專利名稱：一種超低碳貝氏體鋼板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)度高韌性鋼板，具體地涉及一種屈服強(qiáng)度大于等于690MPa 的超低碳貝氏體鋼板及其制造方法。鋼板具有較好的低溫韌性和大線能量焊接性能，涉及用于橋梁、壓力容器、船舶、汽車等行業(yè)要求的高強(qiáng)度高韌性耐沖擊的結(jié)構(gòu)鋼板，以及生產(chǎn)高強(qiáng)度高韌性鋼板的方法。
背景技術(shù)：
超低碳貝氏體是國(guó)際上近年來發(fā)展起來的高強(qiáng)度、高韌性、焊接性能優(yōu)良的新鋼種，主要用于橋梁、壓力容器、船舶、汽車等行業(yè)要求的高強(qiáng)度高韌性耐沖擊的可焊接結(jié)構(gòu)鋼板，傳統(tǒng)工藝在生產(chǎn)該鋼種時(shí)，多添加較多的Cu、Ni、Cr和Mo等貴重合金元素，彌補(bǔ)因采用超低碳技術(shù)路線導(dǎo)致的強(qiáng)度損失，成本較高，生產(chǎn)困難。在生產(chǎn)屈服強(qiáng)度小于等于590MPa 強(qiáng)度級(jí)別的低碳貝氏體鋼時(shí)可采用適量的微合金元素加控軋和合適的軋后冷卻速度實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，但在生產(chǎn)高強(qiáng)度級(jí)別和要求很高的焊接性能時(shí)，為了降低Pcm指數(shù)必須采用很低的碳含量，使碳達(dá)到超低碳的級(jí)別，通常小于等于0. 03%，由碳降低引起的強(qiáng)度損失必須添加適當(dāng)?shù)腃u、Ni、Cr、Mo貴重合金元素析出強(qiáng)化彌補(bǔ)和適當(dāng)?shù)奈⒑辖鹪豊b、V、Ti及控軋控冷技術(shù)細(xì)化晶粒和析出強(qiáng)化彌補(bǔ)。為了在很寬的轉(zhuǎn)變溫度范圍和冷卻速度范圍內(nèi)都能獲得貝氏體組織，B成為此類鋼中不可或缺的元素。值得一提的是，近年來國(guó)內(nèi)外都有一些低碳貝氏體或超低碳貝氏體鋼的文獻(xiàn)或?qū)＠l(fā)表。我國(guó)鞍鋼、武鋼都在(超)低碳貝氏體鋼領(lǐng)域的技術(shù)上有所研究，并有一些專利技術(shù)公開，但大多以控軋+加速冷卻生產(chǎn)，或者軋后快速冷卻+離線回火工藝生產(chǎn)。隨著橋梁結(jié)構(gòu)、壓力容器、船舶等領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展，其對(duì)鋼板焊接性的要求也大幅提高，需要鋼板能經(jīng)受大線能量焊接，焊接熱輸入達(dá)到20kJ/mm以上，高的甚至要達(dá)到 200kJ/mm，在這樣高的焊接熱輸入情況下，鋼板的熱影響區(qū)的沖擊韌性必然惡化。傳統(tǒng)的橋梁、船體結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)度鋼均是在低碳合金鋼的基礎(chǔ)上通過采用控軋、調(diào)質(zhì)熱處理等工藝獲得針狀鐵素體、貝氏體、回火馬氏體等組織來達(dá)到高強(qiáng)度高韌性的配合。為了確保較厚規(guī)格鋼板具有足夠的淬透性，鋼中通常需要添加較高含量的Ni、Cr、Mo等合金元素，鋼的屈服強(qiáng)度級(jí)別一般在570-690ΜΙ^之間。目前，國(guó)際上有關(guān)屈服強(qiáng)度在690MPa左右超低碳貝氏體高強(qiáng)度高韌性鋼板的制造方法已有一些文獻(xiàn)和專利。CN101787489A公開了一種易焊接低碳貝氏體鋼及制造方法，其化學(xué)成分重量百分?jǐn)?shù)為:C :0. 02-0. 08，Si :0. 10-0. 50，Mn :1. 20-1. 80，P 彡 0. 015，S 彡 0. 010，Al ( 0. 035， Mo 0. 10-0.30，Nb :0. 020—0. 050，V :0. 03-0.10，Ti :0. 005—0.030，B :0. 0005—0. 002，N 0. 005-0. 010,0. 005 ( 3N-10B ( 0. 015，Ti+V+ΙΟΒ 彡 8. 525N。