CN114182168A - 一种含稀土的超高强度宽厚钢板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含稀土的超高强度宽厚钢板及其制备方法，涉及钢铁生产技术领域，其化学成分及质量百分比如下：C：0.10%‑0.18%，Mn：0.55%‑1.35%，Si：0.15%‑0.35%，Cr：0.20%‑0.70%，Mo：0.25%‑0.65%，Ni：0.85%‑1.25%，Nb：0.016%‑0.044%，V：0.025%‑0.065%，Ti≤0.010%，Al：0.025%‑0.070%，B：0.001%‑0.003%，P≤0.015%，S≤0.002%，T.O≤0.0010%，N≤0.0055%，Ceq≤0.0050ppm，余量为铁和不可避免的杂质。钢板的抗拉强度1400‑1470MPa、屈服强度1200‑1300MPa、延伸率10.0%‑12.5%、‑40℃低温冲击韧性90‑150J、平整度3mm/m，5mm/2m。

Description

一种含稀土的超高强度宽厚钢板及其制备方法
技术领域
本发明涉及钢铁生产技术领域，特别是涉及一种含稀土的超高强度宽厚钢板及其制备方法。
背景技术
具有较高强度的低合金宽厚钢板广泛应用于建筑及桥梁、工程及矿山机械、车辆结构、集装箱等制造行业。伴随着工程机械的日趋大型化和高效化，进一步开发具有超高屈服强度的宽厚钢板的需求日趋强烈。与此同时，工程机械的服役条件也日趋苛刻，因此对钢板的韧塑性也提出了更高的要求。尤其对于厚度≥25mm的宽厚板而言，在钢板整个厚度截面获得均匀的马氏体组织，通常需要向钢中添加多种合金元素，不仅增加了合金化成本，还对钢板的韧塑性和焊接性产生不利影响。
专利CN103614626公开了一种稀土处理的高强度工程机械用钢板，其屈服强度达到500MPa,-20℃低温冲击功大于200J，该专利仅给出了钢板的成分和轧制及热处理制度，未指明冶炼方法。专利CN109234633公开了一种稀土处理的低预热温度690MPa级高强钢板及其制备方法，该专利通过稀土处理降低了690MPa级高强钢板的焊接预热温度，该专利也给出了钢板的成分和轧制及热处理制度，仅简单列举了冶炼工序，不具备实用性。专利CN103834870公开了一种含稀土钢板及其生产工艺，所发明钢板的屈服强度达到700MPa级别，该专利同样给出了钢板的成分和轧制及热处理制度，且列举了冶炼工序，其中稀土在连铸过程中加入不利于稀土夹杂物的上浮去除和稀土元素在钢种均匀分布，会严重影响钢材质量。专利CN111519096公开了一种含稀土的Q890CF高强钢板及其制造方法，所发明钢板的屈服强度达到890MPa级别，该专利以优质废钢为原料利用真空冶炼炉冶炼并浇铸钢锭，所述方法不适用于规模化生产。以上专利均在高强度钢中添加了稀土合金以改善力学性能，但所发明钢板的屈服强度级别均在1000MPa以下。专利CN102888558公开了一种含稀土La的高强度钢板及其热处理工艺，钢板的屈服强度达到1100-1300MPa，延伸率达到7-15％，但是该专利并未公开钢板的冶炼工艺及低温冲击韧性，且钢板厚度仅为5-25mm，属于薄板，相较于厚板其产品性能的均匀性更易于保证。随着工程机械对钢板强度和韧塑性要求的不断增高，如何在提高强度的同时改善厚度在25mm以上的宽厚钢板的韧塑性，成为开发超高强度宽厚钢板的技术瓶颈。
发明内容
本发明针对上述技术问题，克服现有技术的缺点，提供一种含稀土的超高强度宽厚钢板，其化学成分及质量百分比如下：C：0.10％-0.18％，Mn：0.55％-1.35％，Si：0.15％-0.35％，Cr：0.20％-0.70％，Mo：0.25％-0.65％，Ni：0.85％-1.25％，Nb：0.016％-0.044％，V：0.025％-0.065％，Ti≤0.010％，Al：0.025％-0.070％，B：0.001％-0.003％，P≤0.015％，S≤0.002％，T.O≤0.0010％，N≤0.0055％，Ceq≤0.0050ppm，余量为铁和不可避免的杂质。
