專利名稱：：一種高強(qiáng)韌低屈強(qiáng)比易焊接結(jié)構(gòu)鋼板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于金屬材料
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種低合金低屈強(qiáng)比鋼板及其制造方法。
背景技術(shù)：
：能夠節(jié)能的鋼結(jié)構(gòu)件的輕量化離不開其高強(qiáng)度和高韌性，而確保建筑、橋梁等鋼結(jié)構(gòu)在地震、火災(zāi)和事故發(fā)生時(shí)的安全性要求結(jié)構(gòu)用鋼具有加工硬化能力，屈強(qiáng)比是衡量鋼的加工硬化能力的一個(gè)重要參數(shù)。但是，隨著鋼級的升高，結(jié)構(gòu)鋼的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度均有不同程度的提高，且屈服強(qiáng)度提高更快，即屈強(qiáng)比升高，這就意味著鋼板形變強(qiáng)化的幅度相對減小，從而危極結(jié)構(gòu)用鋼的安全性。專利號為US6056833的美國專利公開了一種熱機(jī)械控軋高強(qiáng)度低屈強(qiáng)比耐大氣腐蝕鋼，其化學(xué)成分按重量百分比為C:0.080.12%、Mn:0.801.35%、Si:0.300.65%、Mo:0.080.35%、V:0.060,14%、Cu:0.200.400/o、Ni^0.50%、Cr:0.300.70o/o、Nh^0.04%、Ti^0.02%、SS0.01%、P^0.02%、N:0.0010.014%，余為Fe和微量雜質(zhì)?？剀埧乩浜笤撲摰那?qiáng)度為4卯MPa，屈強(qiáng)比^).S5。但該鋼種的碳含量較高，不利于鋼板的焊接性能，另外，上述專利加入了價(jià)格較昂貴的合金元素V，生產(chǎn)成本高。申請?zhí)枮镃N200610021938,名為"低屈強(qiáng)比超細(xì)晶粒帶鋼的制造方法"的中國專利和申請?zhí)枮镃N03133872.0,名為"一種建筑用低屈強(qiáng)比耐火熱連軋帶鋼的制造方法"的中國專利，雖提供了較低的屈強(qiáng)比，但是強(qiáng)度偏低，抗拉強(qiáng)度為400510MPa，而且其制造方法僅適用于帶鋼產(chǎn)品，不適用于平板制造。3由鞍鋼和北京科技大學(xué)共同申請的申請?zhí)枮?00410096795.7的中國專利提供了一種高抗拉強(qiáng)度高韌性低屈強(qiáng)比貝氏體鋼及其生產(chǎn)方法，其主要化學(xué)成分含量(WtX)為C0.015%0.08%、Si0.26%0.46%、Mn1.5%1.7%、Nb0.015%0.060%、Ti0.005%0.03%、B0.0005%0.003%、Mo0.2%0.5%、Cu0.4%0.6%、Ni0.26%0.40%、A10.015%0.05%，余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。采用TMCP+RPC+SQ方法進(jìn)行生產(chǎn)，可實(shí)現(xiàn)抗拉強(qiáng)度為800MPa級別鋼板的屈強(qiáng)比達(dá)到0.85以下，同時(shí)大大提高了鋼板的低溫韌性。其添加了大量的Mo等貴重元素，增加了成本，而且按照其技術(shù)方案進(jìn)行實(shí)施得到的屈強(qiáng)比難以達(dá)到0.80以下。