CN111621723B - 焊接性及抗疲劳特性优良的700MPa级低温调质钢板及其制造方法 - Google Patents

焊接性及抗疲劳特性优良的700MPa级低温调质钢板及其制造方法 Download PDF

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Abstract

焊接性及抗疲劳特性优良的700MPa级低温调质钢板及其制造方法，其成分重量百分比为：C：0.050～0.090％，Si≤0.15％，Mn：1.30～1.60％，P≤0.013％，S≤0.0030％，Cu：0.10～0.35％，Ni：0.50～0.90％，Cr：0.15～0.35％，Mo：0.15～0.35％，Nb：0.008％～0.030％，V：0.030～0.060％，Ti：0.008～0.014％，Al：0.030～0.060％，B≤0.0003％，N≤0.0050％，Ca：0.0010％～0.0040％，其余为Fe和不可避免夹杂。本发明采用超低C－Mn－(Ti+Nb+V)微合金钢的成分体系作为基础，在获得优良的700MPa级调质钢板强度、超低温韧性及强韧性匹配的同时，钢板的焊接性、机械加工性能也同样优异。

Description

焊接性及抗疲劳特性优良的700MPa级低温调质钢板及其制造 方法
技术领域
本发明涉及一种焊接性及抗疲劳特性优良的700MPa级低温调质钢板及其制造方法。
背景技术
众所周知，低碳(高强度)低合金钢是最重要工程结构材料之一，广泛应用于石油天然气管线、海洋平台、造船、桥梁结构、锅炉容器、建筑结构、汽车工业、铁路运输及机械制造之中。低碳(高强度)低合金钢性能取决于其化学成分、制造过程的工艺制度，其中强度、韧性和焊接性是低碳(高强度)低合金钢最重要的性能，它最终决定于成品钢材的显微组织状态。随着科技不断地向前发展，人们对高强钢的强韧性、强塑性匹配提出更高的要求，即在维持较低的制造成本的同时大幅度地提高钢板的综合机械性能和使用性能，以减少钢材的用量节约成本，减轻钢结构的自身重量、稳定性和安全性，更为重要的是为进一步提高钢结构安全稳定性和冷热加工性。
目前日韩欧盟范围内掀起了发展新一代高性能钢铁材料的研究高潮，力图通过合金组合设优化计和革新制造工艺技术获得更好的组织匹配，使高强钢获得更优良的强韧性、强塑性匹配。
现有抗拉强度≥700MPa的高强度调质钢板主要通过离线调质工艺(即RQ+T)生产；但是对于钢板厚度≤40mm，也可以采用在线调质工艺来生产(即DQ/TMCP+T)；为了获得高强度，钢板必需具有足够高的淬透性，即钢板淬透性指数DI≥2.0×成品钢板厚度〖DI＝0.311(％C)1/2[(1+0.64(％Si)]×[(1+4.10(％Mn)]×[(1+0.27(％Cu)]×[(1+0.52(％Ni)]×[(1+2.33(％Cr)]×[(1+3.14(％Mo)]×25.4(mm)〗，以确保钢板具有足够高的强度、优良的低温韧性，因而不可避免地向钢中加入一定量的Cr、Mo、Ni、Cu、V等合金元素，甚至Ni含量添加到1.00％以上，导致钢板的碳当量、冷裂纹敏感指数较高，严重影响钢板的焊接性(如中国专利ZL201210077114.7、ZL201010113835.X、ZL200810042088.8、ZL200810042124.0)。
此外，高合金含量的钢板表(亚)面层易产生过淬火，形成粗大的马氏体组织，使钢板表(近)面层的低温韧性、延伸率严重劣化及抗疲劳扩展特性(参见《电力土木》,1986,Vol.201,P33；《鉄と鋼》,1986,Vol.72,S612；；《西山記念技术講座》191-192，2008，P162等)。
