抗應(yīng)變時效脆化與消除殘余應(yīng)力退火脆化特厚600MPa級調(diào)質(zhì)鋼板及其制造方法
【專利摘要】抗應(yīng)變時效脆化與消除殘余應(yīng)力退火脆化特厚600MPa級調(diào)質(zhì)鋼板及其制造方法，采用超低C－Mn－(Ti+Nb+V)微合金鋼的成分體系作為基礎(chǔ)，控制B含量≤0.0003％，[0.149(％Nb)+0.292(％Ti)+0.519(％Al)]/(％N)≥8.0，[0.128(％Nb)+0.25(％Ti)+0.235(％V)]/(％C)≥0.195，1650≤DI指數(shù)×T淬火≤5100，(Cu+Ni+Mo+Cr)合金化、Ca處理且Ca/S比在0.80～3.00之間且(Ca)×(S)0.18≤2.5×10－3，優(yōu)化控軋+離線特殊調(diào)質(zhì)工藝，使成品鋼板顯微組織為細小均勻的塊狀鐵素體+超低碳貝氏體，鋼板平均晶粒尺寸在15μm以下，獲得優(yōu)良強韌性、強塑性匹配的同時，鋼板具有優(yōu)良的抗應(yīng)變時效脆化、SR處理脆化與軟化、優(yōu)良的焊接性及機械加工性能。
【專利說明】
抗應(yīng)變時效脆化與消除殘余應(yīng)力退火脆化特厚600MPa級調(diào)質(zhì) 鋼板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種抗應(yīng)變時效脆化與消除殘余應(yīng)力退火脆化特厚600M化級調(diào)質(zhì)鋼 板及其制造方法，該調(diào)質(zhì)鋼板抗拉強度>610MPa、屈服強度>490MPa、一40°C常規(guī)沖擊初性 > 100J、一20°C時效沖擊初性(5%塑性應(yīng)變形變X 250°C X 1小時）> 100J、優(yōu)良焊接性、成 品板厚>50mm，并且該特厚調(diào)質(zhì)鋼板經(jīng)過580°C X 18小時SR處理后(SR處理為消除殘余應(yīng)力 退火熱處理），鋼板力學(xué)性能仍然滿足上述要求，不發(fā)生SR處理所導(dǎo)致的軟化與脆化。
【背景技術(shù)】
[0002] 眾所周知，低碳(高強度)低合金鋼是最重要工程結(jié)構(gòu)材料之一，廣泛應(yīng)用于石油 天然氣管線、海洋平臺、造船、橋梁結(jié)構(gòu)、鍋爐容器、建筑結(jié)構(gòu)、汽車工業(yè)、鐵路運輸及機械制 造之中。低碳(高強度)低合金鋼性能取決于其化學(xué)成分、制造過程的工藝制度，其中強度、 初性和焊接性是低碳(高強度)低合金鋼最重要的性能，它最終決定于成品鋼材的顯微組織 狀態(tài)。
[0003] 隨著科技不斷地向前發(fā)展，人們對高強鋼的強初性、強塑性匹配提出更高的要求， 即在維持較低的制造成本的同時大幅度地提高鋼板的綜合機械性能和使用性能，W減少鋼 材的用量節(jié)約成本，減輕鋼結(jié)構(gòu)的自身重量、穩(wěn)定性和安全性，更為重要的是為進一步提高 鋼結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定性和冷熱加工性。
[0004] 目前日韓歐盟范圍內(nèi)掀起了發(fā)展新一代高性能鋼鐵材料的研究高潮，力圖通過合 金組合設(shè)優(yōu)化計和革新制造工藝技術(shù)獲得更好的組織匹配，使高強鋼獲得更優(yōu)良的強初 性、強塑性匹配。
[0005] 傳統(tǒng)的抗拉強度>610MPa、鋼板厚度〉60mm的高強鋼板主要通過離線調(diào)質(zhì)工藝(Q+ T)生產(chǎn);但是對于鋼板厚度《60皿，也可W采用在線調(diào)質(zhì)工藝(DQ+T)來生產(chǎn);運就要求鋼板 必要具有一定的澤透性，即澤透性指數(shù)DI> 1.0 X成品鋼板厚度防I = 0.31 lCi/2( 1+0.64Si) X(l+4.10Mn)X(l+0.27Cu)X(l+0.52Ni)X(l+2.33Cr)X(l+3.14Mo)X25.4(mm)]]，W 確 保鋼板具有足夠高的強度、優(yōu)良的低溫初性及沿板厚方向顯微組織與性能的均勻，因而不 可避免地向鋼中加入大量化、Mo、Ni、Cu等合金元素，而且對厚度^lOOmm的超厚調(diào)質(zhì)鋼板， 如何保持鋼板厚度方向力學(xué)性能的均勻基本沒有設(shè)及（如日本專利昭59-129724、平1- 219121)。
