CN108866443A - 正火型低屈强比高强度钢板及制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种正火型低屈强比高强度钢板及制备方法，该钢板化学成分按质量百分比为：C：0.23～0.27％、Si：0.32～0.48％、Mn：1.45～1.65％、P≤0.018％、S≤0.009％、Cr：0.85～1.15％、Mo：0.13～0.26％、Nb：0.015～0.026％、Ti：0.008～0.024％、B：0.0007～0.0021％，其余为Fe和其他不可避免的杂质。本发明的优点在于正火型钢板成分简单，无任何贵重合金元素，生产工艺宽松，无控轧、无控冷，正火后无需快冷，直接空冷至室温，钢板无残余内应力，生产周期短，成本低，生产效率高。

Description

正火型低屈强比高强度钢板及制备方法

技术领域

本申请属于冶金技术领域，特别涉及一种正火型低屈强比高强度钢板及制备方法。

背景技术

高强度钢板是推动经济建设、社会发展和资源节约型和谐社会的重要工程结构材料之一，广泛应用于国家能源开发、基础设施建设、机械制造等，适用于重要的钢结构，例如，桥梁结构、建筑结构、工程机械、煤矿机械、军用机械等领域中。高强钢各项性能中的一个重要技术指标是屈强比，而随着高强钢强度等级的提升，对屈强比这一安全性指标的要求也越来越高。同时，随着社会和经济的发展，各类机械厂和结构厂对钢结构质量和精度要求越来越高，因此，对高强度钢板残余应力和板型的要求也随之提高。因此，开发出具有无残余应力或低残余应力、优良板型的低屈强比高强度钢板，已成为钢铁企业的一项重要研究方向。

目前已有不少低屈强比高强度钢板的制造专利，从成分来看，大多加入了贵重金属如Ni、Cu、V等，增加了钢板的生产成本，如CN101619423A，CN101497972A，CN101775552A等，采用的是Ni、Mo、Cu、V成分体系，增加了合金成本。从生产工艺特点来看，目前低屈强比高强度钢板的研制和生产，大部分都是采用在线冷却、在线淬火、离线淬火或离线亚温淬火的方法，以获得低屈强比高强度的性能要求，例如CN1786246A，CN101328564A，CN101260495A，CN102011068A等专利采用淬火、亚温淬火、亚温淬火+回火等热处理工艺，虽然用上述方法可以大幅度降低钢板的屈强比，但由于其采用淬火或亚温淬火等水冷却工艺，该工艺虽然可得低屈强比和高强度，但是该工序中采用水冷却使得钢板中内应力较大，钢板板型较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种正火型低屈强比高强度钢板及制备方法，通过合理添加合金元素和常规轧制+离线正火工艺，使其钢板不平度≤3mm/m，钢板屈服强度≥780MPa，抗拉强度≥1200MPa，延伸率≥13％，屈强比≤0.65，布氏硬度值在380HB以上，硬度分布均匀，钢板厚度截面上硬度波动为±5HB，-40℃冲击功KV2≥27J，微观组织为马氏体。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本申请实施例公开了一种正火型低屈强比高强度钢板，其化学成分按质量百分比为：C：0.23～0.27％、Si：0.32～0.48％、Mn：1.45～1.65％、P≤0.018％、S≤0.009％、Cr：0.85～1.15％、Mo：0.13～0.26％、Nb：0.015～0.026％、Ti：0.008～0.024％、B：0.0007～0.0021％，其余为Fe和其他不可避免的杂质，Mn与C的质量比为6～6.5，Nb+Ti的质量百分比＜0.04％，淬透性系数为86～106，所述淬透性系数＝88×√C+19×Cr+16×Mn+35×Mo+5×Si，所述淬透性系数等式中C、Cr、Mn、Mo、Si分别代表该元素质量百分比×100。

相应的，还公开了一种正火型低屈强比高强度钢板的制备方法，依次包括如下步骤：

步骤S1原料冶炼、浇铸成板坯；

步骤S2板坯加热，加热保温温度为1170～1190℃，板坯到温后保温10～30min；

步骤S3常规轧制，开轧温度≤1120℃，终轧温度≥930℃，轧制后置于冷床上空冷至室温，钢板厚度≥15mm；

步骤S4正火热处理，对轧后钢板进行离线正火处理，正火温度为850～920℃，正火后置于冷床上空冷至室温。

本发明分析如下：

C：碳含量增加，钢的屈服强度和抗拉强度增加，但塑性和冲击韧性降低。因此，为了保证钢具有良好的强韧性匹配，本发明中，C含量选择在0.23～0.27％。

Si：Si虽然可以增加钢的强度和淬透性，但同时使钢的韧脆转变温度升高，低温冲击韧性恶化，因此Si含量控制在0.32～0.48％。

Mn：Mn可提高钢的强度，提高钢的淬透性，但过量的Mn易形成偏析。为了保证钢具有良好的低温韧性，控制钢中锰含量为1.45～1.65％。

Cr：Cr在α铁中可无限固溶，可提高钢的强度，增加钢的淬透性，同时，也可形成(Fe，Cr)等碳化物。钢中加入Cr可严重推迟铁素体珠光体相变，使得钢在正火空冷过程中得到贝氏体或马氏体组织。因此，Cr的含量控制在0.85-1.15％。

