CN108728729A

CN108728729A - 一种低屈强比的高强度调质型容器钢及其生产方法

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Publication number: CN108728729A
Application number: CN201710269776.7A
Authority: CN
Inventors: 胡昕明; 王储; 欧阳鑫; 隋轶; 王勇; 张健; 石锋涛; 胡海洋; 孙殿东; 李文斌
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 2017-04-24
Filing date: 2017-04-24
Publication date: 2018-11-02
Anticipated expiration: 2037-04-24
Also published as: CN108728729B

Abstract

本发明公开一种低屈强比的高强度调质型容器钢及其生产方法。钢中含有C：0.10％～0.15％、Si：0.10％～0.50％、Mn：1.20％～1.60％、P≤0.010％、S≤0.003％、Ni：0.10％～0.30％、Cr：0.10％～0.30％、V：0.01％～0.08％、Al_t：0.015％～0.045％，其余为Fe和不可避免的杂质。中间包钢水浇铸温度≤1540℃，轻压下量3％～10％；铸坯加热温度1050～1250℃；加热后采用直接轧制，轧后进行层流冷却，入水温度850～900℃，终冷温度500～550℃；淬火温度780～820℃，保温时间1.5～2min/mm，回火温度640～660℃，保温时间2～2.5min/mm。生产钢板的屈强比≤0.85，具有优良的强韧性和低温韧性。

Description

一种低屈强比的高强度调质型容器钢及其生产方法

技术领域

本发明属于低合金钢领域，特别涉及一种新型低屈强比的高强度调质型容器钢板及其制造方法。

背景技术

国内研发的低屈强比高强度钢板主要应用于桥梁、管线及高层建筑，其屈强比一般小于0.85。此类钢板采用的生产工艺及热处理工艺多为TMCP及TMCP+低温回火。由于高强度容器钢热处理为调质，而一般具有低屈强比的TMCP或TMCP+低温回火钢板经调质处理后其屈强比均要大幅上升，无法满足屈强比≤0.85的要求。

通过对低屈强比调质型钢板的论文及专利检索发现，类似的专利文献如下：

CN201410240349.2公开了低屈强比低裂纹敏感性Q550CF调质钢及生产方法，CN201510830269.7公开了低温环境用高强韧低屈强比调质钢板及其制备方法，上述公开的专利文献均采用低碳设计，同时添加Nb、Ti等TMCP及细化晶粒的元素。采用的生产工艺是TMCP+淬火+中温回火，其回火温度在400～520℃，而对于容器钢而言，由于存在模拟焊后热处理要求，其钢板回火温度均在630℃以上。而回火温度从520℃提升至630℃时，Nb、Ti碳氮化物的充分析出将导致钢板的屈强比大幅升高。

CN201510132465.7公开了一种调质型低屈强比管线钢及其制备方法，成分设计采用低碳，同时添加Nb、Ti等TMCP及细化晶粒的元素。虽然其热处理温度在650～700℃，但由于其化学成分相对简单，导致其钢板强度相对较低，无法满足高强度钢板的要求。特别是对于6mm左右的薄规格钢板生产过程中温降较快，国内中厚板厂普遍采用直接轧制代替TMCP生产，这将也导致薄规格钢板的强度更低，无法达到高强度钢板的性能指标。

余宏伟等人在《宽厚板》No.2发表的论文“低屈强比调质大罐钢板12MnNiVR的回火工艺控制”、杨跃辉等人在《热加工工艺》No.12发表的论文“调质工艺对低碳贝氏体型高强钢屈强比的影响规律研究”、麻庆申等人在《金属热处理》No.1发表的论文“轧态组织对高强钢调质处理后性能的影响”中，钢种的成分设计也采用低碳设计，同时添加Nb、Ti等TMCP及细化晶粒的元素。但公开的研究成果均未能保证当屈服强度≥490MPa，抗拉强度≥630MPa时其屈强比≤0.85的要求。

针对上述情况，亟待通过新型成分设计，开发出屈服强度≥490MPa、抗拉强度≥630MPa，屈强比≤0.85的高强度调质型容器钢板。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种具有低屈强比的高强度调质型容器钢板及其制造方法。

