一種屈服強(qiáng)度700MPa級(jí)調(diào)質(zhì)高強(qiáng)鋼及其生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[OOOU 本發(fā)明設(shè)及一種屈服強(qiáng)度700MI^級(jí)調(diào)質(zhì)高強(qiáng)鋼及其生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 采用高強(qiáng)度、易焊接結(jié)構(gòu)鋼制造工程機(jī)械的梁結(jié)構(gòu)、起重機(jī)的吊臂和自卸車的車 體等移動(dòng)設(shè)備的構(gòu)件，都會(huì)減輕設(shè)備自重，減少燃料消耗，提高工作效率。隨著國際競(jìng)爭(zhēng)的 加劇，采用高強(qiáng)度易焊接結(jié)構(gòu)鋼制造港口機(jī)械、礦山機(jī)械、挖掘機(jī)、裝載機(jī)的梁結(jié)構(gòu)、起重機(jī) 的吊臂和自卸車的車體等移動(dòng)設(shè)備的構(gòu)件已經(jīng)成為趨勢(shì)。由于工程機(jī)械高性能、大型化、 輕量化的發(fā)展要求，工程機(jī)械用鋼的強(qiáng)度級(jí)別不斷攀升，從500?SOOMI^級(jí)快速上升到 700MPa、800MI^乃至IOOOMPaW上。由于工程機(jī)械用超高強(qiáng)鋼苛刻的使用環(huán)境和受力條件， 所W對(duì)鋼材質(zhì)量有嚴(yán)格的要求，包括強(qiáng)度性能、沖擊性能、折彎性能、焊接性能和板形等。 [000引 目前，國內(nèi)生產(chǎn)屈服700MI^級(jí)別的高強(qiáng)度鋼板的企業(yè)逐漸增多，但采用的成分、 工藝各不相同。中國專利201210209649. 5公開了一種屈服700MI^級(jí)別高強(qiáng)度鋼板的生產(chǎn) 方法，不添加Ni元素，采用在線澤火+回火工藝值Q+T)，得到回火馬氏體+回火下貝氏體組 織，其抗拉強(qiáng)度為800M化級(jí)別。中國專利2011100343384. 3公開了一種750?880M化級(jí) 車輛用高強(qiáng)鋼及其生產(chǎn)方法，采用TMCP工藝在560?600°C卷取生產(chǎn)熱軸高強(qiáng)鋼卷。
[0004] 目前，采用回火馬氏體+回火下貝氏體組織生產(chǎn)的700MI^級(jí)高強(qiáng)鋼不同厚度規(guī)格 的各項(xiàng)組織比例差異較大，厚規(guī)格強(qiáng)度較低，容易出現(xiàn)性能不合。采用560?600°C高溫卷 取生產(chǎn)的析出強(qiáng)化型高強(qiáng)鋼，受析出物顆粒大小和數(shù)量的影響，帶鋼頭、中、尾強(qiáng)度波動(dòng)較 大，不能滿足-40°C沖擊要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種屈服強(qiáng)度700MI^級(jí)調(diào)質(zhì)高強(qiáng)鋼及其生產(chǎn)方法，采用調(diào) 質(zhì)工藝生產(chǎn)，該調(diào)質(zhì)高強(qiáng)鋼的屈服強(qiáng)度為700?850MPa，抗拉強(qiáng)度為750?900MPa，延伸率 〉14%，-40°C沖擊功M0J。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0007] 一種屈服強(qiáng)度TOOMPa級(jí)調(diào)質(zhì)高強(qiáng)鋼，其成分重量百分比為；C:0. 06?0. 13%， Si;0. 10 ?0. 30%，Mn;0. 80 ?1. 60%，Cr;0. 20 ?0. 70%，Mo;0. 10 ?0. 30%，Ni; 0?0. 30%，Nb;0.Ol?0. 03 %，Ti:0.Ol?0. 03 %，V:0.Ol?0. 03 %，B:0. 0005? 0. 0030 %，Al: 0. 02 ?0. 06%，Ca;0.OOl?0. 004 %，N: 0. 002 ?0. 005 %，P《0. 02 %， S《0.01%，0《0.008 %，其余為化及不可避免的雜質(zhì)；且上述元素同時(shí)需滿足 如下關(guān)系；〇. 43 % <Ceq<0. 50%，Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15;0. 5 % 《Mo+0. 8Ni+0. 4Cr+6V《0. 9% ;3. 7《Ti/N《7. 0 ;1. 0《Ca/S《3. 0。