Mo：Mo能使钢的晶粒细化，可显著提高钢的淬透性，但Mo合金较贵，因此，控制Mo的含量在0.13～0.26％。

Nb：Nb是强碳化物及氮化物形成元素，当其以析出形式存在时，细化晶粒并降低钢的淬透性。因此，在正火钢中，为避免影响钢的淬透性，控制Nb的含量为0.015～0.026％。

Ti：Ti使钢中强脱氧剂，同时Ti可细化晶粒，但Ti易与C结合形成碳化物，而降低钢板的淬透性，因此，控制Ti含量为0.008～0.024％。

P、S：P、S为钢中的有害元素，控制越低越好，但是考虑到炼钢成本，控制P≤0.018％，S≤0.009％。

本发明中合理设计化学成分，控制Mn/C在6～6.5，淬透性系数88×√C+19×Cr+16×Mn+35×Mo+5×Si在86～106之间，淬透性系数等式中C、Cr、Mn、Mo、Si分别代表该元素质量百分比×100，其目的是为了使得钢板在离线正火并在冷床上空冷的模式下产生马氏体相变，从而得到低屈强比高强度的优良性能和良好板型。其中淬透性系数88×√C+19×Cr+16×Mn+35×Mo+5×Si这一公式，是根据C、Cr、Mn、Mo和Si元素对淬透性的影响强弱而模拟计算的系数，如Mo的淬透性较大，其系数为35；Si的淬透性最小，其系数为5；C元素的淬透性最大，且在钢中的添加量较Cr、Mn、Mo等低一个数量级，因此进行开平方后乘以系数88。Nb和Ti在本发明中的作用主要为细化晶粒，并尽能的少添加，因其易形成碳化物，减少钢中固溶C的含量，从而降低钢板的淬透性，因此控制Nb+Ti＜0.04％。

本生产工艺中，板坯到温后保温10～30min，保温时间较短，防止坯料生成较多的氧化皮和晶粒长大。采用常规轧制+正火空冷，无需控轧控冷，可大幅大提高轧制节奏，降低轧机轧制负荷。同时由于是常规轧制，轧后进行空冷，钢板无残余应力，轧后钢板板型良好。轧后对钢板进行离线正火处理，目的是使得钢板组织性能更为均匀，钢板厚度截面上硬度波动为±5HB。正火出炉后在冷床上空冷至室温，其目的是使得钢板内部无残余应力和组织应力，保证钢板具有优良的板型，不平度≤3mm/m。

与现有技术相比，本发明优势在于

1、本发明合金成分中未添加高成本的Ni、Cu、V等贵重合金元素，仅通过合理匹配Si、Mn、Cr、Mo等合金元素，通过常规轧制+正火空冷工艺，达到高强高韧、无残余应力和良好板型的目的。通过控制Mn/C在6～6.5，淬透性系数88×√C+19×Cr+16×Mn+35×Mo+5×Si在86～106之间，Nb+Ti＜0.04％，采用离线正火后，在由于C、Cr、Mn、Mo和Si元素的淬透性作用，钢板在空冷过程中发生马氏体相变。

2、钢板屈服强度≥780MPa，抗拉强度≥1200MPa，延伸率≥13％，屈强比≤0.65，布氏硬度值在380HB以上，硬度分布均匀，钢板厚度截面上硬度波动为±5HB，-40℃冲击功KV2≥27J。

3、正火型钢板成分简单，无任何贵重合金元素，生产工艺宽松，无控轧、无控冷，正火后无需快冷，直接空冷至室温，钢板无残余内应力，不平度≤3mm/m，生产周期短，成本低，生产效率高。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示为实施例1中钢板纵截面1/4处的显微组织照片；