[0006] 更重要的是，采用傳統(tǒng)調(diào)質(zhì)鋼成分體系與制造工藝生產(chǎn)出的鋼板不僅最大厚度受 到限制IOOrnm)，鋼板沿厚度方向的力學(xué)性能均勻性較差，表現(xiàn)為硬度沿厚度方向呈鍋底 狀分布，即鋼板上下表面硬度高、中屯、部位硬度低;而且調(diào)質(zhì)鋼板1/4厚度位置的強度、低溫 初性及延伸率等技術(shù)指標(biāo)雖然能夠滿足用戶的要求，但是鋼板延伸率普遍偏低 20 % )，超厚規(guī)格的調(diào)質(zhì)鋼板延伸率更低，一般均18 % (美國專利US Patent4855106、US Patent5183198、US Patent4137104、US Patent4790885、US 化tent4988393、歐洲專利EP 0867520A2);而較低的延伸率不僅不利于鋼板冷熱加工性能，而且對鋼板的抗疲勞性能、抗 應(yīng)力集中敏感性及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性影響較大;水電工程中的壓力水管和滿殼、火電汽輪發(fā)電機 及海洋采油平臺結(jié)構(gòu)等疲勞重載結(jié)構(gòu)上使用時，存在安全較大的隱患；因此大型疲勞重載 鋼結(jié)構(gòu)采用高強調(diào)質(zhì)鋼時，一般希望高強調(diào)質(zhì)鋼具有優(yōu)良的強初性、強塑性匹配，尤其對60 公斤級調(diào)質(zhì)鋼板抗拉延伸率Ss在20 % W上，W保證復(fù)雜構(gòu)件的機械加工。
[0007] 現(xiàn)有大量專利文獻只是說明如何實現(xiàn)母材鋼板的強度和低溫初性，就改善鋼板焊 接能性，獲得優(yōu)良焊接熱影響區(qū)HAZ低溫初性說明較少，更沒有設(shè)及如何在提高鋼板抗拉強 度的同時，提高鋼板的抗拉延伸率、厚度方向力學(xué)性能均勻性及優(yōu)良的機械加工性能（日本 專利昭63-93845、昭63-79921、昭60-258410、特平開4-285119、特平開4-308035、平 3-264614、平2-250917、平4-143246、、US Paten巧798004、EP 0288054A2、西山紀(jì)念技術(shù) 講座第159-160，P79~P80】。
[0008] 寶鋼自2008年W來，陸續(xù)開發(fā)出系列高初性、優(yōu)良焊接性的600M化調(diào)質(zhì)鋼板如中 國專利化201210077114.7, ZL201110181293.4,化201010113835. X ,ZL200910196233.2， 化200810042088.8 ,ZL200810042124.0，運些鋼種的研究開發(fā)主要是解決600M化級調(diào)質(zhì)鋼 板的(超)高初性、優(yōu)良焊接性、低成本制造、特厚鋼板規(guī)格拓展及特厚鋼板厚度方向性能均 勻性保證等問題，取得了重大突破與良好的效果，鋼板實現(xiàn)批量工業(yè)化生產(chǎn)，并成功應(yīng)用于 國內(nèi)外重大工程建設(shè)與重大裝備制造，取得良好的供貨業(yè)績，部分品種替代進口，填補國內(nèi) 空白；但是對鋼板抗SR脆化與軟化設(shè)及較少，更沒有設(shè)及對SR處理前后鋼板抗應(yīng)變時效脆 化特性W及優(yōu)良的抗應(yīng)變時效脆化、抗SR脆化與軟化、高機械加工性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的在于提供一種抗應(yīng)變時效脆化與消除殘余應(yīng)力退火脆化特厚 600M化級調(diào)質(zhì)鋼板及其制造方法，該調(diào)質(zhì)鋼板抗拉強度> 61 OMPa、屈服強度> 490MPa、一 40 °C常規(guī)沖擊初性> 100J、一20°C時效沖擊初性(5%塑性應(yīng)變形變X 250°C X 1小時）> 100J、 優(yōu)良焊接性、成品板厚>50mm，并且該特厚調(diào)質(zhì)鋼板經(jīng)過580°C X 18小時SR處理后（SR處理 為消除殘余應(yīng)力退火熱處理），鋼板力學(xué)性能仍然滿足上述要求，不發(fā)生SR處理所導(dǎo)致的軟 化與脆化要通過鋼板合金元素的組合設(shè)計、控制社制工藝與特殊調(diào)質(zhì)工藝相結(jié)合，在獲得 優(yōu)良的SOOMPa級調(diào)質(zhì)鋼板強度、低溫初性、機械加工性能（即高塑性)及強初性匹配的同時， 鋼板的焊接性、鋼板沿鋼板厚度方向強初性均勻性也同樣優(yōu)異，并成功地解決了 SOOMPa級 調(diào)質(zhì)鋼板的應(yīng)變時效脆化、SR軟化與脆化、SR后應(yīng)變時效脆化的問題。特別適用于制作水電 壓力水管、滿殼、水輪機部件(座環(huán)）、海洋平臺、大型工程機械等大型鋼結(jié)構(gòu)與設(shè)備，并且能 夠?qū)崿F(xiàn)低成本穩(wěn)定批量工業(yè)化生產(chǎn)。
[0010] 為達到上述目的，本發(fā)明的的技術(shù)方案是：