本发明进一步限定的技术方案是：
前所述的一种含稀土的超高强度宽厚钢板，其化学成分及质量百分比如下：C：0.14％-0.16％，Mn：1.35％-1.55％，Si：0.15％-0.35％，Cr：0.50％-0.70％，Mo：0.45％-0.65％，Ni：0.85％-1.25％，Nb：0.016％-0.044％，V：0.025％-0.065％，Ti≤0.010％，Al：0.055％-0.070％，B：0.001％-0.003％，P≤0.015％，S≤0.002％，T.O≤0.0010％，N≤0.0055％，Ceq≤0.0050ppm，余量为铁和不可避免的杂质。
前所述的一种含稀土的超高强度宽厚钢板，其化学成分及质量百分比如下：C：0.15％-0.17％，Mn：1.05％-1.35％，Si：0.15％-0.35％，Cr：0.30％-0.40％，Mo：0.25％-0.45％，Ni：0.45％-0.75％，Nb：0.016％-0.044％，V：0.025％-0.065％，Ti≤0.010％，Al：0.025％-0.070％，B：0.001％-0.003％，P≤0.015％，S≤0.002％，T.O≤0.0010％，N≤0.0055％，Ceq≤0.0050ppm，余量为铁和不可避免的杂质。
本发明的另一目的在于提供一种含稀土的超高强度宽厚钢板制备方法，包括铁水预处理→转炉吹炼→LF精炼→RH精炼→连铸→控轧控冷→热处理，
铁水预处理要求扒渣后铁水中S≤0.0030％；
转炉吹炼要求出钢后加铝脱氧，钢液中全氧≤0.0600％；
LF精炼要求脱氧后钢液中全氧的质量分数≤0.0020％；
RH精炼要求真空处理10-20min，通过料仓加入稀土铁合金，或真空处理结束后利用底吹氩气吹开渣层后喂入稀土丝；RH结束后，加入硼铁或喂入硼丝后，静搅时间≥15min；
连铸长水口和浸入式水口实行严格的氩封，中间包钢液温度控制在1510-1560℃；
控轧控冷要求将铸坯加热至1200-1240℃，采用两阶段控轧，第一阶段轧后待温至≤900℃进行第二阶段轧制，轧后空冷；两阶段累积压下率分别为≥60％和≥70％；
热处理包括淬火和回火，淬火加热温度为860-950℃，回火加热温度为150-220℃。
前所述的一种含稀土的超高强度宽厚钢板制备方法，钢板的宽度≥2000mm，厚度为25-40mm。
前所述的一种含稀土的超高强度宽厚钢板制备方法，钢板的金相组织为回火马氏体。
本发明的有益效果是：
(1)本发明通过加入稀土合金变质钢中夹杂物，并实现晶粒的细化和组织的均匀化，有效改善了屈服强度在1200MPa以上的超高强度宽厚板的韧塑性；
(2)本发明在钢液精炼过程中加入我国储量较为丰富的Ce元素，利用其将钢液中易于聚集长大的Al2O3夹杂物变质为CeAlO3、Ce2O2S、CeS等含稀土夹杂物，以上夹杂物与钢的弹性模量等性质接近且不易聚合长大，同时稀土固溶于MnS夹杂物中可以将其由条状变为纺锤状，以上对于夹杂物的变质作用可大大降低其对钢板性能的危害；
(3)本发明钢中的固溶稀土可以有效净化晶界，稀土在晶界的偏聚还可起到强化晶界的作用，阻碍晶体的长大，减少偏析；
(4)本发明在稀土元素的变质夹杂和微合金化作用下，配合科学合理的轧制及热处理制度可以实现钢板晶粒的细化和组织的均匀化，减小各向异性，从而达到改善韧塑性的目的；
(5)本发明钢板的抗拉强度1400-1470MPa、屈服强度1200-1300MPa、延伸率10.0％-12.5％、-40℃低温冲击韧性90-150J、平整度3mm/m，5mm/2m。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供的一种含稀土的超高强度宽厚钢板，宽度为2200mm，厚度为25mm，平整度为3mm/m，5mm/2m。其化学成分及质量百分比为：C：0.10％，Mn：1.24％，Si：0.28％，Cr：0.44％，Mo：0.37％，Ni：0.95％，Nb：0.028％，V：0.065％，Al：0.048％，P：0.008％，S：0.0018％，N：0.0043％，Ce：0.0007ppm，余量为铁和不可避免的杂质。