现有大量专利文献只是说明如何实现母材钢板的强度和低温韧性，就改善钢板焊接能性，获得优良焊接热影响区HAZ低温韧性说明较少，更没有涉及如何在提高钢板抗拉强度的同时，提高钢板的抗拉延伸率、厚度方向力学性能均匀性、优良的机械加工性能及抗疲劳裂纹扩展特性(日本专利昭63－93845、昭63－79921、昭60－258410、特平开4－285119、特平开4－308035、平3－264614、平2－250917、平4－143246、美国专利US Patent5798004、欧洲专利EP 0288054A2。
还有如中国专利ZL201210077114.7，ZL201110181293.4，ZL201010113835.X，ZL200910196233.2，ZL200810042088.8，ZL200810042124.0，这些专利主要是解决600MPa级调质钢板的(超)高韧性、优良焊接性、低成本制造、特厚钢板规格拓展及特厚钢板厚度方向性能均匀性保证等问题，取得了重大突破与良好的效果，钢板实现批量工业化生产，并成功应用于国内外重大工程建设与重大装备制造，取得良好的供货业绩，部分品种替代进口，填补国内空白，尤其抗应变时效脆化与消除残余应力退火脆化特厚600MPa级调质钢板的成功开发(如中国专利ZL201610463494.6)，不仅获得了优良的低温韧性与抗SR脆化软化的特性，而且解决了高强调质钢板本征抗疲劳特性弱的缺点；但钢板强度只涉及600MPa级别，更高强度级别还未涉及。
发明内容
本发明的目的在于提供一种焊接性及抗疲劳特性优良的700MPa级低温调质钢板及其制造方法，在获得优良的700MPa级调质钢板强度、超低温韧性及强韧性匹配的同时，钢板的焊接性、机械加工性能(即高塑性)也同样优异，并成功地解决了700MPa级调质钢板的抗疲劳特性劣化本征问题，彻底消除重卡矿车大梁、海工机械结构及海洋平台桩腿等疲劳开裂的问题，特别适用于制作水电压力水管、涡壳、水轮机部件(座环)、海洋平台、大型工程机械、重卡抗疲劳结构梁等大型钢结构与设备；并且能够实现低成本稳定批量工业化生产。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：
本发明采用超低C－Mn－(Ti+Nb+V)微合金钢的成分体系作为基础，控制B含量≤0.0003％，(Cu+Ni+Mo+Cr)合金化，控制1.85≤[0.367C0.5(1+0.7Si)(1+3.33Mn)(1+0.35Cu)(1+0.36Ni)(1+2.16Cr)(1+3Mo)(1+1.75V)(1+1.77Al)×25.4]/H≤4.15，保证16000≤{910-203(％C)0.5+44.7(％Si)-15.2(％Ni)+31.5(％Mo)+104(％V)+13.1(％W)-[30(％Mn)+11(％Cr)+20(％Cu)-700(％P)-400(％Al)-120(％As)-400(％Ti)]-30℃}×t(淬火保持时间，单位为min)≤42000在之间淬火，Ca处理且Ca/S比在0.80～3.00之间且(Ca)×(S)0.18≤2.5×10－3，优化控制轧制+离线特殊调质工艺，使成品钢板的显微组织为细小均匀的块状铁素体+低碳下贝氏体，钢板平均晶粒尺寸在15μm以下。
具体的，本发明所述的焊接性及抗疲劳特性优良的700MPa级低温调质钢板，其成分重量百分比为：
C：0.050％～0.090％
