CN113444974A - 一种1000MPa级超高强韧钢板及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种1000MPa级超高强韧钢板及其生产方法，属于钢铁冶炼技术领域。本发明钢板含有以下微量成分：C、Si、Mn、P、S、Als、V、Ni、Cr、Mo、B、O、N，其碳当量CEV≤0.50，余量为Fe及不可避免的杂质。本发明制备的超高强韧钢板屈服强度大于1000MPa，抗拉强度大于1100MPa，夏比摆锤冲击试验‑40℃冲击吸收能量(纵向)大于150J，采用低碳成分优化设计方案，具有优异的焊接性能。

Description

一种1000MPa级超高强韧钢板及其生产方法
技术领域
本发明涉及钢板制备技术领域，尤其涉及一种1000MPa级超高强韧钢板及其生产方法。
背景技术
超高强韧钢板一直是世界各国大型钢铁企业争相开发的高技术含量钢板，同时是一种资源节约型附加值高的产品。随着国内大型工程的不断发展，屈服强度550MPa及以上等级的高强钢在工程机械、矿山开采、起重矿车等方面得到了广泛应用，其特点是自重轻，安全性高，能够承载较大的动、静态载荷，服役时间较长。然而，一般情况下，强度越高的钢板其韧性和焊接性能就越差，使用加工条件就越苛刻，严重限制了超高强钢的大范围推广使用。
国内外很多钢厂均在研究Q960及以上超高强钢的生产工艺，但对于1000MPa级超高强韧钢板目前尚未有实质性的报道，同类产品在实际工程应用更是微乎其微，本发明介绍了一种1000MPa级超高强韧钢板PY1000E生产方法，其拥有高强度、高低温韧性以及优良焊接性能等特点，在工程机械领域拥有十分广阔的应用前景。
中国专利CN102560274A公开了一种屈服强度1000MPa级调质超高强钢及其生产方法，通过合理的成分设计，经过调质，得到合理的性能，但该专利公布的调质高强钢-40℃冲击功比较低，仅为60J以下，韧性不好。
中国专利CN10134680A公开了一种屈服强度960MPa级超高强钢及其生产方法，采用低碳+1.05％Cr合金设计，通过调质热处理得到了屈服强度达到960MPa以上的强度，但整个生产方法采用的是热连轧工艺及生产的厚度仅为8mm，不能生产更厚规格。生产工序繁琐，且生产方法仅为实验室的数据。
考虑到高端工程机械领域急需兼具高强度、高低温韧性和优异焊接性能的高强韧钢板，经过不断研究，优化成分配比，研究并使用多种工艺技术，创造特殊热处理方法，实现多种混合组织，制备一种满足高端工程技术领域高端材料的需要的高强韧钢板是本领域急需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种1000MPa级超高强韧钢板PY1000E及其生产方法，本发明制备方法制备的超高强韧钢板屈服强度大于1000MPa，抗拉强度大于1100MPa，夏比摆锤冲击试验-40℃冲击吸收能量(纵向)大于150J。
本发明的目的是提供一种1000MPa级超高强韧钢板，包括以下重量百分比的化学成分：C 0.06～0.10％，Si≤0.40％，Mn 1.00～1.30％，P≤0.020％，S≤0.005％，Als0.015～0.060％，V 0.07～0.11％，Ni 0.45～0.55％，Cr 0.20～0.60％，Mo 0.20～0.40％，B 0.0008～0.0030％，O≤0.0015％，N≤0.005％，CEV≤0.50，余量为Fe及不可避免的杂质。
本发明的另一目的是提供一种1000MPa级超高强韧钢板的生产方法，，具体步骤如下：
(1)采用Kr方法，对铁水进行脱硫预处理，使产品的硫含量达到产品要求；
(2)将步骤(1)预处理的铁水进行转炉冶炼、采用LF+RH的方法精炼，精炼的温度为1560～1580℃，然后进行连铸得到铸坯；
(3)将步骤(2)的铸坯放入缓冷坑堆垛缓冷，然后对铸坯进行检查；
(4)将步骤(3)符合规格的铸坯进行加热，然后进行高压水除鳞；
(5)将步骤(4)除磷后的铸坯进行轧制，轧制完成后快速冷却，得到钢板；
(6)将步骤(5)的钢板放入缓冷箱进行堆垛缓冷，之后进行探伤和切割；
(7)对步骤(6)切割后的钢板进行抛丸处理，去除氧化铁皮，然后依次进行常规淬火、二次特殊工艺淬火和低温回火处理；
