CN109355570A - 薄规格易焊接低温结构钢板的生产方法 - Google Patents

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Abstract

薄规格易焊接低温结构钢板的生产方法，钢板厚度为6~8mm，生产工序步骤包括冶炼、连铸、加热、轧制、正火、回火；钢的化学成分重量百分比为：C≤0.08%，Si≤0.50%，Mn=1.40~2.00%，P≤0.015%，S≤0.005%，Als=0.015~0.050%，Ti≤0.025%，Nb≤0.06%，V≤0.06%，Cr=0.10~0.30%，Ni≤0.30%，Mo≤0.30%，Cu≤0.30%，且CEV≤0.46%，Pcm≤0.20%，余量为Fe和不可避免的杂质元素。本发明提供了一种具有良好综合力学性能的板形易于控制的屈服强度为Q345、Q390、Q420、Q460、Q500级别的薄规格易焊接低温结构钢板的生产方法，且工艺稳定、易于实现、可批量生产。

Description

薄规格易焊接低温结构钢板的生产方法
技术领域
本发明属于低合金钢生产技术领域，特别是涉及钢板厚度规格为6~8mm，屈服强度为Q345、Q390、Q420、Q460、Q500级别的具有良好可焊性的低温环境用结构钢板的生产方法。
背景技术
结构钢是指符合特定强度、塑性、韧性等级的钢，常用于建筑、桥梁、船舶、车辆等承载结构。如低合金高强度结构钢中国国标GB/T 1591-2008规定了8个强度等级，即Q345、Q390、Q420、Q460、Q500、Q550、Q620、Q690，同时根据冲击试验温度分为3个质量等级，即C、D、E。结构钢一般需要焊接使用，因此，作为承载用途的结构钢不仅应具有良好的强、塑、韧等综合力学性能，还应具有良好的可焊性能，而且为提高钢结构的安全可靠程度，低屈强比也已成为结构钢的一项重要性能指标。
然而采用宽厚板轧机轧制薄规格钢板时，由于轧制过程中钢板温降快，若采用控轧控冷工艺，板形易出现浪形、瓢曲、镰刀弯等不良现象；若采用热轧工艺，往往造成晶粒尺寸较大，难以满足低温冲击韧性的要求，如果通过降低碳含量的方式来提高冲击韧性，又可能导致钢的强度不够或者屈强比超标。按照现有专利和文献公开的方法进行薄规格结构钢板的生产实践时，在强度、低温冲击韧性、屈强比、平直度、性能均匀性等方面总是存在着矛盾。因此，受设备能力、工艺技术和操作水平的限制，目前国内外多数宽厚板厂在生产薄规格钢板时，合格率较低，且生产控制难度大、效率低，致使难以批量生产。为此，提供一种具有良好综合力学性能的板形易于控制的薄规格易焊接低温结构钢板的稳定生产方法显得至关重要和迫切。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有良好综合力学性能的板形易于控制的薄规格易焊接低温结构钢板的生产方法。
本发明的技术方案：
薄规格易焊接低温结构钢板的生产方法，钢板厚度为6~8mm，生产工艺步骤为冶炼、连铸、加热、轧制、正火、回火，钢的化学成分重量百分比为C≤0.08%，Si≤0.50%，Mn=1.40~2.00%，P≤0.015%，S≤0.005%，Als=0.015~0.050%，Ti≤0.025%，Nb≤0.06%，V≤0.06%，Cr=0.10~0.30%，Ni≤0.30%，Mo≤0.30%，Cu≤0.30%，且CEV≤0.46%，Pcm≤0.20%，余量为Fe和不可避免的杂质元素；其中，
CEV=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15，Pcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Mo/15+Ni/60+V/10+5B；关键工艺步骤包括：
采用高温加热并热轧，加热温度≥1220℃，终轧温度≥820℃；正火采用亚温正火，正火温度为A c3－(20~80)℃，正火时间为30±5min；回火采用中低温回火，回火温度为T p－(20~80)℃，回火时间为30±5min；其中，A c3为加热过程铁素体转变成奥氏体的终了温度，T p为有屈服平台的吕德斯型拉伸曲线转变为无屈服平台的拱顶型拉伸曲线时的临界回火温度。
