專利名稱：一種800MPa級低焊接裂紋敏感性鋼板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種SOOMPa級低焊接裂紋敏感性鋼板及其制造方法。
背景技術(shù)：
經(jīng)濟建設和社會發(fā)展需要大量的高強鋼材，隨著國內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)、工程機械、礦山機械等行業(yè)蓬勃發(fā)展，同時為順應起重機械、挖掘機懸臂梁、礦井用液壓支架等工程機械大型化、高強化的市場需求趨勢，對高強度、高質(zhì)量等級工程機械用鋼的需求日益強烈。與此同時，為了滿足高強鋼對降低焊接裂紋敏感性的要求，各大鋼鐵企業(yè)在研發(fā)方面投入了大量人力物力。在中國專利CN101812634A中，公開了一種低碳低焊接裂紋敏感性的高強度鋼板 的制造方法，在鋼的成分設計方面采用Cr-Cu-Mo-V-Nb-Ti-B復合添加，軋制過程不用控車L之后鋼板再進行離線淬火+回火工藝處理，鋼的屈服強度在700MPa以上，抗拉強度在SOOMPa以上。該專利雖然也提供了一種80kg級的低焊接裂紋敏感性鋼板的生產(chǎn)方法，但不足之處在于未能充分利用軋制過程中的控軋控冷的細晶、相變及位錯強化機制，同時鋼板在回火之前還需要進行離線淬火，造成生產(chǎn)成本增加。在中國專利CN101418418B中，公開了一種屈服強度690MPa級低裂紋敏感性鋼板的制造方法，在鋼的成分設計方面采用Cr-Mo-V-Nb-Ti-B復合添加，鋼的屈服強度在690MPa以上，抗拉強度在770MPa以上。該專利雖然提供了一種不經(jīng)過任何熱處理就能生產(chǎn)80kg級的低焊接裂紋敏感性鋼板的方法，但加入了 0. 04 0. 12%的貴重金屬V，造成該鋼種合金成本較高。在中國專利CN100439545C中，公開了一種800MPa級高韌性低屈服比厚鋼板的制造方法，在鋼的成分設計上加入了 0. 30 0. 70%的貴重金屬Ni，造成合金成本較高，而且該鋼板屈服強度僅能保證大于540MPa。對現(xiàn)有技術(shù)分析之后發(fā)現(xiàn)，已經(jīng)公開的文獻中大部分鋼板的屈服強度不高于700MPa，或者屈服強度達到80kg級別，但生產(chǎn)成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的以上問題，本發(fā)明提供了一種SOOMPa級低焊接裂紋敏感性鋼板。所述鋼板的化學成分按重量計包含c 0. 07 0. 10%、Si :0. 15 0. 40%、Mn :
I.30 I. 70 %、S 彡 0. 010 %、P 彡 0. 020 %、Nb :0. 02 0. 08 %、Ti :0. 008 0. 035 %、Cr :0. 16 0. 35 %、Mo :0. 10 0. 25 %、Als :0. 015 0. 050 %、B :0. 0008 0. 0020 %、N ( 40ppm、0 ( 20ppm、H ( 2ppm,其余為鐵和不可避免的雜質(zhì),其中，Als表示酸溶招。此外，Pcm= C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B 彡 0. 20。另外，本發(fā)明還提供了一種SOOMpa級低焊接裂紋敏感性鋼板的制造方法，所述制造方法包括冶煉、澆鑄、加熱、軋制、冷卻和回火，其中，(a)軋制前的加熱溫度鋼坯出爐溫度控制在1150 1220°C ；(b)軋制條件中間坯厚度為成品厚度的2. 5 4.0倍，鋼坯精軋開軋溫度為840 960°C，終軋溫度為820 880°C ； (c)冷卻條件終冷溫度為400 580°C，冷卻速度為10 20°C/s ; (d)回火處理回火溫度為580 670°C，回火保溫時間為10 50mino優(yōu)選地，當成品板厚為16 20mm時，中間坯厚度為成品厚度的3. 5 4. 0倍，鋼坯精軋開軋溫度為930 960°C，終軋溫度為860 880°C，終冷溫度為520 580°C，冷卻速度為10 15°C /s，回火溫度為580 630°C，回火保溫時間為10 20min。優(yōu)選地，當成品板厚大于20mm并且小于等于30mm時，中間還厚度為成品厚度的3. 0 3. 6倍，鋼坯精軋開軋溫度為890 940°C，終軋溫度為840 870°C，終冷溫度為490 550°C，冷卻速度為12 20°C /s,回火溫度為600 650°C，回火保溫時間為15 35min。