(8)将步骤(7)回火之后的钢板进行强力矫直，然后迅速放入缓冷箱进行缓冷，得到所述钢板。
优选的，步骤(2)所述转炉冶炼步骤采用低温、高碱度、高氧化铁、双渣法、自动防下渣的方法最大限度降低钢中磷含量，其中冶炼温度为1600～1700℃，碱度为3.0～3.5，氧化铁含量为13％～18％。
优选的，步骤(3)所述缓冷坑堆垛缓冷是将铸坯缓冷至200℃以下，缓冷时间≥48h。
优选的，步骤(4)所述加热步骤包括加热段和均热段，加热段温度为1200～1260℃，均热段温度控制在1230±15℃，出钢温度为1050～1100℃，在炉时间不小于8min/cm的铸坯厚度。
优选的，步骤(5)所述轧制步骤的开轧温度为870～980℃，终轧温度800～840℃，成品厚度为8～30mm之间，中间坯待温厚度大于3倍的成品厚度；
所述快速冷却步骤是将轧制成品通过超快冷设备快速冷却至630～680℃。
优选的，步骤(6)所述堆垛缓冷的入箱温度为200～400℃，缓冷时间不小于48h。
优选的，步骤(7)所述常规淬火是出炉920±10℃进行淬火，在炉时间为3倍成品厚度+15min，得到全部马氏体组织；
所述第二次特殊工艺淬火是出炉840～880℃进行淬火，在炉时间为3倍成品厚度+15min，得到含有2％～6％铁素体比例的马氏体混合组织，组织应细小均匀；
所述回火的温度控制在200±10℃，在炉时间4倍成品厚度。
优选的，步骤(8)所述钢板缓冷的入箱温度不低于50℃，缓冷时间不低于72小时。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
通过低碳加少量的铬、镍、钼合金，Nb+V+Ti、B微合金化成份设计，1000MPa级超高强韧钢板的碳当量CEV仅为0.43左右，小于0.50，极大改善了高强钢的焊接性能，甚至20mm以下焊接达到了免预热的水平，大大降低了加工使用的苛刻要求，可以在工程机械、矿山开采、起重矿车等方面大力推广应用。
本发明采用铸坯、钢板以及热处理后成品板高温入坑缓冷、合理的两阶段轧制+快冷，三阶段热处理技术，使其制备的1000MPa级超高强韧钢板各力学性能指标均达到国际先进水平，屈服强度1000MPa以上，抗拉强度大于1100MPa以上，-40℃纵向低温冲击韧性大于150J以上。得到显微组织为回火马氏体与少量铁素体的混合组织。由于采用低碳成分优化设计方案，具有优异的焊接性能。该钢板在工程机械领域拥有十分广阔的应用前景。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进行进一步说明。
实施例1
一种1000MPa级超高强韧钢板的制备方法，具体步骤如下：
(1)将铁水进行脱硫预处理，使产品的硫含量达到产品要求；
(2)将步骤(1)预处理的铁水进行转炉冶炼、LF+RH精炼和连铸，得到铸坯，转炉冶炼步骤采用低温、高碱度、高氧化铁、双渣法、自动防下渣的方法最大限度降低钢中磷含量，其中冶炼温度为1620℃，碱度为3.2，氧化铁含量为13％；
(3)将步骤(2)的铸坯放入缓冷坑堆垛缓冷，缓冷至152℃以下，且缓冷时间为54h，充分释放内应力和钢中氢气体，然后对铸坯进行检查；
(4)将步骤(3)符合规格的铸坯进行加热，加热段温度为1210～1254℃，均热段温度控制在1220～1240℃，出钢温度1070～1080℃，在炉时间根据铸坯厚度不同按10min/cm，然后除磷，使产品的磷含量达到产品要求。
(5)将步骤(4)除磷后的铸坯进行轧制，控制开轧温度970℃，成品厚度12mm，中间坯待温厚度45mm，终轧温度830℃，轧制完成后快速冷却至670℃，得到钢板；
(6)将步骤(5)的钢板放入缓冷箱进行堆垛缓冷，入箱温度223℃，缓冷时间为53h，之后进行探伤和切割；
(7)对步骤(6)切割后的钢板进行抛丸处理，然后在出炉922℃进行常规淬火，在炉时间为3倍成品厚度+15min，得到全部马氏体组织；在出炉860℃进行第二次特殊工艺淬火，在炉时间为3倍成品厚度+15min，得到含有少量铁素体的马氏体混合组织，组织细小均匀，最后进行回火，温度控制在200±5℃，在炉时间4倍成品厚度；
(8)将步骤(7)回火之后的钢板进行强力矫直，入箱温度为50℃，缓冷时间为72小时，得到所述钢板。