Si：≤0.15％
Mn：1.30％～1.60％
P：≤0.013％
S：≤0.0030％
Cu：0.10％～0.35％
Ni：0.50％～0.90％
Cr：0.15％～0.35％
Mo：0.15％～0.35％
Nb：0.008％～0.030％
V：0.030％～0.060％
Ti：0.008％～0.014％
Al：0.030％～0.060％
B：≤0.0003％
N：≤0.0050％
Ca：0.0010％～0.0040％
其余为Fe和不可避免的夹杂；且上述元素含量必须同时满足如下关系：
1.85≤[0.367C0.5(1+0.7Si)(1+3.33Mn)(1+0.35Cu)(1+0.36Ni)(1+2.16Cr)(1+3Mo)(1+1.75V)(1+1.77Al)×25.4]/H≤4.15，其中，H为成品钢板厚度，单位为mm；保证亚临界区淬火后，钢板显微组织为铁素体+低碳下贝氏体，确保钢板强度达到目标要求的同时，钢板具有优良的焊接性，即钢板焊接热影响区(HAZ)的超低温韧性与抗疲劳裂纹扩展特性也同样优异；这是钢板的最关键技术之一。
16000≤{910-203(％C)0.5+44.7(％Si)-15.2(％Ni)+31.5(％Mo)+104(％V)+13.1(％W)-[30(％Mn)+11(％Cr)+20(％Cu)-700(％P)-400(％Al)-120(％As)-400(％Ti)]-30℃}×t≤42000，其中，t为淬火保持时间，单位为min；保证成品钢板显微组织为为细小铁素体+低碳下贝氏体，两相比例、分布及形貌适宜，确保成品钢板具有优良的超低温韧性、强韧性/强塑性匹配、抗应变时效脆化及抗疲劳裂纹扩展特性。
Ca与S之间的关系：Ca处理，且Ca/S比在0.80～3.00之间，(％Ca)(％S)0.18≤2.5×10－3；以改善钢板超低温韧性、焊接性、强韧性/强塑性匹配及抗疲劳裂纹扩展特性。
本发明所述钢板的显微组织为细小均匀的块状铁素体+低碳下贝氏体，钢板平均晶粒尺寸在15μm以下。
本发明所述钢板的抗拉强度≥700MPa、屈服强度≥620MPa、－60℃常规冲击韧性≥100J。
在本发明钢板成分设计中：
为了获得优良的700MPa级调质钢板强度、超低温韧性、机械加工性能(即高塑性)及强韧性匹配的同时，钢板的焊接性尤其钢板抗疲劳特性也同样优异，本发明钢板成分具有以下特征：
C对调质钢的强度、超低温韧性、延伸率及焊接性影响很大，从改善700MPa级调质钢板超低温韧性、焊接性、抗疲劳裂纹扩展特性的角度，希望钢中C含量控制得较低；但是从调质钢的淬透性、拉伸强度、强韧性/强塑性匹配、生产制造过程中显微组织控制及制造成本角度，C含量不宜控制得过低；因此，C含量合理范围为0.05％～0.09％。
Si促进钢水脱氧并能够提高钢板强度，但是采用Al脱氧的钢水，Si的脱氧作用不大，Si虽然能够提高钢板的强度，但是Si严重损害钢板(尤其高强调质钢板)的低温本征韧性、延伸率及抗疲劳裂纹扩展特性；其次在较大热输入焊接及多层多道次焊接条件下，Si不仅促进M-A岛形成，而且形成的M－A岛尺寸较为粗大、分布不均匀，严重损害焊接热影响区(HAZ)超低温韧性与抗疲劳裂纹扩展特性，因此钢中的Si含量应尽可能控制得低，考虑到炼钢过程的经济性和可操作性，Si含量控制在0.15％以下。
