CN104805374B - 一种厚度超过120mm的Q460E钢板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了厚度超过120mm的Q460E钢板，化学成分按质量百分比计为C：0.15～0.19%，Mn：1.5～1.75%，Si：0.20～0.50%，S：≤0.01%，P：≤0.015%，Nb：0.03～0.055%，Ti：0.015～0.03%，V：0.07～0.14%，Al：≤0.06%，N：≤0.010%，O：≤0.006%，Mo：≤0.15%，Cu：0.25～0.35%，Ni：0.15～0.25%，Cr≤0.3%，Ca：0.0005～0.0015%，余量为Fe及不可避免的杂质元素。钢板的制造工艺流程为冶炼、连铸→再加热→轧制→DQ快速冷却+自回温→堆冷→正火，所得钢板的厚度可达120mm以上，屈服强度提高至了460MPa以上，晶粒度达到了8.0级及以上。

Description

一种厚度超过120mm的Q460E钢板及其制造方法

技术领域

本发明属于Q460E钢板制造领域，具体涉及一种厚度超过120mm的特厚Q460E(S460NL)钢板及其制造方法。

背景技术

国内特厚钢板一般是指厚度超过60mm的钢板，根据钢板具有的不同强度，特厚钢板进一步可分为Q345及以下级别、Q390及以下级别、Q460及以下级别、Q550及以下级别、Q690及以下级别以及Q690以上级别。

特厚钢板有着不同的交货状态，主要分别是控轧态，TMCP态交货（含回火处理）、正火态、调质态等等。

正火态交货的钢板由于经过正火后钢板的强度下降均很明显，因此不论是国标GB1591-2008还是欧标EN10024-2004中均提到Q460(S460)为最高强度级别，且在标准中根据厚度组距对应不同的最低强度要求。如S460强度级别100～150mm厚钢板只需380Mpa即可，同时正火处理中，因钢板越厚，钢板在空冷环境下冷却越慢，所获得的铁素体晶粒度也越小，如在100mm厚以上的正火处理钢板的晶粒度通常不高于7～7.5级。如何将120mm以上钢板正火处理后的屈服强度提高到不低于460Mpa、低温冲击韧性良好，且能将晶粒度控制在8级以上是一项具有挑战性的工作。

申请专利号CN201310329673“大单重特厚Q460级别高强度钢板及其制造方法”，该的发明专利有如下特点：钢板交货态为TMCP态，屈服强度为400MPa级别。申请专利号CN201310730180“一种120mmQ460级结构钢板及其生产方法”，该申请专利有如下特点：交货态为正火态，厚度实际为100mm，且强度为400Mpa级别，同时未提到晶粒度级别。前述两个专利虽然均为特厚板，且强度级别按照标准划分要求均在Q460(S460欧标)级别，但是实际强度均只能达到400Mpa，要实现钢板的厚度进一步增加到120mm以上且正火态交货，使保证钢板屈服强度保持在460Mpa及以上，需要对现有钢板及钢板的制造方法做出进一步优化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种厚度超过120mm、屈服强度达到460MPa以上的Q460E（S460NL）钢板，低温冲击韧性良好，且能将晶粒度控制在8级以上，具有优良的机械性能。

本发明所要解决的另一技术问题是针对上述现有技术现状提供一种制造上述厚度超过120mm、屈服强度达到460MPa以上的钢板制造方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为，一种厚度超过120mm的Q460E钢板，该钢板的化学成分按质量百分比计为C：0.15～0.19%，Mn：1.5～1.75%，Si：0.20～0.50%，S：≤0.01%，P：≤0.015%，Nb：0.03～0.055%，Ti：0.015～0.03%，V：0.07～0.14%，Al：≤ 0.06%，N：≤ 0.010%，O：≤ 0.006%， Mo：≤ 0.25%， Cu：0.25～0.35%，Ni：0.15～0.25%，Cr≤ 0.3%，Ca：0.0005～0.0015%，余量为Fe 及不可避免的杂质元素；所述钢板的厚度为120～160mm，屈服强度≥460MPa，抗拉强度为≥600MPa，延伸率≥24%，晶粒度达到8.0级及以上。

