CN106435379B - 550MPa级特厚易焊接高韧性抗层状撕裂钢板及其制造方法 - Google Patents

550MPa级特厚易焊接高韧性抗层状撕裂钢板及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种550MPa级特厚易焊接高韧性抗层状撕裂钢板,制造工艺流程:KR铁水预处理—转炉冶炼—LF精炼—RH真空脱气—连铸—连铸坯加罩缓冷—连铸坯检查清理—铸坯加热—高压水除鳞—轧制—矫直—钢板堆缓冷—淬火—回火等工艺,成品厚度为70mm和120mm的钢板。本发明采取了超低碳+少量Ni和Mo的成分设计,工艺上采用淬火+回火的调质处理工艺,在保证碳当量和冷裂纹敏感指数的情况下,获得更大厚度钢板和更好的低温冲击韧性。

Description

550MPa级特厚易焊接高韧性抗层状撕裂钢板及其制造方法
技术领域
本发明属于钢铁冶金技术领域,具体涉及一种550MPa级的易焊接特厚钢板。
背景技术
屈服强度大于550MPa级别高强高韧性特厚钢板广泛用于海工、核电、水电等大型钢结构工程中,并作为主要承重钢板用于关键部位。在设计上,不仅要求具有高强度高韧性,为保证工程的安全,还需要具有良好的易焊接性和抗层状撕裂性能。随着材料性能的不断提升和工程难度的增大,对材料的焊接性和低温冲击韧性提出了更高的要求,尤其是最大厚度到120mm的特厚钢板,要求屈服强度≥550MPa,碳当量≤0.55,冷裂纹敏感指数≤0.24,-60℃低温冲击功≥100J以上。目前该类钢板国内未见报道。
专利公告号CN 102191430 A的发明专利,提出了一种屈服550MPa易焊接高强高韧性钢板及其制造方法,通过控轧控冷工艺,生产厚度小于等于100mm的易焊接特厚钢板,Pcm值≤0.19,-20℃夏比冲击功≥150J,未见120mm厚度和-60℃低温冲击韧性的描述。
专利公告号号CN101230444采用控轧控冷+回火工艺,提供一种屈服强度≥570MPa,抗拉强度≥690MPa,-20℃低温冲击韧性≥120J的钢板,未见厚度描述和-60℃低温韧性描述。
专利公告号CN101787489A采用控轧控冷的工艺,提供一种屈服强度≥550MPa,抗拉强度≥670MPa,-40℃低温冲击韧性≥200J的钢板及其制造方法。没有涉及到-60℃低温冲击韧性和120mm厚度钢板的制造方法。
现有技术中,550MPa级别的钢板,要想获得易焊接的特性(碳当量小于0.55,Pcm小于0.24),则钢板的厚度还无法超越100mm。
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可在-60℃条件下使用的厚度可达120mm的、屈服强度550MPa以上,碳当量≤0.55、冷裂纹敏感系数(Pcm)≤0.24的易焊接高强高韧性抗层状撕裂钢板及其制造方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为:一种550MPa级特厚易焊接高韧性抗层状撕裂钢板,所述钢板以Fe为基础元素,且包含如下质量百分比的化学成分:C 0.05-0.08%,Si 0.2-0.4%,Mn 1.4-1.6%,Al 0.02-0.04%,Nb 0.01-0.03%,V 0.03-0.05%,Cr0.3-0.5%,Ni 0.6-0.8%,Mo 0.2-0.4%,Ti 0.01-0.02%,B 0.001-0.002%,P ≤0.015%,S ≤0.003%,N ≤0.007%,碳当量≤0.55,余量为不可避免的杂质,焊接裂纹敏感系数Pcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B≤0.24,钢板的厚度为70-120mm。
本发明钢板的力学性能满足:屈服强度550MPa以上,抗拉强度670-830MPa,延伸率≥19%,-60℃下钢板的1/4厚度和1/2厚度处夏比冲击功均≥100J,Z向断面收缩率≥35%。
本发明中所有化学组分的作用及其含量选择理由具体说明如下:
C:以固溶强化形式提高钢的强度,影响强度、淬透性和焊接性的主要元素;碳含量过高会对钢的韧性及焊接性产生不利影响,碳含量过低则会导致钢板淬透性不足,强度偏低。综合考虑,本发明C含量选择范围为0.05-0.08%。
Si:以固溶强化形式提高钢的强度,脱氧元素,过低则影响脱氧效果,过高会对表面质量、韧性及焊接性能产生不利影响,综合考虑,本发明Si含量选择范围为0.2-0.4%。
Mn:以固溶强化形式提高钢的强度,弥补C降低而导致的不足,影响强度、淬透性和焊接性的主要合金元素。过低则无法起到固溶强化的作用,过高会对钢的焊接性产生不利影响;同时,还容易产生偏析。本发明Mn含量的选择范围为1.41.60%;
Al:脱氧和固氮主要元素,还有细晶强化的作用。本发明Al含量的选择范围为0.02-0.04%。
Nb:具有钉扎强化和析出强化作用,能够细化奥氏体晶粒,有利于强度和韧性的提高。本发明Nb含量的选择范围为0.01-0.03%。
V:碳氮化物形成元素,以弥散强化的形式提高钢的强度和韧性,细化铁素体晶粒度,含量过高则会对焊接性产生不利影响。本发明V含量的选择范围为0.03-0.05%。
Cr:中等碳化物形成元素,能够提高钢的淬透性和强度,弥补C含量较低导致强度和淬透性下降的不足。添加过量,则会对钢的低温冲击韧性和焊接性产生不利影响。本发明Cr含量的选择范围为0.3-0.5%。
Ni:能够同时提高钢的强度和改善低温冲击韧性,改善材料的热裂倾向。Ni含量过高时,在连铸坯加热过程中会产生黏度较高的氧化铁皮,影响钢板表面质量。本发明Ni含量的选择范围为0.6-0.8%。
