CN114752850B - 一种屈服强度785MPa级高强钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种屈服强度785MPa级高强钢板，其除了Fe和不可避免的杂质元素以外还含有质量百分含量如下的下述各化学元素：C：0.03～0.08％；Si：0.10～0.50％；Mn：0.3～1.0％；Al：0.30～1.50％；Ni：1.0～5.0％；Cr：0.30～1.00％；Nb：0.01～0.05％；V：0.01～0.05％；Ti：0.01～0.05％；Mo和W的至少其中一种，其中Mo：0.20～0.80％；W：0.20～0.80％。相应地，本发明还公开了上述钢板的制造方法，其包括步骤：(1)冶炼和铸造；(2)加热；(3)控制轧制：粗轧阶段控制最低轧制温度为不低于950℃；精轧阶段控制开始轧制温度不高于890℃，终轧温度为780～850℃，精轧阶段总道次压下率不低于60％；(4)水冷：冷却速度5～50℃/s，停冷温度≤350℃；(5)回火：回火温度为150‑350℃，保温时间不低于30min。

Description

一种屈服强度785MPa级高强钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种金属材料及其制造方法，尤其涉及一种高强钢板及其制造方法。
背景技术
高强度钢材是一种适用范围十分广泛的钢材，其广泛应用于工程机械和造船等领域。高强度钢材的应用环境比较特殊，其常常可能会应用于极端恶劣环境中，特别是应用于高寒地区的使用环境。因此近年来，市场对这一系列的钢材提出了更高的要求。但伴随着高强度钢强度的不断提升，如何不损失塑性和低温韧性指标又是一个新的难题。
在现有技术中，虽然已经存在高强度钢板，但是其对应的塑性和低温韧性指标并不理想。
例如：公开号CN104357755A，公开日为2015年2月18日，名称为“一种适于低温下使用的大厚度、高强度钢板及其制造方法”的中国专利文献，该专利公开了一种钢板，该钢板的化学成分按质量百分比计为C:0.08～0.15％,Si:0.15～0.35％,Mn:0.95～1.25％,P:≤0.01％,S:≤0.005％,Cr:0.35～0.55％,Mo:0.35～0.55％,Ni:0.8～1.5％,Cu:0.20～0.40％,A1:0.02～0.08％,V:0.03～0.05％,Nb:0.02～0.04％,Ti:≤0.02％,N:≤0.006％,B:0.0008～0.002％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。所述钢板采用调质处理，厚度涉及80～125mm，屈服强度不低于550MPa，抗拉强度670-830MPa，延伸率不低于17％，-60℃低温韧性不低于100J。
又例如：公开号为CN105603322A，公开日为2016年5月25日，名称为“超低成本800MPa级高韧性、优良焊接性的钢板及其制造方法”的中国专利文献，该专利公开的钢为C:0.030％～0.070％，Mn:1.60％～1.90％，P≤0.015％，S≤0.0030％，Cr:0.80％～1.20％，Mo:0.10％～0.30％，Nb:0.010％～0.030％，V:0.030％～0.060％，Ti:0.004％～0.010％，B:0.0008％～0.0017％，Als：0.040％-0.070％，Ca:0.001％～0.004％，其余为Fe和不可避免的夹杂。通过控轧控冷工艺和高温回火处理，获得下贝氏体+板条贝氏体组织，可实现其抗拉强度≥780MPa、屈服强度≥690MPa、延伸率≥18％、-40℃夏比横向冲击功(单个值)≥100J。
再例如：公开号为CN108660389A，公开日为2018年10月16日，名称为“一种具有优异止裂性的高强厚钢板及其制造方法”的中国专利文献，该专利所述的钢化学成分重量百分数为：C:0.04～0.17％,Si:0.1～0.5％,Mn:0.9～1.6％,Cu：0.1～0.3％，Ni：0.2～0.9％，P≤0.02％，S≤0.02％，Als：0.01％～0.05％，N：0.002～0.010％，Nb：0.02％～0.05％，Ti：0.01～0.03％，其余为Fe和不可避免的杂质。所述钢板通过添加适当Cu、Ni和微合金元素，控制硫磷含量，采用控制轧制和控制冷却方法，得到钢板屈服强度≥460MPa，低温韧性(-40℃)冲击功≥200J，涉及成品厚度范围为50～90mm。