具体的技术方案是：

一种低屈强比的高强度调质型容器钢板，钢中的化学成分按质量百分比计为：C：0.10％～0.15％、Si：0.10％～0.50％、Mn：1.20％～1.60％、P≤0.010％、S≤0.003％、Ni：0.10％～0.30％、Cr：0.10％～0.30％、V：0.01％～0.08％、Al_t：0.015％～0.045％，其余为Fe及不可避免的杂质。

上述化学元素的作用分析如下：

C在钢中常与其他合金元素形成碳化物，在室温下对钢板能起到强化作用，但较高的C则不利于钢板的冲击韧性，并且还增大了焊接热影响区的硬度，因此本发明将C含量限定在0.10％～0.15％。

Si作为脱氧剂存在于钢中，此外其通过固溶强化能增加钢板的强度，但如果Si含量较高，则会导致热影响区冲击韧性劣化，因此本发明将Si含量限定在0.10％～0.50％。

Mn作为钢中相变强化和固溶强化机制中的主要作用元素，除了提高钢板强度外，还具有扩大奥氏体区和降低Ar3点温度的作用。但含量过高则在浇铸和轧制过程中产生偏析现象，导致钢板的冲击韧性下降，因此本发明将Mn含量限定在1.20％～1.60％。

Ni在微合金化钢相变强化和固溶强化机制中起重要作用，降低钢的表面活性，提高钢的抗腐蚀性能，提高母材和焊接接头的低温韧性，本发明将其含量控制在0.10％～0.30％。

Cr作为本专利的主要添加元素，其作用主要体现在两个方面，一方面是在钢中无Mo含量的情况下，保证钢板具有良好的淬透性；另一方面则是通过固溶强化来保证钢板强度。但Cr添加过多时，会导致长条碳化物析出粗大，损害钢板的低温韧性，因此本发明将Cr含量限定在0.10％～0.30％。

V作为本专利的主要添加元素，其作用在于通过V(C、N)在贝氏体板条析出，提高钢板抗回火软化性，从而弥补Mo含量的降低所造成钢板抗回火软化性的减弱，实现钢板强度、韧性的匹配，但V添加过多时，将会对钢板的焊接性造成损害，因此本发明将V含量限定在0.01％～0.08％。

Al_t作为钢中脱氧元素，在钢中形成AlN可有效细化晶粒。因此，本发明将Al_t含量控制在0.015％～0.045％。

P、S：作为钢中有害元素对钢板的机械性能具有巨大的损害作用，理论上要求越低越好，但考虑到制造成本，因此，本发明将P、S含量分别控制为P≤0.010％、S≤0.003％。

本发明采用的生产方法为转炉冶炼—连铸—直接轧制—离线调质，具体为：

采用铁水预处理技术，转炉冶炼、LF炉+VD(或RH)炉真空处理等纯净钢工艺冶炼。采用连铸工艺，其工艺重点控制浇铸温度，中间包钢水浇铸温度≤1540℃，低温浇铸较好，以细化原始铸态组织。为控制连铸坯中心Mn偏析，采用电磁搅拌或连铸坯轻压下工艺，轻压下量控制在3％～10％之间。

铸坯加热温度为1050～1250℃。低于1050℃加热时，凝固中所生成的对韧性有不良影响的粗大析出物有可能无法溶解；而高于1250℃加热，则有可能使连铸过程中通过控制冷却速度而产生的析出物再熔化。

钢在加热后的轧制工艺采用直接轧制，其主要目的是防止采用控制轧制造成钢板晶粒过细，这将导致钢板屈服强度较高，容易造成后续屈强比较大，此外，对于薄规格钢板由于其温降较快无法进行有效的控制轧制，故采用直接轧制进行生产。