優(yōu)選地，當成品板厚為大于30mm并且小于等于45mm時，中間還厚度為成品厚度的3. 0 3. 5倍，鋼坯精軋開軋溫度為850 900°C，終軋溫度為830 850°C，終冷溫度為450 500°C，冷卻速度為13 18°C /s,回火溫度為620 660°C，回火保溫時間為20 40mino優(yōu)選地，成品板厚為大于45mm并且小于等于60mm時，中間還厚度為成品厚度的
2.5 3. 0倍，鋼坯精軋開軋溫度為840 880°C，終軋溫度為820 850°C，終冷溫度為400 450°C，冷卻速度為12 17°C /s,回火溫度為630 670°C，回火保溫時間為25 50mino根據(jù)本發(fā)明的鋼板具有高強度并且具有低焊接裂紋敏感性。


通過參照附圖詳細描述本發(fā)明的示例性實施例，本發(fā)明的優(yōu)點將變得更加清楚，在附圖中圖I是根據(jù)本發(fā)明實施例5的鋼的金相組織照片。
具體實施例方式本發(fā)明提供了一種SOOMPa級低焊接裂紋敏感性鋼板及其制造方法。根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的鋼板的化學成分按重計包含C 0. 07 0. 10%, Si 0. 15 0. 40%, Mn :1. 30 I. 70%, S 彡 0. 010%, P ( 0. 020%, Nb :0. 02 0. 08%, Ti 0. 008 0. 035 Cr :0. 16 0. 35 %、Mo :0. 10 0. 25 %、Als :0. 015 0. 050 %、B :0. 0008 0. 0020%,N ^ 40ppm、0彡20ppm、H彡2ppm，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)，其中，Als表示酸溶招。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的鋼板的化學成分滿足Pcm = C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B 彡 0. 20。以下對根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的鋼板的化學成分進行詳細說明。C C既是最主要的固溶強化元素，能顯著提高鋼的淬透性，也是低碳鋼中最經(jīng)濟的強化元素，對馬氏體鋼的強度和硬度起決定性的作用，但碳含量的增加使鋼的塑性和沖擊韌性降低，冷脆傾向性和時效傾向性提高，惡化焊接性能?？紤]到降碳的同時必須額外增加其它貴重的微合金含量才能保證鋼強度，而這將造成成本大幅度增加，綜合考慮將C的適宜量控制在0. 07 0. 10%。Si =Si進入鐵素體起固溶強化作用，降低屈強比，但Si會顯著地提高鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度，同時也會惡化塑性及焊接性能，因此，Si的適宜量控制在0. 15 0. 40%。Mn =Mn能夠降低臨界轉(zhuǎn)變溫度Ar3，明顯提高鋼的淬透性，同時具有一定的固溶強化作用，起到提高鋼的強度和硬度的作用。由于錳和硫具有較大的親和力，MnS在高溫時有一定的塑性，避免了鋼的熱脆，但過高的Mn會影響鋼的焊接性能，也會加劇鑄坯的中心偏析，造成產(chǎn)品帶狀組織嚴重，進而影響到?jīng)_擊韌性。因此，Mn的適宜量控制在I. 30