基于此，针对现有技术中高强度钢板对应的塑性和低温韧性指标不理想的问题，本发明期望获得一种屈服强度785MPa级高强钢板及其制造方法，其不仅具有较高的强度、良好的塑性，同时还具有优良的低温韧性。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种屈服强度785MPa级高强钢板，该屈服强度785MPa级高强钢板通过合理的化学成分设计，不仅具有较高的强度、良好的塑性，同时还具有优良的低温韧性。该钢板的屈服强度≥785MPa，抗拉强度≥840MPa，-80℃低温冲击功≥100J，延伸率≥17％，其具有十分重要的现实意义。
为了实现上述目的，本发明提供了一种屈服强度785MPa级高强钢板，其除了Fe和不可避免的杂质元素以外还含有质量百分含量如下的下述各化学元素：
C：0.03～0.08％；
Si：0.10～0.50％；
Mn：0.3～1.0％；
Al：0.30～1.50％；
Ni：1.0～5.0％；
Cr：0.30～1.00％；
Nb：0.01～0.05％；
V：0.01～0.05％；
Ti：0.01～0.05％；
Mo和W的至少其中一种，其中Mo：0.20～0.80％；W：0.20～0.80％。
进一步地，在本发明所述的屈服强度785MPa级高强钢板中，其各化学元素质量百分含量为：
C：0.03～0.08％；
Si：0.10～0.50％；
Mn：0.3～1.0％；
Al：0.30～1.50％；
Ni：1.0～5.0％；
Cr：0.30～1.00％；
Nb：0.01～0.05％；
V：0.01～0.05％；
Ti：0.01～0.05％；
Mo和W的至少其中一种，其中Mo：0.20～0.80％；W：0.20～0.80％；
余量为Fe和不可避免的杂质元素。
在本发明所述的屈服强度785MPa级高强钢板中，各化学元素的设计原理如下所述：
C：在本发明所述的屈服强度785MPa级高强钢板中，C是钢中不可缺少的提高钢材强度的元素之一，其同时也是成本最低的强化元素，C在钢中可以起到固溶强化的作用，它对提升钢的强度的贡献最大。为了达到一定的强度级别，钢中需要添加一定含量的C，但钢中的C元素含量不宜过高，当钢中C元素含量过高时，对高强钢板的焊接性能和韧性均不利。因此，考虑到本技术方案中钢板的需具备优良的低温韧性，在本发明所述的屈服强度785MPa级高强钢板中，将C的质量百分含量控制在0.03～0.08％之间。
Si：在本发明所述的屈服强度785MPa级高强钢板中，Si是脱氧元素，其在钢中可以起到脱氧的作用。此外Si元素还能够溶于铁素体，起到固溶强化的作用，进而提高钢板强度。Si元素所起到的固溶强化作用仅次于C、N、P，超过其他合金元素。因此，在本发明所述的屈服强度785MPa级高强钢板中，将Si元素的质量百分含量控制在0.10～0.50％之间。
Mn：在本发明所述的屈服强度785MPa级高强钢板中，Mn元素可以降低临界冷却速度，大大提高钢材的淬透性。此外，Mn元素对钢板还具有固溶强化作用，若钢中Mn元素含量太高，则会降低马氏体转变温度点，从而导致室温残余奥氏体增加，不利于钢板强度增加。另外，需要注意的是，Mn元素还是铸造过程中的易偏析元素，其会导致钢板厚度中心区域组织不均匀，偏析带处碳当量高，降低该位置韧性。因此，为保证钢板的性能，钢中Mn元素含量不宜过高，在本发明所述的屈服强度785MPa级高强钢板中，Mn元素的质量百分含量可以控制在0.3～1.0％之间。
Al：在本发明所述的屈服强度785MPa级高强钢板中，Al不仅可作为钢中的脱氧元素，其可以有效促进铁素体相变。相应地，Al元素还可以与N形成细小难溶的AlN颗粒，从而细化钢板的显微组织。此外，Al与Ni、Mn可形成Ni-Al-Mn-Fe粒子团簇或金属间化合物，可以起到提高钢板强度的作用，本发明正是利用了Al和Ni形成纳米粒子强化作用及促进铁素体相变的作用。因此，在本发明所述的屈服强度785MPa级高强钢板中，将Al元素的质量百分含量控制在0.30～1.50％之间。
