CN114752851A

CN114752851A - 一种屈服强度960MPa级低裂纹敏感性钢板及其制造方法

Info

Publication number: CN114752851A
Application number: CN202210215471.9A
Authority: CN
Inventors: 刘俊; 韩步强; 武金明; 沈斌; 高俊; 徐婷
Original assignee: Jiangyin Xingcheng Special Steel Works Co Ltd
Current assignee: Jiangyin Xingcheng Special Steel Works Co Ltd
Priority date: 2022-03-07
Filing date: 2022-03-07
Publication date: 2022-07-15
Anticipated expiration: 2042-03-07
Also published as: CN114752851B

Abstract

本发明涉及一种屈服强度960MPa级低裂纹敏感性钢板，化学成分C：0.06～0.10％，Si：≤0.20％，Mn：0.70～1.00％，Al：0.015～0.035％，Ti：0.015～0.025％，Cr：1.15～1.35％，B：0.001～0.005％，Ca：0.0010～0.0050％，P：≤0.015％，S：≤0.003％，O：≤0.0015％，N：≤0.0030％，H：≤0.00015％，余量为Fe及不可避免的杂质元素，且满足碳当量CEV≤0.54％。其生产工艺步骤是：电炉或转炉炼钢‑>LF精炼‑>VD或RH高真空脱气‑>连铸‑>加热轧制‑>在线淬火‑>回火。本发明钢板组织为细小的回火索氏体组织，晶粒尺寸≤30um；具有优良的综合力学性能，钢板屈服强度≥960MPa,抗拉强度≥1000MPa，延伸率≥10％；‑40℃横纵向冲击韧性Akv≥30J。

Description

一种屈服强度960MPa级低裂纹敏感性钢板及其制造方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金技术领域，尤其涉及一种屈服强度960MPa级低裂纹敏感性钢板及其制造方法。

背景技术

屈服强度960MPa级高强度钢板主要应用于工程起重机吊臂、履带式起重机拉板、混凝土泵车等工程机械关键受力部位，对钢板强度、断裂韧性、表面质量、平直度、焊接性能等方面要求较高。

目前国内外屈服强度960MPa以上级高强钢板的生产工艺主要有两种。第一种是离线调质工艺，即钢板在热轧后进行离线淬火和回火。比如，中国专利CN112126848A提供了一种高韧性调质型Q960钢板及其生产方法。钢板C含量0.16～0.18％，Mn含量1.30～1.40％，Mo含量0.40～0.45％；钢板淬火温度860℃，回火540℃；钢板横纵向冲击优良。中国专利CN101397640A采用50KG真空感应炉冶炼生产了960MPa级焊接结构钢，轧制厚度为10mm。该发明C含量0.14～0.19％，Mn含量1.4～1.70％，Mo0.41～0.60％，Ni0～0.40％，碳当量CEV≤0.65％。钢板离线淬火温度880～920℃，回火温度550～600℃。中国专利CN102286687A介绍了一种炉卷轧机生产调质型高强板Q960的制造方法，钢板碳当量CEV≤0.60％。

离线淬火工艺生产屈服强度960MPa级高强钢板通常采用中碳设计，即碳含量一般处于0.10～0.20％之间，同时需要添加一定量的Cr、Mo、V、Ni合金元素来增加钢板淬透性和强度，钢板碳当量较高，不利于钢板焊接性能的提高。另外，离线调质工艺流程长、生产效率低、能耗高，导致了钢板成本的进一步提高。

近年来，随着轧机超快冷工艺的发展，采用控制轧制和在线淬火工艺生产高强钢板得到了冶金企业的重视。中国专利CN102618793B提供了一种在线淬火+在线回火的屈服强度960MPa级钢板及其制造方法。该发明采用低碳高Mn设计(碳含量0.07～0.11％，Mn含量1.60～2.20％，Mn含量的增加可以弥补C含量降低带来强度的下降，但Mn元素为易偏析元素，含量过高很容易造成中心偏析，影响钢板的使用安全。另外，该发明采用在线回火工艺，生产厂家需要额外购买感应加热设备，投入大，国内大部分厂家不具备生产条件。

