專利名稱：一種高強(qiáng)韌低碳貝氏體型厚鋼板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高強(qiáng)韌性鋼板領(lǐng)域，具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及易焊接高強(qiáng)韌低碳貝氏體型厚鋼板。
背景技術(shù)：
高強(qiáng)韌厚鋼板廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、礦山機(jī)械、港口機(jī)械等工業(yè)領(lǐng)域，其需要具有強(qiáng)度高、低溫沖擊功好且焊接性能好等特點(diǎn)。生產(chǎn)高強(qiáng)韌厚鋼板的技術(shù)通常有兩種鋼板在軋制后淬火和回火的調(diào)質(zhì)熱處理；控制軋制和控制冷卻(Thermo-mechanical Control Process-TMCP)后消應(yīng)力回火處理。相同力學(xué)性能的厚鋼板，采用調(diào)質(zhì)工藝生產(chǎn)的鋼板性能穩(wěn)定，但合金成分相對(duì)較高。較高的合金含量，一方面提高了鋼板的生產(chǎn)成本，另一方面提高了碳當(dāng)量，為防止焊接后冷裂紋的產(chǎn)生，焊接前需要預(yù)熱。采用TMCP技術(shù)生產(chǎn)的鋼板， 可采用相對(duì)簡(jiǎn)單的成分體系，但軋制和冷卻工藝控制難度較大。TMCP技術(shù)起源于二十世界八十年代，包括兩階段控制軋制和加速冷卻。第一階段在再結(jié)晶區(qū)軋制變形，變形奧氏體中累計(jì)的位錯(cuò)成為再結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力，奧氏體晶粒發(fā)生再結(jié)晶，細(xì)化了晶粒。第二階段在未再結(jié)晶區(qū)軋制變形，奧氏體中累計(jì)了大量的位錯(cuò)密度，為連續(xù)冷卻過(guò)程中的相變提供了形核驅(qū)動(dòng)力和形核位置。軋制后通過(guò)加速冷卻裝置，過(guò)冷奧氏體發(fā)生相變，可形成鐵素體、珠光體、針狀鐵素體、貝氏體和馬氏體等一種或多種復(fù)相組織， 從而獲得具有不同力學(xué)性能的鋼板。鋼板焊接后冷裂紋傾向可用焊接裂紋敏感性指數(shù)Pcm來(lái)描述，Pcm可按下式確定Pcm = C+Si/30+Ni/60+(Mn+Cr+Cu)/20+Mo/15+V/10+5BPcm值越低，說(shuō)明鋼板的焊接性能越好，焊接后在焊接接頭處不易出現(xiàn)冷裂紋。根據(jù)中華人民共和國(guó)黑色冶金行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YB/T 4137-2005規(guī)定，牌號(hào)為Q690CF的鋼種，Pcm值需低于0. 25%。目前采用TMCP技術(shù)生產(chǎn)的高強(qiáng)韌易焊接鋼板，通常采用低碳微合金成分體系。如專利申請(qǐng)CN101230444公開的鋼種，加入Cr、Mo、Nb、Ni、V、B、Al、Ti等微合金元素，但是， 由于Cr的含量過(guò)高，影響鋼材的焊接性能。又如專利申請(qǐng)W02008069289中公開的鋼種，雖然降低了 Cr的含量，但是加入了價(jià)格昂貴的M、Cu、W和稀土元素，增加了鋼板的制造成本。 根據(jù)焊接裂紋敏感性指數(shù)(Pcm)計(jì)算公式，Cr、Mo、Ni、Cu等合金元素均會(huì)增加鋼板的Pcm 值，降低其焊接性能。因此，亟需一種具有良好力學(xué)性能、生產(chǎn)成本經(jīng)濟(jì)且具有良好焊接性能的高強(qiáng)韌厚鋼板。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高強(qiáng)韌低碳貝氏體型厚鋼板。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的鋼，其成分質(zhì)量百分比含量為C :0. 02 0. 09%,Si 0. 35 0. 60%,Mn :1. 50 1. 85%,Nb :0. 04 0. 07%,V :0. 04 0. 07%,B 0. 0010 0. 0020%,Al :0. 01 0. 04%,Ti :0. 01 0. 03%,Zr 彡 0. 0030%, Mo 的質(zhì)量百分比含量為 0. 15 0. 30%，且應(yīng)滿足 0. 55-0. 181Mn_l. 51C 彡 Mo 彡 8. 7-3. 69Mn_29. 18C,
