CN102953000A

CN102953000A - 一种超高强度钢板及其制造方法

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Publication number: CN102953000A
Application number: CN2011102420846A
Authority: CN
Inventors: 张涛; 侯华兴; 刘明; 杨颖�; 张哲�; 赵坦
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 2011-08-19
Filing date: 2011-08-19
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2031-08-19
Also published as: CN102953000B

Abstract

本发明提供一种超高强度钢板及其制造方法，其成分：C 0.10％～0.20％、Si 0.8％～1.5％、Mn 1.00％～1.50％、Nb 0.02％～0.06％、Mo0.20％～0.40％、B 0.0005％～0.003％、Ti 0.015％～0.03％、Als 0.015％～0.045％，余为Fe。其方法包括冶炼、连铸、轧制和热处理，板坯加热温度1220～1240℃，加热时间60～110秒/厘米；第一阶段轧制温度≥990℃；第二阶段开轧温度920～870℃，终轧温度800～850℃，变形量大于60％；轧后开冷温度730～780℃，返红温度600～700℃；淬火温度900～930℃，保温1.5～2.5分/毫米；回火温度200～300℃，保温3～5分/毫米。本发明钢板不含Ni，成本较低，两阶段控轧后经离线淬火加低温回火即可获得屈服强度大于1100N/mm²，-40℃纵向低温韧性大于30J的超高强度钢板。

Description

一种超高强度钢板及其制造方法

技术领域

本发明属于金属材料技术领域，尤其涉及一种1100MPa级别高强度焊接结构用钢板及其制造方法。

背景技术

随着我国工程机械行业的快速发展，对超高强度可焊接大型工程机械用结构钢板的需求不断增加。1100MPa级别主要用于推土机、挖掘机等大型机械。

由北京科技大学申请的公开号为CN101942616A、名为“一种高延伸率高强度低碳贝氏体钢板及其生产方法”的中国专利，其成分重量百分比为：C：0.06％～0.18％，Si：0.55％～1.7％，Mn：1.1％～1.7％，P：≤0.007％，S：≤0.006％，N≤0.0040％，Nb：0.02％～0.06％，Mo：0.25％～0.4％，Ti：0.01％～0.02％，Cr：0.3％～0.5％，Ni：0.3％～0.8％，Cu：0.3％～0.8％，V：0.025％～0.05％，B：0.0005％～0.0015％，可选成份Als：0.015％～0.02％，其他为铁和不可避免杂质。钢板的微观组织是一种复相组织，有贝氏体组织、马氏体组织、以及少量的残余奥氏体组织，同时含有弥散分布的Nb、V、Ti等元素的碳化物。该高延伸率高强度低碳贝氏体钢板的生产方法，包括备料、转炉或电炉冶炼、炉外精炼、连铸、板坯再加热、控制轧制、控制冷却，热处理。该专利热处理工艺复杂需要在线淬火到260～300℃，然后进行550～680℃回火，出炉后水冷至室温，最后进行200～230℃低温回火。10mm厚度钢板屈服强度在1100MPa以上，延伸率大于20％。该专利成分、热处理工艺复杂，含Cr、Ni、Cu等贵重合金元素，生产成本较高；而且需要专用的在线淬火设备，众所周知，该强度级别的常用厚度为25mm以下，此厚度范围内的钢板在线淬火时容易变形，不利于工业生产。

由宝山钢铁股份有限公司申请的公开号为CN1840723、名为“屈服强度1100MPa以上超高强度钢板及其制造方法”的中国专利，其成分(重量百分比)为：C 0.10％～0.20％；Si≤0.6％；Mn 0.5％～2.5％；Al≤0.03％；N 0.001％～0.006％；B 0～0.0025％；Ca 0～0.006％；P≤0.015％；S≤0.005％；Ni 0.2％～1.2％、Cr 0～0.8％、Cu 0～0.5％和Mo 0～0.6％中的一种或几种以上；Ti 0.01％～0.03％、V 0～0.1％和Nb 0.01％～0.1％中的一种或几种以上；余铁和不可避免杂质。其制造方法为将钢坯加热至1100～1250℃；在奥氏体可发生再结晶区将钢坯轧制成钢板；在奥氏体未发生再结晶区将钢板轧制，终轧温度介于860～920℃之间；以不低于约20℃/s的冷却速率在线淬火，至200～400℃的淬火终止温度；对淬火后的钢板进行回火。该专利实施例中屈服强度大于1100MPa，延伸率大于20％，-40℃冲击韧性大于32J。该专利成分、热处理工艺复杂，含较多贵重合金元素，生产成本较高，要求有轧后在线淬火设备，且冷速大于20℃/s，必然会形成很大的残余应力，在线淬火时容易变形。

