CN102888565A

CN102888565A - 一种屈服强度690MPa级高强度钢板及其制造方法

Info

Publication number: CN102888565A
Application number: CN2012103659295A
Authority: CN
Inventors: 杨雄; 史文义; 袁晓鸣; 王海明; 张辉; 路璐; 任丽芳; 程德富
Original assignee: Baotou Iron and Steel Group Co Ltd
Current assignee: Baotou Iron and Steel Group Co Ltd; Inner Mongolia Baotou Steel Union Co Ltd
Priority date: 2012-09-22
Filing date: 2012-09-22
Publication date: 2013-01-23

Abstract

本专利提供了一种屈服强度690MPa高强度高韧性钢板及其制备方法，属于低合金高强钢领域，所述钢板的化学成分按重量百分比为C：0.04～0.09％、Si：0.25～0.50％、Mn：1.4～1.7％、P：≤0.020％、S：≤0.010％、Cr≤0.45％、Mo≤0.20％、Nb：0.04～0.05％、V：0.05～0.07％、Ti：0.005～0.020％、B：0.0005～0.0025％，余量为Fe和不可避免的杂质。采用低碳微合金化设计，通过TMCP+回火工艺，获得了细化贝氏体为主的基体组织，从而获得了强度、塑性和韧性的良好匹配，本发明钢可广泛用于工程机械、煤矿机械等领域。

Description

一种屈服强度690MPa级高强度钢板及其制造方法

技术领域

本发明属于低合金高强度钢领域，特别涉及一种屈服强度690MPa级的高强度钢板及其制造方法。

背景技术

一般认为，屈服强度大于345MPa的钢板称为高强度钢板。随着工程机械、煤矿机械向装备大型化、轻量化、重载荷等方向发展，高强度钢板用量呈现不断增加的趋势，强度级别提高也很快，传统的工程机械用高强度钢板主要以固溶强化、析出强化为主来提高强度，其中碳及合金元素含量较高，大多为调质处理。焊接时需不同程度的焊前预热和焊后热处理，不仅增加了钢企的生产成本，同时又增加了下游用户的生产成本。目前，TMCP技术在钢材生产中得到了广泛的应用，通过合理设计合金元素含量和控轧控冷参数实现相变强化、细晶强化和亚晶强化等强化机制，获得钢材强度、塑性、韧性和可焊性的良好匹配。

中国专利CN1218115公开了“铜硼系低碳及超低碳贝氏体高强钢”，其成分设计上采用超低碳至低碳、低量铜及Nb-Ti-B的复合加入，利用铜硼等元素促使贝氏体相变，同时利用ε-Cu和Nb、Ti复合沉淀析出作用获取高强度；不足之处是添加了Cu元素，增加了冶炼和连铸难度。

中国专利CN1280206公开了“一种超低碳微合金高强钢”，它的具体化学成分为：C：0.005-0.015％、Si：0.10-0.50％、Mn：1.0-1.6％、P≤0.030％、S≤0.030％、Nb：0.02-0.06％、Ti：0.005-0.040％，余为Fe。它是在普通低碳微合金钢的基础上通过适当调整钢中的C含量并配以合理的工艺手段可使简单成分系的微合金钢的屈服强度达到800MPa；不足之处是增加了碳含量，恶化了焊接性能。

中国专利CN101353759A公开了“屈服强度550MPa级低裂纹敏感性钢板及其制造方法”其化学成分为C：0.005-0.04％、Si：0.40-0.70％、Mn：1.40-1.85％、Cr≤0.20％、Mo≤0.20％、Cu≤0.30％、Ni≤0.20％、Nb：0.04-0.08％、Al：0.02-0.06％、Ti：0.004-0.030％、B：0.0005-0.0020％，采用TMCP和控制冷却技术获得了强度韧性塑性良好匹配的以贝氏体为主的钢板。不足之处是强度为550MPa级别。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用低碳微合金化设计、显著降低碳当量(C_eq)和焊接裂纹敏感指数(P_cm)、屈服强度≥690Mpa、抗拉强度≥770Mpa、延伸率≥14％，且具有良好低温冲击韧性，生产成本低、使用成本低的一种屈服强度690MPa级高强度高韧性钢板及其制造方法。

本发明的一种屈服强度690MPa级高强度钢板及其制造方法技术方案如下：

本发明一种屈服强度690MPa级的高强度钢板的化学成分按重量百分比为：

C：0.04～0.09％、Si：0.25～0.50％、Mn：1.4～1.7％、P：≤0.020％、S：≤0.010％、Cr：≤0.45％、Mo≤0.20％、Nb：0.04～0.05％、V：0.05～0.07％、Ti：0.005～0.020％、B：0.0005～0.0025％，余量为Fe和不可避免的杂质。

本发明选择的主要合金元素及其数量在本发明钢中的作用：

碳(C)：碳对钢的强度、低温冲击韧性、焊接性能产生显著影响。碳含量过低会使NbC生成量降低，影响控轧效果，也会增大冶炼控制难度，碳含量过高，又会增加碳当量和焊接裂纹敏感指数，恶化钢的焊接性能。因此，本发明设定的最佳碳含量为0.04～0.09％。

