Cu-Mo-V-Nb-Ti-B复合添加，轧制过程不用控轧，之后钢板再进行离线淬火+回火工艺处理，钢的屈服强度在700MPa以上，抗拉强度在800MPa以上。该专利虽然也提供了一种80kg级的低焊接裂纹敏感性钢板的生产方法，但不足之处在于未能充分利用轧制过程中的控轧控冷的细晶、相变及位错强化机制，同时钢板在回火之前还需要进行离线淬火，造成生产成本增加。

在中国专利CN101418418B中，公开了一种屈服强度690MPa级低裂纹敏感性钢板的制造方法，在钢的成分设计方面采用Cr-Mo-V-Nb-Ti-B复合添加，钢的屈服强度在690MPa以上，抗拉强度在770MPa以上。该专利虽然提供了一种不经过任何热处理就能生产80kg级的低焊接裂纹敏感性钢板的方法，但加入了0.04～0.12％的贵重金属V，造成该钢种合金成本较高。

在中国专利CN100439545C中，公开了一种800MPa级高韧性低屈服比厚钢板的制造方法，在钢的成分设计上加入了0.30～0.70％的贵重金属Ni，造成合金成本较高，而且该钢板屈服强度仅能保证大于540MPa。

对现有技术分析之后发现，已经公开的文献中大部分钢板的屈服强度不高于700MPa，或者屈服强度达到80kg级别，但生产成本较高。

发明内容

为了解决现有技术中的以上问题，本发明提供了一种800MPa级低焊接裂纹敏感性钢板。所述钢板的化学成分按重量计包含：C：0.07～0.10％、Si：0.15～0.40％、Mn：1.30～1.70％、S≤0.010％、P≤0.020％、Nb：0.02～0.08％、Ti：0.008～0.035％、Cr：0.16～0.35％、Mo：0.10～0.25％、Als：0.015～0.050％、B：0.0008～0.0020％、N≤40ppm、O≤20ppm、H≤2ppm，其余为铁和不可避免的杂质，其中，Als表示酸溶铝。

此外，Pcm＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B≤0.20。

另外，本发明还提供了一种800Mpa级低焊接裂纹敏感性钢板的制造方法，所述制造方法包括冶炼、浇铸、加热、轧制、冷却和回火，其中，(a)轧制前的加热温度：钢坯出炉温度控制在1150～1220℃；(b)轧制条件：中间坯厚度为成品厚度的2.5～4.0倍，钢坯精轧开轧温度为840～960℃，终轧温度为820～880℃；(c)冷却条件：终冷温度为400～580℃，冷却速度为10～20℃/s；(d)回火处理：回火温度为580～670℃，回火保温时间为10～50min。

优选地，当成品板厚为16～20mm时，中间坯厚度为成品厚度的3.5～4.0倍，钢坯精轧开轧温度为930～960℃，终轧温度为860～880℃，终冷温度为520～580℃，冷却速度为10～15℃/s，回火温度为580～630℃，回火保温时间为10～20min。

优选地，当成品板厚大于20mm并且小于等于30mm时，中间坯厚度为成品厚度的3.0～3.6倍，钢坯精轧开轧温度为890～940℃，终轧温度为840～870℃，终冷温度为490～550℃，冷却速度为12～20℃/s，回火温度为600～650℃，回火保温时间为15～35min。

优选地，当成品板厚为大于30mm并且小于等于45mm时，中间坯厚度为成品厚度的3.0～3.5倍，钢坯精轧开轧温度为850～900℃，终轧温度为830～850℃，终冷温度为450～500℃，冷却速度为13～18℃/s，回火温度为620～660℃，回火保温时间为20～40min。

优选地，成品板厚为大于45mm并且小于等于60mm时，中间坯厚度为成品厚度的2.5～3.0倍，钢坯精轧开轧温度为840～880℃，终轧温度为820～850℃，终冷温度为400～450℃，冷却速度为12～17℃/s，回火温度为630～670℃，回火保温时间为25～50min。

根据本发明的钢板具有高强度并且具有低焊接裂纹敏感性。

附图说明

通过参照附图详细描述本发明的示例性实施例，本发明的优点将变得更加清楚，在附图中：

图1是根据本发明实施例5的钢的金相组织照片。

具体实施方式

本发明提供了一种800MPa级低焊接裂纹敏感性钢板及其制造方法。

根据本发明示例性实施例的钢板的化学成分按重计包含：C：0.07～0.10％、Si：0.15～0.40％、Mn：1.30～1.70％、S≤0.010％、P≤0.020％、Nb：0.02～0.08％、Ti：0.008～0.035％、Cr：0.16～0.35％、Mo：0.10～0.25％、Als：0.015～0.050％、B：0.0008～0.0020％、N≤40ppm、O≤20ppm、H≤2ppm，其余为铁和不可避免的杂质，其中，Als表示酸溶铝。