由寶鋼申請的申請?zhí)枮?00410084699.0的中國專利提供了一種低屈服比易焊接結(jié)構(gòu)鋼板及其生產(chǎn)方法，其化學(xué)成分的重量百分比如下C:0.01%0.10%，Si:1.00%1.50%，Mn:0.80%1.10%，P:^0.020%，S:^0.015%,Ni:0.30%3.20%，Al:0.02%0.03%，Ti:0.01%0.15%，B:0.0003%0.0010%，N:0.0020%0.0150%，余量為鐵及不可避免雜質(zhì)。該專利雖然有較低的焊接裂紋敏感性系數(shù)和屈強(qiáng)比，但釆用大量的貴重元素Ni，成本增加，而且Si的含量較高，鋼的清潔度下降，韌性降低，可焊性差。以上兩項(xiàng)專利僅適用于抗拉強(qiáng)度700MPa級別以上的鋼板的生產(chǎn)，而且都添加了微量的B元素，由于B在冶煉過程中難于控制，易偏聚，引起熱脆性，增加了熱壓力加工的難度。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種不含B和V、抗拉強(qiáng)度》650MPa、屈強(qiáng)比S0.80的易焊接結(jié)構(gòu)鋼板及其制造方法。本發(fā)明高強(qiáng)韌低屈強(qiáng)比易悍接結(jié)構(gòu)鋼板的化學(xué)成分(重量百分比)為:C:0.02%0.08%、Si:0.30%0.50%、Mn:1,50%1.80%、Nb:0.02%0.04%、Ti:0.005%0.030%、Mo:0.0080/o0.200/o、Cr:0.30%0,90%、Cu:0.30%0.50%、Nh0.10%0.40%、Als:0.010%0.070%，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)，并滿足焊接裂紋敏感性指數(shù)Pcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/l5+V/10+5B^0.21%。該鋼小:耍為貝氏體+鐵素體組織，還有很少量的^氏體或珠光體，其中貝氏體的體積分?jǐn)?shù)55%70%，鐵素體的體積分?jǐn)?shù)30%45%。本發(fā)明高強(qiáng)韌低屈強(qiáng)比易焊接結(jié)構(gòu)鋼板的制造方法包括以下工藝步驟鐵水預(yù)處理一轉(zhuǎn)爐冶煉一精煉一連鑄一軋制，其特點(diǎn)是軋制過程采用TMCP工藝，軋前鋼坯加熱溫度為105(TC122(TC，采用兩階段控軋，再結(jié)晶區(qū)軋制溫度控制在^100(TC，未再結(jié)晶區(qū)軋制溫度控制在950°C(Ar3+0'C100°C);未再結(jié)晶區(qū)積累變形量大于50%;軋后待溫到680°CAr3，隨后加速冷卻，冷卻速度為1040°C/s，終止冷卻溫度為380480°C，之后空冷。本發(fā)明轉(zhuǎn)爐冶煉中采用頂吹或頂?shù)讖?fù)合吹煉;采用LF+VD或LF+RH精煉，并進(jìn)行微合金化；進(jìn)行Ca處理；連鑄采用電磁攪拌。本發(fā)明鋼的化學(xué)成分以低C為基本特征，以成本低廉的Mn、Cr等元素作為主要添加元素。本發(fā)明成分設(shè)計(jì)理由C:碳對鋼的強(qiáng)度、韌性和焊接性能、冶煉成本影響很大。碳低于0.02%則需要真空冶煉，碳高于0.08%，則使延伸率和韌性下降，本發(fā)明確定碳含量的范圍為0.02%0.08%。Mn:錳是提高強(qiáng)度和韌性的有效元素，對貝氏體轉(zhuǎn)變有較大的促進(jìn)作用，而且成本十分低廉。該元素含量在一定的范圍內(nèi)增加鋼強(qiáng)度的同時(shí)幾乎不降低鋼的塑性和韌性。Mn降低了Y-a的轉(zhuǎn)變溫度，增加了相變時(shí)a的形核率，細(xì)化了鐵素體晶粒；Mn能擴(kuò)大Y區(qū)，使鋼的熱塑性加工溫度范圍擴(kuò)大，有利于控制軋制工藝的實(shí)施，增加低溫區(qū)累積變形量和降低終軋溫度使鐵素體晶粒進(jìn)一步細(xì)化。