在某些优选的实施方式中，为了获得更优的实施效果，Al元素的质量百分含量可以优选地控制在0.5～0.8％之间。
Ni：在本发明所述的屈服强度785MPa级高强钢板中，Ni元素在钢中只溶于基体相铁素体和奥氏体，且不形成碳化物。Ni的奥氏体稳定化作用非常强，其是保证钢板高韧性的主要元素。此外，Ni还可以与Al、Mn形成纳米粒子，从而起到强化钢材的作用。基于此，综合考虑Ni元素在本发明高强钢板中提高强度、韧性的作用，将Ni元素的质量百分含量控制在1.0～5.0％之间。
在某些优选的实施方式中，为了获得更优的实施效果，Ni元素的质量百分含量可以优选地控制在3.0～5.0％之间。
Cr：在本发明所述的屈服强度785MPa级高强钢板中，Cr元素可以提高奥氏体的稳定性，使得C曲线右移，由此降低临界冷却速度，提高钢的淬透性。因此，在本发明所述的屈服强度785MPa级高强钢板中，Cr元素的质量百分含量可以控制在0.30～1.00％之间。
Nb：在本发明所述的屈服强度785MPa级高强钢板中，Nb作为微合金化元素，可以显著提高钢的再结晶温度，Nb可以与C、N形成Nb(C，N)，并在控制轧制过程中析出起到强化钢板的作用。因此，在本发明所述的屈服强度785MPa级高强钢板中，可以将Nb元素的质量百分含量控制在0.01～0.05％之间。
V：在本发明所述的屈服强度785MPa级高强钢板中，V作为微合金化元素，其可以在控制轧制过程中，与C、N形成V(C，N)，从而起到强化钢板的作用。因此，在本发明所述的屈服强度785MPa级高强钢板中，将V元素的质量百分含量控制在0.01～0.05％之间。
Ti：在本发明所述的屈服强度785MPa级高强钢板中，Ti元素可以与钢中的C、N形成碳化钛、氮化钛或碳氮化钛，并在钢坯加热轧制阶段，起到细化奥氏体晶粒的作用，从而提高钢板的强度和韧性。然而需要注意的是，钢中Ti元素含量不宜过高，过多的Ti会形成较多粗大氮化钛，对钢板强度和韧性均会产生不利影响。因此，在本发明所述的屈服强度785MPa级高强钢板中，将Ti元素的质量百分含量控制在0.01～0.05％之间。
Mo、W：在本发明所述的屈服强度785MPa级高强钢板中，W元素的作用和Mo元素的作用类似，二者均可以提高钢板淬透性，都是强碳化物形成元素，促进贝氏体转变。在本发明中，Mo和W均主要存在于固溶体相中，发挥固溶强化的作用，从而提高钢板强度。因此，在本发明所述的屈服强度785MPa级高强钢板中，还含有Mo和W的至少其中一种，并控制其中Mo的质量百分含量在0.20～0.80％之间；控制其中W的质量百分含量在0.20～0.80％之间。
进一步地，在本发明所述的屈服强度785MPa级高强钢板中，各化学元素满足下述各公式的至少其中之一：
Al：0.5～0.8％；
Ni：3.0～5.0％。
进一步地，在本发明所述的屈服强度785MPa级高强钢板中，其微观组织为贝氏体铁素体+先析铁素体+极少量残余奥氏体。
进一步地，在本发明所述的屈服强度785MPa级高强钢板中，先析铁素体的相比例为5～30％。
进一步地，在本发明所述的屈服强度785MPa级高强钢板中，残余奥氏体的相比例低于1.5％。
进一步地，在本发明所述的屈服强度785MPa级高强钢板中，其微观组织具有纳米粒子团簇或析出相Ni-Al-Mn-Fe、Ni-Al-Fe的至少其中之一。
进一步地，在本发明所述的屈服强度785MPa级高强钢板中，其微观组织还具有碳氮化物析出相(Nb,V,Ti)(N,C)。
进一步地，在本发明所述的屈服强度785MPa级高强钢板中，在不可避免的杂质中，P≤0.010％，S≤0.005％，N≤0.004％，O≤0.003％，H≤0.0002％。
在本发明上述技术方案中，P、S、N、O和H均是本发明所述的屈服强度785MPa级高强钢板中的杂质元素，在技术条件允许情况下，为了获得性能更好且质量更优的钢材，应尽可能降低本发明所述的屈服强度785MPa级高强钢板中杂质元素的含量。
进一步地，在本发明所述的屈服强度785MPa级高强钢板中，其厚度为10-50mm。
进一步地，在本发明所述的屈服强度785MPa级高强钢板中，其性能满足：屈服强度≥785MPa，抗拉强度≥840MPa，-80℃低温冲击功≥100J，延伸率≥17％。