[0011] 本發(fā)明采用超低C-Mn-(Ti+Nb+V)微合金鋼的成分體系作為基礎(chǔ)，控制B含量《 0.0003 %，[0.149( % 師)+0.292( %Ti )+0.519( %A1)]/(%N) >8.0, [0.128( %師)+0.25 (%Ti)+0.235( %V)]/(%〇>0.195，1650《DI指數(shù)XT巧火《5100,（Cu+Ni+Mo+Cr)合金化、 Ca處理且Ca/S比在0.80~3.00之間且(Ca) X (S產(chǎn).5 X 1〇-3,優(yōu)化控制社制+離線特殊 調(diào)質(zhì)工藝，使成品鋼板的顯微組織為細小均勻的塊狀鐵素體+超低碳貝氏體，鋼板平均晶粒 尺寸在15miW下，獲得優(yōu)良的強初性、強塑性匹配的同時，鋼板具有優(yōu)良的抗應(yīng)變時效脆 化、SR處理脆化與軟化、優(yōu)良的焊接性及機械加工性能。
[0012] 具體的，本發(fā)明的抗應(yīng)變時效脆化與消除殘余應(yīng)力退火脆化特厚eOOMPa級調(diào)質(zhì)鋼 板，其成分重量百分比為：
[0013] C:0.045%~0.075%
[0014] Si:《0.15%
[0015] Mn:1.20% ~1.60%
[0016] P:《〇.〇13%
[0017] S:《0.0030%
[001 引 Cu:0.10% ~0.40%
[0019] 化：0.30%~0.70%
[0020] Cr:0.10% ~0.30%
[0021] Mo:0.15% ~0.35%
[0022] Nb :0.008 % ~0.030 %
[0023] V:0.030%~0.060%
[0024] Ti:0.008% ~0.014%
[00 巧]Al:0.040% ~0.070%
[0026] B:《0.0003%
[0027] N:《0.0050%
[0028] Ca:〇.0010%~0.0040%
[0029] 其余為化和不可避免雜質(zhì);且上述元素含量必須同時滿足如下關(guān)系：
[0030] 6^0.0003% ；
[0031] [0.149(%Nb)+0.292(%Ti)+0.519(%Al)]/(%N)^8.0；
[0032] [0.128( %Nb)+0.25(%Ti)+0.235( %￥)]/(%〇 ^O. 195；
[0033] 1650《D巧旨數(shù)XT萍乂《5100;其中：
[0034] DI 指數(shù)= 0.367( %C)〇'5[l+0.7(%Si)] [(1+3.33( %Mn)] [(1+0.35( %Cu)] [(1 + 0.36( %Ni)][(1+2.16( %Cr)][(1+3( %Mo)][(1+1.75( %V)] [(1+1.77( %A1)][(1+200(% 8)]，1>秋單位為°(：;
[0035] Ca與S之間的關(guān)系：Ca處理，且Ca/S比在0.80~3.00之間，且（％化）（％5產(chǎn)"《2.5 Xl〇-3;
[0036] 成品鋼板板厚>50mm。
[0037] 本發(fā)明成品鋼板的顯微組織為細小均勻的塊狀鐵素體+超低碳貝氏體，鋼板平均 晶粒尺寸在15]imW下。
[003引成品鋼板抗拉強度> 6 IOMPa、屈服強度> 490MPa、一 40 r常規(guī)沖擊初性> 100 J、一 20°C時效沖擊初性(5%塑性應(yīng)變形變X 250°C X 1小時）> IOOJ。
[0039] 在本發(fā)明鋼板成分體系設(shè)計中：
[0040] C對調(diào)質(zhì)鋼的強度、低溫初性、延伸率及焊接性影響很大，從改善600M化級調(diào)質(zhì)鋼 板低溫初性、焊接性、抗應(yīng)變時效脆化及抗SR脆化的角度，希望鋼中C含量控制得較低;但是 從調(diào)質(zhì)鋼的澤透性、拉伸強度、抗SR軟化、生產(chǎn)制造過程中顯微組織控制及制造成本角度，C 含量不宜控制得過低；因此，C含量合理范圍為0.045 %~0.075 %。
[0041] Si促進鋼水脫氧并能夠提高鋼板強度，但是采用Al脫氧的鋼水，Si的脫氧作用不 大，Si雖然能夠提高鋼板的強度，但是Si嚴重損害鋼板(尤其高強調(diào)質(zhì)鋼板)的低溫初性、延 伸率及焊接性，尤其在較大熱輸入焊接、多道次焊接條件下，Si不僅促進M-A島形成，而且形 成的M-A島尺寸較為粗大、分布不均勻，嚴重損害焊接熱影響區(qū)化AZ)初性和焊接接頭S財生 能，因此鋼中的Si含量應(yīng)盡可能控制得低，考慮到煉鋼過程的經(jīng)濟性和可操作性，Si含量控 制在0.15%W下。