I.70%。S :當S以FeS的形式存在于鋼中時，如果S含量高則易產(chǎn)生熱脆現(xiàn)象。當S以MnS的形式存在于鋼中時，S常以條狀形態(tài)沿軋制方向分布，形成嚴重的帶狀組織，破壞了鋼的 連續(xù)性，對鋼材不同方向的性能也會產(chǎn)生重要影響，降低鋼的塑性和沖擊韌性，提高韌脆轉(zhuǎn)變溫度。因此，將S的含量控制在0.010%以下。P P屬于低溫脆性元素，P顯著擴大液相和固相之間的兩相區(qū)，在鋼凝固過程中偏析于晶粒之間，形成高磷脆性層，提高帶狀組織的級別，使鋼的局部組織異常，造成機械性能不均勻，降低鋼的塑性，使鋼易產(chǎn)生脆性裂紋，抗腐蝕性下降，對焊接性能也有不利影響，增加焊接裂紋敏感性，所以應盡可能降低磷在鋼中的含量?？紤]到生產(chǎn)成本，將P的含量控制在0. 020%以下。Nb =Nb能產(chǎn)生顯著的晶粒細化、析出強化以及中等的沉淀強化作用。固溶于奧氏體的Nb能夠提高淬透性，Nb (C，N)析出相具有細化晶粒作用但降低淬透性，而且當Nb含量過高時，Nb易與Fe、C等元素形成低熔點共晶物，有增加焊接熱影響區(qū)熱裂紋的傾向。綜合各方面因素，Nb的適宜量控制在0. 02 0. 08%之間。Ti =Ti在1200 1300°C高溫下即可析出TiN顆粒，可以作為Nb (C、N)的析出核心，從而減少微細鈮析出物的數(shù)量，進而降低含Nb鋼的裂紋敏感性。Ti可形成細小的鈦的碳化物、氮化物顆粒，在板坯加熱過程中通過阻止奧氏體晶粒的粗化從而得到較為細小的奧氏體顯微組織。Ti與N結(jié)合生成穩(wěn)定的高彌散化合物，不但可以消除鋼中的自由氮，而且能在熱加工過程和焊接時的熱影響區(qū)中控制晶粒尺寸，改善鋼結(jié)構(gòu)各部位的低溫韌性。過量的Ti將形成微米級尺寸的液析TiN，不僅無法細化晶粒，反而會惡化鋼板韌性。因此，Ti的適宜量控制在0. 008 0. 035%。Cr =Cr能防止加Mo鋼的石墨化傾向，屬于穩(wěn)定奧氏體元素，可極大地提高鋼的淬透性，提高鋼的強度，但過高的Cr會降低鋼的焊接性能，綜合考慮，Cr的適宜量控制在0. 16 0. 35%。Mo =Mo在鋼中存在于固溶體相和碳化物相中，屬于穩(wěn)定奧氏體元素，可極大地提高鋼的淬透性，可將C曲線強烈右移，以促進馬氏體轉(zhuǎn)變，同時可改善鋼的回火脆性，極大地提高鋼的低溫韌性，提高鋼的耐延遲斷裂性能。綜合成本因素，Mo的適宜量控制在0. 10 0. 25%。Al :A1能細化鋼的晶粒，提高鋼的強度，同時也能提高沖擊韌性。由于Al和N有較強的親和力，還可以消除N元素造成的時效敏感性，因此，Als的含量定為0.015 0. 050%。B B強烈偏聚于奧氏體晶界及其它晶體缺陷處，能夠增加鋼的淬硬性，提高鋼的淬透性。加入微量B可明顯抑制鐵素體在奧氏體晶界上的形核，使鐵素體轉(zhuǎn)變曲線明顯右移，以促進馬氏體轉(zhuǎn)變，但硼含量超過0. 002%后上述作用達到飽和，而且還可能形成各種對熱加工性能和韌性不利的含B析出相，綜合考慮，硼含量應控制在0. 0008 0. 0020%。N N含量過高會惡化高強鋼的沖擊韌性，一般控制在40ppm以下。0:0含量過高表明鋼中夾雜物太多，對鋼的各項機械性能均會產(chǎn)生不利的影響，故0含量應盡量控制在20ppm以下，以提高鋼水潔凈度。H :H對于屈服強度大于700MPa的高強鋼而言，危害較大，易造成探傷不合格，并影響低溫沖擊韌性，需要通過真空處理等手段控制在2ppm以下。根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的鋼板的制造方法包括以下步驟冶煉和鑄造采用轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉，鑄造采用連鑄或模鑄。 采用中厚板軋機軋制連鑄坯或鑄錠開坯后在加熱爐中加熱，出爐溫度控制在1150 1220°C，中間坯厚度為成品厚度的2. 5 4. 0倍，鋼坯精軋開軋溫度為840 960°C，終軋溫度為820 880°C，終冷溫度為400 580°C，冷卻速度為10 20°C /s?；鼗鹛幚砘鼗饻囟葹?80 670°C，回火保溫時間為10 50min。本發(fā)明針對不同厚度的鋼板，進行了優(yōu)化軋制和回火熱處理工藝，對于相對薄規(guī)格的鋼板充分考慮其板形控制難點，對于相對厚規(guī)格的鋼板充分考慮到鋼板的強度和沖擊韌性難點，同時也兼顧了不同厚度鋼板力學性能的穩(wěn)定性，軋制過程采用兩階段軋制工藝，保證鋼板第二階段在完全再結(jié)晶區(qū)軋制，避免出現(xiàn)混晶現(xiàn)象，有效保證鋼板沖擊韌性。