相应地，本发明的另一目的在于提供本发明上述屈服强度785MPa级高强钢板的制造方法，该制造方法工艺简单，采用该制造方法所获得的屈服强度785MPa级高强钢板，不仅具有较高的强度、良好的塑性，同时还具有优良的低温韧性。
为了实现上述目的，本发明提出了上述的屈服强度785MPa级高强钢板的制造方法，其包括步骤：
(1)冶炼和铸造；
(2)加热；
(3)控制轧制：粗轧阶段控制最低轧制温度为不低于950℃；精轧阶段控制开始轧制温度不高于890℃，终轧温度为780～850℃，精轧阶段总道次压下率不低于60％；
(4)水冷：冷却速度5～50℃/s，停冷温度≤350℃；
(5)回火：回火温度为150-350℃，保温时间不低于30min。
进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(2)中，加热温度为1100-1250℃。
本发明所述的屈服强度785MPa级高强钢板及其制造方法相较于现有技术具有如下所述的优点以及有益效果：
本发明所述的屈服强度785MPa级高强钢板通过合理的化学成分设计，不仅具有较高的强度、良好的塑性，还具有优良的低温韧性。该钢板的屈服强度≥785MPa，抗拉强度≥840MPa，-80℃低温冲击功≥100J，延伸率≥17％，其优良的高强、低温韧性可满足低温环境使用的高端设备制造，具有十分重要的现实意义，应用前景十分广泛。
相应的，采用本发明所述的屈服强度785MPa级高强钢板的制造方法可以有效制得本发明上述的屈服强度785MPa级高强钢板，不仅具有较高的强度、良好的塑性，还具有优良的低温韧性。
附图说明
图1为实施例4的屈服强度785MPa级高强钢板在500倍光学显微镜下的金相组织图。
图2为实施例4的屈服强度785MPa级高强钢板在10000倍扫描电子显微镜下的金相组织图。
图3为实施例4的屈服强度785MPa级高强钢板在透射电子显微镜下贝氏体铁素体板条形貌图。
具体实施方式
下面将结合具体的实施例和说明书附图对本发明所述的屈服强度785MPa级高强钢板及其制造方法做进一步的解释和说明，然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。
实施例1-6
本发明所述实施例1-6的屈服强度785MPa级高强钢板均采用以下步骤制得：
(1)按照表1所示的化学成分进行冶炼和铸造。
(2)加热：加热温度为1100-1250℃，控制加热时间180-500min。
(3)控制轧制：粗轧阶段控制最低轧制温度为不低于950℃；精轧阶段控制开始轧制温度不高于890℃，终轧温度为780～850℃，精轧阶段总道次压下率不低于60％。
(4)水冷：冷却速度5～50℃/s，停冷温度≤350℃。
(5)回火：回火温度为150-350℃，保温时间不低于30min。
需要说明的是，实施例1-6的屈服强度785MPa级高强钢板的化学成分设计以及相关工艺均满足本发明设计规范要求。
表1列出了实施例1-6的屈服强度785MPa级高强钢板的各化学元素的质量百分配比。
表1.(wt％，余量为Fe和除P、S以外其他不可避免的杂质)
Figure BDA0002894041060000081
表2列出了实施例1-6的屈服强度785MPa级高强钢板的具体工艺参数。
表2.
Figure BDA0002894041060000082
将通过上述工艺步骤得到的成品实施例1-6的屈服强度785MPa级高强钢板分别取样，并对样品进行拉伸和冲击试验，将所得的测试结果均列于表3中。
相关拉伸和冲击试验检测手段如下所述：
(1)拉伸试验：根据GB/T 2975加工拉伸试样，形状为板状，采用全厚度截面，并根据GB/T 228进行拉伸试验检测，从而得到屈服强度、抗拉强度和延伸率数据。
(2)冲击试验：根据GB/T 2975加工冲击试样，去除钢板表面2mm后加工，10mm钢板的试样尺寸为7.5×10×55mm，其余厚度规格的试样尺寸为10×10×55mm。根据GB/T 229进行冲击试验检测，控制试验温度为-80℃，可以得到-80℃冲击功KV2和断面纤维率数据。
表3列出了实施例1-6的屈服强度785MPa级高强钢板的试验检测结果。
表3.