本发明厚度超过120mm的Q460E钢板的化学成分是这样确定的:

C：钢中最经济、最基本的强化元素，正火态下，通过固溶强化和析出强化可明显提高钢的强度，但对钢的韧性及延性以及焊接性能带来不利影响，考虑到本发明为超厚规格，同时需要保证钢板具有一定的焊接性能，故将钢中C含量控制在0.15～0.19%

Mn：正火态下，主要通过固溶强化提高钢的强度，同时钢的韧性不会发生明显恶化，Mn同时还是扩大γ相区的元素，可降低钢的γ→α相变温度，有助于获得细小的相变产物，可提高钢的韧性，但过高的Mn含量会导致Mn偏析，尤其是生产特厚钢板需要特厚板坯的情况下，由于连铸规律，厚规格板坯容易在铸坯心部形成带状偏析，本发明的设计思路始终围绕在细化晶粒度上面，将Mn控制在1.5～1.75%能够控制偏析程度。

Nb：是晶粒细化元素，对晶粒细化的作用非常明显，同时也起到析出强化作用。通过Nb的固溶拖曳及热轧过程中的Nb（C、N）应变诱导析出可阻碍形变奥氏体的回复、再结晶，在TMCP过程中，使未再结晶区轧制的形变奥氏体在相变时即转变为细小的相变产物，以助于提高钢板的强度和韧性。正火态下可控制奥氏体晶粒长大，且随后在钢板冷却过程中，部分Nb（C、N）化物析出，起到析出强化作用。

V：正火态下具有较高的析出强化和较弱的晶粒细化作用，在Nb、V、Ti三种微合金化元素复合使用时，V主要起析出强化作用，本发明通过添加一定的V，充分发挥V在钢中的析出强化作用，但过高的V将会弱化钢的韧性，因此本发明将V控制在0.07～0.14%

Ti：是强的固N元素，Ti/N的化学计量比为3.42，利用0.02%左右的Ti就可固定钢中60ppm以下的N，在板坯连铸过程中即可形成TiN析出相，这种细小的析出相可有效阻止板坯在加热过程中奥氏体晶粒的长大，有助于提高Nb在奥氏体中的固溶度，同时可改善焊接热影响区的冲击韧性。

Mo：可推迟γ→α相变时先析出铁素体相的形成，促进针状铁素体形成的主要元素，对控制相变起到重要作用，同时也是提高钢的淬透性元素，本发明中Mo不作为主要元素，但钢中Mo含量达到0.1%以上时，可通过后续DQ工艺进行调整，即Mo对本发明的影响不大。

S、P：是钢中不可避免的杂质元素，希望越低越好，但过低的S、P含量将增加冶炼成本，本发明的原则是在满足使用性能的情况下，不必过低，即本发明对S、P元素具有较高的容忍度。

Cu、Ni：正火态情况下，利用 Cu的析出强化可提高钢的强度，但过高的Cu将引起钢的热脆性，因此Cu含量控制在0.25～0.35%，同时为保证连铸顺利，钢中添加适量的Ni，这也是本发明的特点。

Cr：Cr的加入可提高钢的淬透性，属于强度提高元素。

本发明解决另一技术问题的技术方案是提供一种上述Q460E特厚钢板的制造方法，具体工艺步骤如下：

首先将冶炼原料依次经KR铁水预处理、转炉冶炼、LF 精炼、RH 真空精炼和连铸，制造出满足化学成分要求、厚度为350mm或以上的连铸坯；将连铸坯再加热至1210～1240℃，保温7小时及以上；出炉后进行两阶段轧制：第一阶段为再结晶区轧制，终轧温度控制在1000～1100℃，再结晶区轧制时控制连续两道次的单道次压下率不低于17%；第二阶段为非再结晶区轧制，开轧温度控制不高于880℃，终轧温度控制在790～820℃，非再结晶区轧制的累计变形量不低于50%；然后将钢板DQ快速冷却至500～550℃，待钢板自回温至610～630℃，钢板下线，堆冷至室温；最后对钢板进行正火处理，正火加热温度为AC3～40℃，正火时间为3.0～4.0min/mm，出炉后即获得钢板成品。