采用電爐或轉(zhuǎn)爐冶煉、爐外精煉、連鑄、控軋控冷的生產(chǎn)工藝。在550-600°C回火，保溫時(shí)間為Imin/mmX板厚+30min， 得到屈服強(qiáng)度彡550MPa，抗拉強(qiáng)度彡670MPa，延伸率彡20%,-40°C Akv彡200J, 20-100kJ/ cm焊接時(shí)近縫區(qū)-40°C Akv ^ 100J。該專利鋼板的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度偏低，且采用離線回火，回火時(shí)間長(zhǎng)，生產(chǎn)周期長(zhǎng)。
目前仍需要超低碳貝氏體高強(qiáng)度高韌性中厚鋼板。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種屈服強(qiáng)度> 690MPa的超低碳貝氏體高強(qiáng)度高韌性中厚鋼板，特別是6-25mm厚鋼板。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的屈服強(qiáng)度> 690MPa的超低碳貝氏體高強(qiáng)度高韌性鋼板，其成分(重量 ％ )為C 彡 0. 03 %、Si 彡 0. 15 %、Mn :1· 2-1. 6 %、P 彡 0.015%、 S 彡 0. 010%,Al 0. 02-0. 05%,Nb :0. 02-0. 04%,Ti :0. 005-0. 020%,V :0. 04-0. 06%,Cu 0. 45-0. 70%, Ni 0. 30-0. 50%, B :0. 0008-0. 003%, N ^ 0. 006%，余量為鐵和不可避免雜質(zhì)。所述鋼板的組織為回火超低碳貝氏體和彌散析出物。本發(fā)明的另一目的在于提供所述超低碳貝氏體高強(qiáng)度高韌性中厚鋼板的制造方法。本發(fā)明的所述屈服強(qiáng)度690MPa級(jí)高強(qiáng)度鋼板的制造方法包括以下步驟(1)鋼水經(jīng)真空脫氣處理后進(jìn)行連鑄或模鑄，模鑄后需經(jīng)初軋成鋼坯；(2)連鑄坯或鋼坯于1100-1250°C加熱后在奧氏體再結(jié)晶區(qū)和未再結(jié)晶區(qū)進(jìn)行三道次以上軋制，總壓下率彡70%，終軋溫度彡8600C ；(3)軋后鋼板以15_50°C /s快速水冷至250_350°C溫度區(qū)間空冷5_60s ；(4)冷卻的鋼板進(jìn)入在線感應(yīng)加熱爐以1-10°C /s快速加熱至500-600°C回火 30-60s，然后出爐空冷。本發(fā)明通過合適的成分設(shè)計(jì)和加熱、軋制及軋后快速冷卻和在線短時(shí)間回火工藝，獲得組織為回火超低碳貝氏體+彌散析出物的高強(qiáng)度高韌性鋼板。6-25mm厚鋼板屈服強(qiáng)度彡690MPa，延伸率A5彡15%,-40°C Akv彡150J，冷彎性能優(yōu)良，滿足了橋梁、管線、容器、船舶等行業(yè)對(duì)高強(qiáng)度高韌性鋼板的較高要求。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例1鋼板的金相組織照片。圖2、3是本發(fā)明實(shí)施例3鋼板的金相組織照片。圖4是本發(fā)明實(shí)施例5鋼板的金相組織照片。
具體實(shí)施例方式以下對(duì)本發(fā)明進(jìn)行較為詳細(xì)的說明。本發(fā)明中，除非另有指明，含量均指重量百分比含量。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的提供一種屈服強(qiáng)度> 690MPa的超低碳貝氏體高強(qiáng)度高韌性中厚鋼板，特別是6-25mm厚鋼板的目的，不受限于任何理論，本發(fā)明的主要化學(xué)成分的選擇和控制理由描述如下碳確保鋼板強(qiáng)度的關(guān)鍵元素，其可以顯著提高鋼板的淬透性。但對(duì)于要獲得組織為超低碳貝氏體的鋼板而言，碳需要顯著降低。碳降低后鋼板的碳當(dāng)量和焊接裂紋敏感指數(shù)Pcm就會(huì)相應(yīng)降低，韌性也會(huì)相應(yīng)大幅提高。碳降低后的強(qiáng)度損失需要靠其它合金元素添加來彌補(bǔ)。