进一步地，屈服强度为Q345级别的薄规格易焊接低温结构钢板的生产方法，钢的化学成分重量百分比为C=0.06~0.08%，Si≤0.50%，Mn=1.40~1.60%，P≤0.015%，S≤0.005%，Als=0.015~0.050%，Ti≤0.025%，Nb=0.01~0.02%，V=0.01~0.02%，Cr=0.10~0.30%，Ni≤0.30%，且CEV≤0.38%，Pcm≤0.20%，余量为Fe和不可避免的杂质元素；相应优选地，关键工艺步骤中，正火温度为800~850℃，回火温度为300~350℃。
进一步地，屈服强度为Q390级别的薄规格易焊接低温结构钢板的生产方法，钢的化学成分重量百分比为C=0.06~0.08%，Si≤0.50%，Mn=1.50~1.70%，P≤0.015%，S≤0.005%，Als=0.015~0.050%，Ti≤0.025%，Nb=0.02~0.04%，V=0.02~0.03%，Cr=0.15~0.30%，Ni≤0.30%，且CEV≤0.40%，Pcm≤0.20%，余量为Fe和不可避免的杂质元素；相应优选地，关键工艺步骤中，所述正火温度为800~850℃，回火温度为330~380℃。
进一步地，屈服强度为Q420级别的薄规格易焊接低温结构钢板的生产方法，钢的化学成分重量百分比为C=0.05~0.07%，Si≤0.50%，Mn=1.50~1.70%，P≤0.015%，S≤0.005%，Als=0.015~0.050%，Ti≤0.025%，Nb=0.02~0.04%，V=0.03~0.05%，Cr=0.10~0.30%，Ni≤0.30%，Mo=0.10~0.30%，且CEV≤0.42%，Pcm≤0.20%，余量为Fe和不可避免的杂质元素；相应优选地，关键工艺步骤中，正火温度为800~850℃，回火温度为350~400℃。
进一步地，屈服强度为Q460级别的薄规格易焊接低温结构钢板的生产方法，钢的化学成分重量百分比为C=0.05~0.07%，Si≤0.50%，Mn=1.60~1.80%，P≤0.015%，S≤0.005%，Als=0.015~0.050%，Ti≤0.025%，Nb=0.04~0.06%，V=0.03~0.05%，Cr=0.10~0.30%，Ni=0.10~0.30%，Mo=0.10~0.30%，Cu=0.10~0.30%，且CEV≤0.44%，Pcm≤0.20%，余量为Fe和不可避免的杂质元素；相应优选地，关键工艺步骤中，正火温度为800~850℃，回火温度为380~420℃。
进一步地，屈服强度为Q500级别的薄规格易焊接低温结构钢板的生产方法，钢的化学成分重量百分比为C=0.04~0.06%，Si≤0.50%，Mn=1.70~2.00%，P≤0.015%，S≤0.005%，Als=0.015~0.050%，Ti≤0.025%，Nb=0.04~0.06%，V=0.04~0.06%，Cr=0.20~0.30%，Ni=0.15~0.30%，Mo=0.10~0.30%，Cu=0.15~0.30%，且CEV≤0.46%，Pcm≤0.20%，余量为Fe和不可避免的杂质元素；相应优选地，关键工艺步骤中，正火温度为800~850℃，回火温度为400~450℃。
本发明的有益效果：
（1）本发明利用薄规格钢板空冷时有较快冷速的特点，结合低碳、添加较高的Mn以及Cr、Mo、Ni等降低临界冷却速度的元素、采用Nb、V、Ti的微合金化以及Cu的析出强化等成分设计，使热轧并自然冷却后获得多边形铁素体、珠光体、贝氏体以及少量M/A岛的混合组织，然后经亚温正火，在保留一部分轧态形成的铁素体之后，由于C、Mn、Cr等元素将向奥氏体中扩散，使正火后过冷奥氏体形成的中低温组织更多，以保证钢的抗拉强度，再经适当温度的回火，以改善低温冲击韧性，同时进行屈服强度和屈强比的匹配。本发明生产的钢板可实现良好的综合力学性能；
（2）由于采用高温加热并热轧，轧制过程易于控制板形，且通过正火、回火的去应力作用，能进一步改善板形，使钢板平直度≤3mm/m。此外，良好的板形有利于提高钢板的整板性能均匀性；
（3）按照本发明所述的技术方案生产6~8mm薄规格易焊接低温结构钢板，各强度级别的性能指标达到以下水平：
a) Q345级别：屈服强度≥345MPa、抗拉强度≥470MPa、断后伸长率≥30%、屈强比≤0.85、－40℃冲击功≥120J，且CEV≤0.38%、Pcm≤0.20%；