Mo:能够显著提高钢的淬透性和强度,在调质处理时加入适量的Mo可以克服钢的回火脆性,从而提高钢的冲击韧性。本发明Mo含量的选择范围为0.2-0.4%。
Ti:通过形成TiN起到析出强化的作用,能够细化晶粒。本发明Ti含量的选择范围为0.01-0.02%。
B:提高淬透性的最显著的元素,过高则会对焊接性和低温韧性产生不利影响。本发明B含量的选择范围为0.001-0.002%。
P、S:钢中的主要杂质元素,对钢板的低温冲击韧性和抗层状撕裂性能会产生不利影响,越低越好。根据现有生产条件,本发明P、S含量的选择范围为P≤0.015%,S≤0.003%。
上述钢板的制造方法,包括如下步骤
①冶炼原料依次经KR铁水脱硫预处理、转炉顶底吹炼、LF精炼、RH精炼和连铸,获得厚度在300-450mm的连铸坯,对连铸坯实施加罩缓冷,缓冷时间为120小时以上;
②将连铸坯加热至1170-1250℃,保温160-180min,连铸坯出炉后使用高压水除鳞;
③进行两阶段轧制,第一阶段为粗轧阶段:开轧温度在1130-1180℃,单道次平均压下率≥15%;第二阶段为精轧阶段:开轧温度为860-900℃,累计道次压下率≥40%;轧后热矫直;
④热矫直后钢板进行下线加罩堆缓冷,堆缓冷时间≥72小时;
⑤对缓冷后的钢板进行淬火+回火处理,淬火和回火均在连续炉中进行,淬火温度为890-910℃,在炉时间1.8-2.2min/mm;回火温度为630-680℃,在炉时间3.0-4.0min/mm,出炉后空冷,即可获得回火后的低碳贝氏体,不同于焊接性能差的高碳马氏体。
本发发明的目的是获得在-60℃条件下使用的屈服强度550MPa级别易焊接高强高韧性钢板,使用低碳、低碳当量和低裂纹敏感系数成分设计、高纯净钢的冶炼技术、300-450mm特厚连铸板坯作为原料,采取控制轧制加调质处理的方法生产出70-120mm厚度550MPa级易焊接高强高韧性抗层状撕裂钢板。
与发明专利公开号CN 102191430A、CN101230444、CN101787489A相比,本发明采取了超低碳+少量Ni和Mo的成分设计,工艺上采用淬火+回火的调质处理工艺,在保证碳当量和冷裂纹敏感指数(易焊接)的情况下,获得更大厚度钢板和更好的低温冲击韧性。从该钢板的具体生产步骤为:KR铁水预处理-转炉-LF精炼-RH真空脱气-板坯连铸-缓冷-轧制-调质热处理-精检-性能检测-包装入库。
与现有技术相比,本发明的优点在于:
与发明专利公开号CN 102191430A、CN101230444、CN101787489A的技术方案相比,本发明最大厚度达到120mm,-60℃条件下夏比冲击功≥100J,同时具有低碳、低碳当量和易焊接的特点。按照本发明生产的钢板,在具有良好的焊接性基础上,显著提高了钢板的生产厚度,最大厚度可达120mm,此外,钢板具有优良的高强高韧性,屈服强度≥550MPa,抗拉强度670-830MPa,延伸率≥19%,-60℃下钢板的1/4厚度和1/2厚度处夏比冲击功均≥100J,Z向断面收缩率≥35%,能够满足在-60℃的低温条件下使用。
附图说明
图1为本发明实施例1的70mm厚度钢板的显微组织图;
图2为本发明实施例2的120mm厚度钢板的显微组织图。
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。
本发明特厚易焊接钢板的制造方法,工艺流程:KR铁水预处理—转炉冶炼—LF精炼—RH真空脱气—连铸—连铸坯加罩缓冷—连铸坯检查清理—铸坯加热—高压水除鳞—轧制—矫直—钢板堆缓冷—淬火—回火等工艺,成品厚度为70mm和120mm的钢板。
上述加热、轧制和缓冷阶段的具体工艺为:将370mm厚度连铸坯加热至1180-1200℃,保温180min(实施例1和2),连铸坯出炉后使用高压水除鳞;然后进行两阶段轧制:第一阶段开轧温度1100-1150℃(实施例1和2),中间坯厚度170mm(实例1)或200mm(实例2),单道次平均压下率16.5%(实例1)或15.5%(实例2);第二阶段开轧温度为850℃,累计道次压下率58.8%(实施例1)或第二阶段开轧温度860℃,累计道次压下率40%(实施例2),最终钢板厚度为70mm(实施例1)和120mm(实施例2)。轧后热矫直;热矫直后钢板进行下线堆缓冷,堆缓冷时间72小时(实施例1)和84小时(实施例2)。
缓冷完成后的钢板进入连续炉进行淬火处理。实施例1:加热温度890℃,在炉时间1.8min/mm,使用淬火机水淬。实施例2:加热温度910℃,在炉时间1.8min/mm,使用淬火机水淬。对完成淬火处理的钢板在连续炉中进行回火处理。实施例1:加热温度660℃,在炉时间3.0min/mm,实施例2:加热温度640℃,在炉时间4.0min/mm。
实施例1和2对应钢板的化学成分见表1,钢板的力学性能见表2,钢板的显微组织分别如图1和图2所示。
表1 实施例1和2中易焊接高强高韧性抗层状撕裂钢板的化学成分(wt.%)
实例 C Si Mn P S Al Nb V Ti Cr Ni Mo B N Ceq Pcm
1 0.07 0.25 1.48 0.008 0.0009 0.031 0.016 0.033 0.016 0.38 0.68 0.26 0.0011 0.0036 0.50 0.21
2 0.08 0.26 1.52 0.008 0.0008 0.032 0.018 0.036 0.015 0.37 0.67 0.25 0.0012 0.0034 0.51 0.22
Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15
Pcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B
表2 实施例1和2中易焊接高强高韧性抗层状撕裂钢板的力学性能