该钢板的化学成分按重量百分比计包括C 0.08％，Si 0.28％，Mn 1.05％，P0.008％，S 0.003％，Als 0.027％，V 0.084％，Ni 0.46％，Cr 0.30％，Mo 0.25％，B0.0013％，O 0.0010％，N 0.0042％，余量为Fe及不可避免的杂质，其CEV为0.41。
对该钢板进行性能测试，测试结果如表1：
表1
Figure BDA0003145352060000041
Figure BDA0003145352060000051
实施例2
一种1000MPa级超高强韧钢板的制备方法，具体步骤如下：
(1)将铁水进行脱硫预处理，使产品的硫含量达到产品要求；
(2)将步骤(1)预处理的铁水进行转炉冶炼、LF+RH精炼和连铸，得到铸坯，转炉冶炼步骤采用低温、高碱度、高氧化铁、双渣法、自动防下渣的方法最大限度降低钢中磷含量，其中冶炼温度为1650℃，碱度为3.4，氧化铁含量为16％；
(3)将步骤(2)的铸坯放入缓冷坑堆垛缓冷，缓冷至126℃以下，且缓冷时间为55h，充分释放内应力和钢中氢气体，然后对铸坯进行检查；
(4)将步骤(3)符合规格的铸坯进行加热，加热段温度为1206～1250℃，均热段温度控制在1225～1245℃，出钢温度1075～1090℃，在炉时间根据铸坯厚度不同按10min/cm，然后除磷，使产品的磷含量达到产品要求。
(5)将步骤(4)除磷后的铸坯进行轧制，控制开轧温度920℃，成品厚度20mm，中间坯待温厚度75mm，终轧温度820℃，轧制完成后快速冷却至660℃，得到钢板；
(6)将步骤(5)的钢板放入缓冷箱进行堆垛缓冷，入箱温度320℃，缓冷时间为50h，之后进行探伤和切割；
(7)对步骤(6)切割后的钢板进行抛丸处理，然后在出炉916℃进行常规淬火，在炉时间为3倍成品厚度+15min，得到全部马氏体组织；在出炉865℃进行第二次特殊工艺淬火，在炉时间为3倍成品厚度+15min，得到含有少量铁素体的马氏体混合组织，组织细小均匀，最后进行回火，温度控制在200±5℃，在炉时间4倍成品厚度；
(8)将步骤(7)回火之后的钢板进行强力矫直，入箱温度为50℃，缓冷时间为72小时，得到所述钢板。
该钢板的化学成分按重量百分比计包括C 0.08％，Si 0.27％，Mn 1.08％，P0.009％，S 0.003％，Als 0.025％，V 0.088％，Ni 0.51％，Cr 0.40％，Mo 0.26％，B0.0015％，O 0.0011％，N 0.0040％，余量为Fe及不可避免的杂质，其CEV为0.44。
对该钢板进行性能测试，测试结果如表2：
表2
Figure BDA0003145352060000061
实施例3
一种1000MPa级超高强韧钢板的制备方法，具体步骤如下：
(1)将铁水进行脱硫预处理，使产品的硫含量达到产品要求；
(2)将步骤(1)预处理的铁水进行转炉冶炼、LF+RH精炼和连铸，得到铸坯，转炉冶炼步骤采用低温、高碱度、高氧化铁、双渣法、自动防下渣的方法最大限度降低钢中磷含量，其中冶炼温度为1650℃，碱度为3.2，氧化铁含量为15％；
(3)将步骤(2)的铸坯放入缓冷坑堆垛缓冷，缓冷至100℃以下，且缓冷时间为50h，充分释放内应力和钢中氢气体，然后对铸坯进行检查；
(4)将步骤(3)符合规格的铸坯进行加热，加热段温度为1212～1253℃，均热段温度控制在1226～1244℃，出钢温度1062～1080℃，在炉时间根据铸坯厚度不同按10min/cm，然后除磷，使产品的磷含量达到产品要求。
(5)将步骤(4)除磷后的铸坯进行轧制，控制开轧温度890℃，成品厚度30mm，中间坯待温厚度100mm，终轧温度810℃，轧制完成后快速冷却至660℃，得到钢板；
(6)将步骤(5)的钢板放入缓冷箱进行堆垛缓冷，入箱温度390℃，缓冷时间为58h，之后进行探伤和切割；
(7)对步骤(6)切割后的钢板进行抛丸处理，然后在出炉912℃进行常规淬火，在炉时间为3倍成品厚度+15min，得到全部马氏体组织；在出炉863℃进行第二次特殊工艺淬火，在炉时间为3倍成品厚度+15min，得到含有少量铁素体的马氏体混合组织，组织细小均匀，最后进行回火，温度控制在200±5℃，在炉时间4倍成品厚度；