中国专利CN103233183B介绍了一种在线淬火+离线回火的960MPa级高强钢板及其制造方法。钢板C含量0.06～0.11％，Mn含量1.20～1.60％，为了进一步提高钢板强韧性，该发明还添加了0.10～0.30％的Mo和Ni等贵重金属，同时钢板Nb/V/Ti含量较高。钢板在在线淬火前采用两阶段控制轧制方式，精轧开轧采用880～980℃，终轧温度控制750～850℃。发明通过较低轧制温度获得薄饼状的原始奥氏体晶粒，淬火后获得高位错密度的板条状马氏体或下贝氏体。该种控制轧制方法终轧温度较低，当轧制钢板较长、厚度较薄时，很容易造成钢板尾部因入水温度过低而导致尾部钢板淬火强度低。另外，由于低温控轧导致原始奥氏体晶粒延轧制方向拉长，会造成钢板横纵向性能的不均匀性，加大钢板淬火后的内应力，不利于钢板断裂韧性的提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种屈服强度960MPa级超高强钢板及其制造方法，采用低碳低Mn低碳当量的合金设计，解决钢板淬火、切割及焊接过程中的开裂问题；通过在线淬火工艺，解决传统调质工艺流程长、能耗高、合金加入量大的问题；通过优化轧制工艺，解决传统控轧+在线淬火工艺钢板头尾及横纵向性能不均匀的问题。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种屈服强度960MPa级低裂纹敏感性钢板，所述钢板的化学成分按质量百分比计为C：0.06～0.10％，Si：≤0.20％，Mn：0.70～1.00％，Al：0.015～0.035％，Ti：0.015～0.025％，Cr：1.15～1.35％，B：0.001～0.005％，Ca：0.0010～0.0050％，P：≤0.015％，S：≤0.003％，O：≤0.0015％，N：≤0.0030％，H：≤0.00015％，余量为Fe及不可避免的杂质元素，且满足碳当量CEV≤0.54％。

本发明所述屈服强度960MPa级低裂纹敏感性钢板的厚度为≤20mm。

本发明中钢成分的限定理由阐述如下：

C：碳作为固溶元素可以显著提高钢板的强度，但钢板的韧性、塑性、冷成型性及焊接性能带来不利影响。基于钢板强韧性匹配和焊接性需要，本发明采用低碳设计，碳含量控制为0.06～0.10％。

Si：在所述钢中起固溶强化作用。但Si含量过高会恶化马氏体高强钢的韧性，增加焊接裂纹敏感性，同时导致钢板表面质量下降。960MPa级超高强钢对钢板表面质量要求很高，本发明中严格控制Si含量≤0.20％。

Mn：在所述钢中提高淬透性，促进马氏体转变，提高强度。但Mn是主要偏析元素，含量过高会引起连铸坯中心偏析形成MnS，对钢板断裂韧性、抗层状撕裂性能，和焊接性能造成不利影响。本发明采用低Mn设计，锰含量控制为0.70～1.00％。。

Cr：提高钢的淬透性，能够抑制多边形铁素体和珠光体的形成，促进低温组织贝氏体或马氏体的转变，提高钢的强度和耐腐蚀性能。但Cr含量过高将影响钢的韧性，降低钢板的焊接性能。本发明中铬含量控制在1.15～1.35％。

Al：强脱氧元素，同时与N有较强的亲和力，可以消除N元素造成的时效敏感性。N化物的析出起到细化奥氏体晶粒的效果，保护了B元素的淬透性作用。含量过高，容易产生Al2O3等夹杂，降低钢板塑韧性。本发明中Al含量控制为0.015～0.035％。

B：本发明加入0.001～0.005％的微量B，其主要目的是提高钢板的淬透性，从而减少其他贵重金属的添加量，降低成本。超过0.005％的B很容易产生偏析，形成硼化物，严重恶化钢板韧性和降低淬透性。

Ca：Ca处理通常用来进行夹杂物变性处理，改变MnS等长条状夹杂物为CaS等球形夹杂物，降低钢板各向异性，提高钢板综合性能。本发明控制Ca含量0.0010～0.0050％。

P、S：有害元素，对材料塑性和韧性有不利影响。本发明追求超纯净钢，严格控制P含量≤0.015％；S含量≤0.003％。

O、N、H：有害气体元素，含量高，夹杂物多，易产生白点，大大降低钢板塑性、韧性，产生切割延迟裂纹。本发明严格控制O含量不高于0.0015％；N含量不高于0.0035％；H含量≤0.00015％。

CEV：本发明采取碳当量公式CEV＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15；碳当量对钢的强度、切割裂纹和焊接性有较大的影响。CEV高强度高，但焊接性降低，易产生裂纹；本发明为控制CEV≤0.54。

本发明另提供上述一种屈服强度960MPa级低裂纹敏感性钢板的制备方法，具体工艺如下：

冶炼、连铸工艺：进行铁水预处理，采用电炉或转炉方式冶炼，然后送入LF精炼炉进行精炼，并经过VD或RH真空处理。钢水脱气后进行微量Ca处理。连铸采用低过热度浇注，全程氩气保护浇注，以及动态轻压下控制。钢水过热度控制在5～25℃,中心偏析不高于C1.0级。