[000引進(jìn)一步，所述調(diào)質(zhì)高強(qiáng)鋼的屈服強(qiáng)度為700?850MPa，抗拉強(qiáng)度為750?900MPa， 延伸率〉14%，-40°C沖擊功M0J。
[0009] 所述調(diào)質(zhì)高強(qiáng)鋼的顯微組織為回火馬氏體。
[0010] 在本發(fā)明鋼的成分設(shè)計(jì)中：
[0011] C;固溶強(qiáng)化，調(diào)整馬氏體組織的強(qiáng)度和塑初性，經(jīng)試驗(yàn)再加熱澤火后，澤火態(tài)低碳 馬氏體的抗拉強(qiáng)度與C含量呈如下關(guān)系；Rm= 2510"% )巧90 (MPa)，Rm為抗拉強(qiáng)度，C含 量在0. 06%W上可W保證澤火態(tài)抗拉強(qiáng)度大于900MPa，中、高溫回火后抗拉強(qiáng)度會(huì)有較大 幅度的下降，通過回火進(jìn)一步降低強(qiáng)度，改善初性；C含量較高會(huì)導(dǎo)致整體C當(dāng)量的提高，焊 接時(shí)容易產(chǎn)生裂紋。因此，本發(fā)明的C含量范圍為0.06?0. 13%。
[0012] Si:0.10 %W上的Si可W起到較好的脫氧作用，Si超過0.30 %容易產(chǎn)生紅鐵 皮，Si含量較高時(shí)容易惡化馬氏體高強(qiáng)鋼的初性。因此，本發(fā)明的Si含量范圍為0. 10? 0. 30%。
[0013] Mn;Mn含量在0. 8%W上可W提高鋼的澤透性，Mn含量超過1. 6 %容易產(chǎn)生偏析和 MnS等夾雜物，惡化馬氏體高強(qiáng)鋼的初性。因此，本發(fā)明的Mn含量范圍為0.80?1.60%。
[0014] 化：化含量在0.2%W上可W提高鋼的澤透性，有利于在澤火時(shí)形成全馬氏體組 織。在回火溫度400?550°C范圍內(nèi)，&會(huì)形成&的碳化物，具有抗中溫回火軟化的作用， 化含量超過0. 70 %，在焊接時(shí)會(huì)出現(xiàn)較大的火花，影響焊接質(zhì)量。因此，本發(fā)明的化含量 范圍為0.20?0.70%。
[0015] Mo;0. 10%W上的Mo元素具有提高鋼的澤透性的作用，有利于在澤火時(shí)形成全馬 氏體組織；在400°CW上的高溫下，Mo會(huì)與C反應(yīng)形成化合物顆粒，具有抗高溫回火軟化和 焊接接頭軟化的作用，Mo含量太高會(huì)導(dǎo)致碳當(dāng)量提高，惡化焊接性能，同時(shí)Mo屬于貴金屬， 會(huì)提高成本。因此，本發(fā)明的Mo含量范圍為0. 10?0.30%。
[0016] Ni;Ni元素具有細(xì)化馬氏體組織、改善鋼的初性的作用，Ni含量太高會(huì)導(dǎo)致碳當(dāng) 量提高，惡化焊接性能，同時(shí)Ni屬于貴金屬，會(huì)提高成本。因此，本發(fā)明的Ni含量范圍為 0 ?0. 30%。
[0017] Nb、Ti和V;Nb、Ti和V為微合金元素，與C、N等元素形成納米級(jí)析出物，在加熱時(shí) 抑制奧氏體晶粒的長大；Nb可W提高未再結(jié)晶臨界溫度化r，擴(kuò)大生產(chǎn)窗口；Ti與N反應(yīng)形 成的細(xì)小析出物顆?？蒞改善焊接性能；V在回火過程中與N和C反應(yīng)析出納米級(jí)V(C，腳 顆粒，可W提高鋼的強(qiáng)度；本發(fā)明的Nb含量范圍為0.01?0.03% ,Ti含量范圍為0.01? 0.03%，V含量范圍為0.01?0.03%。
[0018] B;微量的B可W提高鋼的澤透性，提高鋼的強(qiáng)度，超過0. 0030%的B容易產(chǎn)生偏 析，形成碳棚化合物，嚴(yán)重惡化鋼的初性。因此，本發(fā)明的B含量范圍為0. 0005?0. 0030%。
[0019] Al;A1用作脫氧劑，鋼中加入0.02 %W上的Al可細(xì)化晶粒，提高沖擊初性，Al含 量超過0.06 %容易產(chǎn)生Al的氧化物夾雜缺陷。因此，本發(fā)明的Al含量范圍為0.02? 0. 06%。
[0020] 化：在鋼冶煉過程中，超過0.OOl%的微量化元素可W起到凈化劑作用，改善鋼的 初性；化含量超過0. 004%時(shí)，容易形成尺寸較大的化的化合物，反而會(huì)惡化初性。因此， 本發(fā)明化含量范圍為0.OOl?0. 004%。
[0021] N;本發(fā)明要求嚴(yán)格控制N元素的含量范圍。在回火過程中，0.002%W上的N元素 可W與V和C反應(yīng)形成納米級(jí)的v(c，腳粒子，起到析出強(qiáng)化的作用，在焊接過程中也可W 通過析出強(qiáng)化抵抗熱影響區(qū)軟化；N含量超過0. 005 %則容易導(dǎo)致形成粗大的析出物顆粒， 惡化初性。因此，本發(fā)明N含量范圍為0. 002?0. 005%。