[0042] Mn作為最重要的合金元素在鋼中除提高鋼板的強度外，還具有擴大奧氏體相區(qū)、 降低An點溫度、細化調(diào)質(zhì)鋼板晶團而改善鋼板低溫初性的作用、促進低溫相變組織形成而 提高鋼板強度的作用;但是Mn在鋼水凝固過程中容易發(fā)生偏析，尤其Mn含量較高時，不僅會 造成誘鑄操作困難，而且容易與C、P、S、Mo、Cr等元素發(fā)生共輛偏析現(xiàn)象，尤其鋼中C含量較 高時，加重鑄巧中屯、部位的偏析與疏松，嚴重的鑄巧中屯、區(qū)域偏析在后續(xù)的社制、熱處理及 焊接過程中易形成異常組織，導(dǎo)致調(diào)質(zhì)鋼板低溫初性低下和焊接接頭出現(xiàn)裂紋，其次Mn含 量過高時，調(diào)質(zhì)鋼板的塑初性、抗應(yīng)變時效脆化特性劣化，尤其SR后抗應(yīng)變時效脆化特性嚴 重劣化;因此，Mn含量適宜范圍為1.20%~1.60%。
[0043] P作為鋼中有害夾雜對鋼板的機械性能，尤其低溫沖擊初性、延伸率、焊接性、抗應(yīng) 變時效脆化性能及抗SR脆化特性具有巨大的損害作用，理論上要求越低越好;但考慮到煉 鋼可操作性和煉鋼成本，P含量需要控制在《0.013%。
[0044] S作為鋼中有害夾雜對鋼板的低溫初性具有很大的損害作用，更重要的是S在鋼中 與Mn結(jié)合，形成MnS夾雜物，在熱社過程中，MnS的可塑性使MnS沿社向延伸，形成沿社向MnS 夾雜物帶，嚴重損害鋼板的低溫沖擊初性、延伸率、焊接性、抗應(yīng)變時效脆化特性及抗SR脆 化特性，同時S還是熱社過程中產(chǎn)生熱脆性的主要元素，理論上要求越低越好;但考慮到煉 鋼可操作性、煉鋼成本和物流順楊原則，S含量需要控制在《0.0030%。
[0045] 化也是奧氏體穩(wěn)定化元素，添加 Cu也可W降低An點溫度，提高鋼板的澤透性和鋼 板的耐大氣腐蝕性;但是化添加量過多，高于0.45%，容易造成銅脆、鑄巧表面龜裂、內(nèi)裂問 題及尤其調(diào)質(zhì)鋼板SR性能劣化;對于60公斤級調(diào)質(zhì)鋼板而言，Cu添加量過少，低于0.15%， 所起任何作用較小，因此化含量控制在0.10 %~0.40 %之間?；?、化復(fù)合添加除降低含銅鋼 的銅脆現(xiàn)象、減輕熱社過程的晶間開裂之作用外，更重要的是Cu、Ni均為奧氏體穩(wěn)定化元 素，化、Ni復(fù)合添加可W大幅度降低An,提高奧氏體向鐵素體相變的驅(qū)動力，導(dǎo)致貝氏體板 條可W向各個位向長大，導(dǎo)致貝氏體板條間位向差變大，增加裂紋穿過貝氏體板條團的阻 力。
[0046] 添加 Ni不僅可W提高鐵素體相中位錯可動性，促進位錯交滑移，而且增大貝氏體 板條間位向差;Ni作為奧氏體穩(wěn)定化元素，降低An點溫度，細化馬氏體/貝氏體晶團尺寸， 因此Ni具有同時提高調(diào)質(zhì)鋼板強度、延伸率、抗應(yīng)變時效脆化特性、抗SR脆化特性和低溫初 性的功能;鋼中加 Ni還可W降低含銅鋼的銅脆現(xiàn)象，減輕熱社過程的晶間開裂，提高鋼板的 耐大氣腐蝕性。因此從理論上講，鋼中Ni含量在一定范圍內(nèi)越高越好，但是過高的Ni含量會 硬化焊接熱影響區(qū)，對鋼板的焊接性及制造成本不利;但是對于60公斤級調(diào)質(zhì)鋼板，必須有 一定量的Ni含量，W保證鋼板具有足夠的澤透性、板厚方向性能均勻的同時，確保鋼板的低 溫初性、抗應(yīng)變時效脆化特性及抗SR脆化特性;因此，Ni含量控制在0.30 %~0.70 %之間。
[0047] Cr作為弱碳化物形成元素，添加 Cr不僅提高鋼板的澤透性、促進低溫相變產(chǎn)物-- 貝氏體形成，而且貝氏體板條間位向差增大，增大裂紋穿過貝氏體晶團的阻力，在提高鋼板 強度的同時，具有一定的改善鋼板初性之作用;但是當(dāng)化添加量過多時，嚴重損害鋼板的焊 接性，尤其抗SR脆化特性及抗應(yīng)變時效脆化特性;但是對于60公斤級調(diào)質(zhì)鋼板，必須有一定 的化含量，W保證鋼板具有足夠的澤透性；因此，化含量控制在0.10 %~0.30 %之間。
[0048] 添加 Mo極大提高鋼板的澤透性，低溫相變產(chǎn)物--貝氏體形成，但是Mo作為強碳化 物形成元素，在促進貝氏體形成的同時，增大貝氏體晶團的尺寸且形成的貝氏體板條間位 向差很小，減小裂紋穿過貝氏體晶團的阻力；因此Mo在大幅度提高調(diào)質(zhì)鋼板強度、抗SR軟化 的同時，降低了調(diào)質(zhì)鋼板的低溫初性、延伸率、焊接性、抗SR脆化特性及抗應(yīng)變時效脆化特 性;并且當(dāng)Mo添加過多時，不僅嚴重損害鋼板的延伸率、焊接性、低溫初性、延伸率、抗SR脆 化特性及抗應(yīng)變時效脆化特性，而且增加鋼板SR脆性和生產(chǎn)成本;但是對于60公斤級調(diào)質(zhì) 鋼板，必須有一定的Mo含量，W保證鋼板具有足夠的澤透性與抗SR軟化特性。因此綜合考慮 Mo的相變強化作用及對母材鋼板低溫初性、延伸率、抗SR脆化特性及抗應(yīng)變時效脆化特性 的影響，Mo含量控制在0.15 %~0.35 %之間。