加热轧制工艺：将铸坯进入步进式加热炉，加热至1150-1250℃,待心部温度到达表面温度时开始保温，保温时间不低于30min，使钢中的合金元素充分固溶以保证最终产品的成份及性能的均匀性。钢坯出炉后经高压水除鳞处理后进行轧制。为进一步提高钢板淬火前头尾温度的均匀性，钢板采用高温热轧方式，粗轧开轧温度介于1050-1150℃，精轧终轧温度≥1000℃。此轧制温度区间主要处于奥氏体再结晶区间，钢板通过大变形轧制后的反复再结晶，可以获得细小等轴的原始奥氏体晶粒，提高钢板各向力学性能的均匀性。

钢板轧制后，快速进入在线淬火设备进行淬火。为减少钢板头尾温度差导致性能的差异，控制在线淬火钢板总长度不得超过50m；钢板入水温度≥800℃；淬火辊道速度不低于1m/s。

钢板淬火后进行回火，回火温度450～600℃，炉温到温后，保温时间为30～60min。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明所要解决的技术问题主要是：提供一种屈服强度960MPa级超高强钢板及其制造方法，采用低碳低Mn低碳当量的合金设计，解决钢板淬火、切割及焊接过程中的开裂问题；通过在线淬火工艺，解决传统调质工艺流程长、能耗高、合金加入量大的问题；通过优化轧制工艺，解决传统控轧+在线淬火工艺钢板头尾及横纵向性能不均匀的问题。

本发明合金成本低廉，采用低碳(≤0.10％)低Mn(≤1.00％)设计，取消了Ni、Cu、Mo、Nb、V等元素的加入，钢板碳当量更低(≤0.54％)，大幅降低钢板切割、焊接加工后裂纹的产生。

生产工艺上，本发明在线淬火工艺，解决传统调质工艺流程长、能耗高的问题，大幅降低了生产成本，加快了生产节奏。为进一步提高钢板在线淬火前头尾温度的均匀性，钢板采用高温热轧方式，粗轧开轧温度介于1050-1150℃，精轧终轧温度≥1000℃。此轧制温度区间主要处于奥氏体再结晶区间，钢板通过大变形轧制后的反复再结晶，可以获得细小等轴的原始奥氏体晶粒，提高钢板各向力学性能的均匀性。

为减少钢板头尾温度差导致性能的差异，控制在线淬火钢板总长度不得超过50m；钢板入水温度≥800℃；淬火辊道速度不低于1m/s。

产品性能上，本发明钢板组织为细小的回火索氏体组织，晶粒尺寸≤30um；钢板屈服强度≥960MPa,抗拉强度≥1000MPa，延伸率≥10％；-40℃横纵向冲击韧性Akv≥30J。

本发明的屈服强度960MPa级低裂纹敏感性钢板综合性能优良，相比现有钢种，合金含量低，添加元素均为常规元素，生产制造工艺流程短、控制简单，为社会经济和钢铁工业发展之必然趋势。

附图说明

图1是本发明实施例1的产品钢典型组织金相图片(200X)。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

本发明的屈服强度960MPa级低裂纹敏感性钢板的生产工艺流程为：电炉或转炉炼钢->LF精炼->VD或RH高真空脱气->连铸->加热轧制->在线淬火->回火

本发明实施例1-2的耐磨钢板的生产方法，包括如下步骤：

(1)冶炼：采用电炉或转炉方式冶炼，然后送入LF精炼炉进行精炼，并经过RH真空处理。钢水脱气后进行微量Ca处理。钢水化学成分控制见表1。

(2)连铸：将冶炼的钢水浇铸成150mm厚的连铸坯。浇铸温度控制在液相线以上5-25℃。浇铸过程中实施动态轻压下,中心偏析不高于C1.0级。连铸工艺参数及板坯低倍控制见表2。

(3)加热轧制：将步骤(2)所得铸坯加热至1150-1250℃，心部到温后开始保温，保温时间60分钟。钢坯出炉后经高压水除鳞处理后进行高温热轧。粗轧开轧温度介于1050-1150℃，精轧终轧温度≥1000℃。控制轧制钢板总长度≤50m。具体相关工艺参数见表3。