Mn作为最重要的合金元素在钢中除提高钢板的强度外，还具有扩大奥氏体相区、降低Ar3点温度、细化调质钢板晶团而改善钢板低温韧性的作用、促进低温相变组织形成而提高钢板强度的作用；但是Mn在钢水凝固过程中容易发生偏析，尤其Mn含量较高时，不仅会造成浇铸操作困难，而且容易与C、P、S、Mo、Cr等元素发生共轭偏析现象，尤其钢中C含量较高时，加重铸坯中心部位的偏析与疏松，严重的铸坯中心区域偏析在后续的轧制、热处理及焊接过程中易形成异常组织，导致调质钢板低温韧性低下和焊接接头出现裂纹，其次Mn含量过高时，调质钢板的塑韧性、抗疲劳裂纹扩展特性劣化，尤其焊接热影响区抗疲劳裂纹扩展特性严重劣化；因此，Mn含量适宜范围为1.30％～1.60％。
P作为钢中有害夹杂对钢板的机械性能，尤其超低温韧性、延伸率、焊接性、抗疲劳裂纹扩展特性具有巨大的损害作用，理论上要求越低越好；但考虑到炼钢可操作性和炼钢成本，P含量需要控制在≤0.013％。
S作为钢中有害夹杂对钢板的超低温韧性具有很大的损害作用，更重要的是S在钢中与Mn结合，形成MnS夹杂物，在热轧过程中，MnS的可塑性使MnS沿轧向延伸，形成沿轧向MnS夹杂物带，严重损害钢板的超低温冲击韧性、延伸率、抗疲劳裂纹扩展特性，焊接性尤其焊接热影响区抗疲劳裂纹扩展特性严重裂化，同时S还是热轧过程中产生热脆性的主要元素，理论上要求越低越好；但考虑到炼钢可操作性、炼钢成本和物流顺畅原则，S含量需要控制在≤0.0030％。
Cu也是奥氏体稳定化元素，添加Cu也可以降低Ar3点温度，提高钢板的淬透性和钢板的耐大气腐蚀性；但是Cu添加量过多，高于0.35％，容易造成铜脆、铸坯表面龟裂、内裂问题及抗疲劳裂纹扩展特性裂化；对于700MPa级调质钢板而言，Cu添加量过少，低于0.10％，所起任何作用较小，因此Cu含量控制在0.10％～0.35％之间。Cu、Ni复合添加除降低含铜钢的铜脆现象、减轻热轧过程的晶间开裂之作用外，更重要的是Cu、Ni均为奥氏体稳定化元素，Cu、Ni复合添加可以大幅度降低Ar3，提高奥氏体向铁素体相变的驱动力，导致贝氏体板条可以向各个位向长大，导致贝氏体板条间位向差变大，增加裂纹穿过贝氏体板条团的阻力，极大改善钢板抗疲劳裂纹扩展特性。
添加Ni不仅可以提高铁素体相中位错可动性，促进位错交滑移，而且增大贝氏体板条间位向差；Ni作为奥氏体稳定化元素，降低Ar3点温度，细化马氏体/贝氏体晶团尺寸，因此Ni具有同时提高调质钢板强度、延伸率、抗疲劳裂纹扩展特性和超低温韧性的功能；钢中加Ni还可以降低含铜钢的铜脆现象，减轻热轧过程的晶间开裂，提高钢板的耐大气腐蚀性。因此从理论上讲，钢中Ni含量在一定范围内越高越好，但是过高的Ni含量会硬化焊接热影响区，对钢板的焊接性及制造成本不利；但是对于700MPa级调质钢板，必须有一定量的Ni含量，以保证钢板具有足够的淬透性、板厚方向性能均匀的同时，确保钢板的超低温韧性、抗疲劳裂纹扩展特性，尤其对焊接热影响区超低温韧性与抗疲劳裂纹扩展特性更加重要；因此，Ni含量控制在0.50％～0.90％之间。
Cr作为弱碳化物形成元素，添加Cr不仅提高钢板的淬透性、促进低温相变产物--贝氏体形成，而且贝氏体板条间位向差增大，增大裂纹穿过贝氏体晶团的阻力，在提高钢板强度的同时，具有一定的改善钢板韧性及抗疲劳裂纹扩展特性之作用；但是当Cr添加量过多时，严重损害钢板的焊接性，尤其抗疲劳裂纹扩展特性；但是对于700MPa级调质钢板，必须有一定的Cr含量，以保证钢板具有足够的淬透性；因此，Cr含量控制在0.15％～0.35％之间。
