CN103667912A

CN103667912A - 一种低合金钢板及钢板的热处理方法

Info

Publication number: CN103667912A
Application number: CN201310744482.7A
Authority: CN
Inventors: 张鹏; 周平; 王腾飞; 李灿明; 冯文义; 武文健; 刘清
Original assignee: Laiwu Iron and Steel Group Co Ltd
Current assignee: Laiwu Steel Group Yinshan Section Steel Co Ltd
Priority date: 2013-12-30
Filing date: 2013-12-30
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2033-12-30
Also published as: CN103667912B

Abstract

本发明公开了一种低合金钢板及钢板的热处理方法，该低合金高强钢的化学成分重量百分比为：C:0.12～0.20wt%、Si：0.20～0.60wt%、Mn：1.20～1.80wt%、P≤0.030wt%、S≤0.030wt%、Nb：0.020～0.080wt%、V≤0.050wt%、Ti：0.010～0.060wt%、Al：0.015～0.045wt%，其余为Fe和微量杂质。本发明可以有效减少钢板热处理后的强度损失，屈服强度和抗拉强度较常规正火钢板提高30MPa以上，可有效减少正火钢板的合金元素含量，降低生产成本。

Description

一种低合金钢板及钢板的热处理方法

技术领域

本发明属于中厚板钢板生产领域，主要涉及一种低合金钢板及钢板的热处理方法。

背景技术

正火钢板广泛应用于压力容器、高层建筑、桥梁、工程机械等领域，具有不可替代的作用，特别是一些风电、容器项目，在项目设计时就强制要求使用正火钢板。

传统的正火工艺，加热后空冷，冷却速度较慢，钢板的晶粒在高温下长大，机械性能尤其是强度性能下降幅度较大。采用提高碳元素、合金元素含量的方法保证钢板的强度性能，会导致焊接性能恶化，同时又会提高冶炼成本。

CN101831532A提供了一种钢板正火后加速冷却工艺方法，钢板在热处理炉中加热温度为850～950℃，冷速控制在2～20℃/s，钢板表面终冷温度控制在400-700℃，冷却方式为气雾冷却和层流冷却结合或气雾冷却和喷射冷却结合。

CN101319270A提供了一种提高正火后钢板力学性能的热处理方法，钢板加热温度为Ac3以上30～50℃，保温3～40min，出炉后采用淬火机进行弱水冷处理，钢板表面终冷温度控制在600～800℃。

CN102605238A提供了一种50公斤级正火钢板，其化学成分为：C:0.05～0.25wt%、Si：0.10～0.50wt%、Mn：0.80～1.60wt%、Cu：≤0.40wt%、Mo：≤0.13wt%、Ni：≤0.40wt%、P：≤0.020wt%、S：≤0.020wt%、Nb：≤0.030wt%、V：≤0.040wt%、Ti：0.010～0.060wt%、Al：0.02～0.1wt%，其余为Fe和其他不可避免的杂质。热处理采用常规正火处理，钢板在加热炉中加热温度为910℃，保温时间44～62min，出炉后空冷。

CN102719737A提供了一种屈服强度460MPa级正火高强韧钢板及其制造方法，其化学成分为：C：0.14wt%～0.20wt%，Si：0.20wt%～0.60wt%，Mn：1.20wt%～1.70wt%，V：0.12wt%～0.20wt%，Ni：0.15wt%～0.40wt%，N：0.005wt%～0.020wt%，Alt：0.005wt%～0.040wt%，P≤0.015wt%，S≤0.005wt%，其余为铁Fe和不可避免的杂质。采用控轧+常规正火方式生产，钢板正火温度控制在880～920℃，保温时间15～40min，出炉后空冷。

上述专利文献公开的技术方案存在如下不足：一是需要添加Ni、V或Ni、Mo、Nb、V、Ti、Cu等微合金元素，合金含量大，成本高；二是采用常规正火，晶粒粗大、厚度方向均匀性差，钢板韧性差，且能耗大；三是冷速较低，钢板的可控终冷温度较高，正火后水冷工艺应用的灵活性较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种低合金高强钢板，通过加快正火后钢板的冷却速度、控制相变类型、细化组织、提高钢板的强度性能，并且保持钢板的韧性不降低、改善钢板的可焊接性能，并提供该钢板的热处理方法。