硅(Si)：本发明中硅含量控制在0.25～0.50％，硅主要以固溶强化形式提高钢的强度，超过0.5％时，会造成钢的韧性下降。

锰(Mn)：本发明中锰含量控制在1.4～1.7％，锰的成本低廉，并且锰能促使贝氏体的转变，其固溶强化作用会使钢的抗拉强度大幅度上升，因此本发明中把锰作为主要合金元素。

硼(B)：为了获得高的强度，加入了成本较低的硼元素来增加钢的淬透性。硼可用作昂贵合金元素的替代品来促进沿整个钢板厚度方向上的显微组织均匀性。硼也可增大钼和铌对钢淬透性的提高作用，因而硼的加入可使低碳当量的钢获得高的强度，范围控制在0.0005～0.0025％。

钼(Mo)和铬(Cr)：钼存在于钢的固溶体和碳化物中，有固溶强化作用，并可提高钢的淬透性。尤其在含硼钢中，钼对淬透性的影响尤为显著，在相当大的冷却速度范围内可获得全部是贝氏体的组织。当钼与铌同时加入时，钼在控制轧制过程中可增大对奥氏体再结晶的抑制作用，进而促进奥氏体显微组织的细化。但过多的钼会损害焊接时形成的热影响区的韧性，降低钢的可焊性.钼价格昂贵，为了降低成本，本发明用铬替代了部分钼，铬含量不超过0.45％，钼含量不超过0.20％。铬也是提高淬透性的有效元素，同时也可显著提高钢的耐腐蚀性能。

铌(Nb)：铌的加入是为了促进钢材轧制显微组织的晶粒细化，这可同时提高强度和韧性，存在钼的条件下，铌可在控制轧制过程中通过抑制奥氏体再结晶有效地细化显微组织，并通过析出强化和提高淬透性使钢得以强化。钢中含硼的条件下，铌的共同存在可提高淬透性。微量铌析出物是保证超低碳贝氏体钢组织及性能回火稳定性的主要原因。焊接过程中，铌、硼原子的偏聚及析出可以阻碍加热时奥氏体晶粒的粗化，并保证焊接后得到比较细小的热影响区组织。铌、硼等元素有强烈的相互作用，它们的同时加入大幅度改变钢种的相变温度，保证贝氏体相变在更低温度下进行，最终实现超细组织的形成。

钒(V)：V是强烈的碳氮化物形成元素，它通过形成碳化物阻止奥氏体晶粒长大而细化晶粒，提高钢材的常温和高温强度。在高温回火过程中V的析出可使钢的强度增加150MPa以上。但V含量过高时，析出物数量增加，尺寸增大，从而导致钢的韧性降低。本发明钢V含量控制在0.05～0.07％。

钛(Ti)：钛可形成细小的钛的碳、氮化物颗粒，在板坯再加热过程中可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。另外，钛的氮化物颗粒的存在可抑制焊接热影响区的晶粒粗化。因而，钛可同时提高基体金属和焊接热影响区的低温韧性。它可以阻止游离氮由于形成了硼的氮化物而对钢的淬透性产生的不利影响，含量不超过0.02％为宜。

本发明的一种屈服强度690MPa级高强度钢板的制造方法如下：

1、加热和轧制：

在加热过程中，加热温度1180～1220℃，保温时间为120～180min。采用两阶段控制轧制工艺，即奥氏体再结晶区轧制和奥氏体未再结晶区轧制。在奥氏体再结晶区轧制时，开轧温度为1130～1180℃，第1～2道次压下量应大于10％，其余至少有1～2道次压下率控制在20～40％，用以细化原始奥氏体晶粒；在奥氏体未再结晶区轧制时，开轧温度900～950℃，累积压下率大于60％，目的是为了保证其在未再结晶区有足够的变形量，在变形的奥氏体内有更高密度的位错累计，为铁素体相变提供更有利的形核条件。较大的变形也有利于Nb的碳氮化合物的析出，由于变形诱导析出的作用，较大的道次变形率将有利于析出物的形成并且使其更加细小和弥散，同时，细小和弥散的析出物及其钉扎作用为铁素体提供高密度的形核地点并且阻止其长大和粗化，这对于钢的强度与韧性都起到有利的作用。将终轧温度控制在未再结晶区的低温段，同时该温度区接近相变点Ar₃，即终轧温度为810～840℃。

2、冷却

轧制结束后，钢板进入加速冷却装置，按15～27℃/S的速度冷却至400℃以下。由于钢板在轧制过程中积累了密度很高的位错和极高的应变能，高密度的位错将与Nb的析出物Nb(CN)粒子相互作用，在轧制完成至加速冷却的空冷(驰豫)过程中，这种相互作用促使在奥氏体晶粒内部形成大量细小的多边形位错胞结构，Nb原子在位错墙上的偏聚以及大量微细Nb(CN)在位错胞壁上的析出，稳定了这种具有一定取向差的多边形胞状结构。同时，一个道次的较大变形具有诱导铁素体相变的作用，在这种诱导作用下，Ar₃点有所提高，即出现所谓“应变诱导相变”现象，在未再结晶温度区较大的变形量，将有利于针状铁素体的晶内形核，同时会使贝氏体基体上的马氏体岛分布更加均匀弥散，最终得到板条状贝氏体或马氏体、M/A岛、少量针状铁素体的整合组织。