添加Mo极大提高钢板的淬透性，低温相变产物--贝氏体形成，但是Mo作为强碳化物形成元素，在促进贝氏体形成的同时，增大贝氏体晶团的尺寸且形成的贝氏体板条间位向差很小，减小裂纹穿过贝氏体晶团的阻力；因此Mo在大幅度提高调质钢板强度的同时，降低了调质钢板的超低温韧性、延伸率、焊接性、抗疲劳裂纹扩展特性；并且当Mo添加过多时，不仅严重损害钢板的延伸率、低温韧性、延伸率、抗疲劳裂纹扩展特性及焊接性尤其焊接热影响区抗疲劳裂纹扩展特性，而且增加钢板生产成本；但是对于700MPa级调质钢板，必须有一定的Mo含量，以保证钢板具有足够的淬透性及回火组织与性能的稳定性。因此综合考虑Mo的相变强化作用及对母材钢板超低温韧性、延伸率、抗疲劳裂纹扩展特性的影响，Mo含量控制在0.15％～0.35％之间。
为了保证回火过程中，在原奥氏体晶界上及铁素体/奥氏体相界上不析出脆性硼化物Fe23(CB)6，钢中B含量不得高于0.0004％。
钢中添加微量的Nb元素目的是进行未再结晶控制轧制、细化钢板显微组织尤其钢板芯部显微组织，提高调质钢板强度、超低温韧性及抗疲劳裂纹扩展特性；当Nb添加量低于0.010％时，除不能有效发挥的控轧作用；当Nb添加量超过0.030％时，不仅未再结晶控轧作用达到饱和，更重要的是焊接条件下诱发上贝氏体(Bu)形成和Nb(C,N)二次析出脆化作用，严重损害焊接热影响区(HAZ)的超低温韧性与抗疲劳裂纹扩展特性；此外添加过多Nb也增加制造成本、加大板坯表面缺陷产生的风险；因此Nb含量控制在0.010％～0.030％之间。
V含量在0.030％～0.060％之间，并随着钢板厚度的增加，V含量可适当取上限值。添加V目的是通过V(C,N)在贝氏体板条中析出，提高调质钢板的强度、保证调质钢板强韧性/强塑性匹配。V添加过少，低于0.030％，析出的V(C,N)太少，不能有效提高调质钢板的强度、保证调质钢板强韧性/强塑性匹配；V添加量过多，高于0.060％，损害钢板的超低温韧性、延伸率、焊接性尤其焊接热影响区抗疲劳裂纹扩展特性。
Ti含量在0.008％～0.014％之间，抑制均热和热轧过程中奥氏体晶粒过分长大，改善钢板超低温韧性，更重要的是抑制焊接过程中HAZ晶粒长大，改善HAZ韧性与抗疲劳裂纹扩展特性。
钢中的Als能够固定钢中的自由[N]，除降低焊接热影响区(HAZ)自由[N]，改善焊接HAZ的超低温韧性与抗疲劳裂纹扩展特性；因此Als下限控制在0.030％(低于下限可能造成脱氧不净及焊接热影响区固N能力不足)；但是钢中加入过量的Als不但会造成浇铸困难，而且会在钢中形成大量弥散的针状Al2O3夹杂物，损害钢板内质健全性、超低温韧性、焊接性及抗疲劳裂纹扩展特性，因此Als上限控制在0.060％。
为了降低焊接热影响区固溶N含量，改善热影响区超低温韧性与抗疲劳裂纹扩展特性，钢中N含量≤0.0050％。
对钢进行Ca处理，一方面可以进一步纯洁钢液，另一方面对钢中硫化物进行变性处理，使之变成不可变形的、稳定细小的球状硫化物、抑制S的热脆性、提高钢板的低温韧性、延伸率及Z向性能、改善钢板韧性的各向异性及抗疲劳裂纹扩展特性。Ca加入量的多少，取决于钢中S含量的高低，Ca加入量过低，处理效果不大；Ca加入量过高，形成Ca(O,S)尺寸过大，脆性也增大，可成为断裂裂纹起始点，降低钢的低温韧性和延伸率，同时还降低钢质纯净度、污染钢液。一般控制Ca含量按ESSP＝(wt％Ca)[1-1.24(wt％O)]/1.25(wt％S)，其中ESSP为硫化物夹杂形状控制指数，取值范围0.5～5之间为宜，因此Ca含量的合适范围为0.0010％～0.0040％。
本发明所述的焊接性及抗疲劳特性优良的700MPa级低温调质钢板的制造方法，其包括如下步骤：
1)冶炼、铸造
按上述成分冶炼、浇铸成坯，浇铸过热度ΔT控制在10℃～30℃；
2)轧制，钢板总压缩比即板坯厚度/成品钢板厚度≥3.0