本发明提供的低合金高强度钢板，其组成为：C:0.12～0.20wt%、Si：0.20～0.60wt%、Mn：1.20～1.80wt%、P：≤0.030wt%、S：≤0.030wt%、Nb：0.020～0.080wt%、V：≤0.050wt%、Ti：0.010～0.060wt%、Al：0.015～0.045wt%，其余为Fe和不可避免的杂质。所述钢板的厚度为8～80mm厚度。

优选地，所述钢板的化学成分的质量百分比为：C:0.15～0.18wt%、Si：0.20～0.45wt%、Mn：1.40～1.60wt%、P：≤0.020wt%、S：≤0.015wt%、Nb：0.030～0.050wt%、V：≤0.040wt%、Ti：0.015～0.035wt%、Al：0.020～0.045wt%，其余为Fe和微量杂质。

本发明各元素的作用如下：

碳：作为最主要的固溶强化元素，显著提高钢的强度。但碳对提高钢的冲击韧性尤其是上平台冲击功非常不利，还明显损害焊接性能。因此，本发明的钢板限定C含量在0.12～0.20wt%范围内，其优选范围为0.15～0.18wt%。

硅：钢中脱氧元素之一，同时具有较强的固溶强化作用，但过量的Si将恶化钢的韧性及焊接性能。因此，本发明的钢板限定硅含量在0.20～0.60wt%，其优选范围为0.20～0.45wt%。

锰：钢的强化元素之一，同时也是脱氧、硫元素，为保证正火处理后钢板的强度，改善钢板的韧性，需要在钢中加入≥0.80wt%的Mn。但Mn元素含量太高，也会恶化钢板的可焊接性。因此，本发明的钢板限定Mn含量在1.20～1.80wt%范围内，其优选范围为1.40～1.60wt%。

铌：典型的微合金强化元素，对于正火钢，可有效提高钢板的强度，并改善钢板的韧性，但Nb是贵金属元素。因此，本发明涉及的钢板限定Nb含量在0.020～0.080wt%范围内，其优选范围为0.030～0.050wt%。

钛：钢中加入少量Ti是为了形成纳米级尺寸的TiN粒子，可以细化铸坯加热过程中奥氏体晶粒。Ti含量应控制在0.005～0.040wt%范围内，低于0.005wt%所形成TiN数量稀少，细化晶粒作用很小；高于0.05wt%将形成微米级尺寸的液析TiN，不仅无法细化晶粒作用，而且对钢板韧性有害。因此，本发明的钢板限定Ti含量在0.010～0.060wt%范围内，其优选范围为0.015～0.035wt%。

钒：是典型的微合金强化元素，但V含量是贵金属元素，且加入量过高也对导致钢板焊接热影响区的性能恶化。因此，本发明的钢板限定V含量≤0.050wt%，其优选范围为≤0.040wt%。

铝：是强脱氧元素，还可与N结合形成AlN，能够起到细化晶粒作用。相应标准中规定Al含量≥0.015wt%，但Al含量过高是会对连铸生产、钢中夹杂物等造成负面影响。因此，本发明的钢板限定Al含量≥0.015wt%，其优选范围为≥0.020wt%。

磷和硫：钢中杂质元素，显著降低塑韧性和焊接性能，特别是Mn含量较高时S含量应严格控制在较低水平，因此，本发明涉及的钢板优选范围为P≤0.020wt%，S≤0.015wt%。

通过改善合金钢的组成，可以使上述组成的钢板其强度达到460MPa。

本发明还提供了一种钢板的热处理方法，所述方法包括：

将钢板加热至760～820℃，该温度低于临界温度约30-70℃，并保温5～30min进行两相区正火，之后以2～35℃/s速度进行冷却，终冷温度为300～650℃。

优选的，采用高密度管层流装置或淬火机对钢板进行冷却。

采用此方法进行两相区正火时，钢板中可以保留约10%-30%的未熔铁素体，未熔铁素体存在可以有效阻止奥氏体晶粒长大，从而细化晶粒；并防止应力集中和内部裂纹扩展；且可使P、S等脆化杂质在铁素体富集，减少其在奥氏体晶界上的偏析。