(4)在线淬火：将步骤(3)轧制钢板快速送入在线淬火设备进行在线淬火；控制淬火辊道速度≥1m/s；钢板淬火入水温度≥800℃。具体相关工艺参数见表3。

(5)回火：钢板在线淬火后进入连续炉回火。钢板回火温度450～600℃，保温时间为30～60min。热处理工艺见表4。

具体成分、工艺参数见表1-表4。各实例样板对应的性能见表5。

图1给出了实施例1试验钢的微观组织照片。成品钢板的微观组织主要为回火索氏体和少量的贝氏体，晶粒细小。从组织来看，采用高温热轧工艺，晶粒延轧制方向的拉长不明显，有利于钢板各向性能的均匀性。

尽管以上详细地描述了本发明的优选实施例，但是应该清楚地理解，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

表1本发明实施例的化学成分(wt％)

实施例	C	Si	Mn	P	S	Al	Ti	Cr	Ca	B	O	N	H	CEV
															1	0.08	0.20	1.00	0.008	0.001	0.03	0.022	1.20	0.0015	0.002	0.001	0.0027	0.0001	0.49
2	0.10	0.15	0.85	0.010	0.001	0.025	0.018	1.35	0.0012	0.0018	0.0008	0.0025	0.00008	0.51

表2本发明实施例连铸工艺控制

实施例	过热度℃	中心偏析
			1	18	C0.5
2	20	C0.5

表3本发明实施例轧制及在线淬火工艺控制

表4本发明实施例回火工艺控制

实施例	回火温度℃	回火时间，min
			1	500±10	30
2	550±10	40

表5本发明实施例拉伸、冲击性能

Claims

1.一种屈服强度960MPa级低裂纹敏感性钢板，其特征在于：所述钢板的化学成分按质量百分比计为C：0.06～0.10％，Si：≤0.20％，Mn：0.70～1.00％，Al：0.015～0.035％，Ti：0.015～0.025％，Cr：1.15～1.35％，B：0.001～0.005％，Ca：0.0010～0.0050％，P：≤0.015％，S：≤0.003％，O：≤0.0015％，N：≤0.0030％，H：≤0.00015％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。

2.根据权利要求1所述的一种屈服强度960MPa级低裂纹敏感性钢板，其特征值在于：所述钢板的碳当量公式CEV＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15，CEV≤0.54。

3.根据权利要求1所述的一种屈服强度960MPa级低裂纹敏感性钢板，其特征值在于：所述钢板的厚度为≤20mm。

4.根据权利要求1所述的一种屈服强度960MPa级低裂纹敏感性钢板，其特征值在于：所述钢板的组织为细小的回火索氏体组织，晶粒尺寸≤30um；钢板屈服强度≥960MPa,抗拉强度≥1000MPa，延伸率≥10％；-40℃横纵向冲击韧性Akv≥30J。

5.一种如权利要求1所述的屈服强度960MPa级低裂纹敏感性钢板的制造方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

(1)冶炼、连铸工艺：进行铁水预处理，采用电炉或转炉方式冶炼，然后送入LF精炼炉进行精炼，并经过VD或RH真空处理，钢水脱气后进行微量Ca处理，连铸采用低过热度浇注，全程氩气保护浇注，以及动态轻压下控制；

(2)加热轧制工艺：将铸坯进入步进式加热炉，加热至1150-1250℃，待心部温度到达表面温度时开始保温，保温时间不低于30min，使钢中的合金元素充分固溶以保证最终产品的成份及性能的均匀性，钢坯出炉后经高压水除鳞处理后进行轧制；

(3)调质工艺：钢板轧制后，快速进入在线淬火设备进行淬火，钢板淬火后进行回火。

6.根据权利要求5所述的一种屈服强度960MPa级低裂纹敏感性钢板的制造方法，其特征在于：所述步骤(1)中钢水过热度控制在5～25℃,中心偏析不高于C1.0级。

7.根据权利要求5所述的一种屈服强度960MPa级低裂纹敏感性钢板的制造方法，其特征在于：所述步骤(2)中钢板采用高温热轧方式，粗轧开轧温度介于1050-1150℃，精轧终轧温度≥1000℃。

8.根据权利要求5所述的一种屈服强度960MPa级低裂纹敏感性钢板的制造方法，其特征在于：所述步骤(3)中为减少钢板头尾温度差导致性能的差异，控制在线淬火钢板总长度不得超过50m；钢板入水温度≥800℃，淬火辊道速度不低于1m/s。

9.根据权利要求5所述的一种屈服强度960MPa级低裂纹敏感性钢板的制造方法，其特征在于：所述步骤(3)中回火温度450～600℃，炉温到温后，保温时间为30～60min。