与现有技术相比，本发明具有如下特点：

本发明针对目前正火态交货的结构钢应力消除和强度提高难以兼顾的现状，尤其是对于强度难以进一步提高的Q460E特厚钢板，使用优化的成分设计，以细化晶粒和整理强化为主线，且创造性地添加了Cu、V两种析出强化元素，在钢板正火处理后，钢板的强化机理主要是钢板的固溶强化和析出强化，而基本上不带相变强化，只存在极少量的位错强化。

另外，在正火态交货且板材较厚的情况下，由于钢材的冷却速度很慢，晶粒粗大，因而晶粒细化效果相对困难，基于此，本发明改进了生产工艺，考虑到不同合金元素在正火态下的作用机理，配合Cu、V合金组合，控制轧制、DQ快速冷却的温度在一定的低温范围内，再利用大厚度钢板具有较高心部温度而在较短时间内出现自回温的现象，将钢板回温后的整体温度控制在620℃左右，在此回温区域，一方面铁素体晶粒保持细小，另一方面钢材也能够充分释放残余应力，钢材内外温差减小，整体均化。随后缓冷至室温，最后正火处理，在正火处理时利用Cu、V的析出强化作用，充分提高钢材的强度，从而获得晶粒细小的高强度Q460E钢板，本发明制造的Q460E钢板厚度可达120mm以上，屈服强度提高至了460MPa以上，晶粒度达到了8.0级及以上。

附图说明

图1为本发明实施例1中钢板的组织结构图。

具体实施方式

以下结合附图、实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

本实施例的Q460E钢板的厚度为120mm，其化学成分按质量百分比计为：C：0.15%，Mn：1.75%，Si：0.4%，S：0.01%，P：0.015%，Nb：0.045%，Ti：0.018%，V：0.08%，Al：0.030%，N：≤0.010%，O：≤ 0.006%， Mo：≤ 0.15%， Cu：0.30%，Ni：0.20%，Cr≤ 0.15%，Ca：0.001%，余量为Fe 及不可避免的杂质元素。

该120mm厚的Q460E钢板的制造工艺为，按上述钢板成品的化学组分配置冶炼原料并依次经KR铁水预处理、转炉冶炼、LF 精炼、RH 真空精炼和连铸，制造出满足化学成分要求、厚度为350mm左右的连铸坯。将连铸坯再加热至1235℃，保温7小时；出炉后进行两阶段轧制：第一阶段为再结晶区轧制，终轧温度控制在1000～1100℃，再结晶区轧制时控制连续两道次的单道次压下率为17%/22.5%；第二阶段为非再结晶区轧制，开轧温度控制不高于880℃，终轧温度控制在790～820℃之间，非再结晶区轧制的累计变形量为50%。然后，将钢板DQ快速冷却至540℃，在线待钢板自回温至610℃，之后钢板下线，堆冷至室温。最后对钢板进行正火处理，正火加热温度为856℃，正火时间为3.5min/mm，出炉后即获得钢板成品。

经由上述制造工艺制得的120mm厚的Q460E钢板，晶粒度达到了8.0级以上，如图1所示，综合性能优异，其机械性能详见表1。

实施例2

本实施例的Q460E钢板的厚度为125mm，其化学成分按质量百分比计为：C：0.19%，Mn：1.55%，Si：0.20%，S：0.008%，P：0.01%，Nb：0.05%，Ti：0.018%，V：0.10%，Al：0.035%，N：≤0.010%，O：≤ 0.006%， Mo：≤ 0.15%， Cu：0.35%，Ni：0.20%，Cr≤ 0.15%，Ca：0.001%，余量为Fe 及不可避免的杂质元素。