3、回火热处理

根据实验结果确定钢板的最佳回火温度为450～480℃，保温时间为20min+t×2.5min/mm，其中t为钢板厚度，单位为mm。

本发明的有益效果为：

1、通过合理设计化学成分，大幅度降低C含量，并且以Mn、Cr和B等元素替代部分Mo和Ni等贵重元素，降低了合金成本；摒弃了传统的调质工艺转而采用TMCP+回火工艺，降低了工序成本。

2、通过合理的化学成分设计，并采取上述工艺可以得到一种屈服强度690MPa以上，抗拉强度770MPa以上，延伸率14％以上，且具有良好低温冲击韧性和焊接性能的钢板。

附图说明

图1为本发明实施例1钢板的金相组织图。

具体实施方式

以下用实施例对本发明作更详细的描述。这些实施例仅仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何限制。

实施例1

按表1所示的化学成分冶炼，并浇铸成钢锭，将钢锭加热至1220℃，保温150分钟，在实验轧机上进行第一阶段轧制，即奥氏体再结晶区轧制，开轧温度为1170℃，第1～2道次压下量应大于10％，其次至少有1～2道次压下率控制在20～40％，当轧件厚度为60mm时，在辊道上待温至900℃，随后进行第二阶段轧制，即奥氏体未再结晶区轧制。终轧温度为840℃，成品钢板厚度为20mm。轧制结束后，钢板进入加速冷却(ACC)装置，以25℃/s的速度冷却至400℃，出水后冷床冷却。之后对钢板进行回火热处理，回火温度480℃，保温时间为20min+t×2.5min/mm，其中t为钢板厚度，单位为mm。

实施例2

实施方式同实施例1，其中加热温度为1200℃，保温150分钟，第一阶段轧制的开轧温度为1160℃，轧件厚度为54mm，第二阶段轧制的开轧温度为910℃，终轧温度为830℃，成品钢板厚度为18mm；钢板冷却速度为25℃/s，终冷温度为400℃。之后对钢板进行回火热处理，回火温度480℃，保温时间为20min+t×2.5min/mm，其中t为钢板厚度，单位为mm。

实施例3

实施方式同实施例1，其中加热温度为1200℃，保温150分钟；第一阶段轧制的开轧温度为1150℃，轧件厚度为48mm；第二阶段轧制的开轧温度为910℃，终轧温度为840℃，成品钢板厚度为16mm；钢板冷却速度为27℃/s，终冷温度为380℃。之后对钢板进行回火热处理，回火温度480℃，保温时间为20min+t×2.5min/mm，其中t为钢板厚度，单位为mm。

表1本发明实施例1～3的化学成分(wt％)

实施例	C	Si	Mn	P	S	Cr	Mo	B	Nb	V	Ti
												1	0.078	0.25	1.70	0.007	0.007	0.38	0.12	0.0024	0.040	006	0.014
2	0.090	0.48	1.57	0.006	0.002	0.40	0.15	0.0008	0.049	0.05	0.012
												3	0.065	0.29	1.37	0.008	0.003	0.34	0.14	0.0020	0.050	0.07	0.013

对本发明实施例1～3的钢板进行力学性能检验，检验结果见表2。

表2本发明实施例1～3的钢板的力学性能

Claims

1.一种屈服强度690MPa的高强度高韧性钢板及其制备方法，其特征在于，所述钢板的化学成分按重量百分比为C：0.04～0.09％、Si：0.25～0.50％、Mn：1.4～1.7％、P：≤0.020％、S：≤0.010％、Cr≤0.45％、Mo≤0.20％、Nb：0.04～0.05％、V：0.05～0.07％、Ti：0.005～0.020％、B：0.0005～0.0025％，余量为Fe和不可避免的杂质。

2.一种如权利要求1所述的屈服强度690MPa的高强度高韧性钢板的制造方法，其特征在于：

按照权利要求1所述的的化学成分冶炼，并浇铸成钢锭，将钢锭制造成所述钢板的方法如下：

1)、加热和轧制：

(a)、在加热过程中，加热温度为1180～1220℃，保温时间为120～180min；

(b)、轧制：轧制分为第一阶段和第二阶段轧制：

第一阶段在奥氏体再结晶区轧制，轧制过程中，开轧温度为1130～1180℃，第1～2道次压下量应大于10％，其余至少有1～2道次压下率控制在20～40％；

第二阶段在奥氏体未再结晶区轧制，开轧温度900～950℃，轧制过程中，累积压下率大于60％，终轧温度为810～840℃；

2)、冷却：

在冷却过程中，钢板进入加速冷却装置，以20～27℃/s的速度冷却至400℃以下，出水后空冷；

3)、回火热处理

钢板回火温度控制在450～480℃，保温时间为20min+t×2.5min/mm，其中t为钢板厚度，单位为mm。