[0049] 為了保證形成細小鐵素體+超低碳貝氏體組織，鋼中B含量不得高于0.0003%，W 確保先共析塊狀鐵素體在原奧氏體晶界形核、生成。
[0050] 鋼中添加微量的Nb元素目的是進行未再結(jié)晶控制社制、細化鋼板顯微組織尤其鋼 板忍部顯微組織，提高調(diào)質(zhì)鋼板強度、初性及沿板厚方向性能的均勻性，其次添加 Nb可W固 N與C，降低鋼中固溶C、N含量，改善鋼板抗應(yīng)變時效脆化特性；當(dāng)Nb添加量低于0.0 lO %時， 除不能有效發(fā)揮的控社作用與固C、N間隙原子作用；當(dāng)Nb添加量超過0.035%時，不僅未再 結(jié)晶控社作用達到飽和，更重要的是大熱輸入焊接條件下誘發(fā)上貝氏體(Bu)形成和Nb(C, N)二次析出脆化作用，嚴重損害大線能量焊接熱影響區(qū)化AZ)的低溫初性;此外添加過多Nb 也增加制造成本、加大板巧表面缺陷產(chǎn)生的風(fēng)險；因此Nb含量控制在0.0 lO%~0.035%之 間，獲得最佳的控社效果、實現(xiàn)SOOMPa級調(diào)質(zhì)鋼板強初性/強塑性匹配、改善鋼板抗應(yīng)變時 效脆化特性及抗SR軟化特性的同時，又不損害大熱輸入焊接及多道次焊接HAZ的初性。 [0化1] V含量在0.030%~0.060%之間，并隨著鋼板厚度的增加，V含量可適當(dāng)取上限值。 添加 V目的是通過V(C，N)在貝氏體板條中析出，提高調(diào)質(zhì)鋼板的強度、抗SR軟化特性。V添加 過少，低于0.030%，析出的WC,N)太少，不能有效提高調(diào)質(zhì)鋼板的強度、抗SR軟化特性;V添 加量過多，高于0.060 %，損害鋼板低溫初性、延伸率、焊接性及抗SR脆化特性;此外，添加 V 可W降低鋼中的固溶C、N含量，改善鋼板抗應(yīng)變時效脆化特性。
[0052] Ti含量在0.008%~0.014%之間，抑制均熱和熱社過程中奧氏體晶粒過分長大， 改善鋼板低溫初性，更重要的是抑制焊接過程中HAZ晶粒長大，改善HAZ初性;此外，添加 Ti 可W消除鋼中固溶的N含量，減少固溶的C含量，改善鋼板抗應(yīng)變時效脆化特性。
[0053] 鋼中的Als能夠固定鋼中的自由[N]，除降低焊接熱影響區(qū)化AZ)自由[N]，改善焊 接HAZ的低溫初性作用之外，更重要的是改善鋼板抗應(yīng)變時效脆化特性；因此Als下限控制 在0.040%;但是鋼中加入過量的Als不但會造成誘鑄困難，而且會在鋼中形成大量彌散的 針狀A(yù)12化夾雜物，損害鋼板內(nèi)質(zhì)健全性、低溫初性、焊接性及抗應(yīng)變時效脆化特性及抗SR脆 化特性，因此Als上限控制在0.070%。
[0054] 為了降低鋼中固溶N含量，改善鋼板SR處理前后抗應(yīng)變時效脆化特性，鋼中N含量 《0.0050%。
[0055] 對鋼進行Ca處理，一方面可W進一步純潔鋼液，另一方面對鋼中硫化物進行變性 處理，使之變成不可變形的、穩(wěn)定細小的球狀硫化物、抑制S的熱脆性、提高鋼板的低溫初 性、延伸率及Z向性能、改善鋼板初性的各向異性。Ca加入量的多少，取決于鋼中S含量的高 低，Ca加入量過低，處理效果不大;Ca加入量過高，形成化(0，S)尺寸過大，脆性也增大，可成 為斷裂裂紋起始點，降低鋼的低溫初性和延伸率，同時還降低鋼質(zhì)純凈度、污染鋼液。一般 控制Ca含量按ESSP= (wt%Ca) [1-1.24(wt%0) ]/1.25(wt%S)，其中ESSP為硫化物夾雜形 狀控制指數(shù)，取值范圍0.5~5之間為宜，因此化含量的合適范圍為0.0010%~0.0040%。 [0056]特別是：
[0057]控制B含量《0.0003%，保證先共析塊狀鐵素體能夠在原奧氏體晶界上生成，即原 奧氏體晶界沒有固溶B的偏聚而導(dǎo)致抑制先共析塊狀鐵素體析出，確保澤火后鋼板顯微組 織為細小均勻的塊狀鐵素體+超低碳貝氏體，鋼板在SR前后均獲得優(yōu)良的抗應(yīng)變時效脆化 特性，運是SOOMPa抗應(yīng)變時效脆化鋼板的最關(guān)鍵技術(shù)之一。
[0化引[0.149(%抓)+0.292( %Ti)+0.519( %A1)]/(%N)>8.0,基本消除應(yīng)變時效后鋼 中固溶N含量，抑制鋼板應(yīng)變時效脆化，運是eOOMPa抗應(yīng)變時效脆化鋼板的關(guān)鍵技術(shù)之一。 [0化9] [0.128(%抓)+0.25( %Ti)+0.235( %V)]/(%〇>0.195,大幅度降低應(yīng)變時效后 鋼中固溶C含量，抑制鋼板應(yīng)變時效脆化，運是600M化抗應(yīng)變時效脆化鋼板的關(guān)鍵技術(shù)之 O
