CN106834919B

CN106834919B - 一种460MPa级高韧性低合金高强度结构用钢板及其生产方法

Info

Publication number: CN106834919B
Application number: CN201611195431.3A
Authority: CN
Inventors: 邱保文; 王同良; 崔强; 车马俊; 胡峰
Original assignee: Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2016-12-22
Filing date: 2016-12-22
Publication date: 2019-06-28
Anticipated expiration: 2036-12-22
Also published as: CN106834919A

Abstract

本发明本是一种460MPa级高韧性低合金高强度结构用特厚钢板，化学成分：C：0.03～0.09％、Si：0.10～0.40％、Mn：1.20～1.60％、Nb：0.01～0.05％、Ti：0.005～0.030％、V：0.01～0.04％、Als：0.015～0.045％、P≤0.015％、S≤0.008％，还含有Cr：0.01％～0.30％、Mo：0.01％～0.08％、Ni：0.05～0.25％中的一种或两种，其余为Fe。生产方法：冶炼、精炼、连铸、钢坯加热、控制轧制、控制冷却、缓冷、成品。本发明的特厚钢板性能好，100mm厚板‑60℃冲击功KV2≥200J，碳当量不大于0.38，屈强比≤0.85，而且成本低，生产过程简单容易操作。

Description

一种460MPa级高韧性低合金高强度结构用钢板及其生产方法

技术领域

本发明属于低合金高强度结构用钢板生产工艺领域，具体涉及一种460MPa级高韧性低合金高强度结构用钢板及其生产方法。

背景技术

随着能源、化工、水电、工程机械等领域的发展，低合金高强度结构钢市场需求日益增大，为了满足上述行业中工程结构自重降低，装载能力提高的发展趋势，屈服强度在460MPa (EN10025-4:2004中牌号为S460M、S460ML；GB/T 1591-2008中牌号为Q460) 且具有较好焊接性能的钢板用量越来越多。该强度级别的钢板有的以轧制后淬火+回火(调质)的方式生产，有的以轧制后正火的方式生产，以上两种生产方式不仅碳含量在约0.16％(wt％，以下相同)，碳当量大多不低于0.42％，还添加了Mo、Cr、Cu、Ni、V等贵合金元素，而且生产周期长，能耗高；有的虽然采用热机械轧制(TMCP)的方式生产，缩短了生产流程，但是其碳当量大多在0.40％左右，并且碳含量≥0.12％，而采用TMCP的方式生产、且碳含量≤0.10％的Q460钢板又因Mo、Cr、Cu、Ni、V等贵合金元素的大量加入而提高了成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：

如何在通过低C、低Nb、低贵合金元素（Mo、Cr、Cu、Ni、V等）的控制，达到化学成分简单、成本低、且碳当量≤0.38的同时，通过控制生产方法，使钢板获得高屈服强度、高抗拉强度和高延伸率的同时获得优良的低温冲击韧性，且生产方法中轧制后不需回火处理，工艺流程短，容易实施控制。

本发明解决以上技术问题的技术方案是：

一种460MPa级高韧性低合金高强度结构用钢板，其重量百分比化学成分为：C：0.03～0.09％、Si：0.10～0.40％、Mn：1.20～1.80％、Nb：0.01～0.03％、Ti：0.005～0.030％，Als：0.015～0.045％、V：0.01～0.04％、P≤0.015％，S≤0.008％，还含有 Cr：0.01％～0.30％、Mo：0.01％～0.08％、Ni：0.05～0.25％中的一种或两种，其余为Fe和不可避免杂质；同时碳当量[CEV＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15]≤0.38％。

一种460MPa级高韧性低合金高强度结构用钢板的生产方法，依次包括以下步骤：冶炼、精炼、连铸、钢坯加热、控制轧制、控制冷却、缓冷、成品；

钢坯加热，加热温度为1050～1220℃；

控制轧制，采用两阶段控轧，使相变前的组织充分细化，第一阶段开轧温度为1030-1150℃，终轧温度为960-1030℃；第二阶段开轧温度为800-900℃，终轧温度为780-860℃；

控制冷却，通过层流或水幕冷却方式进行控制冷却，开冷温度730-830℃，返红温度350-650℃。

本发明中各化学成分含量控制所起的作用具体为：

本发明的C含量选择在0.03～0.09％。因为C是提高钢板强度的最有效且最廉价的元素之一，为保证钢板的强度，C含量的下限为0.03％。但是C含量过高时对钢板的焊接性能和低温冲击韧性将产生不利的影响，因此C含量的上限为0.09％。

