CN102888571B - 一种690MPa级低焊接裂纹敏感性钢及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种690MPa级低焊接裂纹敏感性钢及其制造方法，该钢由以下重量百分比的化学成分组成：C 0.06～0.08％，Si 0.25～0.30％，Mn 1.60～1.80％，P≤0.010％，S≤0.008％，Ti 0.010～0.020％，Ni 0.30～0.35％，Cr 0.31～0.35％，Mo0.15～0.25％，Al 0.020～0.040％，Nb 0.015～0.025％，V≤0.02％，其余为Fe及不可避免的杂质。本发明通过合理的成分设计，保证Pcm≤0.20，采用两阶段控制轧制、控制冷却和合理的热处理工艺，制得的钢板抗拉强度≥690MPa。本发明钢具有较高的强度，优异的低温韧性和焊接性能，可用于建造大型球罐、水电站压力钢管、水电机组蜗壳等构件。
Description
技术领域
本发明特别涉及一种高强度级别压力容器用钢，特别涉及一种690MPa级低焊接裂纹敏感性钢及其制造方法。
背景技术
随着储气球罐和压力钢管向大型化和高参数化的发展，高强度压力容器用钢的需求量逐年增加，对更高强度级别钢的研制开发也日益迫切。国内生产和广泛应用的610MPa级球罐用调质高强度钢，强度级别已不能满足发展需要。目前多家单位已经开始研发抗拉强度690MPa级的低焊接裂纹敏感性钢，以用于建造10000m3以上的大型天然气球罐以及水电站压力钢管、水电机组蜗壳等构件。
目前国内有一些关于低焊接裂纹敏感性容器钢的专利技术：
(1)专利公开号CN 101096378A“低焊接裂纹敏感性钢板及其生产方法”，采用三阶段控轧工艺，轧制工艺复杂，且抗拉强度较低，实施例抗拉强度为665MPa；
(2)专利CN 1932063A“高强度低焊接裂纹敏感性钢厚板及其生产方法”、CN 1932064A“大线能量低焊接裂纹敏感性厚钢板及其生产方法”、CN101476080A“一种低焊接裂纹敏感性调质高强度钢板及其制造方法”，均是针对抗拉强度610MPa级别的低焊接裂纹敏感性钢板，强度较低；
(3)专利号CN 101418418A“屈服强度690MPa级低裂纹敏感性钢板及其制造方法”涉及到高强度结构钢，采用超低C(0.03～0.06％)、高Mn(1.30～2.00％)、高Nb(0.03～0.08％)和高V(0.04～0.12％)，并添加了一定量的B，采用控轧控冷工艺生产的钢板具有高强度和低焊接裂纹敏感性，但该钢轧制工艺复杂，并且轧后的冷却速度较大，对冷却装置要求较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种690MPa级低焊接裂纹敏感性钢及其制造方法，通过合理的成分设计，采用控轧控冷和回火工艺，使其钢板厚度在15～30mm，组织为贝氏体和铁素体，屈服强度≥590MPa，抗拉强度≥690MPa，-20℃冲击功≥47J。为实现此目的，本发明采用如下技术方案：
所述钢以重量百分比计的化学成分如下：C 0.06～0.08％，Si 0.25～0.30％，Mn 1.60～1.80％，P≤0.010％，S≤0.008％，Ti 0.010～0.020％，Ni 0.30～0.35％，Cr 0.31～0.35％，Mo 0.15～0.25％，Al 0.020～0.040％，Nb 0.015～0.025％，V≤0.02％，其余为Fe及不可避免的杂质，钢的化学成分还必须满足焊接裂纹敏感性系数Pcm=C+Si/30+Ni/60+(Mn+Cr+Cu)/20+Mo/15+V/10+5B≤0.20％。
以下对本发明所含合金元素的作用及其用量的选择具体分析说明：
C：C是保证强度的主要元素，但含量过高会对焊接性能产生不利影响。为使钢板具有低的焊接裂纹敏感性，C含量应小于0.08％，因此，本发明设定的最佳C含量为0.06～0.08％。
Si：Si主要起脱氧作用，并以固溶强化形式提高钢的强度，含量过高会造成韧性下降，因此本发明Si含量控制在0.25～0.30％。
Mn：Mn起固溶强化作用，可显著提高钢的强度和淬透性，并改善热加工性能。Mn是防止热裂纹的有效元素，可以改善硫化物的分布形态，减小低熔点硫化物的数量。Mn含量适量时，可以在提高强度的同时并不降低焊接热影响区的韧性，但过多的Mn易偏析，恶化钢的性能。本发明Mn含量控制在1.6～1.8％。
Nb：Nb可以提高奥氏体再结晶停止温度，同时易与C、N结合生成碳氮化物析出相，产生细化晶粒和析出强化的效果，改善强韧性。但含量过高时，会影响钢的焊接性能，且强化效果不明显，本发明将Nb含量控制在0.015～0.025％。
Ti：Ti可以固定钢中的N元素，形成TiN以阻止在加热、轧制、焊接等过程中的晶粒长大，改善钢板母材和焊接热影响区的韧性，但过量的Ti会恶化钢的韧性，因此Ti的含量控制在0.010～0.020％。