軋后鋼板入水快速冷卻，充分發(fā)揮相變強化的作用，使得鋼板最終獲得組織細化的低碳貝氏體組織。通過對鋼板實施合理的回火熱處理，有效均勻組織，提高鋼板的塑韌性，同時促進二相粒子的充分析出，發(fā)揮鋼中微合金元素的析出強化作用，確保鋼板獲得穩(wěn)定的強度、塑性和韌性指標。具體地，當成品板厚為16 20mm時，中間坯厚度為成品厚度的3. 5 4. 0倍，鋼坯精軋開軋溫度為930 960°C，終軋溫度為860 880°C，終冷溫度為520 580°C，冷卻速度為10 15°C /s，回火溫度為580 630°C，回火保溫時間為10 20min。當成品板厚大于20mm并且小于等于30mm時，中間還厚度為成品厚度的3. 0 3. 6倍，鋼坯精軋開軋溫度為890 940°C，終軋溫度為840 870°C，終冷溫度為490 550°C，冷卻速度為12 20°C /s，回火溫度為600 650°C，回火保溫時間為15 35min。成品板厚為大于30mm并且小于等于45mm時，中間還厚度為成品厚度的3. 0 3. 5倍，鋼坯精軋開軋溫度為850 900°C，終軋溫度為830 850°C，終冷溫度為450 500°C，冷卻速度為13 18°C /s，回火溫度為620 660°C，回火保溫時間為20 40min。成品板厚為大于45mm并且小于等于60mm時，中間還厚度為成品厚度的2. 5 3. 0倍，鋼坯精軋開軋溫度為840 880°C，終軋溫度為820 850°C，終冷溫度為400 450°C，冷卻速度為12 17°C /s，回火溫度為630 670°C，回火保溫時間為25 50min。本發(fā)明涉及的SOOMPa級低焊接裂紋敏感性鋼板的化學成分按表I所示化學成分進行轉(zhuǎn)爐冶煉并澆注成連鑄坯或鑄錠，將連鑄坯或鑄錠開坯后在加熱爐中加熱，采用中厚板軋機軋制，軋后對鋼板進行回火處理。鑄坯出爐溫度、終軋溫度、終冷溫度、回火溫度等主要工藝參數(shù)見表2。相應鋼板拉伸強度、_40°C縱向沖擊功、厚度規(guī)格在表3中列出，可見本發(fā)明鋼的低溫沖擊韌性優(yōu)異，-40°C縱向AKv不低于150J。圖I示出了實施例5鋼的金相組織照片，顯示組織為板條貝氏體。下面的表I示出了根據(jù)本發(fā)明實施例I至實施例5的鋼的化學成分。

表I本發(fā)明實施例的化學成分(wt. % )

下面的表2示出了根據(jù)本發(fā)明實施例I至實施例5的主要工藝參數(shù)。表2本發(fā)明實施例的主要生產(chǎn)工藝參數(shù)

表3示出了根據(jù)本發(fā)明實施例I至實施例5的主要力學性能。表3本發(fā)明實施例的力學性能

表4示出了根據(jù)本發(fā)明實施例I至實施例5的焊接裂紋試驗結(jié)果。表4本發(fā)明實施例的斜Y型坡口焊接裂紋試驗結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種SOOMPa級低焊接裂紋敏感性鋼板，其特征在于所述鋼板的化學成分按重量計包含C 0. 07 O. 10 Si 0. 15 O. 40 %、Mn 1. 30 I. 70 %、S ≤O. 010P ≤O. 020%, Nb :0. 02 O. 08%, Ti :0. 008 O. 035%, Cr :0. 16 O. 35%, Mo :0. 10 0.25%, Als 0. 015 O. 050%、B 0. 0008 O. 0020%,N ^ 40ppm、O ≤20ppm、H ≤2ppm,其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)，其中，Als表示酸溶鋁。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的SOOMPa級低焊接裂紋敏感性鋼板，其特征在于Pcm= C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B ≤O. 20。