该125mm厚的Q460E钢板的制造工艺为，按上述钢板成品的化学组分配置冶炼原料并依次经KR铁水预处理、转炉冶炼、LF 精炼、RH 真空精炼和连铸，制造出满足化学成分要求、厚度为370mm的连铸坯。将连铸坯再加热至1225℃，保温8小时；出炉后进行两阶段轧制：第一阶段为再结晶区轧制，终轧温度控制在1000～1100℃，再结晶区轧制时控制连续两道次的单道次压下率为17%/20%；第二阶段为非再结晶区轧制，开轧温度控制不高于880℃，终轧温度控制在790～820℃之间，非再结晶区轧制的累计变形量为53%。然后，将钢板DQ快速冷却至520℃，在线待钢板自回温至620℃，之后钢板下线，堆冷至室温。最后对钢板进行正火处理，正火加热温度为864℃，正火时间为3.5min/mm，出炉后即获得钢板成品。

经由上述制造工艺制得的125mm厚的Q460E钢板，晶粒度达到了8.0级以上，综合性能优异，其机械性能详见表1。

实施例3

本实施例的Q460E钢板的厚度为130mm，其化学成分按质量百分比计为：C：0.17%，Mn：1.65%，Si：0.20%，S：0.005%，P：0.01%，Nb：0.04%，Ti：0.018%，V：0.14%，Al：0.030%，N：≤0.010%，O：≤ 0.006%， Mo：≤ 0.15%， Cu：0.25%，Ni：0.20%，Cr≤ 0.15%，Ca：0.001%，余量为Fe 及不可避免的杂质元素。

该130mm厚的Q460E钢板的制造工艺为，按上述钢板成品的化学组分配置冶炼原料并依次经KR铁水预处理、转炉冶炼、LF 精炼、RH 真空精炼和连铸，制造出满足化学成分要求、厚度为370mm的连铸坯。将连铸坯再加热至1240℃，保温7小时；出炉后进行两阶段轧制：第一阶段为再结晶区轧制，终轧温度控制在1000～1100℃，再结晶区轧制时控制连续两道次的单道次压下率为22.1%/21%；第二阶段为非再结晶区轧制，开轧温度控制不高于880℃，终轧温度控制在790～820℃之间，非再结晶区轧制的累计变形量为55%。然后，将钢板DQ快速冷却至500℃，在线待钢板自回温至625℃，之后钢板下线，堆冷至室温。最后对钢板进行正火处理，正火加热温度为860℃，正火时间为3.5min/mm，出炉后即获得钢板成品。

经由上述制造工艺制得的130mm厚的Q460E钢板，晶粒度达到了8.0级以上，综合性能优异，其机械性能详见表1。

表1 各实施例所生产的钢板的机械性能

Claims (1)

1.一种厚度超过120mm的Q460E钢板，其特征在于：该钢板的化学成分按质量百分比计为C：0.15～0.19%，Mn：1.5～1.75%，Si：0.20～0.50%，S：≤0.01%，P：≤0.015%，Nb：0.03～0.055%，Ti：0.015～0.03%，V：0.07～0.14%，Al：≤ 0.06%，N：≤ 0.010%，O：≤ 0.006%， Mo：≤ 0.15%， Cu：0.25～0.35%，Ni：0.15～0.25%，Cr≤ 0.3%，Ca：0.0005～0.0015%，余量为Fe及不可避免的杂质元素；所述钢板的厚度为120～160mm，屈服强度≥460MPa，抗拉强度为≥600MPa，延伸率≥24%，晶粒度达到8.0级及以上；

所述钢板的制造方法：工艺步骤如下，

首先将冶炼原料依次经KR铁水预处理、转炉冶炼、LF 精炼、RH 真空精炼和连铸，制造出满足化学成分要求、厚度为350mm或以上的连铸坯；将连铸坯再加热至1210～1240℃，保温7小时及以上；出炉后进行两阶段轧制：第一阶段为再结晶区轧制，终轧温度控制在1000～1100℃，再结晶区轧制时控制连续两道次的单道次压下率不低于17%；第二阶段为非再结晶区轧制，开轧温度控制不高于880℃，终轧温度控制在790～820℃，非再结晶区轧制的累计变形量不低于50%；然后将钢板DQ快速冷却至500～550℃，待钢板自回温至610～630℃，钢板下线，堆冷至室温；最后对钢板进行正火处理，正火加热温度为AC3～40℃，正火时间为3.0～4.0min/mm，出炉后即获得钢板成品。