本发明的Si含量在0.10～0.40％，Si主要以固溶强化形式提高钢的强度，同时也是脱氧的必要元素。在本发明钢中，Si含量太高会降低钢的低温冲击韧性。

本发明的Mn含量在1.00～1.80％，Mn是重要的强韧化元素和良好的脱氧剂、脱硫剂，低的Mn含量则不能保证钢的强度，太高的Mn含量对钢坯中心偏析有不利影响，有损于钢板的韧性，并且在焊接时容易产生裂纹，对于得到本发明钢的性能来讲，也是不必要的。

本发明的Nb含量为0.010～0.030％，Nb能提高钢的奥氏体再结晶温度。奥氏体可以在更高的轧制温度下进行轧制。此外Nb是强碳氮化合物形成元素，在控制轧制过程中的析出强化作用，通过Nb的碳氮化物的应变诱导析出可以钉扎奥氏体晶粒，细化奥氏体晶粒并提高强度及低温韧性。但过高的Nb也易与Fe、C等元素形成低熔点共晶物，从而增加焊缝金属产生热裂纹的倾向。

本发明的Ti含量为0.005～0.030％，Ti是强氮化物形成元素，Ti的氮化物能有效地钉扎奥氏体晶界，有助于控制焊接热影响区的奥氏体晶粒的长大，提高焊接热影响区的韧性。

本发明的Als含量控制在0.015～0.045％，Al是钢中的主要脱氧元素。Al含量过高时将导致Al的氧化物夹杂增加，降低钢的纯净度，不利于钢的韧性。

P和S是钢中不可避免的有害元素，对钢的塑性和韧性不利，应尽量降低P和S含量，提高钢的洁净度。但考虑到降低P、S含量对冶炼的难度和成本增大，本发明钢中控制P≤0.015％，控制S≤0.008％。

Cr 或 Mo 主要作用是提高钢的淬透性，形成一定量的贝氏体组织，保证强度指标的要求。本发明钢中控制Cr：0.01～0.30％，控制Mo：0.01～0.30％。

Ni主要作用是提高过冷奥氏体的稳定性，提高钢的淬透性，同时对改善低温韧性有贡献。本发明钢中控制Ni：0.05～0.25％

本发明进一步限定的技术方案是：

前述的460MPa级高韧性低合金高强度结构用钢板，钢板最终获得铁素体、珠光体和贝氏体的混合组织；100mm厚度钢板的屈服强度≥410MPa，抗拉强度≥550MPa，延伸率≥20％；纵向冲击功：-60℃ KV2≥200J；同时，低温冲击韧性优良，屈强比≤0.85。

前述的460MPa级高韧性低合金高强度结构用钢板的生产方法，其中冶炼，先进行铁水预处理，再采用转炉冶炼，通过顶吹或顶底复合吹炼。

前述的460MPa级高韧性低合金高强度结构用钢板的生产方法，其中精炼，进行微合金化，按上述成分含量控制钢中各化学成分含量。

前述的460MPa级高韧性低合金高强度结构用钢板的生产方法，其中连铸，采用电磁搅拌，减少元素偏析。

本发明的有益效果是：本发明460MPa级高韧性低合金高强度结构用钢成分以低C低Nb，最终获得铁素体、珠光体和贝氏体的混合组织；100mm厚度钢板的屈服强度≥410MPa，抗拉强度≥550MPa，延伸率≥20％；纵向冲击功：-60℃ KV2≥200J；满足EN10025-4和GB/T1591标准的要求；同时，低温冲击韧性优良，屈强比≤0.85；化学成分简单，碳当量≤0.38。另外，本发明采用控轧控冷的方式生产，轧制后不需回火处理，工艺流程短，容易实施控制，具有很强的实用性。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明的460MPa级高韧性低合金高强度结构用钢及其生产方法作进一步的说明：

表1列出了实施例1-5的460MPa级高韧性低合金高强度结构用钢的化学成分的重量百分数(余量为Fe和不可避免的杂质)

表1实施例1-5化学成分(w％)