(8)将步骤(7)回火之后的钢板进行强力矫直，入箱温度为50℃，缓冷时间为72小时，得到所述钢板。
该钢板的化学成分按重量百分比计包括C 0.07％，Si 0.30％，Mn 1.10％，P0.013％，S 0.002％，Als 0.032％，V 0.084％，Ni 0.52％，Cr 0.55％，Mo 0.38％，B0.0018％，O 0.0010％，N 0.0038％；余量为Fe及不可避免的杂质，其CEV为0.49。
对该钢板进行性能测试，测试结果如表3：
表3
Figure BDA0003145352060000071
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种1000MPa级超高强韧钢板，其特征在于，包括以下重量百分比的化学成分：C0.06～0.10％，Si≤0.40％，Mn 1.00～1.30％，P≤0.020％，S≤0.005％，Als 0.015～0.060％，V 0.07～0.11％，Ni 0.45～0.55％，Cr 0.20～0.60％，Mo 0.20～0.40％，B0.0008～0.0030％，O≤0.0015％，N≤0.005％，余量为Fe及不可避免的杂质，其碳当量≤0.50。
2.根据权利要求1所述的1000MPa级超高强韧钢板的生产方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)采用Kr方法，对铁水进行脱硫预处理，使产品的硫含量达到产品要求；
(2)将步骤(1)预处理的铁水进行转炉冶炼、采用LF+RH的方法精炼，精炼的温度为1560～1580℃，然后进行连铸得到铸坯；
(3)将步骤(2)的铸坯放入缓冷坑堆垛缓冷，然后对铸坯进行检查；
(4)将步骤(3)符合规格的铸坯进行加热，然后进行除鳞；
(5)将步骤(4)除磷后的铸坯进行轧制，轧制完成后快速冷却，得到钢板；
(6)将步骤(5)的钢板放入缓冷箱进行堆垛缓冷，之后进行探伤和切割；
(7)对步骤(6)切割后的钢板进行抛丸处理，然后依次进行常规淬火、二次特殊工艺淬火和低温回火处理；
(8)将步骤(7)回火之后的钢板进行强力矫直，然后迅速放入缓冷箱进行缓冷，得到所述钢板。
3.根据权利要求2所述的1000MPa级超高强韧钢板的生产方法，其特征在于，步骤(2)所述转炉冶炼步骤采用低温、高碱度、高氧化铁、双渣法、自动防下渣的方法最大限度降低钢中磷含量，其中冶炼温度为1600～1700℃，碱度为3.0～3.5，氧化铁含量为13％～18％。
4.根据权利要求2所述的1000MPa级超高强韧钢板的生产方法，其特征在于，步骤(3)所述缓冷坑堆垛缓冷是将铸坯缓冷至200℃以下，缓冷时间≥48h。
5.根据权利要求2所述的1000MPa级超高强韧钢板的生产方法，其特征在于，步骤(4)所述加热步骤包括加热段和均热段，加热段温度为1200～1260℃，均热段温度控制在1230±15℃，出钢温度为1050～1100℃，在炉时间不小于8min/cm的铸坯厚度。
6.根据权利要求2所述的1000MPa级超高强韧钢板的生产方法，其特征在于，步骤(5)所述轧制步骤的开轧温度为870～980℃，终轧温度800～840℃，成品厚度为8～30mm之间，中间坯待温厚度大于3倍的成品厚度；
所述快速冷却步骤是将轧制成品通过超快冷设备快速冷却至630～680℃。
7.根据权利要求2所述的1000MPa级超高强韧钢板的生产方法，其特征在于，步骤(6)所述堆垛缓冷的入箱温度为200～400℃，缓冷时间不小于48h。
8.根据权利要求2所述的1000MPa级超高强韧钢板的生产方法，其特征在于，步骤(7)所述常规淬火是出炉920±10℃进行淬火，在炉时间为3倍成品厚度+15min，得到全部马氏体组织；
所述第二次特殊工艺淬火是出炉840～880℃进行淬火，在炉时间为3倍成品厚度+15min，得到含有2％～6％铁素体比例的马氏体混合组织，组织应细小均匀；
所述回火的温度控制在200±10℃，在炉时间4倍成品厚度。
9.根据权利要求2所述的1000MPa级超高强韧钢板的生产方法，其特征在于，步骤(8)所述钢板缓冷的入箱温度不低于50℃，缓冷时间不低于72小时。
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