碳顯著降低后，鋼板適合大線能量焊接。對(duì)于本發(fā)明的屈服強(qiáng)度690MI^強(qiáng)度級(jí)別而言，為了獲得較高的低溫沖擊韌性，采用非常低的碳含量< 0.03%。優(yōu)選地，碳含量為 0. 015-0. 030% ο硅鋼中加硅能提高鋼質(zhì)純凈度和脫氧。硅在鋼中起固溶強(qiáng)化作用。但硅含量過高會(huì)使鋼板加熱時(shí)的氧化皮粘度較大，出爐后除鱗困難，導(dǎo)致軋后鋼板表面紅色氧化皮嚴(yán)重，表面質(zhì)量較差。且高硅不利于焊接性能。綜合考慮硅各方面的影響，本發(fā)明硅含量為小于等于0.15%。優(yōu)選地，硅含量為0.03-0. 15%。錳錳穩(wěn)定奧氏體組織，其能力僅次于合金元素鎳，是廉價(jià)的穩(wěn)定奧氏體與強(qiáng)化合金元素，同時(shí)錳增加鋼的淬透性，降低馬氏體形成的臨界冷速。但錳具有較高的偏析傾向， 所以其含量不能太高，一般低碳微合金鋼中錳含量不超過2.0%。錳的加入量主要取決于鋼的強(qiáng)度級(jí)別。本發(fā)明錳的含量應(yīng)控制在1.2-1.6%。錳在鋼中還和鋁一起共同起到脫氧的作用。優(yōu)選地，錳含量為1.21-1.60%。硫和磷硫在鋼中與錳等化合形成塑性夾雜物硫化錳，尤其對(duì)鋼的橫向塑性和韌性不利，因此硫的含量應(yīng)盡可能地低。磷也是鋼中的有害元素，嚴(yán)重?fù)p害鋼板的塑性和韌性。對(duì)于本發(fā)明而言，硫和磷均是不可避免的雜質(zhì)元素，應(yīng)該越低越好，考慮到鋼廠實(shí)際的煉鋼水平，本發(fā)明要求P彡0. 015%, S ^ 0. 010%。優(yōu)選地，P^O. 011%, S ^ 0. 005%。鋁強(qiáng)脫氧元素。為了保證鋼中的氧含量盡量地低，鋁的含量控制在 0. 02-0. 05%。脫氧后多余的鋁和鋼中的氮元素能形成AlN析出物，提高強(qiáng)度并且在熱處理加熱時(shí)能細(xì)化鋼的元素奧氏體晶粒度。優(yōu)選地，鋁含量為0. 02-0. 045%。鈦鈦是強(qiáng)碳化物形成元素，鋼中加入微量的Ti有利于固定鋼中的N，形成的TiN 能使鋼坯加熱時(shí)奧氏體晶粒不過分漲大，細(xì)化原始奧氏體晶粒度。鈦在鋼中還可分別與碳和硫化合生成TiC、TiS、Ti4C2&等，它們以夾雜物和第二相粒子的形式存在。鈦的這些碳氮化物析出物在焊接時(shí)還可阻止熱影響區(qū)晶粒長(zhǎng)大，改善焊接性能。目前，微鈦處理已成為大部分低合金高強(qiáng)度鋼的常規(guī)工藝。本發(fā)明鈦含量控制在0. 005-0. 020%。優(yōu)選地，鈦含量為 0. 012-0. 018%。鈮和釩鈮和釩都是強(qiáng)碳化物形成元素，鋼中加入微量的鈮可大幅提高鋼的再結(jié)晶溫度，配合B的添加，再結(jié)晶溫度可再提高，細(xì)化奧氏體晶粒和隨后相變的組織，提高韌性和強(qiáng)度。鈮在軋制過程中和隨后冷卻過程中可析出細(xì)小碳化物，提高強(qiáng)度。釩亦可析出強(qiáng)化，本鋼中加入鈮和釩的最要目的是彌補(bǔ)碳很低導(dǎo)致的強(qiáng)度損失，且利于細(xì)化晶粒，提高沖擊韌性。本發(fā)明鈮含量控制在0.02-0. 04%，釩含量控制在0.04-0. 06%。優(yōu)選地，鈮含量為 0. 031-0. 040% ；釩含量為 0. 045-0. 058%。銅Cu在鋼中可以起到析出強(qiáng)化作用，且不會(huì)惡化鋼的韌性，故本發(fā)明添加 0. 45-0. 70%的銅。優(yōu)選地，銅含量為0. 46-0. 69%。鎳鋼中加鎳尤其是在調(diào)質(zhì)鋼中加鎳能大幅提高鋼的韌性尤其是低溫韌性，同時(shí)由于鋼中加入了 Cu，為了防止加熱或軋制時(shí)的熱裂傾向，需加入一定量(大于等于銅含量的一半)的鎳，所以本發(fā)明添加0.30-0. 50%的鎳元素。優(yōu)選地，鎳含量0.30-0. 49%。硼提高鋼的淬透性，抑制奧氏體向鐵素體和珠光體的轉(zhuǎn)變，使鋼在很大的冷卻速度范圍內(nèi)均能形成貝氏體組織。微量的硼結(jié)合鈮的添加是鋼的再結(jié)晶溫度大幅提高，本鋼中硼的含量為0. 0008-0. 003% O優(yōu)選地，硼的含量為0. 0015-0. 0025%