由燕山大学申请的公开号为CN101481779、名为“高塑性高韧性超高强度钢及其制造方法”的中国专利，其化学成分为(wt％)：C 0.15％～0.30％，Mn 0.20％～1.40％，Si 0.10％～0.50％，P≤0.015％，S≤0.012％，Ni≤0.20％，Cr 0.40％～1.50％，Mo 0.25％～1.35％，V 0～0.10％，Cu≤0.2％，Al 0.01％～0.05％，B 0.0005％～0.0020％，[O+N]≤0.010％，余量为Fe及杂质。其制造方法包括按配方冶炼、连铸成坯料、热轧成板材或管材、经875～930℃保温25～40分钟淬火和625～675℃回火30～90分钟后空冷的工艺进行调质热处理。该钢的屈服强度≥1000MPa、抗拉强度≥1100MPa、0℃冲击功≥100J，延伸率20％～30％。该专利合金成分相对简单，但屈服强度无法达到1100MPa，实施例中钢板淬火热处理介质为饱和的食盐水，盐水淬火可显著提高淬透性，但会产生不利于环境的废品且极易造成钢板变形或开裂，因此大多数钢厂均采用水为淬火介质，该专利不利于工业生产推广使用。

公开号为JP9227983A、名为“一种耐延迟破坏的超高强度钢板的生产方法”的日本专利，其化学成分：C 0.2％-0.5％，Si 0.2％-2.0％，至少1种以上含量0.2％-3.0％的Mn，Ni、Cr，至少1种以上含量0.01％～0.3％的Al、Nb、V、Ti。热轧后采用铅浴淬火加低温回火的调质工艺生产，抗拉强度大于1100MPa，具有较强的耐延迟破坏性能。该专利实施例中有相当的Ni、Cr含量，C含量较高0.24％～0.35％，N含量0.00100％～0.00211％，冶炼时增N困难且成本较高，该方法需专用铅浴淬火热处理生产设备，不利于环境，且屈服强度不能达到1100MPa。

由以上现有技术可知，目前1100MPa级别高强度焊接结构用钢板的生产存在这样或那样的不足，主要包括：①采用热轧后多次淬火，生产工艺复杂；②贵重合金含量高，成本较高；③需要专用的在线淬火设备或盐水、铅等专用冷却介质，且板形不容易保证；④屈服强度低于1100MPa。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种化学成分简单、无需在线淬火、屈服强度1100MPa的高强度钢板及其制造技术。

本发明超高强度钢板的化学成分以低C高Si无Ni，复合添加少量Nb、Mo为基本特征，其重量百分比为：C 0.10％～0.20％、Si 0.8％～～1.5％、Mn 1.00％～1.50％、Nb 0.02％～0.06％、Mo 0.20～0.40％、B 0.0005～0.003％、Ti 0.01％～0.03％、Als 0.015％～0.045％，余量为Fe及不可避免的杂质。钢中的杂质元素控制在P≤0.015％，S≤0.005％，[N]≤0.0040％，[O]≤0.0020％。

为了保证钢的强度和淬透性需要相当的碳含量做保证，碳含量过高则塑性韧性降低，焊接性能下降，为了保证钢的焊接性能和低温韧性，C的含量不宜超过0.20％。Si、Mn的主要作用是固溶强化和脱氧，过多时会使焊接性能下降，同时影响韧性，Mn含量高于1.5％时易形成中心偏析。Nb和Ti主要作用是延迟再结晶温度，同时抑制加热时晶粒长大，还有固溶和析出强化的作用。Mo、B主要作用是提高钢的淬透性，淬火时形成完全的马氏体组织，保证屈服强度在1100MPa以上。