第一阶段为再结晶轧制，板坯加热温度控制在1100℃～1170℃之间；道次采用大压下轧制，轧制道次压下率≥7％，累计压下率≥50％，终轧温度≥960℃；
第二阶段采用未再结晶控制轧制，控轧开轧温度≤880℃，轧制道次压下率≥8％，累计压下率≥30％，终轧温度≤800℃，钢板未再结晶控轧后，堆垛自然空冷至室温；
3)热处理，钢板采用亚临界淬火+回火工艺即调质工艺
亚临界淬火温度为：
{910-203(％C)1/2+44.7(％Si)-15.2(％Ni)+31.5(％Mo)+104(％V)+13.1(％W)-[30(％Mn)+11(％Cr)+20(％Cu)-700(％P)-400(％Al)-120(％As)-400(％Ti)]-30℃}，淬火保持时间≥20min，淬火保持时间为钢板中心温度达到淬火目标温度时开始计时的保温时间；
钢板回火温度为530℃～600℃，回火保持时间≥25min，回火保持时间为钢板中心温度达到回火目标温度时开始计时的保温时间；回火结束后钢板自然空冷至室温。
在本发明钢板的制造方法中：
1、冶炼轧制工艺，根据本发明钢的成分体系及厚度规格，制造工艺设计方案是：浇注过热度ΔT控制在10℃～30℃，以改善板坯内部偏析、疏松与缩孔，减少板坯内部夹杂物。
2、为确保调质钢板中心疏松焊合，钢板中心部位显微组织均匀，钢板总压缩比(板坯厚度/成品钢板厚度)≥3.0。
第一阶段为再结晶轧制，板坯加热温度控制在1100℃～1170℃之间；道次采用大压下轧制，轧制道次压下率≥7％，累计压下率≥50％，终轧温度≥960℃，保证奥氏体晶粒发生再结晶均匀细化。
第二阶段采用未再结晶控制轧制，控轧开轧温度≤880℃，轧制道次压下率≥8％，累计压下率≥30％，终轧温度≤800℃，细化钢板晶粒尺寸，尤其钢板芯部的晶粒尺寸，改善调质钢板超低温韧性、强韧性/强塑性匹配及抗疲劳裂纹扩展特性；钢板未再结晶控轧后，堆垛自然空冷至室温。
3、热处理工艺
钢板采用亚临界淬火+回火工艺即调质工艺进行生产，根据钢板成分、Ac3点温度及淬透性指数，调整钢板亚临界淬火温度，以实现钢板成分、Ac3点温度及淬透性指数与亚临界淬火温度之间的匹配，获得细小均匀的块状铁素体+低碳下贝氏体组织，获得发明钢板的技术要求，亚临界淬火温度为：
{910-203(％C)1/2+44.7(％Si)-15.2(％Ni)+31.5(％Mo)+104(％V)+13.1(％W)-[30(％Mn)+11(％Cr)+20(％Cu)-700(％P)-400(％Al)-120(％As)-400(％Ti)]-30℃}，淬火保持时间≥20min，淬火保持时间为钢板中心温度达到淬火目标温度时开始计时的保温时间。
钢板回火温度(板温)为530℃～600℃，钢板相对较薄时回火温度偏上限、钢板相对较厚时回火温度偏下限，回火保持时间≥25min，回火保持时间为钢板中心温度达到回火目标温度时开始计时的保温时间；回火结束后钢板自然空冷至室温。
本发明的有益效果：
本发明通过钢板合金元素的组合设计、控制轧制工艺与特殊亚临界调质工艺相结合，在获得优良的700MPa级调质钢板强度、超低温韧性、机械加工性能(即高塑性)及强韧性匹配的同时，钢板的超低温韧性也同样优异，并成功地解决了700MPa级调质钢板母材本身及焊接热影响区(HAZ)的超低温韧性与抗疲劳裂纹扩展特性的问题，提高了大型重钢结构的加工过程中的可靠性与服役过程中安全稳定性；良好的焊接性节省了用户钢构件制造的成本，缩短了用户钢构件制造的时间，为用户创造了巨大的价值。
附图说明