优选地，根据本发明示例性实施例的钢板的化学成分满足：

Pcm＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B≤0.20。

以下对根据本发明示例性实施例的钢板的化学成分进行详细说明。

C：C既是最主要的固溶强化元素，能显著提高钢的淬透性，也是低碳钢中最经济的强化元素，对马氏体钢的强度和硬度起决定性的作用，但碳含量的增加使钢的塑性和冲击韧性降低，冷脆倾向性和时效倾向性提高，恶化焊接性能。考虑到降碳的同时必须额外增加其它贵重的微合金含量才能保证钢强度，而这将造成成本大幅度增加，综合考虑将C的适宜量控制在0.07～0.10％。

Si：Si进入铁素体起固溶强化作用，降低屈强比，但Si会显著地提高钢的韧脆转变温度，同时也会恶化塑性及焊接性能，因此，Si的适宜量控制在0.15～0.40％。

Mn：Mn能够降低临界转变温度Ar3，明显提高钢的淬透性，同时具有一定的固溶强化作用，起到提高钢的强度和硬度的作用。由于锰和硫具有较大的亲和力，MnS在高温时有一定的塑性，避免了钢的热脆，但过高的Mn会影响钢的焊接性能，也会加剧铸坯的中心偏析，造成产品带状组织严重，进而影响到冲击韧性。因此，Mn的适宜量控制在1.30～1.70％。

S：当S以FeS的形式存在于钢中时，如果S含量高则易产生热脆现象。当S以MnS的形式存在于钢中时，S常以条状形态沿轧制方向分布，形成严重的带状组织，破坏了钢的连续性，对钢材不同方向的性能也会产生重要影响，降低钢的塑性和冲击韧性，提高韧脆转变温度。因此，将S的含量控制在0.010％以下。

P：P属于低温脆性元素，P显著扩大液相和固相之间的两相区，在钢凝固过程中偏析于晶粒之间，形成高磷脆性层，提高带状组织的级别，使钢的局部组织异常，造成机械性能不均匀，降低钢的塑性，使钢易产生脆性裂纹，抗腐蚀性下降，对焊接性能也有不利影响，增加焊接裂纹敏感性，所以应尽可能降低磷在钢中的含量。考虑到生产成本，将P的含量控制在0.020％以下。

Nb：Nb能产生显著的晶粒细化、析出强化以及中等的沉淀强化作用。固溶于奥氏体的Nb能够提高淬透性，Nb(C，N)析出相具有细化晶粒作用但降低淬透性，而且当Nb含量过高时，Nb易与Fe、C等元素形成低熔点共晶物，有增加焊接热影响区热裂纹的倾向。综合各方面因素，Nb的适宜量控制在0.02～0.08％之间。

Ti：Ti在1200～1300℃高温下即可析出TiN颗粒，可以作为Nb(C、N)的析出核心，从而减少微细铌析出物的数量，进而降低含Nb钢的裂纹敏感性。Ti可形成细小的钛的碳化物、氮化物颗粒，在板坯加热过程中通过阻止奥氏体晶粒的粗化从而得到较为细小的奥氏体显微组织。Ti与N结合生成稳定的高弥散化合物，不但可以消除钢中的自由氮，而且能在热加工过程和焊接时的热影响区中控制晶粒尺寸，改善钢结构各部位的低温韧性。过量的Ti将形成微米级尺寸的液析TiN，不仅无法细化晶粒，反而会恶化钢板韧性。因此，Ti的适宜量控制在0.008～0.035％。

Cr：Cr能防止加Mo钢的石墨化倾向，属于稳定奥氏体元素，可极大地提高钢的淬透性，提高钢的强度，但过高的Cr会降低钢的焊接性能，综合考虑，Cr的适宜量控制在0.16～0.35％。

Mo：Mo在钢中存在于固溶体相和碳化物相中，属于稳定奥氏体元素，可极大地提高钢的淬透性，可将C曲线强烈右移，以促进马氏体转变，同时可改善钢的回火脆性，极大地提高钢的低温韧性，提高钢的耐延迟断裂性能。综合成本因素，Mo的适宜量控制在0.10～0.25％。

Al：Al能细化钢的晶粒，提高钢的强度，同时也能提高冲击韧性。由于Al和N有较强的亲和力，还可以消除N元素造成的时效敏感性，因此，Als的含量定为0.015～0.050％。