余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。此外，本發(fā)明還提供了上述鋼板的一種制造方法，依次包括冶煉、澆鑄、加熱、軋制、冷卻、回火工序，其中，所述軋制包括第一階段和第二階段軋制。優(yōu)選地，在所述回火后，再進(jìn)行一次空氣冷卻。優(yōu)選地，所述澆鑄后的連鑄坯或鋼錠的厚度不小于成品鋼板厚度的3. 5倍。優(yōu)選地，在所述加熱過(guò)程中，加熱溫度為1030 1200°C，保溫時(shí)間為120 180分鐘。更優(yōu)選地，所述加熱溫度為1130 1180°C。優(yōu)選地，在所述第一階段軋制過(guò)程中，開軋溫度為1000 1150°C，更優(yōu)選地，所述開軋溫度為1100 1150°C。當(dāng)軋件厚度到達(dá)成品鋼板厚度的2 4倍時(shí)，在輥道上待溫至 800 860"C。優(yōu)選地，所述第二階段軋制過(guò)程中，開軋溫度為800 860°C，終軋溫度為780 810°C。進(jìn)一步優(yōu)選地，在所述第二階段軋制過(guò)程中，道次變形率為12 觀％。優(yōu)選地，所述冷卻包括層流冷卻和空氣冷卻兩個(gè)步驟。優(yōu)選地，在所述層流冷卻過(guò)程中，鋼板以6 25°C /s的速度冷卻至460 540°C。優(yōu)選地，所述空氣冷卻采用堆垛或冷床冷卻。優(yōu)選地，所述回火溫度為610 650°C。
下面將進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。本發(fā)明采用低碳微合金成分體系，盡量采用廉價(jià)的合金元素，降低鋼板的制造成本。同時(shí)，為保證鋼板焊接性能，盡量減少對(duì)焊接有害的合金元素添加量。合理利用不同合金元素的作用，例如在軋制過(guò)程中Nb對(duì)再結(jié)晶的抑制作用，碳化物形成元素的碳氮化物析出，冷卻過(guò)程中置換原子的溶質(zhì)拖曳作用，貝氏體或馬氏體組織中間隙原子的固溶強(qiáng)化作用等，開發(fā)具有良好力學(xué)性能的鋼板。以下將本發(fā)明鋼成分的設(shè)計(jì)進(jìn)行說(shuō)明C:在本發(fā)明所涉及成分和工藝范圍內(nèi)，鋼板的微觀組織為細(xì)化的貝氏體基體，貝氏體相變以擴(kuò)散方式形成。碳元素對(duì)擴(kuò)散型貝氏體相變的作用為碳含量增加，貝氏體鐵素體板條形成過(guò)程中需更多的碳原子擴(kuò)散，且形成的貝氏體板條中過(guò)飽和碳含量增加。細(xì)化的貝氏體板條和板條中過(guò)飽和的碳會(huì)提高鋼板強(qiáng)度。但是過(guò)高的碳含量會(huì)降低鋼板的低溫沖擊功，因此本發(fā)明中的C的質(zhì)量百分比含量控制為0. 02 0. 09%。Si =Si不形成碳化物，固溶在奧氏體和鐵素體中，阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，提高鋼板的強(qiáng)度。Si在滲碳體中的溶解度很小，因此可改變滲碳體和奧氏體相區(qū)。較高含量的Si對(duì)沖擊韌性有不良影響。本發(fā)明中的Si的質(zhì)量百分比含量控制為0. 35 0. 60%。Mn :Mn是置換型溶質(zhì)原子，固溶在鋼中，提供貝氏體鐵素體的強(qiáng)度和硬度。Mn是弱碳化物形成元素，同時(shí)Mn是奧氏體穩(wěn)定化元素，增加鋼的淬透性。Mn含量提高，會(huì)使鐵素體、珠光體和貝氏體相變CCT曲線的“鼻溫”向右移動(dòng)。連續(xù)冷卻過(guò)程中，Mn含量增加會(huì)促進(jìn)中溫貝氏體相變組織的形成。本發(fā)明中的Mn的質(zhì)量百分比含量控制為1. 50 1. 85%。Mo =Mo是鐵素體形成元素，縮小奧氏體相區(qū)。Mo在擴(kuò)散相變時(shí)通過(guò)溶質(zhì)拖曳作用耗散相變自由能，對(duì)鋼擴(kuò)散型相變有明顯的抑制作用。因此，在本發(fā)明的貝氏體相變時(shí)，可