图2所示为实施例2中钢板纵截面1/4处的显微组织照片；

图3所示为实施例3中钢板纵截面1/4处的显微组织照片；

图4所示为实施例4中钢板纵截面1/4处的显微组织照片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

钢板中各化学成分质量百分比为：C：0.23％，Si：0.46％，Mn：1.47％，P：0.0089％，S：0.0043％，Cr：1.14％，Mo：0.25％，Nb：0.016％，Ti：0.016％，B：0.0019％，其余为Fe和不可避免的杂质，Mn与C的质量比6.39，Nb+Ti的质量百分比＝0.032％＜0.04％，淬透性系数＝88×√C+19×Cr+16×Mn+35×Mo+5×Si＝98.4(其中C、Cr、Mn、Mo、Si分别代表该元素质量百分比×100)。

实施例2

钢板中各化学成分质量百分比为：C：0.25％，Si：0.39％，Mn：1.56％，P：0.0095％，S：0.0041％，Cr：0.97％，Mo：0.20％，Nb：0.02％，Ti：0.018％，B：0.0014％，其余为Fe和不可避免的杂质，Mn与C的质量比6.24，Nb+Ti的质量百分比＝0.038％＜0.04％，淬透性系数＝88×√C+19×Cr+16×Mn+35×Mo+5×Si＝96.3(其中C、Cr、Mn、Mo、Si分别代表该元素质量百分比×100)。

实施例3

钢板中各化学成分质量百分比为：C：0.25％，Si：0.39％，Mn：1.56％，P：0.0095％，S：0.0041％，Cr：0.97％，Mo：0.20％，Nb：0.02％，Ti：0.018％，B：0.0014％，其余为Fe和不可避免的杂质，Mn与C的质量比6.24，Nb+Ti的质量百分比＝0.039％＜0.04％，淬透性系数＝88×√C+19×Cr+16×Mn+35×Mo+5×Si＝96.3(其中C、Cr、Mn、Mo、Si分别代表该元素质量百分比×100)。

实施例4

钢板中各化学成分质量百分比为：C：0.27％，Si：0.33％，Mn：1.64％，P：0.0082％，S：0.0039％，Cr：0.89％，Mo：0.15％，Nb：0.024％，Ti：0.015％，B：0.0013％，其余为Fe和不可避免的杂质，Mn与C的质量比6.07，Nb+Ti的质量百分比＝0.039％＜0.04％，淬透性系数＝88×√C+19×Cr+16×Mn+35×Mo+5×Si＝95.8(其中C、Cr、Mn、Mo、Si分别代表该元素质量百分比×100)。

实施例1-4的制备方法流程如下：

步骤S1原料冶炼、浇铸成板坯；

步骤S2板坯加热，加热保温温度为1170～1190℃，板坯到温后保温10～30min；

步骤S3常规轧制，开轧温度≤1120℃，终轧温度≥930℃，轧制后置于冷床上空冷至室温，钢板厚度≥15mm；

步骤S4正火热处理，对轧后钢板进行离线正火处理，正火后置于冷床上空冷至室温。

实施例1-4步骤S4的正火温度分别如下表：

	正火温度/℃
		实施例1	890
实施例2	860
		实施例3	910
实施例4	900

参图1-4分别为实施例1-4钢板纵截面1/4处的显微组织照片，实施例1-4机械性能如下表：

上表中冲击试样尺寸为10×10×55mm，取样位置为板厚1/4处，试验温度为-40℃；HBW为纵截面1/4处硬度，合金钢球直径10mm，试验力3000kgf，试验力保持时间10s。

上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种正火型低屈强比高强度钢板，其特征在于，其化学成分按质量百分比为：C：0.23～0.27％、Si：0.32～0.48％、Mn：1.45～1.65％、P≤0.018％、S≤0.009％、Cr：0.85～1.15％、Mo：0.13～0.26％、Nb：0.015～0.026％、Ti：0.008～0.024％、B：0.0007～0.0021％，其余为Fe和其他不可避免的杂质，Mn与C的质量比为6～6.5，Nb+Ti的质量百分比＜0.04％，淬透性系数为86～106，所述淬透性系数＝88×√C+19×Cr+16×Mn+35×Mo+5×Si，所述淬透性系数等式中C、Cr、Mn、Mo、Si分别代表该元素质量百分比×100。

2.如权利要求1所述的正火型低屈强比高强度钢板的制备方法，其特征在于，依次包括如下步骤：

步骤S1原料冶炼、浇铸成板坯；

步骤S2板坯加热，加热保温温度为1170～1190℃，板坯到温后保温10～30min；

步骤S3常规轧制，开轧温度≤1120℃，终轧温度≥930℃，轧制后置于冷床上空冷至室温，钢板厚度≥15mm；

步骤S4正火热处理，对轧后钢板进行离线正火处理，正火温度为850～920℃，正火后置于冷床上空冷至室温。