Ni：Ni可以显著改善钢的低温韧性，对冲击韧性和韧脆转变温度具有良好的影响，但含量过高会增加成本，且会造成钢板表明氧化铁皮难以除掉脱落，本发明中将Ni的含量控制在0.30～0.35％。
Cr：Cr为缩小奥氏体相区元素，可提高钢板的淬透性和强度。在C含量较低的情况下，添加适量的Cr，可以保证钢板达到所需的强度，但添加过多会提高冷裂纹敏感性，因此Cr的含量控制在0.31～0.35％。
Mo：Mo可以显著提高钢板的淬透性和强度，但添加过多会提高焊接裂纹敏感性，对焊接性能不利，本发明中Mo的含量控制在0.15～0.25％。
Al：Al是脱氧元素，与N化合形成的AlN还可以有效地细化晶粒，根据生产实践经验，Al含量控制在0.020％～0.040％较为合适。
钢中的杂质元素含量越少越好，P、S是对韧性有害的元素，为了得到良好的低温韧性，本发明钢控制P含量不超过0.010％，S含量不超过0.008％为宜。
一种690MPa级低焊接裂纹敏感性钢的制造方法，包括如下步骤：
1)板坯加热温度为1150～1250℃，保温时间为1.5～2.5h；
2)在控制轧制工序中，奥氏体再结晶区轧制开始轧温度为980～1150℃，未再结晶区轧制开始温度为850～950℃，终轧温度为800～900℃；
3)在控制冷却工序中，采用水冷却系统，冷却速率为15～30℃/s，终冷温度为200～400℃，之后空冷至室温；
4)在热处理工序中，回火温度为630～660℃，保温时间为1～2h。
与现有技术相比，本发明的有益效果至少在于：
1)成分简单，合金元素添加量较低，降低了生产成本；
2)采用控轧控冷+回火工艺，生产工艺简单；
3)钢板组织均匀，性能优异，同时具有低焊接裂纹敏感性，可简化焊接工艺。
附图说明
图1实施例1中钢板纵截面的显微组织照片。
具体实施方式
下面结合附图及一优选实施例对本发明的技术内容进行详细描述。
实施例1和2的化学成分见表1，实施例1的碳当量为0.474，实施例2的碳当量为0.490。采用的热轧和热处理工艺参数为：加热温度1180～1230℃，保温2小时，开轧温度980～1150℃，终轧温度800～900℃，冷速15～30℃/s，终冷温度200～400℃，轧制后成品钢板厚度为15～30mm，回火温度为630～660℃，在炉时间为1～2h。
实施例1和2的钢板厚度、力学性能见表2。
表1本发明实施例1和2涉及的低焊接裂纹敏感性钢的化学成分(wt％)
| C | Si | Mn | P | S | Nb | V | Ti | Ni | Cr | Mo | Als | Pcm | |
| 实施例1 | 0.07 | 0.27 | 1.62 | 0.0080 | 0.0030 | 0.020 | 0.02 | 0.016 | 0.30 | 0.31 | 0.24 | 0.033 | 0.199 |
| 实施例2 | 0.06 | 0.30 | 1.77 | 0.0077 | 0.0063 | 0.020- | 0.014 | 0.32 | 0.33 | 0.24 | 0.036 | 0.196 |
表2本发明实施例1和2涉及的低焊接裂纹敏感性钢的的力学性能
尽管本发明的实施方案已公开如上，但对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。
Claims (1)
1.一种690MPa级低焊接裂纹敏感性钢，其特征在于，该钢是由以下重量百分比的化学成分组成：C0.06～0.08%，Si0.25～0.30%，Mn1.60～1.80%，P≤0.010%，S≤0.008%，Ti0.010～0.020%，Ni0.30～0.35%，Cr0.31～0.35%，Mo0.15～0.25%，Al0.020～0.040%，Nb0.015～0.025%，V≤0.02%，其余为Fe及不可避免的杂质，钢的化学成分还必须满足焊接裂纹敏感性系数Pcm=C+Si/30+Ni/60+（Mn+Cr+Cu）/20+Mo/15+V/10+5B≤0.20%；
所述低焊接裂纹敏感性钢的显微组织为贝氏体和铁素体；
所述低焊接裂纹敏感性钢的成品厚度为15～30mm；
该低焊接裂纹敏感性钢的制造方法，包括以下步骤：
1）板坯加热温度为1150～1250℃，保温时间为1.5～2.5h；
2）在控制轧制工序中，奥氏体再结晶区轧制开始轧温度为980～1150℃，未再结晶区轧制开始温度为850～950℃，终轧温度为800～900℃；
3）在控制冷却工序中，采用水冷却系统，冷却速率为15～30℃/s，终冷温度为200～400℃，之后空冷至室温；
4）在热处理工序中，回火温度为630～660℃，保温时间为1～2h。
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