CN104294165B - 一种高均匀塑性变形的高强度中厚钢板及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

一种高均匀塑性变形的高强度中厚钢板及其生产方法，属于金属材料技术领域。钢板化学成分采用简单的Cr、Nb、B的微合金化设计，按重量百分比为C：0.03‑0.10％，Si：0.1‑0.5％，Mn：1.5‑2.0％，P≤0.008％，S≤0.006％，Al：0.02‑0.05％，Cr：0.3‑0.8％，Nb：0.08‑0.12％，Ti：0.01‑0.02％，余量为Fe及不可避免的夹杂。采用电炉冶炼，铸坯经加热后进行控制轧制和控制冷却，获得晶粒细小的贝氏体组织，轧制态钢板的屈服强度≥690Mpa，抗拉强度＞770Mpa，延伸率14.5‑17.5％，‑20℃冲击功≥72J，Rp0.2/Rm≤0.9，具有高强度，高韧性，低屈强比，高均匀塑性变形能力，良好抗震性，可以普通应用于各种机械、桥梁、建筑、管线和海洋平台等基础设施或装备。

Description

一种高均匀塑性变形的高强度中厚钢板及其生产方法
技术领域
本发明属于金属材料技术领域，具体涉及一种高均匀塑性变形的低成本高强度中厚钢板及其生产方法，该生产方法适用于钢质洁净度高、能实现大压下轧制和高冷速冷却的宽厚板生产线。
背景技术
传统技术中，生产屈服强度超过550Mpa的中厚钢板成分设计方面普遍综合添加Nb、V、Ni、Cr、Mo、Cu等贵重金属，生产工艺上采用控制轧制控制冷却+回火或者调质等其他热处理手段，工序成本高，且其屈强比为0.92-0.98。屈强比是表征材料因过载而发生整体均匀塑性变形能力的力学参量，其与材料的加工硬化能力密切相关。随着各种机械、桥梁、建筑、管线和海洋平台等基础设施或装备用钢的需求量越来越大，质量性能要求越来越高，钢板不仅要求具有较高的强度，同时需要良好的低温韧性、高均匀塑性变形能力、抗疲劳性能和抗断裂特性等。因此开发具有低屈强比、高均匀塑性变形能力、高强韧性、良好抗震性的经济型高强度中厚钢板具有重要的意义。
在本发明前，专利号为CN103725973A的低成分低Pcm值800MPa级高强钢及其生产方法，合理设计低Pcm值高强度钢成分体系，在不添加Ni、Mo、Cu等合金的前提下，采用低C、适当的Mn及Cr，合理添加微合金元素Nb、V及微量元素B，通过严格的两阶段控制轧制、轧制后使用“UFC+ACC”联合冷却及后续回火处理，综合利用合金元素Mn、Cr、Nb及V在钢板轧制、冷却及回火过程中的各种强化作用所生产的低焊接裂纹敏感性抗拉强度800MPa级高强度钢。与本发明相比，该专利生产钢板经过回火处理，生产成本高，自然资源消耗更多。
专利号为CN103952643A的一种屈服强度690MPa级低屈强比钢板及其制备方法，与本专利比，该发明(1)采用Ni、Mo微合金元素，合金成本高；(2)O≤20ppm、H≤2ppm，要求炼钢连铸设备配置高，工艺控制极其严格，工艺控制成本高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高均匀塑性变形的低成本高强度中厚钢板及其生产方法。
本发明化学成分采用简单的Cr、Nb、B的微合金化设计，按重量百分比为C：0.03-0.10％，Si：0.1-0.5％，Mn：1.7-2.0％，P≤0.008％，S≤0.006％，Al：0.02-0.05％，Cr：0.3-0.8％，Nb：0.08-0.12％，Ti：0.01-0.02％，余量为Fe及不可避免的夹杂。
各元素作用如下：
C：选择为0.03-0.1％。碳含量对钢材的强度、韧性和焊接性能都有影响。必要的碳含量起到固溶强化的作用，与加入的Nb、Ti元素作用，析出微合金碳化物，起到抑制再结晶和析出强化的作用。
Si：选择为0.1-0.5％。Si是炼钢脱氧的必要元素，且以固溶强化形式提高钢的强度；含量太低脱氧效果不佳，含量太高会降低韧性，可焊性较差。
Mn：选择为1.5-2.0％。Mn是固溶强化和提高钢板抗拉强度的最重要元素，在调质钢中还能降低奥氏体向铁素体转变温度，扩大奥氏体相区，有利于控轧过程中对晶粒尺寸的控制，获得细小组织，利于低温韧性的改善，且其成本低廉，应用经济，因此本发明中把Mn左右主要合金元素。
Al：选择为Al：0.02-0.05％。Al为脱氧元素，形成AlN有效硅细化晶粒，与Si相似，含量不足，脱氧效果很差，太高则影响韧性。