氮本發(fā)明添加了少量的Nb、V、Ti微合金元素，且主要以相變強(qiáng)化和回火碳化物析出強(qiáng)化為主要強(qiáng)化方式。小于等于60ppm含量的氮可以穩(wěn)定0. 005-0. 02%的鈦形成TiN， 此TiN能保證加熱時(shí)板坯的奧氏體晶粒不過分粗大。Nb、V主要與C結(jié)合形成碳化物析出強(qiáng)化。本發(fā)明中控制氮含量< 0.006%。優(yōu)選地，氮含量為0.0036-0.0045%。制造工藝過程對(duì)本發(fā)明產(chǎn)品的影響轉(zhuǎn)爐吹煉和真空處理目的是確保鋼液的基本成分要求，去除鋼中的氧、氫等有害氣體，并加入錳、鈦等必要的合金元素，進(jìn)行合金元素的調(diào)整。連鑄或模鑄保證鑄坯內(nèi)部成分均勻和表面質(zhì)量良好，模鑄的鋼錠需軋制成鋼坯。加熱和軋制連鑄坯或鋼坯在1100-1250°C的溫度下加熱，一方面獲得均勻的奧氏體化組織，另一方面使鈮、釩、鈦等合金元素的化合物部分溶解。在奧氏體再結(jié)晶區(qū)和未再結(jié)晶區(qū)進(jìn)行三道次以上軋制，總壓下率彡70%，終軋溫度彡860°C (優(yōu)選860-890°C )；快速冷卻軋后鋼板以15_50°C /s的冷速水冷至250_350°C空冷5_60s ；在快速冷卻過程中，大部分的合金元素被固溶到貝氏體中。在線回火冷卻的鋼板進(jìn)入在線感應(yīng)加熱爐以1-10°C /s快速加熱至500-600°C回火30-60s，然后出爐空冷?；鼗鹩兄谙慊饡r(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力以及消除貝氏體板條內(nèi)或之間的微裂紋，彌散析出部分銅粒子和碳化物強(qiáng)化，提高強(qiáng)塑型、韌性和冷彎性能。本發(fā)明通過合適的成分設(shè)計(jì)、加熱、控制軋制、軋后快速冷卻和在線感應(yīng)加熱回火，使鋼板實(shí)現(xiàn)細(xì)晶強(qiáng)化、相變強(qiáng)化、析出強(qiáng)化，提高了鋼板的強(qiáng)度、硬度，具有很高的低溫韌性，組織呈現(xiàn)為回火超低碳貝氏體+彌散析出物。6-25mm厚鋼板屈服強(qiáng)度彡690MPa，延伸率A5彡15%，縱向-60°C Akv彡200J，冷彎性能優(yōu)良，可用于橋梁、管線、容器、船舶等行業(yè)對(duì)高強(qiáng)度高韌性鋼板的較高要求。實(shí)施例以下用實(shí)施例對(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。實(shí)施例1將按表1配比冶煉完成的鋼水經(jīng)真空脫氣處理后進(jìn)行連鑄或模鑄，板坯厚度 80mm，所得坯料于1200°C加熱后，在奧氏體再結(jié)晶溫度范圍內(nèi)經(jīng)多道次軋制，軋制成厚度為 6mm的鋼板，總壓下率94%，終軋溫度為880°C，然后以50°C /s水冷至250°C再在線快速加熱至500°C回火，然后空冷至室溫；實(shí)施例2-5的詳細(xì)成分和工藝參數(shù)見表1和2，實(shí)施例所得鋼板性能見表3。表1本發(fā)明實(shí)施例1-5的化學(xué)成分、Ceq(wt% )及焊接裂紋敏感指數(shù)Pcm
權(quán)利要求
1.一種鋼板，其重量百分比成分為C彡0. 03 %、Si彡0. 15 %、Mn :1. 2-1. 6 %、 P ^ 0. 015%, S ^ 0. 010%, Al 0. 02-0. 05 %, Nb :0. 02-0. 04%, Ti :0. 005-0. 020%, V 0. 04-0. 06%, Cu 0. 45-0. 70%, Ni :0. 30-0. 50%, B :0. 0008-0. 003%, N ^ 0. 006%，余量為鐵和不可避免雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的鋼板，其特征在于，碳當(dāng)量Ceq:0. 30-0. 40。
3.如權(quán)利要求1或2所述的鋼板，其特征在于，所述鋼板的組織為回火超低碳貝氏體和彌散析出物。