這就是國際上在設(shè)計(jì)鋼的成分時(shí)多采用"低"碳"高"錳來提高鋼的強(qiáng)度的原因。因此在本發(fā)明中合適區(qū)間Mnl.5%1.8°/0。Si:硅是煉鋼脫氧的必要元素，也可以起到固溶強(qiáng)化作用，提高鋼的強(qiáng)度，Si還可以提高鋼的抗腐蝕性能，但是Si含量太高，鋼的清潔度下降，韌性降低，可焊性差。會降低鋼的韌性，對焊接性能也不利。在本發(fā)明中將硅限定在0.30%0.50%的范圍內(nèi)。Nb:鈮是本發(fā)明的重要添加元素。加熱時(shí)未溶解的Nb的碳、氮化物顆粒分布在奧氏體晶界上，可阻礙鋼在加熱時(shí)奧氏體晶粒長大；它能夠有效地延遲變形奧氏體的再結(jié)晶，阻止奧氏體晶粒長大，提高奧氏體再結(jié)晶溫度，細(xì)化晶粒，同時(shí)改善強(qiáng)度和韌性；它可以提高鋼的淬透性，促進(jìn)貝氏體轉(zhuǎn)變；在軋制過程中有些鈮的碳化物在位錯(cuò)、亞晶界上沉淀以進(jìn)一步阻礙動(dòng)態(tài)再結(jié)晶和軋后靜態(tài)再結(jié)晶的產(chǎn)生；在Y-a相變中發(fā)生沉淀，形成非常細(xì)小的合金碳化物，起沉淀強(qiáng)化的作用；Nb對屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度尤其對屈服強(qiáng)度的提高效果很大。在本發(fā)明中將Nb含量限定在0.02%0.04%范圍內(nèi)。Ti:鋼中加入微量的鈦，是為了使鈦、氮形成氮化鈦，阻止鋼坯在加熱、軋制、焊接過程中晶粒的長大，改善母材和焊接熱影響區(qū)的韌性。鈦低于0.005%時(shí)，固氮效果差，超過0.03%時(shí)，固氮效果達(dá)到飽和，過剩的鈦將會使鋼的韌性惡化。當(dāng)鋼中的Ti、N原子之比為1:1時(shí)，TiN粒子最為細(xì)小且分布彌散，對高溫奧氏體晶粒的細(xì)化作用最強(qiáng)，不僅可獲得優(yōu)良的韌性，而且能夠?qū)崿F(xiàn)30KJ/cm以上的大線能量焊接。此時(shí)相應(yīng)于Ti、N重量之比為3.42，故在本發(fā)明中，結(jié)合鋼中N的含量以及便于連鑄的需要，將鈦成分控制在0.005%到0.03%。最佳控制為Ti、N重量之比為3.42左右。6Al:鋁是脫氧元素，并能與N結(jié)合形成彌散度較大的A1N，從而減少了以間隙相存在的自由N，降低鋼的韌脆性轉(zhuǎn)變溫度，改善鋼的低溫沖擊性能，有效地細(xì)化晶粒。其含量不足0.010%時(shí)，效果較??；超過0.070%時(shí)，脫氧作用達(dá)到飽和；再高則對母材及焊接熱影響區(qū)韌性有害。所以，本發(fā)明中鋁含量控制在0.010%0.070%。Cr:加入Cr元素主要是保證鋼的耐大氣腐蝕性能，促進(jìn)貝氏體轉(zhuǎn)變，有助于軋制時(shí)奧氏體晶粒的細(xì)化和微細(xì)貝氏體的生成，提高抗拉強(qiáng)度。因而，在本發(fā)明中0"含量的區(qū)間在0.30°/。0.90%。Cu:銅元素不僅對焊接熱影響區(qū)硬化性及韌性沒有不良影響，又可使母材的強(qiáng)度提高，并使低溫韌性大大提高，還可提高耐蝕性。在貝氏體鋼中加入銅，可進(jìn)一步提高鋼的淬透性，促進(jìn)貝氏體的形成，進(jìn)一步使基體強(qiáng)化；但Cu含量高時(shí)鋼坯加熱或熱軋時(shí)易產(chǎn)生裂紋，惡化鋼板表面性能，必須添加適量的Ni以阻止這種裂紋的產(chǎn)生。在本發(fā)明中將銅含量控制在0.3%0.5%之間。