图1为本发明实施例3钢板的显微组织(回火后的显微组织)。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明。
本发明实施例钢板的成分参见表1，表2～表5为本发明实施例钢板的制造工艺。表5为本发明实施例钢板的性能参数。
由图1中本发明实施例3钢板的显微组织可以看出，钢板显微组织为细小均匀先共析块状铁素体+低碳下贝氏体(此图中的超低碳贝氏体为回火状态)，实施例3钢板的综合力学性能与焊接性极其优良，达到了发明钢板的技术要求。
综上所述，本发明通过钢板合金元素的组合设计、控制轧制工艺与特殊的亚临界调质工艺相结合，在获得优良的700MPa级调质钢板强度、超低温韧性、机械加工性能(即高塑性)及强韧性匹配的同时，钢板的焊接性、抗应变时效脆化、抗疲劳裂纹扩展特性也同样优异，并成功地解决了700MPa级调质钢板母材本身及焊接热影响区(HAZ)的超低温韧性与抗疲劳裂纹扩展特性的问题，提高了大型重钢结构的加工过程中的可靠性与服役过程中安全稳定性；良好的焊接性节省了用户钢构件制造的成本，缩短了用户钢构件制造的时间。
本发明焊接性、抗疲劳裂纹扩展特性及超低温韧性优良的700MPa级调质钢板主要用作制造水电工程的压力水管、涡壳、大型工程机械结构及海洋石油平台，是重大国民经济建设的关键材料，目前国内各大钢厂(除宝钢以外)均不能稳定批量生产，国内大型水利发电工程项目、水轮机制造单位及大型工程机械(包括重载卡车)所需抗疲劳裂纹扩展特性及超低温韧性优良700MPa级调质钢板均从日本和SSAB进口；不仅钢板进口价格昂贵，而且交货期无法保证，迫使用户在设计图纸出来前，提前订购具有一定尺寸余量钢板，以便设计图纸出来后，根据设计图纸要求的钢板尺寸要求裁剪钢板，导致材料巨大的浪费。
随着我国国民经济发展，建设节约型和谐社会的要求，国家基础工程建设、能源工程建设、海洋开发建设及建设所需的大型装备制造(海工机械、工程机械及重载卡车等)开发已摆到日事议程，作为战略性基础材料――焊接性、抗疲劳裂纹扩展特性及超低温韧性优良的700MPa级调质钢板具有广阔的市场前景。
Figure BDA0001981326290000121
Figure BDA0001981326290000131
Figure BDA0001981326290000141

Claims (4)

1.焊接性及抗疲劳特性优良的700MPa级低温调质钢板，其成分重量百分比为：
C：0.050％～0.090％
Si：≤0.15％
Mn：1.30％～1.60％
P：≤0.013％
S：≤0.0030％
Cu：0.10％～0.35％
Ni：0.50％～0.90％
Cr：0.15％～0.35％
Mo：0.15％～0.35％
Nb：0.008％～0.030％
V：0.030％～0.060％
Ti：0.008％～0.014％
Al：0.030％～0.060％
B：≤0.0003％
N：≤0.0050％
Ca：0.0010％～0.0040％
其余为Fe和不可避免的夹杂；且上述元素含量必须同时满足如下关系：
1.85≤[0.367C0.5(1+0.7Si)(1+3.33Mn)(1+0.35Cu)(1+0.36Ni)(1+2.16Cr)(1+3Mo)(1+1.75V)(1+1.77Al)×25.4]/H≤4.15，其中，H为成品钢板厚度，单位为mm；
16000≤{910-203(％C)0.5+44.7(％Si)-15.2(％Ni)+31.5(％Mo)+104(％V)+13.1(％W)-[30(％Mn)+11(％Cr)+20(％Cu)-700(％P)-400(％Al)-120(％As)-400(％Ti)]-30℃}×t≤42000，其中，t为淬火保持时间，单位为min；