Figure BDA0002894041060000091
从上述表3可以看出，本发明所述实施例1-6的屈服强度785MPa级高强钢板不仅具有优异的强度和塑性，同时还具有良好的低温韧性。实施例1-6的屈服强度785MPa级高强钢板的屈服强度均≥785MPa，抗拉强度均≥840MPa，-80℃低温冲击功均≥100J，延伸率均≥17％，其具有十分广泛的应用前景。
图1为实施例4的屈服强度785MPa级高强钢板在500倍光学显微镜下的金相组织图。
图2为实施例4的屈服强度785MPa级高强钢板在10000倍扫描电子显微镜下的金相组织图。
结合图1和图2可以看出，在本实施方式中，实施例4的屈服强度785MPa级高强钢板的微观组织主要包括贝氏体铁素体+先析铁素体。其中，先析铁素体的相比例为5～30％。
图3为实施例4的屈服强度785MPa级高强钢板在透射电子显微镜下贝氏体铁素体板条形貌图。
综上所述可以看出，本发明所述的屈服强度785MPa级高强钢板通过合理的化学成分设计，不仅具有较高的强度、良好的塑性，还具有优良的低温韧性。该钢板的屈服强度≥785MPa，抗拉强度≥840MPa，-80℃低温冲击功≥100J，延伸率≥17％，其优良的高强、低温韧性可满足低温环境使用的高端设备制造，具有十分重要的现实意义，应用前景十分广泛。
需要说明的是，本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本案记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。
还需要注意的是，以上所列举的实施例仅为本发明的具体实施例。显然本发明不局限于以上实施例，随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的，均应属于本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种屈服强度785MPa级高强钢板，其特征在于，其各化学元素质量百分含量为：
C：0.03～0.08％；
Si：0.10～0.50％；
Mn：0.3～1.0％；
Al：0.30～1.50％；
Ni：1.0～5.0％；
Cr：0.30～1.00％；
Nb：0.01～0.05％；
V：0.01～0.05％；
Ti：0.01～0.05％；
Mo：0.20～0.80％；
W：0.20～0.80％；
余量为Fe和不可避免的杂质元素；
其微观组织为贝氏体铁素体+先析铁素体+极少量残余奥氏体。
2.如权利要求1所述的屈服强度785MPa级高强钢板，其特征在于，各化学元素满足下述各公式的至少其中之一：
Al：0.5～0.8％；
Ni：3.0～5.0％。
3.如权利要求1所述的屈服强度785MPa级高强钢板，其特征在于，先析铁素体的相比例为5～30％。
4.如权利要求1所述的屈服强度785MPa级高强钢板，其特征在于，残余奥氏体的相比例低于1.5％。
5.如权利要求1所述的屈服强度785MPa级高强钢板，其特征在于，其微观组织具有纳米粒子团簇或析出相Ni-Al-Mn-Fe、Ni-Al-Fe的至少其中之一。
6.如权利要求1所述的屈服强度785MPa级高强钢板，其特征在于，其微观组织还具有碳氮化物析出相(Nb,V,Ti)(N,C)。
7.如权利要求1所述的屈服强度785MPa级高强钢板，其特征在于，在不可避免的杂质中，P≤0.010％，S≤0.005％，N≤0.004％，O≤0.003％，H≤0.0002％。
8.如权利要求1所述的屈服强度785MPa级高强钢板，其特征在于，其厚度为10-50mm。
9.如权利要求1所述的屈服强度785MPa级高强钢板，其特征在于，其性能满足：屈服强度≥785MPa，抗拉强度≥840MPa，-80℃低温冲击功≥100J，延伸率≥17％。
10.如权利要求1-9中任意一项所述的屈服强度785MPa级高强钢板的制造方法，其特征在于，其包括步骤：
(1)冶炼和铸造；
(2)加热；
(3)控制轧制：粗轧阶段控制最低轧制温度为不低于950℃；精轧阶段控制开始轧制温度不高于890℃，终轧温度为780～850℃，精轧阶段总道次压下率不低于60％；
(4)水冷：冷却速度5～50℃/s，停冷温度≤350℃；
(5)回火：回火温度为150-350℃，保温时间不低于30min。
11.如权利要求10所述的制造方法，其特征在于，在步骤(2)中，加热温度为1100-1250℃。
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