制备方法包括以下步骤：铁水预处理→转炉吹炼→LF精炼→RH精炼→连铸→控轧控冷→热处理。铁水预处理扒渣后铁水中S的质量分数为0.0028％。转炉吹炼出钢后加铝脱氧，钢液中全氧的质量分数为0.0550％。LF精炼脱氧后钢液中全氧的质量分数为0.0017％。RH精炼真空处理10min通过料仓加入稀土铁合金。RH结束后，加入硼铁，静搅时间18min。连铸长水口和浸入式水口实行严格的氩封，中间包钢液温度控制在1525℃。控轧控冷要求将铸坯加热至1220℃，采用两阶段控轧，第一阶段轧后待温至840℃进行第二阶段轧制，轧后空冷。两阶段累积压下率分别为65％和72％。热处理包括淬火和回火，淬火加热温度为860℃，回火加热温度为150℃。
该钢板的力学性能见表1，与采用相同制备方法得到不含稀土的对比例1相比，实施例1的抗拉强度和屈服强度基本相当，而断后延伸率和-40℃低温冲击韧性明显改善。
实施例2
本实施例提供的一种含稀土的超高强度宽厚钢板，宽度为2000mm，厚度为30mm，平整度为3mm/m，5mm/2m。其化学成分按照质量百分比为：C：0.10％，Mn：1.14％，Si：0.35％，Cr：0.33％，Mo：0.25％，Ni：0.85％，Nb：0.030％，V：0.055％，Al：0.056％，P：0.011％，S：0.0012％，N：0.0053％，Ceq：0.0026ppm，余量为铁和不可避免的杂质。
制备方法包括以下步骤：铁水预处理→转炉吹炼→LF精炼→RH精炼→连铸→控轧控冷→热处理。铁水预处理扒渣后铁水中S的质量分数为0.0020％。转炉吹炼出钢后加铝脱氧，钢液中全氧的质量分数为0.0480％。LF精炼脱氧后钢液中全氧的质量分数为0.0016％。RH精炼真空处理20min通过料仓加入稀土铁合金。RH结束后，喂入硼丝，静搅15min。连铸长水口和浸入式水口实行严格的氩封，中间包钢液温度控制在1510℃。控轧控冷要求将铸坯加热至1240℃，采用两阶段控轧，第一阶段轧后待温至900℃进行第二阶段轧制，轧后空冷。两阶段累积压下率分别为65％和70％。热处理包括淬火和回火，淬火加热温度为940℃，回火加热温度为210℃。
该钢板的力学性能见表1，与采用相同制备方法得到不含稀土的对比例2相比，实施例2的抗拉强度和屈服强度基本相当，而断后延伸率和-40℃低温冲击韧性明显改善。
实施例3
本实施例提供的一种含稀土的超高强度宽厚钢板，宽度为3200mm，厚度为40mm，平整度为3mm/m，5mm/2m。其化学成分按照质量百分比为：C：0.18％，Mn：0.56％，Si：0.15％，Cr：0.64％，Mo：0.61％，Ni：1.25％，Nb：0.042％，V：0.038％，Al：0.035％，P：0.005％，S：0.0016％，N：0.0046％，Ceq：0.0050ppm，余量为铁和不可避免的杂质。
制备方法包括以下步骤：铁水预处理→转炉吹炼→LF精炼→RH精炼→连铸→控轧控冷→热处理。铁水预处理扒渣后铁水中S的质量分数为0.0030％。转炉吹炼出钢后加铝脱氧，钢液中全氧的质量分数为0.0500％。LF精炼脱氧后钢液中全氧的质量分数为0.0020％。RH精炼真空处理结束后利用底吹氩气吹开渣层后喂入稀土丝，随后加入硼铁，静搅20min。连铸长水口和浸入式水口实行严格的氩封，中间包钢液温度控制在1560℃。控轧控冷要求将铸坯加热至1200℃，采用两阶段控轧，第一阶段轧后待温至880℃进行第二阶段轧制，轧后空冷。两阶段累积压下率分别为60％和74％。热处理包括淬火和回火，淬火加热温度为950℃，回火加热温度为220℃。
该钢板的力学性能见表1，与采用相同制备方法得到不含稀土的对比例3相比，实施例3的抗拉强度和屈服强度基本相当，而断后延伸率和-40℃低温冲击韧性明显改善。