Nb：选择为0.08-0.12％。Nb能够有效地抑制奥氏体再结晶，提高再结晶温度，扩大未再结晶区范围，为精轧阶段控制轧制加大压下量来细化最终组织提供保证。其中，固溶铌的细小碳氮化物对奥氏体晶界及亚结晶起到钉扎拖曳作用，在冷却过程中，部分固溶铌可以在贝氏体中析出碳氮化物，起到析出强化的作用。
Ti：选择为0.01-0.02％。钛除了固定氮元素，还可以阻止加热、轧制和焊接过程中晶粒的长大，改善母材和焊接热影响区的韧性。
S和P：选择为≤0.010％和0.006％。P、S均为有害元素，严格控制P、S含量有利于提高钢板的低温韧性。
Cr：选择为0.5-0.9％，增加钢板淬透性，提高钢板强度，增加马氏体/铁素体板条间位相差，改善低温韧性；能与C和P反应，在表面一层很薄的硬层，改善钢板硬度和耐磨性能。
B：选择为0.001-0.002％，显著增加钢板的淬透性，价格低廉，经济实惠，加入过多对钢板韧性和焊接性能不利。
本发明的采用的生产工艺如下：
(1)电炉冶炼方坯，加热温度1250℃，保温时间1.5-2h，使0.08-0.12％Nb、Cr等元素能够充分固溶，奥氏体化充分；
(2)采用小轧机的大压下控制轧制和高冷速的控制冷却，奥氏体未再结晶区段开轧温度850℃-860℃，单道次压下量20-35％，终轧温度800℃-810℃，钢板温度均匀；控制冷却开冷温度790-800℃，终止冷却温度400-450℃，冷却速率达到30-35℃/s，随后空冷至室温，获得细小的贝氏体组织。
本发明钢板化学成分设计简单，只采用Nb+Cr+B微合金方式，合金成本较低，节省自然资源。
本发明涉及钢板只需进行控制轧制控制冷却工艺，无需进行回火、调质等热处理工艺，缩短用户使用周期，降低用户生产成本，节约社会资源和能源，满足绿色环保设计理念。
采用本发明化学成分、工艺路线，可以成功稳定生产轧制态高强钢板，屈服强度≥690Mpa，抗拉强度＞770Mpa，延伸率14.5-17.5％，-20℃冲击功≥72J，Rp0.2/Rm≤0.9，具有高强度，高韧性，低屈强比，高均匀塑性变形能力，良好抗震性，可以普通应用于各种机械、桥梁、建筑、管线和海洋平台等基础设施或装备。
附图说明
图1为1#实例的贝氏体照片。
图2为2#实例的贝氏体照片。
具体实施方式：
实施实例：
本实施实例为采用电炉冶炼，小轧机轧制的20mm厚具有高强韧性、高均匀塑性变形能力的钢板，其成分重量百分比如表1，工艺参数控制见表2，力学性能见表3，图1至图2为1#和2#实例的贝氏体照片。
表1化学成分，余量为Fe及不可避免的夹杂
C Si Mn P S Cr B Nb Ti
1# 0.068 0.24 1.68 0.009 0.006 0.48 0.0018 0.086 0.011
2# 0.075 0.22 1.78 0.010 0.004 0.49 0.0021 0.092 0.010
表2小轧机工艺参数
轧制编号 精轧温度℃ 终轧温度℃ 开冷温度℃ 终冷温度℃ 冷却速率℃/s
1# 860 810 795 446 31.2
2# 855 805 800 440～460 33.5
表3实例钢板力学性能

Claims (1)

1.一种高均匀塑性变形的高强度中厚钢板的生产方法，其特征在于，工艺步骤及在工艺中控制的技术参数为：
(1)电炉冶炼方坯，加热温度1250℃，保温时间1.5-2h，使0.08-0.12％Nb、Cr元素能够充分固溶，奥氏体化充分；
(2)采用小轧机的大压下控制轧制和高冷速的控制冷却，奥氏体未再结晶区段开轧温度850℃-860℃，单道次压下量20-35％，终轧温度800℃-810℃，钢板温度均匀；控制冷却开冷温度790-800℃，终止冷却温度400-450℃，冷却速率30-35℃/s，随后空冷至室温，获得细小的贝氏体组织；
所述的高均匀塑性变形的高强度中厚钢板的化学成分按重量百分比为：C：0.03-0.1％，Si：0.1-0.5％，Mn：1.5-2.0％，P≤0.008％，S≤0.006％，Al：0.02-0.05％，Cr：0.3-0.8％，Nb：0.08-0.12％，Ti：0.01-0.02％，余量为Fe及不可避免的夹杂。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102268607A (zh) * 2010-06-07 2011-12-07 鞍钢股份有限公司 煤矿液压支架专用高强韧钢板及其制造方法

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