B：B强烈偏聚于奥氏体晶界及其它晶体缺陷处，能够增加钢的淬硬性，提高钢的淬透性。加入微量B可明显抑制铁素体在奥氏体晶界上的形核，使铁素体转变曲线明显右移，以促进马氏体转变，但硼含量超过0.002％后上述作用达到饱和，而且还可能形成各种对热加工性能和韧性不利的含B析出相，综合考虑，硼含量应控制在0.0008～0.0020％。

N：N含量过高会恶化高强钢的冲击韧性，一般控制在40ppm以下。

O：O含量过高表明钢中夹杂物太多，对钢的各项机械性能均会产生不利的影响，故O含量应尽量控制在20ppm以下，以提高钢水洁净度。

H：H对于屈服强度大于700MPa的高强钢而言，危害较大，易造成探伤不合格，并影响低温冲击韧性，需要通过真空处理等手段控制在2ppm以下。

根据本发明示例性实施例的钢板的制造方法包括以下步骤：

冶炼和铸造：采用转炉或电炉冶炼，铸造采用连铸或模铸。

采用中厚板轧机轧制：连铸坯或铸锭开坯后在加热炉中加热，出炉温度控制在1150～1220℃，中间坯厚度为成品厚度的2.5～4.0倍，钢坯精轧开轧温度为840～960℃，终轧温度为820～880℃，终冷温度为400～580℃，冷却速度为10～20℃/s。

回火处理：回火温度为580～670℃，回火保温时间为10～50min。

本发明针对不同厚度的钢板，进行了优化轧制和回火热处理工艺，对于相对薄规格的钢板充分考虑其板形控制难点，对于相对厚规格的钢板充分考虑到钢板的强度和冲击韧性难点，同时也兼顾了不同厚度钢板力学性能的稳定性，轧制过程采用两阶段轧制工艺，保证钢板第二阶段在完全再结晶区轧制，避免出现混晶现象，有效保证钢板冲击韧性。轧后钢板入水快速冷却，充分发挥相变强化的作用，使得钢板最终获得组织细化的低碳贝氏体组织。

通过对钢板实施合理的回火热处理，有效均匀组织，提高钢板的塑韧性，同时促进二相粒子的充分析出，发挥钢中微合金元素的析出强化作用，确保钢板获得稳定的强度、塑性和韧性指标。

具体地，当成品板厚为16～20mm时，中间坯厚度为成品厚度的3.5～4.0倍，钢坯精轧开轧温度为930～960℃，终轧温度为860～880℃，终冷温度为520～580℃，冷却速度为10～15℃/s，回火温度为580～630℃，回火保温时间为10～20min。

当成品板厚大于20mm并且小于等于30mm时，中间坯厚度为成品厚度的3.0～3.6倍，钢坯精轧开轧温度为890～940℃，终轧温度为840～870℃，终冷温度为490～550℃，冷却速度为12～20℃/s，回火温度为600～650℃，回火保温时间为15～35min。

成品板厚为大于30mm并且小于等于45mm时，中间坯厚度为成品厚度的3.0～3.5倍，钢坯精轧开轧温度为850～900℃，终轧温度为830～850℃，终冷温度为450～500℃，冷却速度为13～18℃/s，回火温度为620～660℃，回火保温时间为20～40min。

成品板厚为大于45mm并且小于等于60mm时，中间坯厚度为成品厚度的2.5～3.0倍，钢坯精轧开轧温度为840～880℃，终轧温度为820～850℃，终冷温度为400～450℃，冷却速度为12～17℃/s，回火温度为630～670℃，回火保温时间为25～50min。

本发明涉及的800MPa级低焊接裂纹敏感性钢板的化学成分按表1所示化学成分进行转炉冶炼并浇注成连铸坯或铸锭，将连铸坯或铸锭开坯后在加热炉中加热，采用中厚板轧机轧制，轧后对钢板进行回火处理。铸坯出炉温度、终轧温度、终冷温度、回火温度等主要工艺参数见表2。相应钢板拉伸强度、-40℃纵向冲击功、厚度规格在表3中列出，可见本发明钢的低温冲击韧性优异，-40℃纵向AKv不低于150J。图1示出了实施例5钢的金相组织照片，显示组织为板条贝氏体。

下面的表1示出了根据本发明实施例1至实施例5的钢的化学成分。

表1本发明实施例的化学成分(wt.％)