Ni:鎳元素對鋼的焊接熱影響區(qū)硬化性及韌性沒有不良影響，且能夠提高鋼的耐蝕性，并使鋼的低溫韌性大大提高。鎳為貴重元素，導(dǎo)致鋼的成本大幅度上升，經(jīng)濟(jì)性差。在本發(fā)明中添加Ni元素的目的主要是阻止含Cu量高的鋼坯在加熱或熱軋時(shí)產(chǎn)生裂紋的傾向。為了減少Cu的熱脆現(xiàn)象，故在本發(fā)明中將Ni含量控制在0.10。/。0.40n/。之間，Ni、Cu成分含量比最佳為1/22/3。Mo:抑制先共析鐵素體的形成，促進(jìn)貝氏體轉(zhuǎn)變。鉬在鋼中能增加碳化物的形核位置，使形成的碳化物更細(xì)小、更多，從而提高鋼板的屈服強(qiáng)度。鉬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，推遲先共析鐵素體轉(zhuǎn)變的作用增強(qiáng)，強(qiáng)度增加。但Mo為貴重元素，導(dǎo)致鋼的成本大幅度上升，'經(jīng)濟(jì)性差。在本發(fā)明中將Mo含量控制在0.008%0.20°/0之間。鋼中的雜質(zhì)元素控制在P《0.025Q/。，S《0.015%，以提高鋼的韌性。本發(fā)明鋼的具體生產(chǎn)工藝特征如下本發(fā)明在冶煉過程中進(jìn)行鐵水預(yù)處理，采用轉(zhuǎn)爐冶煉，通過頂吹或頂?shù)讖?fù)合吹煉，盡可能深脫碳；采用VD、RH、LF等進(jìn)行精煉處理，并進(jìn)行微合金化；進(jìn)行Ca處理，結(jié)合鋼中S含量和出鋼量，喂Si-Ca線，控制硫化物形態(tài)，提高延性和韌性，減小鋼板橫向和縱向性能差；連鑄采用電磁攪拌，減少元素偏析。本發(fā)明在軋制過程中采用TMCP工藝。軋前鋼坯加熱溫度為1050°C1220°C，上限選擇1220°C，可以保證獲得細(xì)小的奧氏體晶粒，下限選擇105(TC，以便能有相當(dāng)量的Nb溶入奧氏體，有利于軋后冷卻過程中貝氏體的形成。采用兩階段控軋，再結(jié)晶區(qū)軋制溫度控制在^100(TC，未再結(jié)晶區(qū)軋制溫度控制在95(TC(Ar3+0°C100°C);未再結(jié)晶區(qū)積累變形量大于50%。軋后待溫到680°CAr3，隨后加速冷卻，開冷溫度過低，鐵素體的析出量增加，強(qiáng)度降低；開冷溫度過高，貝氏體的含量增加，屈強(qiáng)比升高。本發(fā)明冷卻速度為1040°C/s，終止冷卻溫度為380°C480°C，之后空冷。本發(fā)明鋼種采用低C、高Cr和低Mo含量，不添加B和V，成本低，焊接裂紋敏感性系數(shù)《0.21，焊接性能好；采用TMCP工藝，生產(chǎn)周期短、成本低，無需復(fù)雜的熱處理就可獲得貝氏體+鐵素體組織，其中貝氏體的體積分?jǐn)?shù)55%70%，鐵素體的體積分?jǐn)?shù)30%45%，還有很少量的馬氏體或珠光體。本發(fā)明與同強(qiáng)度級別的鋼種相比，能在保證高強(qiáng)度(抗拉強(qiáng)度》650MPa)、高韌性(-4(TC沖擊功》290J)和良好的焊接性能的同時(shí)，將屈強(qiáng)比控制到0.8以下。圖1為本發(fā)明鋼種的金相組織。具體實(shí)施例方式本發(fā)明實(shí)施例以按照本發(fā)明設(shè)計(jì)的化學(xué)成分和冶煉工藝冶煉的5罐鋼為例。其化學(xué)成分如表1所示，其軋制工藝和軋態(tài)力學(xué)性能見表2和表3。表l、本發(fā)明實(shí)施例鋼的冶煉成分(重量百分比)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表3、本發(fā)明實(shí)施例鋼的軋態(tài)力學(xué)性倉i<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>權(quán)利要求1.