本发明钢的具体生产工艺如下：

生产工艺流程：冶炼-连铸-钢坯加热-二阶段控制轧制-控制冷却-热处理-成品。

冶炼工艺特征：进行铁水预处理，采用转炉冶炼，通过顶吹或顶底复合吹炼，进行精炼处理，并进行微合金化，将钢中杂质含量控制在上述成分范围；精炼时控制钢水[N]≤0.0040％，[O]≤0.0020％，从而使有效B含量控制在0.0010％～0.0020％；加Ti微合金化，保证Ti/N≥3.6；连铸采用电磁搅拌，以减少元素偏析。

轧制工艺特征：轧前板坯加热温度为1220～1240℃，并根据钢板厚度60秒/厘米～110秒/厘米控制加热时间；采用两阶段控轧，以充分细化相变前的组织，第一阶段再结晶区轧制温度控制在≥990℃；第二阶段再结晶区轧制开轧温度控制在920～870℃，终轧温度控制在800～850℃，积累变形量大于60％；轧后水冷，水冷开始温度730～780℃，返红温度600～700℃，之后空冷。本发明采用控轧控冷工艺以充分细化调质前钢板的组织，有利于钢板热处理后获得良好的强韧配合；而且控冷后返红温度较高，钢板可以进行矫直，保证钢板热处理前板型良好。

热处理工艺特征：将热轧后的钢板加热到900～930℃，保温1.5～2.5分/毫米，进行淬火处理；淬火后尽快进行低温回火，回火温度在200～300℃，保温3～5分/毫米。通过回火，调整钢的强度，同时改善钢的韧性和塑性。本发明的最佳淬火温度为920℃，保温时间2分/毫米；最佳回火温度为250℃，保温4分钟/毫米。

本发明高强度钢板化学成分简单，不含贵重合金元素Ni，成本相对低廉；生产工艺简单，热轧后只需一次离线淬火加低温回火即可获得良好的性能，其屈服强度大于1100N/mm²，-40℃纵向低温韧性大于30J。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步的说明。

本发明实施例钢的化学成分见表1，其轧制工艺参数见表2，热处理工艺参数见表3，钢的性能检验结果见表4。

表1、本发明实施例钢的冶炼成分，Wt％

表2、本发明实施例钢的轧制工艺

表3、本发明实施例钢的热处理工艺

表4、本发明实施例钢的力学性能

Claims

1.一种超高强度钢板，其特征在于钢的化学成分重量百分比为：C0.10％～0.20％、Si 0.8％～1.5％、Mn 1.00％～1.50％、Nb 0.02％～0.06％、Mo 0.20％～0.40％、B 0.0005％～0.003％、Ti 0.015％～0.03％、Als0.015％～0.045％，P≤0.015％，S≤0.005％，[N]≤0.0040％，[O]≤0.0020％，余量为Fe及不可避免的杂质。

2.一种权利要求1所述超高强度钢板的制造方法，包括冶炼、连铸、轧制和热处理，其特征在于轧前板坯加热温度1220～1240℃，加热时间为钢板厚度60秒/厘米～110秒/厘米；采用两阶段控轧，第一阶段再结晶区轧制温度控制在≥990℃；第二阶段开轧温度为920～870℃，终轧温度控制在800～850℃，积累变形量大于60％；轧后水冷，开冷温度730～780℃，返红温度600～700℃，之后空冷；再将热轧板加热到900～930℃进行淬火，保温1.5～2.5分/毫米；回火温度200～300℃，保温3～5分/毫米。

3.根据权利要求2所述超高强度钢板的制造方法，其特征在于所述热轧板的淬火温度为920℃，保温时间2分/毫米，回火温度为250℃，保温4分钟/毫米。

4.根据权利要求2所述超高强度钢板的制造方法，其特征在于在所述冶炼过程中精炼时控制钢水[N]≤0.0040％，[O]≤0.0020％，B：0.0010％～0.0020％；加Ti微合金化，保证Ti/N≥3.6；所述连铸采用电磁搅拌。