Claims (3)

1.一种550MPa级特厚易焊接高韧性抗层状撕裂钢板,其特征在于:所述钢板以Fe为基础元素,且包含如下质量百分比的化学成分:C 0.05-0.08%,Si 0.2-0.4%,Mn 1.4-1.6%,Al 0.02-0.04%,Nb 0.01-0.03%,V 0.03-0.05%,Cr 0.3-0.5%,Ni 0.6-0.8%,Mo 0.2-0.4%,Ti 0.01-0.02%,B 0.001-0.002%,P≤0.015%,S≤0.003%,N≤0.007%,碳当量≤0.55,余量为不可避免的杂质,焊接裂纹敏感系数Pcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B≤0.24,钢板的厚度为70-120mm;钢板的力学性能满足:屈服强度550MPa以上,抗拉强度670-830MPa,延伸率≥19%,-60℃下钢板的1/4厚度和1/2厚度处夏比冲击功均≥100J,Z向断面收缩率≥35%。
2.一种制造权利要求1所述550MPa级特厚易焊接高韧性抗层状撕裂钢板的方法,其特征在于:包括如下步骤
①冶炼原料依次经KR铁水脱硫预处理、转炉顶底吹炼、LF精炼、RH精炼和连铸,获得厚度在300-450mm的连铸坯,对连铸坯实施加罩缓冷,缓冷时间为120小时以上;
②将连铸坯加热至1170-1250℃,保温160-180min,连铸坯出炉后使用高压水除鳞;
③进行两阶段轧制,第一阶段为粗轧阶段:开轧温度在1130-1180℃,单道次平均压下率≥15%;第二阶段为精轧阶段:开轧温度为860-900℃,累计道次压下率≥40%;轧后热矫直;
④热矫直后钢板进行下线加罩堆缓冷,堆缓冷时间≥72小时;
⑤对缓冷后的钢板进行淬火+回火处理,淬火和回火均在连续炉中进行,淬火温度为890-910℃,在炉时间1.8-2.2min/mm;回火温度为630-680℃,在炉时间3.0-4.0min/mm,出炉后空冷。
3.根据权利要求2所述的550MPa级特厚易焊接高韧性抗层状撕裂钢板的制造方法,其特征在于:所述回火后获得低碳贝氏体组织的钢板。
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