4細(xì)化貝氏體鐵素體板條。Mo可提高鋼的回火穩(wěn)定。本發(fā)明中的Mo的質(zhì)量百分比含量控制為 0. 15 0. 30%。Nb 固溶的Nb抑制再結(jié)晶，提高鋼板的再結(jié)晶溫度。加入一定量的Nb可以使采用兩階段控軋控冷的鋼板在較高溫度終軋，提高鋼板的生產(chǎn)效率。Nb的碳氮化物會(huì)在第二階段軋制過(guò)程中在位錯(cuò)或亞晶界等缺陷處形成，阻礙了位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，提高鋼板的強(qiáng)度。但是Nb 含量較高可能會(huì)導(dǎo)致鋼坯開裂。本發(fā)明中的Nb的質(zhì)量百分比含量控制為0.04 0.07%。V =V是碳化物形成元素，固溶在鋼中的V，通過(guò)固溶強(qiáng)化效果提高鋼的強(qiáng)度。回火過(guò)程中，V的碳氮化物細(xì)小而彌散低析出在貝氏體鐵素體板條界面上，提高鋼的屈服強(qiáng)度， 并保證鋼板的良好的低溫韌性。本發(fā)明中的V的質(zhì)量百分比含量控制為0. 04 0. 07%。Ti 鋼中加入一定量的Ti，可形成細(xì)化的Ti2C2S4和TiC，具有阻礙晶粒長(zhǎng)大的作用。如果鋼中的Ti含量過(guò)高，則會(huì)形成粗大的TiN顆粒，降低鋼板的沖擊韌性。本發(fā)明中的Ti的質(zhì)量百分比含量控制在0. 01 0. 03%。Al :A1與0和N元素的親和力較大，且減小奧氏體相區(qū)。Al在煉鋼時(shí)作為脫氧定氮?jiǎng)┘尤脘撝?，?xì)化晶粒，提高鋼在低溫下的韌性。Al和N形成細(xì)小彌散的A1N，細(xì)化了鋼的晶粒并提高晶粒開始粗化的溫度。如果鋼中的Al含量較高，會(huì)降低高溫強(qiáng)度和韌性，并給冶煉和澆鑄帶來(lái)困難。本發(fā)明中的Al的質(zhì)量百分比含量控制為0. 01 0. 04%。Zr =Zr是碳化物形成元素，加入鋼中可細(xì)化鋼的晶粒。較高溫度的奧氏體中&的溶解度為0. 7%，鐵素體中ττ的溶解度最高為0. 3%。加入鋼中的ττ形成穩(wěn)定的化合物 ZrC和&Ν，加熱時(shí)不溶于奧氏體中，形成彌散分布的碳氮化物質(zhì)點(diǎn)，阻滯晶界移動(dòng)，細(xì)化奧氏體晶粒。再結(jié)晶過(guò)程中，Zr的細(xì)微析出可起到抑制再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大的作用，起到與Nb類似的效果。本發(fā)明中加入不超過(guò)0.0030%的&以實(shí)現(xiàn)細(xì)化晶粒的目的。B :Β可在位錯(cuò)和缺陷處富集，降低了晶界和亞晶界的能量，抑制了先共析鐵素體相變，促進(jìn)了鋼在連續(xù)冷卻時(shí)中溫組織的形成。但是B會(huì)與N形成ΒΝ，因此只有以固溶形成存在于鋼中的B才能起到有益作用。本發(fā)明中的B的質(zhì)量百分比含量控制為0. 0010 0. 0020%。與現(xiàn)有高強(qiáng)韌厚鋼板相比，本發(fā)明具有以下有益效果1、通過(guò)合理設(shè)計(jì)化學(xué)成分，以Mn等廉價(jià)合金元素替代貴重合金元素Ni、Cu等，減少了合金元素含量，降低了鋼板成本，具有較低的焊接裂紋敏感性指數(shù)，焊前無(wú)需預(yù)熱。2、本發(fā)明鋼板不需進(jìn)行淬火熱處理，從而簡(jiǎn)化了制造工序，降低了鋼的制造成本。3、由于成分和工藝設(shè)計(jì)合理，從實(shí)施效果來(lái)看，工藝制度比較寬松，可以在中、厚鋼板產(chǎn)線上穩(wěn)定生產(chǎn)。4、低焊接裂紋敏感性鋼板的屈服強(qiáng)度大于690MPa、抗拉強(qiáng)度大于770MPa、夏氏沖擊功Akv(-20°C)彡180J、板厚可達(dá)80mm。焊接裂紋敏感性指數(shù)Pcm彡0. 20%，具有優(yōu)良的焊接性能。5、可制備最大厚度達(dá)80mm的厚板。


圖1為實(shí)施例3鋼板的斜Y型坡口焊接裂紋試驗(yàn)中，預(yù)熱60°C時(shí)斜Y型坡口焊接裂紋試驗(yàn)斷面的照片。
圖2為實(shí)施例3鋼板的斜Y型坡口焊接裂紋試驗(yàn)中，不預(yù)熱(23°C)時(shí)斜Y型坡口焊接裂紋試驗(yàn)斷面的照片。圖3 (a)為實(shí)施例3鋼板微觀組織形貌的光學(xué)顯微鏡照片。圖3(b)為實(shí)施例3鋼板微觀組織形貌的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡照片。
具體實(shí)施例方式以下用實(shí)施例結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更詳細(xì)的描述。這些實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明最佳實(shí)施方式的描述，并不對(duì)本發(fā)明的范圍有任何限制。按照本發(fā)明鋼種的化學(xué)成分要求，并結(jié)合所述的制造工藝，以制造不同規(guī)格的高強(qiáng)韌厚鋼板。具體成分如下