本发明还提供了一种钢板的制备方法，包括

1）冶炼和铸造：采用转炉或电炉冶炼，铸造采用连铸。

2）中厚板轧机轧制：连铸坯在加热炉中加热，加热温度为1150-1250℃，时间为2-6小时，加热后进行轧制。轧制工艺为：粗轧轧制3～8道次，粗轧终轧温度为1000～1140℃；精轧轧制5-14道次，精轧开轧温度为830～1060℃，；轧后冷却，10-16mm厚度钢板空冷，16-80mm厚度钢板采用弱水冷，冷速5-10℃/s，终冷温度600-650℃；对钢板进行热矫直。

3）正火及冷却。

本发明中对低合金钢正火后采用弱水冷处理，加快钢板的冷却速度，缩短钢板的高温停留时间，控制相变类型，细化相变组织，进而提高钢板的强度性能，保持钢板韧性不降低。本发明实施后，较常规正火，钢板的屈服强度可提高30-80MPa，抗拉强度可提高30-60MPa。从成分设计角度，在保证力学性能相同的条件下，可降低碳和合金元素含量，提高钢板的可焊接性能，降低冶炼的合金成本。

附图说明

图1、实施例1的微观组织图。

图2、实施例2的微观组织图。

图3、实施例3的微观组织图。

图4、实施例4的微观组织图。

具体实施方式

以下为本申请的优选实施例，其仅用作对本申请的解释而不是限制。

Q460系列正火钢板的化学成分如表1所示，采用转炉冶炼并浇铸成连铸坯，将连铸坯在加热炉中加热，采用中厚板轧机轧制。铸坯出炉温度、精轧开轧温度、终冷温度等主要工艺参数见表2。钢板正火加热温度、保温时间、终冷温度等主要工艺参数见表3。相应钢板拉伸强度、延伸率、0℃纵向冲击功等性能见表4，可见本发明在保证钢板强度的同时，低温冲击韧性优异。实施的微观组织分别见图1-图4，从图上可以看出，各厚度钢板的微观组织组成均为铁素体和珠光体，晶粒细小、均匀，带状组织基本消除。

表1本发明实施例化学成分（wt%）

实施例	C	Si	Mn	P	S	Nb	V	Ti	Al
										1	0.17	0.45	1.51	0.011	0.004	0.061	0.049	0.035	0.056
2	0.15	0.56	1.77	0.023	0.001	0.071	0.031	0.021	0.037
										3	0.12	0.41	1.46	0.010	0.001	0.047	0.026	0.030	0.041
4	0.20	0.24	1.22	0.016	0.002	0.023	0.001	0.016	0.043

表2本发明实施例的主要生产工艺参数

表3本发明实施例正火及冷却工艺参数

实施例	加热温度(℃)	保温时间(℃)	出炉温度(℃)	终冷温度(℃)	冷却速度(℃/s)
						1	820	27	817	488	17.5
2	800	20	798	591	10
						3	780	11	778	615	19.2
4	760	5	759	637	27.7

表4本发明实施例钢板力学性能

实施例	厚度(mm)	抗拉强度(MPa)	屈服强度(MPa)	延伸率(wt%)	0℃Akv(J)
						1	80	465	614	22.5	176
2	60	434	599	24.0	133
						3	25	483	639	24.5	157
4	10	544	685	21.0	102

Claims

1.一种低合金钢板，其特征在于，所述钢板化学成分的重量百分比为：C:0.12～0.20wt%、Si：0.20～0.60wt%、Mn：1.20～1.80wt%、P：≤0.030wt%、S：≤0.030wt%、Nb：0.020～0.080wt%、V：≤0.050wt%、Ti：0.010～0.060wt%、Al：0.015～0.045wt%，其余为Fe和微量杂质。

2.根据权利要求1所述的钢板，其特征在于，所述钢板的化学成分重量百分比为：C:0.15～0.18wt%、Si：0.20～0.45wt%、Mn：1.40～1.60wt%、P：≤0.020wt%、S：≤0.015wt%、Nb：0.030～0.050wt%、V：≤0.040wt%、Ti：0.015～0.035wt%、0.020wt%≤Al≤0.045wt%，其余为Fe和微量杂质。

3.根据权利要求1或2所述的钢板，其特征在于，所述钢板经如下正火处理：将钢板加热至760～820℃，并保温5～30min，然后以2～35℃/s速度进行冷却，终冷温度为300～650℃。

4.权利要求1～3任一钢板的热处理方法，包括：

将钢板在热处理炉中加热至760～820℃，并保温5～30min，然后以2～35℃/s的速度冷却，终冷温度控制在300～650℃。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，钢板正火后通过高密度管层流装置或淬火机进行冷却。