b) Q390级别：屈服强度≥390MPa、抗拉强度≥490MPa、断后伸长率≥30%、屈强比≤0.85、－40℃冲击功≥120J，且CEV≤0.40%、Pcm≤0.20%；
c) Q420级别：屈服强度≥420MPa、抗拉强度≥520MPa、断后伸长率≥30%、屈强比≤0.85、－40℃冲击功≥120J，且CEV≤0.42%、Pcm≤0.20%；
d) Q460级别：屈服强度≥460MPa、抗拉强度≥550MPa、断后伸长率≥30%、屈强比≤0.85、－40℃冲击功≥120J，且CEV≤0.44%、Pcm≤0.20%；
e) Q500级别：屈服强度≥500MPa、抗拉强度≥610MPa、断后伸长率≥30%、屈强比≤0.85、－40℃冲击功≥120J，且CEV≤0.46%、Pcm≤0.20%；
（4）因此，本发明提供了一种具有良好综合力学性能的板形易于控制的屈服强度为Q345~Q500级别的薄规格易焊接低温结构钢板的生产方法，且工艺稳定、易于实现、可批量生产。
附图说明
图1为本发明实施例1钢板1/4厚度处的金相组织照片。
具体实施方式
下面通过实施例和对比例结合附图对本发明作进一步的说明。
实施例和对比例中钢的化学成分及CEV、Pcm如表1所示，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
表1 实施例和对比例中钢的化学成分及CEV、Pcm（重量，%）
根据本发明所述的生产方法，按照上述实施例和对比例中钢的化学成分，采用120t顶底复吹转炉冶炼，并炉外精炼及真空处理后，浇注成180mm断面的连铸坯，然后在3800mm双机架宽厚板生产线上热轧成6~8mm厚度的钢板，再通过正火和回火的热处理工序，最终获得成品钢板。之后取样检测成品钢板的拉伸和冲击性能，并进行金相组织观察。
实施例和对比例钢板的关键工艺参数如表2所示。
实施例和对比例钢板的综合力学性能及其平直度测量结果如表3所示。其中，根据国标，拉伸试验取横向试样；冲击试验取纵向试样，且冲击试样尺寸为10mm×5mm×55mm，所以表中冲击功数值为实际试验结果换算成标准试样尺寸（10mm×10mm×55mm）后的冲击性能。
对实施例钢板进行金相组织观察，典型金相组织为多边形铁素体、退化的珠光体和贝氏体的混合组织，如图1所示为实施例1钢板1/4厚度处的金相组织照片。
表2 实施例和对比例钢板的关键工艺参数
表3 实施例和对比例钢板的综合力学性能及其平直度测量结果
本发明实施例钢板具有良好的综合力学性能，实施例1满足Q345级别要求，实施例2满足Q390级别要求，实施例3满足Q420级别要求，实施例4满足Q460级别要求，实施例5满足Q500级别要求。而对比例1-1采用较高的正火温度，其强度相对于实施例1明显下降，达不到Q345级别；对比例1-2采用较低的终轧温度，所以与实施例1相比，其具有更高的强度和冲击韧性，但是不符合钢板3mm/m的平直度要求；对比例3-1、3-2与实施例3比较，对比例3-1采用较高的回火温度，其屈服强度上升，抗拉强度降低，拉伸曲线呈有屈服平台的吕德斯型，显然这将导致屈强比的上升，已超出0.85的要求；对比例3-2采用较低的回火温度，其抗拉强度较高，但屈服强度大幅降低，降低2个级别，断后伸长率也较低，拉伸曲线呈无屈服平台的拱顶型。
除上述实施例外，在不脱离本发明范围的情况下，可以对实施例进行各种修改。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。本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.薄规格易焊接低温结构钢板的生产方法，钢板厚度为6~8mm，生产工艺步骤为冶炼、连铸、加热、轧制、正火、回火，其特征在于：钢的化学成分重量百分比为C≤0.08%，Si≤0.50%，Mn=1.40~2.00%，P≤0.015%，S≤0.005%，Als=0.015~0.05%，Ti≤0.025%，Nb≤0.06%，V≤0.06%，Cr=0.10~0.30%，Ni≤0.30%，Mo≤0.30%，Cu≤0.30%，且CEV≤0.46%，Pcm≤0.20%，余量为Fe和不可避免的杂质元素，其中，