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)韌低碳貝氏體型厚鋼板，其成分質(zhì)量百分比含量為 C 0.02 0.09%Si 0.35 0.60% Mn 1.50 1.85% Nb 0.04 0.07% V 0.04 0.07% B 0. 0010 0. 0020% Al 0.01 0.04% Ti 0.01 0.03% Zr ^ 0. 0030%Mo 0. 15 0. 30%且 0. 55-0. 181Mn_l. 51C 彡 Mo 彡 8. 7-3. 69Mn_29. 18C余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
2.制造如權(quán)利要求1所述的鋼板的方法，其特征在于，所述方法依次包括冶煉、澆鑄、 加熱、軋制、冷卻、回火、空氣冷卻工序，其中，所述軋制包括第一階段和第二階段軋制。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述澆鑄后得到的連鑄坯或鋼錠的厚度不小于成品鋼板厚度的3. 5倍。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在所述加熱過(guò)程中，加熱溫度為1030 1200°C，保溫時(shí)間為120 180分鐘。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在所述第一階段軋制過(guò)程中，開軋溫度為 1000 1150°C，當(dāng)軋件厚度到達(dá)成品鋼板厚度的2 4倍時(shí)，在輥道上待溫至800 860°C。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二階段軋制過(guò)程中，開軋溫度為 800 860°C，終軋溫度為780 810°C，道次變形率為12 沘％。
7.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述冷卻包括層流冷卻和空氣冷卻兩個(gè)步馬聚ο
8.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述回火的溫度為610 650°C。
9.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述加熱溫度為1130 1180°C。
10.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述開軋溫度為1100 1150°C。
11.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，在所述層流冷卻過(guò)程中，鋼板以6 25°C/ s的速度冷卻至460 540°C。
12.如權(quán)利要求2或7所述的方法，其特征在于，所述空氣冷卻采用堆垛或冷床冷卻。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)韌低碳貝氏體型厚鋼板及其制造方法。所述鋼板的成分質(zhì)量百分比含量為C0.02～0.09％、Si0.35～0.60％、Mn1.50～1.85％、Mo0.15～0.30％、Nb0.04～0.07％、V0.04～0.07％、B0.0010～0.0020％、Al0.01～0.04％、Ti0.01～0.03％、Zr≤0.0030％，Mo的質(zhì)量百分比含量應(yīng)滿足0.55-0.181Mn-1.51C≤Mo≤8.7-3.69Mn-29.18C，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明鋼板不需進(jìn)行淬火熱處理，從而簡(jiǎn)化了制造工序，降低了鋼的制造成本。低焊接裂紋敏感性鋼板的屈服強(qiáng)度大于690MPa、抗拉強(qiáng)度大于770MPa、夏氏沖擊功Akv(-20℃)≥180J、板厚可達(dá)80mm。焊接裂紋敏感性指數(shù)Pcm≤0.20％，具有優(yōu)良的焊接性能。
文檔編號(hào)B21B1/30GK102162061SQ201010112419
公開日2011年8月24日 申請(qǐng)日期2010年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月23日
發(fā)明者姚連登, 趙四新, 趙小婷 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司