一種高強(qiáng)韌低屈強(qiáng)比易焊接結(jié)構(gòu)鋼板，其特征在于該鋼的化學(xué)成分重量百分比為C0.02％～0.08％、Si0.30％～0.50％、Mn1.50％～1.80％、Nb0.02％～0.04％、Ti0.005％～0.030％、Mo0.008％～0.20％、Cr0.30％～0.90％、Cu0.30％～0.50％、Ni0.10％～0.40％、Als0.010％～0.070％，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)，并滿足下列焊接裂紋敏感性指數(shù)Pcm＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B≤0.21％。2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的高強(qiáng)韌低屈強(qiáng)比易焊接結(jié)構(gòu)鋼板，其特征在于該鋼卞要為貝氏體+鐵素體組織，其中貝氏體的體積分?jǐn)?shù)55%70%，鐵素體的體積分?jǐn)?shù)30%45%。3.—種權(quán)利要求1或2所述高強(qiáng)韌低屈強(qiáng)比易焊接結(jié)構(gòu)鋼板的制造方法，包括以下工藝步驟鐵水預(yù)處理一轉(zhuǎn)爐冶煉一精煉一連鑄一軋制，其特征在于軋制過程采用TMCP工藝，軋前鋼坯加熱溫度為1050'C1220°C，采用兩階段控軋，再結(jié)晶區(qū)軋制溫度控制在^100(TC，未再結(jié)晶區(qū)軋制溫度控制在950'C(Ar3+0°C100°C);積累變形量大于50%;軋后待溫到68(TCAr3，隨后加速冷卻，冷卻速度為104(TC/s，終止冷卻溫度為38048(TC，之后空冷。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述高強(qiáng)韌低屈強(qiáng)比易焊接結(jié)構(gòu)鋼板的制造方法，其特征在于轉(zhuǎn)爐采用頂吹或頂?shù)讖?fù)合吹煉;采用LF+VD或LF+RH精煉，并進(jìn)行微合金化；進(jìn)行Ca處理；連鑄采用電磁攪拌。全文摘要本發(fā)明提供一種高強(qiáng)韌低屈強(qiáng)比易焊接結(jié)構(gòu)鋼板及其制造方法，其成分C0.02％～0.08％、Si0.30％～0.50％、Mn1.50％～1.80％、Nb0.02％～0.04％、Ti0.005％～0.030％、Mo0.008％～0.20％、Cr0.30％～0.90％、Cu0.30％～0.50％、Ni0.10％～0.40％、Als0.010％～0.070％，余量為Fe。其制造方法鐵水預(yù)處理—轉(zhuǎn)爐冶煉—精煉—連鑄—軋制，軋前鋼坯加熱1050℃～1220℃，再結(jié)晶區(qū)軋制≥1000℃，未再結(jié)晶區(qū)軋制950℃～(Ar₃+0℃～100℃)，軋后待溫，隨后加速冷卻。本發(fā)明不添加B和V，成本低，生產(chǎn)周期短，無需復(fù)雜的熱處理就可獲得貝氏體+鐵素體組織，能在保證高強(qiáng)度、高韌性和良好的焊接性能的同時(shí)，將屈強(qiáng)比控制到0.8以下。文檔編號C22C38/58GK101619423SQ20081001215公開日2010年1月6日申請日期2008年6月30日優(yōu)先權(quán)日2008年6月30日發(fā)明者侯華興,明劉,敖列哥,穎楊,沙孝春,華王,森郝,馬玉璞申請人:鞍鋼股份有限公司