下面的表2示出了根据本发明实施例1至实施例5的主要工艺参数。

表2本发明实施例的主要生产工艺参数

表3示出了根据本发明实施例1至实施例5的主要力学性能。

表3本发明实施例的力学性能

表4示出了根据本发明实施例1至实施例5的焊接裂纹试验结果。

表4本发明实施例的斜Y型坡口焊接裂纹试验结果

通过以上表4可以看出，根据本发明实施例制造的钢板具有低焊接裂纹敏感性。此外，通过本发明的以上实施例可以看出，本发明至少存在以下优点：

(1)通过对成分进行合理优化，利用C、Cr、B等便宜合金代替V等贵重金属，结合热机械控轧控冷的先进技术，可以以低成本实现800MPa级高强钢的生产；

(2)通过优化实施合理的回火热处理工艺，可有效地保证工业批量生产时钢板断后伸长率和低温冲击韧性的稳定，从而保证实物质量综合性能优良。

尽管已经示出了本发明的实施例，但是在不脱离本发明范围的情况下，可以对实施例进行各种修改。本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种800MPa级低焊接裂纹敏感性钢板，其特征在于所述钢板的化学成分按重量计包含：C：0.07～0.10％、Si：0.15～0.40％、Mn：1.30～1.70％、S≤0.010％、P≤0.020％、Nb：0.02～0.08％、Ti：0.008～0.035％、Cr：0.16～0.35％、Mo：0.10～0.25％、Als：0.015～0.050％、B：0.0008～0.0020％、N≤40ppm、O≤20ppm、H≤2ppm，其余为铁和不可避免的杂质，其中，Als表示酸溶铝。

2.根据权利要求1所述的800MPa级低焊接裂纹敏感性钢板，其特征在于Pcm＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B≤0.20。

3.一种800Mpa级低焊接裂纹敏感性钢板的制造方法，所述制造方法包括冶炼、浇铸、加热、轧制、冷却和回火，其特征在于：

(a)轧制前的加热温度：钢坯出炉温度控制在1150～1220℃；

(b)轧制条件：中间坯厚度为成品厚度的2.5～4.0倍，钢坯精轧开轧温度为840～960℃，终轧温度为820～880℃；

(c)冷却条件：终冷温度为400～580℃，冷却速度为10～20℃/s；

(d)回火处理：回火温度为580～670℃，回火保温时间为10～50min。

4.根据权利要求3所述的800MPa级低焊接裂纹敏感性钢板的制造方法，其特征在于，所述钢板的化学成分按重量计包含：C：0.07～0.10％、Si：0.15～0.40％、Mn：1.30～1.70％、S≤0.010％、P≤0.020％、Nb：0.02～0.08％、Ti：0.008～0.035％、Cr：0.16～0.35％、Mo：0.10～0.25％、Als：0.015～0.050％、B：0.0008～0.0020％、N≤40ppm、O≤20ppm、H≤2ppm，其余为铁和不可避免的杂质，其中，Als表示酸溶铝。

5.根据权利要求3所述的800MPa级低焊接裂纹敏感性钢板的制造方法，其特征在于，

当成品板厚为16～20mm时，中间坯厚度为成品厚度的3.5～4.0倍，钢坯精轧开轧温度为930～960℃，终轧温度为860～880℃，终冷温度为520～580℃，冷却速度为10～15℃/s，回火温度为580～630℃，回火保温时间为10～20min。

6.根据权利要求3所述的800MPa级低焊接裂纹敏感性钢板的制造方法，其特征在于，当成品板厚大于20mm并且小于等于30mm时，中间坯厚度为成品厚度的3.0～3.6倍，钢坯精轧开轧温度为890～940℃，终轧温度为840～870℃，终冷温度为490～550℃，冷却速度为12～20℃/s，回火温度为600～650℃，回火保温时间为15～35min。

7.根据权利要求3所述的800MPa级低焊接裂纹敏感性钢板的制造方法，其特征在于，当成品板厚为大于30mm并且小于等于45mm时，中间坯厚度为成品厚度的3.0～3.5倍，钢坯精轧开轧温度为850～900℃，终轧温度为830～850℃，终冷温度为450～500℃，冷却速度为13～18℃/s，回火温度为620～660℃，回火保温时间为20～40min。

8.根据权利要求3所述的800MPa级低焊接裂纹敏感性钢板的制造方法，其特征在于，成品板厚为大于45mm并且小于等于60mm时，中间坯厚度为成品厚度的2.5～3.0倍，钢坯精轧开轧温度为840～880℃，终轧温度为820～850℃，终冷温度为400～450℃，冷却速度为12～17℃/s，回火温度为630～670℃，回火保温时间为25～50min。

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