[0060] 1650《DI指數(shù)XT巧火《5100,平衡鋼板本身的澤透性與澤火溫度之間匹配關(guān)系，保 證澤火冷卻過程中，細小均勻的先共析塊狀鐵素體在原奧氏體晶界生成，確保最終鋼板顯 微組織為細小均勻的塊狀鐵素體+超低碳貝氏體，鋼板在SR前后均獲得優(yōu)良的抗應(yīng)變時效 脆化特性的同時，鋼板強度、低溫初性、延伸率及抗SR脆化與軟化特性優(yōu)良，運是eOOMPa抗 應(yīng)變時效脆化鋼板的最關(guān)鍵技術(shù)之一；其中DI指數(shù)=0.367( %C)Ls[ 1+0.7( %Si ) ] [ (1 + 3.33( %Mn)][(1+0.35( %Cu)][ (1+0.36( %Ni) ][(1+2.16(%Cr)][(1+3( %Mo)] [(1+1.75 (%V) ][ (1+1.77( %A1) ][ (1+200( %B) ]，T萍乂單位為。C。
[0061 ] Ca與S之間的關(guān)系：Ca處理且Ca/S比在0.80~3.00之間且（％Ca) ( % S產(chǎn).5 X 1(T3; W改善鋼板低溫初性、焊接性、抗SR脆化特性及抗應(yīng)變時效脆化特性。
[0062] 本發(fā)明的抗應(yīng)變時效脆化與消除殘余應(yīng)力退火脆化特厚eOOMPa級調(diào)質(zhì)鋼板的制 造方法，其特征是，包括如下步驟：
[0063] 1)冶煉
[0064] 按上述所述成分冶煉、誘鑄成巧，誘鑄過熱度A T控制在10°C~25°C ;
[0065] 2)社制，鋼板總壓縮比即板巧厚度/成品鋼板厚度>3.0;
[0066] 第一階段為再結(jié)晶社制，板巧加熱溫度控制在Iiocrc~1200°C之間；道次采用大 壓下社制，社制道次壓下率>7%，累計壓下率>50%，終社溫度>980°C;
[0067] 第二階段采用未再結(jié)晶控制社制，控社開社溫度《840°C，社制道次壓下率>8%， 累計壓下率>30%，終社溫度《800°C ;
[0068] 3)鋼板從停冷結(jié)束到入緩冷坑保溫之間的間隔時間不大于45min，保溫工藝為鋼 板溫度表面大于300°C的條件下至少保溫24小時；
[0069] 4)熱處理工藝，澤火+回火
[0070] 澤火溫度為880~930°C，澤火保持時間>20min，澤火保持時間為鋼板中屯、溫度達 到澤火目標(biāo)溫度時開始計時的保溫時間；
[0071] 回火溫度為560°C~620°C，回火保持時間>25min，回火保持時間為鋼板中屯、溫度 達到回火目標(biāo)溫度時開始計時的保溫時間；回火結(jié)束后鋼板自然空冷至室溫，獲得成品鋼 板，板厚> 50mm。
[0072] 本發(fā)明調(diào)質(zhì)鋼板的顯微組織為細小均勻的塊狀鐵素體+超低碳貝氏體，鋼板平均 晶粒尺寸在15皿W下。調(diào)質(zhì)鋼板抗拉強度> 6 IOMPa、屈服強度> 490MPa、一40°C常規(guī)沖擊初 性> 100J、_20°C時效沖擊初性(5%塑性應(yīng)變形變X 250°C X 1小時）> 100J。
[0073] 在本發(fā)明鋼板制造工藝中：
[0074] 1、冶煉工藝中，根據(jù)本發(fā)明鋼的成分體系及厚度規(guī)格，制造工藝設(shè)計方案是:誘鑄 過熱度A T控制在10°C~25°C，W改善板巧內(nèi)部偏析、疏松與縮孔，減少板巧內(nèi)部夾雜物。
[0075] 2、社制工藝中，為確保調(diào)質(zhì)鋼板中屯、疏松焊合，鋼板中屯、部位顯微組織均勻，鋼板 總壓縮比（板巧厚度/成品鋼板厚度）>3.0。
[0076] 第一階段為再結(jié)晶社制，板巧加熱溫度控制在Iiocrc~1200°C之間；道次采用大 壓下社制，社制道次壓下率>7%，累計壓下率>50%，終社溫度>980°C，保證奧氏體晶粒 發(fā)生再結(jié)晶細化。
[0077] 第二階段采用未再結(jié)晶控制社制，控社開社溫度《840°C，社制道次壓下率>8%， 累計壓下率>30%，終社溫度《800°C，細化鋼板晶粒尺寸，尤其鋼板忍部的晶粒尺寸，改善 調(diào)質(zhì)鋼板強初性、強塑性匹配。
[0078] 3、鋼板從停冷結(jié)束到入緩冷坑保溫之間的間隔時間不大于45min，保溫工藝為鋼 板溫度表面大于300°C的條件下至少保溫24小時，保證鋼板脫氨充分，防止產(chǎn)生氨致裂紋。
[0079] 4、熱處理工藝鋼板采用澤火+回火工藝即調(diào)質(zhì)工藝進行生產(chǎn)，根據(jù)鋼板澤透性指 數(shù)，調(diào)整鋼板澤火溫度，W實現(xiàn)鋼板澤透性與澤火溫度之間的匹配，獲得細小均勻的塊狀鐵 素體+超低碳貝氏體組織，獲得發(fā)明鋼板的技術(shù)要求，澤火溫度為880~930°C，澤火保持時 間>20min，澤火保持時間為鋼板中屯、溫度達到澤火目標(biāo)溫度時開始計時的保溫時間。