轧后钢板进行层流冷却，钢板入水温度850～900℃，终冷温度控制在500～550℃，其主要目的是保证钢板具有一定的强度，为后续钢板的亚温淬火提供一定的强度基础。

钢板在两相区780～820℃进行亚温淬火热处理，保温时间控制在1.5～2min/mm。钢板回火温度640～660℃，保温时间控制在2～2.5min/mm。

有益效果：

在钢种成分设计上简单、合理，按元素添加量及种类尽量少的原则，合理调整各元素的配比量，通过一定的C含量保证钢板具有足够的强度；同时添加Cr元素，取消钢中贵金属Mo元素，使得钢板具有一定的淬透性和低温冲击韧性；取消细化晶粒元素Nb、Ti并添加V，确保钢板不会因为晶粒过细导致屈服强度过高从而导致屈强比大于0.85。根据本发明，生产的容器钢的屈服强度≥490MPa，抗拉强度≥630MPa，屈强比≤0.85，伸长率≥18％，-20℃冲击功单值≥100J，具有优良的强韧性和低温性能。

具体实施方式

本发明涉及的技术问题采用下述技术方案解决：一种低屈强比的高强度调质型容器钢及其生产方法，其化学成分质量百分比为：C：0.10％～0.15％、Si：0.10％～0.50％、Mn：1.20％～1.60％、P≤0.010％、S≤0.003％、Ni：0.10％～0.30％、Cr：0.10％～0.30％、V：0.01％～0.08％、Al_t：0.015％～0.045％，其余为Fe和不可避免的杂质。控制浇铸温度，中间包钢水浇铸温度≤1540℃，采用电磁搅拌或连铸坯轻压下工艺，轻压下量控制在3％～10％之间。铸坯加热温度为1050～1250℃；轧制工艺采用直接轧制，轧后钢板进行层流冷却，钢板入水温度850～900℃，终冷温度控制在500～550℃。钢板在两相区780～820℃进行亚温淬火，保温时间控制在1.5～2min/mm。钢板回火温度640～660℃，保温时间为2～2.5min/mm。

以下实施例用于具体说明本发明内容，这些实施例仅为本发明内容的一般描述，并不对本发明内容进行限制。

表1为实施例钢的化学成分，表2为实施例钢的连铸、轧制工艺参数；表3为实施例钢热处理参数；表4为实施例钢的力学性能。

表1实施例钢的化学成分(wt％)

实施例	C	Si	Mn	P	S	Ni	Cr	V	Alt
										1	0.11	0.20	1.25	0.008	0.002	0.13	0.11	0.02	0.020
2	0.13	0.32	1.38	0.007	0.003	0.20	0.21	0.05	0.034
										3	0.14	0.36	1.50	0.008	0.003	0.22	0.23	0.06	0.039
4	0.15	0.40	1.54	0.008	0.003	0.26	0.28	0.07	0.042

表2实施例钢的连铸、轧制工艺参数

表3实施例钢热处理参数

实施例	淬火温度/℃	保温时间/(min·mm^-1)	回火温度/℃	保温时间/(min·mm^-1)
					1	780	1.50	650	2
2	795	1.50	650	2
					3	810	1.75	640	2.5
4	820	2.00	640	2.5

表4实施例常规力学性能

从表1～表4可以得出，本发明实施例钢的屈服强度在505MPa以上，抗拉强度在640MPa以上，屈强比低于0.84，伸长率在24％以上，-20℃冲击功单值在203J以上，具有优良的强韧性和低温性能。

Claims

1.一种低屈强比的高强度调质型容器钢，其特征在于，钢中化学成分按质量百分比为：C：0.10％～0.15％、Si：0.10％～0.50％、Mn：1.20％～1.60％、P≤0.010％、S≤0.003％、Ni：0.10％～0.30％、Cr：0.10％～0.30％、V：0.01％～0.08％、Al_t：0.015％～0.045％，其余为Fe和不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的一种低屈强比的高强度调质型容器钢，其特征在于，所述调质型容器钢钢板的屈强比≤0.85。

3.一种如权利要求1或2所述的低屈强比的高强度调质型容器钢的生产方法，钢板的生产工艺为：转炉冶炼—连铸—直接轧制—离线调质，其特征在于，

中间包钢水浇铸温度≤1540℃，采用电磁搅拌或连铸坯轻压下工艺，轻压下量控制在3％～10％；

铸坯加热温度为1050～1250℃；加热后采用直接轧制，轧后钢板进行层流冷却，钢板入水温度为850～900℃，终冷温度为500～550℃；

钢板淬火采取亚温淬火，淬火温度为780～820℃，保温时间为1.5～2min/mm，钢板回火温度为640～660℃，保温时间为2～2.5min/mm。