表1实施例钢板力学性能
Figure BDA0003364210270000041
Figure BDA0003364210270000051
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。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。

Claims (6)

1.一种含稀土的超高强度宽厚钢板，其特征在于：其化学成分及质量百分比如下：C：0.10%-0.18%，Mn：0.55%-1.35%，Si：0.15%-0.35%，Cr：0.20%-0.70%，Mo：0.25%-0.65%，Ni：0.85%-1.25%，Nb：0.016%-0.044%，V：0.025%-0.065%，Ti≤0.010%，Al：0.025%-0.070%，B：0.001%-0.003%，P≤0.015%，S≤0.002%，T.O≤0.0010%，N≤0.0055%，Ceq≤0.0050ppm，余量为铁和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种含稀土的超高强度宽厚钢板，其特征在于：其化学成分及质量百分比如下：C：0.14%-0.16%，Mn：1.35%-1.55%，Si：0.15%-0.35%，Cr：0.50%-0.70%，Mo：0.45%-0.65%，Ni：0.85%-1.25%，Nb：0.016%-0.044%，V：0.025%-0.065%，Ti≤0.010%，Al：0.055%-0.070%，B：0.001%-0.003%，P≤0.015%，S≤0.002%，T.O≤0.0010%，N≤0.0055%，Ceq≤0.0050ppm，余量为铁和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的一种含稀土的超高强度宽厚钢板，其特征在于：其化学成分及质量百分比如下：C：0.15%-0.17%，Mn：1.05%-1.35%，Si：0.15%-0.35%，Cr：0.30%-0.40%，Mo：0.25%-0.45%，Ni：0.45%-0.75%，Nb：0.016%-0.044%，V：0.025%-0.065%，Ti≤0.010%，Al：0.025%-0.070%，B：0.001%-0.003%，P≤0.015%，S≤0.002%，T.O≤0.0010%，N≤0.0055%，Ceq≤0.0050ppm，余量为铁和不可避免的杂质。
4.一种含稀土的超高强度宽厚钢板制备方法，其特征在于：应用于权利要求1-3任意一项，包括铁水预处理→转炉吹炼→LF精炼→RH精炼→连铸→控轧控冷→热处理，
铁水预处理要求扒渣后铁水中S≤0.0030%；
转炉吹炼要求出钢后加铝脱氧，钢液中全氧≤0.0600%；
LF精炼要求脱氧后钢液中全氧的质量分数≤0.0020%；
RH精炼要求真空处理10-20min，通过料仓加入稀土铁合金，或真空处理结束后利用底吹氩气吹开渣层后喂入稀土丝；RH结束后，加入硼铁或喂入硼丝后，静搅时间≥15min；
连铸长水口和浸入式水口实行严格的氩封，中间包钢液温度控制在1510-1560℃；
控轧控冷要求将铸坯加热至1200-1240℃，采用两阶段控轧，第一阶段轧后待温至≤900℃进行第二阶段轧制，轧后空冷；两阶段累积压下率分别为≥60%和≥70%；
热处理包括淬火和回火，淬火加热温度为860-950℃，回火加热温度为150-220℃。
5.根据权利要求4所述的一种含稀土的超高强度宽厚钢板制备方法，其特征在于：所述钢板的宽度≥2000mm，厚度为25-40mm。
6.根据权利要求4所述的一种含稀土的超高强度宽厚钢板制备方法，其特征在于：所述钢板的金相组织为回火马氏体。
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