[0080] 鋼板回火溫度(板溫)為560°C~620°C，鋼板相對較薄時回火溫度偏上限、鋼板相 對較厚時回火溫度偏下限，回火保持時間>25min，回火保持時間為鋼板中屯、溫度達到回火 目標(biāo)溫度時開始計時的保溫時間；回火結(jié)束后鋼板自然空冷至室溫。
[0081] 本發(fā)明的有益效果：
[0082] 本發(fā)明通過鋼板合金元素的組合設(shè)計、控制社制工藝與特殊調(diào)質(zhì)工藝相結(jié)合，在 獲得優(yōu)良的SOOMPa級調(diào)質(zhì)鋼板強度、低溫初性、機械加工性能（即高塑性)及強初性匹配的 同時，鋼板的焊接性、鋼板沿鋼板厚度方向強初性均勻性也同樣優(yōu)異，并成功地解決了 eOOMPa級調(diào)質(zhì)鋼板的應(yīng)變時效脆化、SR軟化與脆化、SR后應(yīng)變時效脆化的問題，提高了大型 重鋼結(jié)構(gòu)的加工過程中的可靠性與服役過程中安全穩(wěn)定性；良好的焊接性節(jié)省了用戶鋼構(gòu) 件制造的成本，縮短了用戶鋼構(gòu)件制造的時間，為用戶創(chuàng)造了巨大的價值，因而此類鋼板不 僅是高附加值、綠色環(huán)保性的產(chǎn)品。
【附圖說明】
[0083] 圖1為本發(fā)明實施例鋼3的顯微組織（回火后的顯微組織）。
【具體實施方式】
[0084] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步說明。
[0085] 表1為本發(fā)明實施例鋼的成分。表2~表4所示為本發(fā)明實施例鋼制造工藝。表5所 示為本發(fā)明實施例鋼的性能(母材鋼板性能）。表6所示為本發(fā)明實施例鋼SR后(消除殘余應(yīng) 力退火熱處理）的鋼板性能。
[0086] 由圖1中顯微組織可W看出，鋼板顯微組織為細小均勻先共析塊狀鐵素體+超低碳 貝氏體(此圖中的超低碳貝氏體為回火狀態(tài)），發(fā)明鋼3的綜合力學(xué)性能與焊接性極其優(yōu)良， 達到了發(fā)明鋼板的技術(shù)要求
[0087] 本發(fā)明通過鋼板合金元素的組合設(shè)計、控制社制工藝與特殊調(diào)質(zhì)工藝相結(jié)合，在 獲得優(yōu)良的SOOMPa級調(diào)質(zhì)鋼板強度、低溫初性、機械加工性能（即高塑性)及強初性匹配的 同時，鋼板的焊接性、鋼板沿鋼板厚度方向強初性均勻性也同樣優(yōu)異，并成功地解決了 eOOMPa級調(diào)質(zhì)鋼板的應(yīng)變時效脆化、SR軟化與脆化、SR后應(yīng)變時效脆化的問題，提高了大型 重鋼結(jié)構(gòu)的加工過程中的可靠性與服役過程中安全穩(wěn)定性；良好的焊接性節(jié)省了用戶鋼構(gòu) 件制造的成本，縮短了用戶鋼構(gòu)件制造的時間，為用戶創(chuàng)造了巨大的價值，因而此類鋼板不 僅是高附加值、綠色環(huán)保性的產(chǎn)品。
[0088] 本發(fā)明抗應(yīng)變時效脆化與SR脆化特厚600M化級調(diào)質(zhì)鋼板主要用作制造水電工程 的壓力水管、滿殼、大型工程機械結(jié)構(gòu)及海洋石油平臺，是重大國民經(jīng)濟建設(shè)的關(guān)鍵材料， 目前國內(nèi)各大鋼廠(除寶鋼W外)均不能穩(wěn)定批量生產(chǎn)，國內(nèi)大型水利發(fā)電工程項目及水輪 機制造單位所需抗應(yīng)變時效脆化與SR脆化特厚eOOMPa級調(diào)質(zhì)鋼板均從日本和德國進口；不 僅鋼板進口價格昂貴，而且交貨期無法保證，迫使用戶在設(shè)計圖紙出來前，提前訂購具有一 定尺寸余量鋼板，W便設(shè)計圖紙出來后，根據(jù)設(shè)計圖紙要求的鋼板尺寸要求裁剪鋼板，導(dǎo)致 材料巨大的浪費。
[0089] 隨著我國國民經(jīng)濟發(fā)展，建設(shè)節(jié)約型和諧社會的要求，國家基礎(chǔ)工程建設(shè)、能源工 程建設(shè)、海洋開發(fā)建設(shè)及建設(shè)所需的大型裝備制造開發(fā)已擺到日事議程，作為戰(zhàn)略性基礎(chǔ) 材料一一抗應(yīng)變時效脆化與SR脆化特厚eOOMPa級調(diào)質(zhì)鋼板具有廣闊的市場前景?？箲?yīng)變時 效脆化與SR脆化特厚eOOMPa級調(diào)質(zhì)鋼板對于我國還屬于一種全新的鋼種，除寶鋼W外，國 內(nèi)其它鋼鐵企業(yè)從未研究和生產(chǎn)過。
[0090] 本發(fā)明抗應(yīng)變時效脆化與SR脆化特厚600M化級調(diào)質(zhì)鋼板已在寶鋼股份厚板廠成 功生產(chǎn)，鋼板實物性能遠高于用戶訂貨技術(shù)條件，已用于制造烏東德、白鶴灘大型水輪發(fā)電 機的滿殼D