3.—種SOOMpa級低焊接裂紋敏感性鋼板的制造方法，所述制造方法包括冶煉、澆鑄、加熱、軋制、冷卻和回火，其特征在于 (a)軋制前的加熱溫度鋼坯出爐溫度控制在1150 1220°C； (b)軋制條件中間坯厚度為成品厚度的2.5 4. O倍，鋼坯精軋開軋溫度為840 960°C，終軋溫度為820 8800C ； (c)冷卻條件終冷溫度為400 580°C，冷卻速度為10 20°C/s ； (d)回火處理回火溫度為580 670°C，回火保溫時間為10 50min。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的SOOMPa級低焊接裂紋敏感性鋼板的制造方法，其特征在于，所述鋼板的化學成分按重量計包含C 0. 07 O. 10%, Si :0. 15 O. 40%, Mn :1. 30 1.70%,S ≤O. 010%,P ≤O. 020%,Nb 0. 02 O. 08%,Ti 0. 008 O. 035%,Cr 0. 16 O. 35%, Mo 0. 10 O. 25 %、Als 0. 015 O. 050 %、B 0. 0008 O. 0020 %、N ≤40ppm、O ≤20ppm、H ≤2ppm,其余為鐵和不可避免的雜質(zhì),其中，Als表示酸溶招。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的SOOMPa級低焊接裂紋敏感性鋼板的制造方法，其特征在于， 當成品板厚為16 20mm時，中間坯厚度為成品厚度的3. 5 4. O倍，鋼坯精軋開軋溫度為930 960°C，終軋溫度為860 880°C，終冷溫度為520 580°C，冷卻速度為10 15°C /s，回火溫度為580 630°C，回火保溫時間為10 20min。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的SOOMPa級低焊接裂紋敏感性鋼板的制造方法，其特征在于，當成品板厚大于20mm并且小于等于30mm時，中間還厚度為成品厚度的3. O 3. 6倍,鋼還精軋開軋溫度為890 940°C，終軋溫度為840 870°C，終冷溫度為490 550°C，冷卻速度為12 20°C /s，回火溫度為600 650°C，回火保溫時間為15 35min。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的SOOMPa級低焊接裂紋敏感性鋼板的制造方法，其特征在于，當成品板厚為大于30mm并且小于等于45mm時，中間還厚度為成品厚度的3. O 3. 5倍,鋼坯精軋開軋溫度為850 900°C，終軋溫度為830 850°C，終冷溫度為450 500°C，冷卻速度為13 18°C /s，回火溫度為620 660°C，回火保溫時間為20 40min。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的SOOMPa級低焊接裂紋敏感性鋼板的制造方法，其特征在于，成品板厚為大于45mm并且小于等于60mm時，中間還厚度為成品厚度的2. 5 3. O倍,鋼還精軋開軋溫度為840 880°C，終軋溫度為820 850°C，終冷溫度為400 450°C，冷卻速度為12 17°C /s，回火溫度為630 670°C，回火保溫時間為25 50min。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種800MPa級低焊接裂紋敏感性鋼板及其制造方法。所述鋼板的化學成分按重量計包含C0.07～0.10％、Si0.15～0.40％、Mn1.30～1.70％、S≤0.010％、P≤0.020％、Nb0.02～0.08％、Ti0.008～0.035％、Cr0.16～0.35％、Mo0.10～0.25％、Als0.015～0.050％、B0.0008～0.0020％、N≤40ppm、O≤20ppm、H≤2ppm，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)，其中，Als表示酸溶鋁。根據(jù)本發(fā)明的鋼板具有高強度并且具有低焊接裂紋敏感性。
文檔編號C22C38/38GK102732797SQ20121019686
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月14日
發(fā)明者劉菲, 周平, 李燦明, 李生根, 李艷, 楊建勛, 王軍, 王建景, 高立福 申請人:萊蕪鋼鐵集團有限公司