4.如權(quán)利要求1-3任一所述的鋼板，其特征在于，鋼板厚度為6-25mm。
5.如權(quán)利要求1-4任一所述的鋼板，其特征在于，鋼板的屈服強(qiáng)度>690MPa，延伸率 A5 彡 15%, -400C Akv 彡 150Jo
6.如權(quán)利要求1-5任一所述的鋼板，其特征在于，C0. 015-0. 030%。
7.如權(quán)利要求1-6任一所述的鋼板，其特征在于，Si0. 03-0. 15%。
8.如權(quán)利要求1-7任一所述的鋼板，其特征在于，Mn1. 21-1. 60%。
9.如權(quán)利要求1-8任一所述的鋼板，其特征在于，P< 0. 011%。
10.如權(quán)利要求1-9任一所述的鋼板，其特征在于，S< 0. 005%。
11.如權(quán)利要求1-10任一所述的鋼板，其特征在于，Al0. 02-0. 45%。
12.如權(quán)利要求1-11任一所述的鋼板，其特征在于，Nb0. 031-0. 04%。
13.如權(quán)利要求1-12任一所述的鋼板，其特征在于，Ti0. 012-0. 018%。
14.如權(quán)利要求1-13任一所述的鋼板，其特征在于，V0. 045-0. 58%。
15.如權(quán)利要求1-14任一所述的鋼板，其特征在于，Cu0. 46-0. 69%。
16.如權(quán)利要求1-15任一所述的鋼板，其特征在于，Ni0. 30-0. 49%。
17.如權(quán)利要求1-16任一所述的鋼板，其特征在于，B0. 0015-0. 0025% 0
18.如權(quán)利要求1-17任一所述的鋼板，其特征在于，N0. 0036-0. 0045%。
19.如權(quán)利要求1-18任一所述鋼板的制造方法，包括鋼水經(jīng)真空脫氣處理后進(jìn)行連鑄或模鑄，模鑄后需經(jīng)初軋成鋼坯； 連鑄坯或鋼坯于1100-1250°C加熱后在奧氏體再結(jié)晶區(qū)和未再結(jié)晶區(qū)進(jìn)行三道次以上軋制，總壓下率彡70%，終軋溫度彡8600C ；軋后鋼板以15-50°C /s水冷至250-350°C溫度區(qū)間空冷5_60s ； 冷卻的鋼板進(jìn)入在線感應(yīng)加熱爐以1-10°C/s加熱至500-600°C回火30-60s，然后出爐空冷。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，終軋溫度為860-890°C。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種屈服強(qiáng)度為690MPa及以上的超低碳貝氏體高強(qiáng)度高韌性鋼板，其成分(重量％)為C≤0.03％、Si≤0.15％、Mn1.2-1.6％、P≤0.015％、S≤0.010％、Al0.02-0.05％、Nb0.02-0.04％、Ti0.005-0.020％、V0.04-0.06％、Cu0.45-0.70％、Ni0.30-0.50％、B0.0008-0.003％、N≤0.006％，余量為鐵和不可避免雜質(zhì)。其制造方法包括將連鑄坯或鋼坯經(jīng)1100-1250℃加熱后在奧氏體再結(jié)晶區(qū)和未再結(jié)晶區(qū)進(jìn)行軋制，總壓下率≥70％，終軋溫度≥860℃，軋后以15-50℃/s水冷至250-350℃空冷5-60s；冷卻的鋼板進(jìn)入在線感應(yīng)加熱爐以1-10℃/s加熱至500-600℃回火30-60s，出爐空冷。所獲鋼板組織為回火超低碳貝氏體+彌散析出物。6-25mm厚鋼板橫向屈服強(qiáng)度≥690MPa，延伸率A5≥15％，縱向-40℃ Akv≥150J，冷彎性能優(yōu)良，滿足了橋梁、管線、容器、船舶等行業(yè)對(duì)高強(qiáng)度高韌性鋼板的較高要求。
文檔編號(hào)C21D8/02GK102560250SQ201110383478
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月25日
發(fā)明者張愛文, 焦四海, 白巖 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司