CEV=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15，
Pcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Mo/15+Ni/60+V/10+5B；
关键工艺步骤包括：采用高温加热并热轧，加热温度≥1220℃，终轧温度≥820℃；正火采用亚温正火，正火温度为A c3－(20~80)℃，正火时间为30±5min；回火采用中低温回火，回火温度为T p－(20~80)℃，回火时间为30±5min，其中A c3为加热过程铁素体转变成奥氏体的终了温度，T p为有屈服平台的吕德斯型拉伸曲线转变为无屈服平台的拱顶型拉伸曲线时的临界回火温度。
2.根据权利要求1所述的薄规格易焊接低温结构钢板的生产方法，其特征在于：屈服强度为Q345级别的薄规格易焊接低温结构钢，钢的化学成分重量百分比为C=0.06~0.08%，Si≤0.50%，Mn=1.40~1.60%，P≤0.015%，S≤0.005%，Als=0.015~0.050%，Ti≤0.025%，Nb=0.01~0.02%，V=0.01~0.02%，Cr=0.10~0.30%，Ni≤0.30%，且CEV≤0.38%，Pcm≤0.20%，余量为Fe和不可避免的杂质元素；关键工艺步骤中，正火温度为800~850℃，回火温度为300~350℃。
3.根据权利要求1所述的薄规格易焊接低温结构钢板的生产方法，其特征在于，屈服强度为Q390级别的薄规格易焊接低温结构钢，钢的化学成分重量百分比为C=0.06~0.08%，Si≤0.50%，Mn=1.50~1.70%，P≤0.015%，S≤0.005%，Als=0.015~0.050%，Ti≤0.025%，Nb=0.02~0.04%，V=0.02~0.03%，Cr=0.15~0.30%，Ni≤0.30%，且CEV≤0.40%，Pcm≤0.20%，余量为Fe和不可避免的杂质元素；关键工艺步骤中，正火温度为800~850℃，回火温度为330~380℃。
4.根据权利要求1所述的薄规格易焊接低温结构钢板的生产方法，其特征在于：屈服强度为Q420级别的薄规格易焊接低温结构钢，钢的化学成分重量百分比为C=0.05~0.07%，Si≤0.50%，Mn=1.50~1.70%，P≤0.015%，S≤0.005%，Als=0.015~0.050%，Ti≤0.025%，Nb=0.02~0.04%，V=0.03~0.05%，Cr=0.10~0.30%，Ni≤0.30%，Mo=0.10~0.30%，且CEV≤0.42%，Pcm≤0.20%，余量为Fe和不可避免的杂质元素；关键工艺步骤中，正火温度为800~850℃，回火温度为350~400℃。
5.根据权利要求1所述的薄规格易焊接低温结构钢板的生产方法，其特征在于：屈服强度为Q460级别的薄规格易焊接低温结构钢，钢的化学成分重量百分比为C=0.05~0.07%，Si≤0.50%，Mn=1.60~1.80%，P≤0.015%，S≤0.005%，Als=0.015~0.050%，Ti≤0.025%，Nb=0.04~0.06%，V=0.03~0.05%，Cr=0.10~0.30%，Ni=0.10~0.30%，Mo=0.10~0.30%，Cu=0.10~0.30%，且CEV≤0.44%，Pcm≤0.20%，余量为Fe和不可避免的杂质元素；关键工艺步骤中，正火温度为800~850℃，回火温度为380~420℃。
6.根据权利要求1所述的薄规格易焊接低温结构钢板的生产方法，其特征在于：屈服强度为Q500级别的薄规格易焊接低温结构钢，钢的化学成分重量百分比为C=0.04~0.06%，Si≤0.50%，Mn=1.70~2.00%，P≤0.015%，S≤0.005%，Als=0.015~0.050%，Ti≤0.025%，Nb=0.04~0.06%，V=0.04~0.06%，Cr=0.20~0.30%，Ni=0.15~0.30%，Mo=0.10~0.30%，Cu=0.15~0.30%，且CEV≤0.46%，Pcm≤0.20%，余量为Fe和不可避免的杂质元素；关键工艺步骤中，正火温度为800~850℃，回火温度为400~450℃。
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