【主權(quán)項】
1. 抗應(yīng)變時效脆化與消除殘余應(yīng)力退火脆化特厚600MPa級調(diào)質(zhì)鋼板，其成分重量百分 比為： C:0.045% ~0.075% Si：^0.15% Μη:1·20% ~1.60% Ρ：^0.013% S:彡0.0030% Cu:0.10% ~0.40% Ni:0.30% ~0.70% Cr:0.10% ~0.30% Mo:0.15% ~0.35% Nb:0.008% ~0.030% V:0.030% ~0.060% Ti:0.008% ~0.014% Al:0.040% ~0.070% B:彡0.0003% N：^0.0050% Ca:0.0010%~0.0040% 其余為Fe和不可避免雜質(zhì);且上述元素含量必須同時滿足如下關(guān)系： B^O.0003% ； [0.149(%Nb)+0.292(%Ti)+0.519(%Al)]/(%N)^8.0； [0.128( %Nb)+0.25(%Ti)+0.235( %V)]/(%C)^O. 195； 1650彡DI指數(shù)Χ?>鈥<5100;其中： DI 指數(shù)= 0.367( %C)0.5[l+0.7( % Si)] [(1+3.33( %Mn)] [(1+0.35( %Cu)][(l+0.36 (%Ni)][ (1+2.16( %Cr)] [(1+3( %Mo)] [(1+1.75( %V)] [(1+1.77( %A1)][(1+200(%B)], D卒火單位為°(：; Ca與S之間的關(guān)系:Ca處理，且Ca/S比在0.80~3.00之間，且（％0&)(%3)°'18<2.5\10 -3 · ， 成品鋼板板厚多50mm。2. 如權(quán)利要求1所述的抗應(yīng)變時效脆化與消除殘余應(yīng)力退火脆化特厚600MPa級調(diào)質(zhì)鋼 板，其特征是，成品鋼板的顯微組織為細小均勻的塊狀鐵素體+超低碳貝氏體，鋼板平均晶 粒尺寸在15μηι以下。3. 如權(quán)利要求1或2所述的抗應(yīng)變時效脆化與SR脆化特厚600MPa級調(diào)質(zhì)鋼板，其特征 是，成品鋼板抗拉強度彡61 OMPa、屈服強度彡490MPa、一 40 °C常規(guī)沖擊韌性彡100 J、一 20 °C 時效沖擊韌性(5%塑性應(yīng)變形變X 250°C X 1小時）彡100J。4. 如權(quán)利要求1所述的抗應(yīng)變時效脆化與消除殘余應(yīng)力退火脆化特厚600MPa級調(diào)質(zhì)鋼 板的制造方法，其特征是，包括如下步驟： 1)冶煉 按權(quán)利要求1所述成分冶煉、澆鑄成坯，澆鑄過熱度△ T控制在KTC~25°C ; 2) 乳制，鋼板總壓縮比即板坯厚度/成品鋼板厚度多3.0; 第一階段為再結(jié)晶乳制，板坯加熱溫度控制在ll〇〇°C~1200°C之間；道次采用大壓下 乳制，乳制道次壓下率彡7%，累計壓下率彡50%，終乳溫度彡980°C ; 第二階段采用未再結(jié)晶控制乳制，控乳開乳溫度<840°C，乳制道次壓下率多8%，累計 壓下率彡30%，終乳溫度<800°C ; 3) 鋼板從停冷結(jié)束到入緩冷坑保溫之間的間隔時間不大于45min，保溫工藝為鋼板溫 度表面大于300°C的條件下至少保溫24小時； 4) 熱處理工藝，淬火+回火 淬火溫度為880~930°C，淬火保持時間多20min，淬火保持時間為鋼板中心溫度達到淬 火目標(biāo)溫度時開始計時的保溫時間； 回火溫度為560°C~620°C，回火保持時間彡25min，回火保持時間為鋼板中心溫度達到 回火目標(biāo)溫度時開始計時的保溫時間；回火結(jié)束后鋼板自然空冷至室溫，獲得成品鋼板，板 厚多50mm。5. 如權(quán)利要求4所述的抗應(yīng)變時效脆化與消除殘余應(yīng)力退火脆化特厚600MPa級調(diào)質(zhì)鋼 板的制造方法，其特征是，所述調(diào)質(zhì)鋼板的顯微組織為細小均勻的塊狀鐵素體+超低碳貝氏 體，鋼板平均晶粒尺寸在15μπι以下。6. 如權(quán)利要求4或5所述的抗應(yīng)變時效脆化與消除殘余應(yīng)力退火脆化特厚600MPa級調(diào) 質(zhì)鋼板的制造方法，其特征是，所述調(diào)質(zhì)鋼板抗拉強度彡61 OMPa、屈服強度彡490MPa、一 40 °C常規(guī)沖擊韌性彡100J、一20°C時效沖擊韌性(5%塑性應(yīng)變形變X 250°C X 1小時）彡100J。
【文檔編號】C22C38/02GK105925895SQ201610463494
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年6月23日
【發(fā)明人】劉自成, 吳勇
【申請人】寶山鋼鐵股份有限公司