[0022]P、S和O;P、S和O作為雜質(zhì)元素影響鋼的塑、初性，本發(fā)明的該四種元素的控制范 圍為P《0. 02%，S《0. 01%，O《0. 008%。
[002引對(duì)于調(diào)質(zhì)型屈服700MPa高強(qiáng)鋼的碳當(dāng)量Ceq需滿足；0. 43%<Ceq<0. 50%，Ceq=C+Mn/6+(化+Mo+V)/5+(Ni+化)/150,Ceq太低容易出現(xiàn)焊接接頭軟化，Ceq太高容易出現(xiàn)焊 接微裂紋。
[0024]本發(fā)明控制0.5%《Mo+0. 8Ni+0. 4Cr+6V《0.9%，主要用于保證700MPa高強(qiáng)鋼 的等強(qiáng)匹配焊接，調(diào)節(jié)焊接熱影響區(qū)的強(qiáng)度和低溫初性，達(dá)到與母材鋼板強(qiáng)度和低溫初性 的最佳匹配。其中，Mo、Ni和化元素都可W降低鋼的臨界冷卻速度，提高鋼的澤透性，提高 焊接接頭的強(qiáng)度；Mo在高溫下與C反應(yīng)形成化合物，具有抵抗焊接接頭軟化的作用；Mo和 Ni元素都具有細(xì)化組織，改善初性的作用；V與N反應(yīng)生成納米級(jí)V(C，腳顆?？蒞抵抗接 頭軟化;Mo、NiXr和V元素的搭配可W根據(jù)母材強(qiáng)度調(diào)節(jié)焊接熱影響區(qū)的強(qiáng)度和初性。本 發(fā)明要求Mo、Ni、Cr和V的復(fù)合添加量應(yīng)滿足0. 5%《Mo+0. 8Ni+0. 4Cr+6V《0. 9%，低于 0. 5%時(shí)，焊接接頭的強(qiáng)度和低溫初性都較低；高于0. 9%時(shí)，焊接接頭強(qiáng)度偏高，容易產(chǎn)生 焊接裂紋。
[002引本發(fā)明控制3. 7《Ti/N《7. 0,可W保護(hù)鋼中的B原子，使得B充分固溶，提高澤 透性。
[0026] 本發(fā)明控制1. 0《化/S《3. 0,可W使鋼種的硫化物球化，改善鋼的低溫初性和焊 接性能。
[0027] 本發(fā)明的屈服強(qiáng)度700MI^級(jí)調(diào)質(zhì)高強(qiáng)鋼的生產(chǎn)方法，其包括如下步驟：
[002引 1)冶煉、鑄造
[0029] 按上述成分采用轉(zhuǎn)爐或電爐煉鋼，并采用精煉進(jìn)一步微調(diào)，鑄造成鑄巧；
[0030] 2)鑄巧加熱
[0031] 將鑄巧于1150?1270°C的爐中加熱，待鑄巧屯、部到溫后開始保溫，保溫時(shí)間 〉1.化；
[003引如軸制
[0033] 采用單機(jī)架往復(fù)軸制或多機(jī)架熱連軸將鑄巧軸至目標(biāo)厚度，終軸溫度為820? 920°C，同時(shí)終軸溫度Tf滿足；ArsCTfCTnr，其中，Ars為亞共析鋼奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變 開始溫度；Arg= 901-325C-92Mn-126Cr-67Ni-149Mo;Tnr為未再結(jié)晶臨界溫度；Tnr= 887+464C+ (6445Nb-644sqrt(Nb)) + (732V-230sqrt(V)) +890Ti+363A^357Si;軸制最后一 道次軸制壓下率〉15%。
[0034] 4)冷卻
[0035] 軸后在450?Bs°C溫度范圍內(nèi)卷取，
[0036]Bs= 630-45Mn-40V-35Si-30Cr-25M〇-20Ni，然后空冷至室溫；
[0037] 5)熱處理
[003引澤火熱處理；澤火加熱溫度為Ac3+(30-80) °C，
[0039]Ac3為奧氏體轉(zhuǎn)變結(jié)束溫度，
[0040] Ac3= 955-350C-25Mn巧lSi+106Nb+100Ti+68Al-llCr-33Ni-16Cu+67MO;澤火加 熱時(shí)間為鋼板屯、部達(dá)到加熱溫度后5?40min;澤火冷卻速度V〉e6'3^'53w)'i6sw'8afcK)'95Grt'87M〇-16GB)c/s;澤火至（Ms-150)°CW下，
[0041] Ms為馬氏體轉(zhuǎn)變開始溫度，
[0042]Ms= 539-423C-30. 4Mn-17. 7Ni-12.ICr-ILOSi-7.OMo;保證得到全馬氏體組織；
[0043] 回火熱處理；回火溫度為400?550°C，鋼板屯、部達(dá)到爐溫后開始保溫，保溫20? ISOmin。
[0044] 在本發(fā)明的生產(chǎn)方法中；
[0045] 本發(fā)明步驟（2)鑄巧于1150?1270°C的爐中加熱，屯、部到溫后開