Ca与S之间的关系：Ca处理，且Ca/S比在0.80～3.00之间，(％Ca)(％S)0.18≤2.5×10－3；
所述钢板的显微组织为细小均匀的块状铁素体+低碳下贝氏体，钢板平均晶粒尺寸在15μm以下；所述钢板通过如下制造方法获得，其包括：
1)冶炼、铸造
按上述的成分冶炼、浇铸成坯，浇铸过热度ΔT控制在10℃～30℃；
2)轧制，钢板总压缩比即板坯厚度/成品钢板厚度≥3.0
第一阶段为再结晶轧制，板坯加热温度控制在1100℃～1170℃之间；道次采用大压下轧制，轧制道次压下率≥7％，累计压下率≥50％，终轧温度≥960℃；
第二阶段采用未再结晶控制轧制，控轧开轧温度≤880℃，轧制道次压下率≥8％，累计压下率≥30％，终轧温度≤800℃，钢板未再结晶控轧后，堆垛自然空冷至室温；
3)热处理，钢板采用亚临界淬火+回火工艺即调质工艺
亚临界淬火温度为：
{910-203(％C)1/2+44.7(％Si)-15.2(％Ni)+31.5(％Mo)+104(％V)+13.1(％W)-[30(％Mn)+11(％Cr)+20(％Cu)-700(％P)-400(％Al)-120(％As)-400(％Ti)]-30℃}，淬火保持时间≥20min，淬火保持时间为钢板中心温度达到淬火目标温度时开始计时的保温时间；
钢板回火温度为530℃～600℃，回火保持时间≥25min，回火保持时间为钢板中心温度达到回火目标温度时开始计时的保温时间；回火结束后钢板自然空冷至室温。
2.如权利要求1所述的焊接性及抗疲劳特性优良的700MPa级低温调质钢板，其特征在于，所述钢板的抗拉强度≥700MPa、屈服强度≥620MPa、－60℃常规冲击韧性≥100J。
3.如权利要求1所述的焊接性及抗疲劳特性优良的700MPa级低温调质钢板的制造方法，其特征是，包括如下步骤：
1)冶炼、铸造
按权利要求1所述的成分冶炼、浇铸成坯，浇铸过热度ΔT控制在10℃～30℃；
2)轧制，钢板总压缩比即板坯厚度/成品钢板厚度≥3.0
第一阶段为再结晶轧制，板坯加热温度控制在1100℃～1170℃之间；道次采用大压下轧制，轧制道次压下率≥7％，累计压下率≥50％，终轧温度≥960℃；
第二阶段采用未再结晶控制轧制，控轧开轧温度≤880℃，轧制道次压下率≥8％，累计压下率≥30％，终轧温度≤800℃，钢板未再结晶控轧后，堆垛自然空冷至室温；
3)热处理，钢板采用亚临界淬火+回火工艺即调质工艺
亚临界淬火温度为：
{910-203(％C)1/2+44.7(％Si)-15.2(％Ni)+31.5(％Mo)+104(％V)+13.1(％W)-[30(％Mn)+11(％Cr)+20(％Cu)-700(％P)-400(％Al)-120(％As)-400(％Ti)]-30℃}，淬火保持时间≥20min，淬火保持时间为钢板中心温度达到淬火目标温度时开始计时的保温时间；
钢板回火温度为530℃～600℃，回火保持时间≥25min，回火保持时间为钢板中心温度达到回火目标温度时开始计时的保温时间；回火结束后钢板自然空冷至室温。
4.如权利要求3所述的焊接性及抗疲劳特性优良的700MPa级低温调质钢板的制造方法，其特征是，所述钢板的抗拉强度≥700MPa、屈服强度≥620MPa、－60℃常规冲击韧性≥100J。
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