实施例	C	Si	Mn	P	S	Nb	Ti
								1	0.033	0.17	1.56	0.009	0.007	0.031	0.023
2	0.056	0.37	1.32	0.013	0.002	0.022	0.015
								3	0.085	0.24	1.21	0.011	0.005	0.027	0.006
4	0.078	0.12	1.77	0.010	0.006	0.012	0.020
								5	0.062	0.23	1.44	0.012	0.006	0.035	0.011
	V	Cr	Ni	Mo	Als	CEV
								1	0.012	0.30			0.015	0.355
2	0.038	0.15	0.05		0.020	0.374
								3	0.020	0.28	0.25		0.038	0.363
4	0.025	0.15		0.05	0.019	0.375
								5	0.030	0.26		0.08	0.031	0.376

对上述实施例1-5中的钢按照以下步骤生产：冶炼、精炼、连铸、钢坯加热、控制轧制、控制冷却、缓冷、成品。

其中钢坯加热时，加热温度为1050～1220℃；

控制轧制时，采用两阶段控轧，使相变前的组织充分细化，第一阶段开轧温度为1030-1150℃，终轧温度为960-1060℃；第二阶段开轧温度为800-900℃，终轧温度为780-860℃；

控制冷却阶段时，通过层流或水幕冷却方式进行控制冷却，开冷温度730-830℃，返红温度350-650℃。

冶炼过程时，先进行铁水预处理，再采用转炉冶炼，通过顶吹或顶底复合吹炼。

精炼过程时，进行微合金化，控制钢中各化学成分为表1所示。

连铸过程时，采用电磁搅拌，减少元素偏析。

其中，实施例1-5所对应的部分工艺参数如表2所示。

表2实施例1-5部分工艺参数

实施例	厚度/mm	第一阶段开轧温度/℃	第一阶段终轧温度/℃	第二阶段开轧温度/℃	第二阶段终轧温度/℃	开冷温度/℃	返红温度/℃
								1	60	1052	983	891	830	811	636
2	70	1123	1015	872	838	823	580
								3	80	1147	1020	861	813	791	522
4	90	1080	1014	850	798	793	440
								5	100	1067	1028	810	788	773	389

将实施例1-5制成的460MPa级低合金高强度结构用钢1-5进行检测，得到460MPa级低合金高强度结构用钢产品性能数据，如表3所示。

表3 460MPa级高韧性低合金高强度结构用钢力学性能检测结果

从表3可以看出，本发明的460MPa级低合金高强度结构用钢力学性能优异。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims

1.一种460MPa级高韧性低合金高强度结构用钢板，其特征在于：其重量百分比化学成分为：C：0.03～0.09％、Si：0.10～0.40％、Mn：1.20～1.80％、Nb：0.01～0.03％、Ti：0.005～0.030％，Als：0.015～0.045％、V：0.01～0.04％、P≤0.015％，S≤0.008％，还含有 Cr：0.01％～0.30％、Mo：0.01％～0.08％、Ni：0.05～0.25％中的一种或两种，其余为Fe和不可避免杂质；同时碳当量[CEV＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15]≤0.38％；

所述的460MPa级高韧性低合金高强度结构用钢板的生产方法，依次包括以下步骤：冶炼、精炼、连铸、钢坯加热、控制轧制、控制冷却、缓冷、成品，其中：

所述钢坯加热，加热温度为1050～1220℃；

所述控制轧制，采用两阶段控轧，使相变前的组织充分细化，第一阶段开轧温度为1030-1150℃，终轧温度为960-1030℃；第二阶段开轧温度为800-900℃，终轧温度为780-860℃；

所述控制冷却，通过层流或水幕冷却方式进行控制冷却，开冷温度730-830℃，返红温度350-650℃。

2.如权利要求1所述的460MPa级高韧性低合金高强度结构用钢板，其特征在于：所述钢板最终获得铁素体、珠光体和贝氏体的混合组织；100mm厚度钢板的屈服强度≥410MPa，抗拉强度≥550MPa，延伸率≥20％；纵向冲击功：-60℃ KV2≥200J；同时，低温冲击韧性优良，屈强比≤0.85。

3.如权利要求1所述的460MPa级高韧性低合金高强度结构用钢板，其特征在于：所述冶炼，先进行铁水预处理，再采用转炉冶炼，通过顶吹或顶底复合吹炼。

4.如权利要求1所述的460MPa级高韧性低合金高强度结构用钢板，其特征在于：所述精炼，进行微合金化，按权利要求1所述成分含量控制钢中各化学成分含量。

5.如权利要求1所述的460MPa级高韧性低合金高强度结构用钢板，其特征在于：所述连铸，采用电磁搅拌，减少元素偏析。