專利名稱：：屈服強度690MPa級低裂紋敏感性鋼板及其制造方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及高強度結構鋼，具體地說，本發(fā)明涉及屈服強度690MPa級的低裂紋敏感性鋼板。
背景技術：
：焊接冷裂紋是最常出現(xiàn)的焊接工藝缺陷，尤其是當焊接低、中合金的強度鋼時，隨著強度級別的提高，冷裂紋出現(xiàn)的傾向越來越大。為防止冷裂紋產生，通常是焊前預熱、焊后熱處理，強度越大、預熱溫度也越高，這造成了焊接工藝的復雜性，特殊情況下的不可操作性，危及焊接結構的安全可靠性，對于大型鋼結構尤甚。鑒于石化、高層建筑、橋梁、造船等行業(yè)對大型高強鋼結構不預熱、不焊后熱處理的特點，這就要求鋼的焊接裂紋敏感性指數(shù)Pcm盡可能地低，于是冶金界開始了低焊接裂紋敏感性高強度鋼板的研制。低焊接裂紋敏感性高強鋼，也稱CF鋼，它是一類具有優(yōu)良焊接性能和低溫韌性的低合金高強度鋼，其優(yōu)點在于焊前不預熱或稍加預熱而不產生裂紋，主要是解決了大型鋼結構件的焊接施工問題。低焊接裂紋敏感性鋼的設計原理就是降低碳和多元微量元素合金化，通過降碳，降低鋼的淬硬傾向，提高鋼的韌性，同時通過多元微量元素來保證鋼的強度。表1列出了國內外一些類似鋼板的化學成分及其Pcm。表l國內外類似鋼板的化學成分(wt%)及其Pcm<table>tableseeoriginaldocumentpage3</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>從表l中可看出，除WO99/05334公開的超高強度焊鋼外，其它專利申請公開的鋼的化學成分在不同程度都加入了合金元素Ni，合金元素Ni屬于貴重金屬，添加Ni會使鋼成本增加，降低其市場競爭力，而且Ni會在鋼板表面形成氧化皮，影響鋼板表面質量。除W099/05334、WO99/05335和CN1932064夕卜，其它專利申請公開的鋼的化學成分中都添加了Cu，利用Cu的析出增加鋼板強度，但需要同時添加Ni來避免銅脆，進一步增加了鋼板的制造成本。雖然WO99/05334和WO99/05335公開的鋼種成分相對較為簡單，但是均采用了淬火處理，增加了鋼板的生產工序，造成鋼板生產成本的增加，且它們的Pcm值都較高，對焊接性能有不利影響。此外，表1所列出的鋼種都經過淬火+回火處理或回火處理，由于降低Pcm的唯-手段就是減少碳和合金元素的加入量，而對于采用淬火+回火工藝生產的高強鋼來說，減少碳和合金元素的加入量將不可避免地帶來鋼強度的降低，且制造工序復雜。為了解決以上問題，本發(fā)明者采用Mn-Nb-Cr-Mo-V-Ti-B系鋼種，利用V進行強化，通過控制熱機械軋制和冷卻技術，且無需熱處理，設計出了一種屈服強度達690MPa級的低裂紋敏感性鋼板，從而完成了本發(fā)明。因此，本發(fā)明的-個目的在于提供一種屈服強度6卯MPa級的低裂紋敏感性鋼板。本發(fā)明的另一個目的在于提供所述低裂紋敏感性鋼板的制造方法。
發(fā)明內容本發(fā)明的第一個方面提供一種屈服強度6卯MPa級的低裂紋敏感性鋼板，該鋼板的化學成分包含C:0.030.06wt%、Si:0.050.40wt%、Mn:1.302.00wt%、Cr:0.050.15wt%、Mo:0.100.25wt%、Nb:0.030.08wt%、V:0.040.12wt%、Al:0.020.04wt%、Ti:0.0040.030wt%、B:0.00100.0020wt%，余量為Fe和不可避免的雜質。所述低裂紋敏感性鋼板的焊接裂紋敏感性指數(shù)Pcm《0.20%。低裂紋敏感性鋼板的焊接裂紋敏感性指數(shù).Pcm可按下式確定Pcm=C+Si/30+Ni/60+(Mn+Cr+Cu)/20+Mo/15+V/10+5B。焊接裂紋敏感性指數(shù)Pcm是反映鋼的焊接冷裂紋傾向的判定指標，Pcm越低，焊接性越好，反之，則焊接性越差。焊接性好是指焊接時不易產生焊接裂紋，而焊接性差的鋼容易產生裂紋，為了避免裂紋的產生，必須在焊接前對鋼進行預熱，焊接性越好，則所需的預熱溫度越低，反之則需要較高的預熱溫度。一般認為，當Pcm《0.25%時，80公斤級(屈服強度690MPa)鋼可以實現(xiàn)不預熱焊接。下面，對本發(fā)明的屈服強度690MPa級低裂紋敏感性鋼板的化學成分作用作詳細敘述。C:在鋼中的作用是固溶強化，但是C對焊接性能不利。C含量越高，焊接性能越差，對于采用TMCP工藝生產的貝氏體鋼來說，降低鋼中的C含量，可消除C對貝氏體韌性的影響，得到極細的含有高位錯密度的貝氏體基體組織，并且較低的碳含量可以生產更大厚度的高韌性鋼板，因此本發(fā)明C含量控制為0.030.06wt%。Mo:提高鋼的淬透性，本發(fā)明只需加入不超過0.25wt^的Mo，因為Mo對焊接性能不利，同時Mo是一種十分昂貴的元素，其價格是Cr的數(shù)倍，因此本發(fā)明以Cr取代了部分Mo，以達到降低成本的目的。Nb:本發(fā)明通過加入較多的Nb，一方面以達到細化晶粒和增加鋼板厚度的目的，另一方面是提高鋼的未再結晶溫度，便于在軋制過程中采用相對較高的終軋溫度，從而加快軋制速度，提高生產效率。此外，由于強化了晶粒細化作用，使得可生產鋼板的厚度增大，本發(fā)明的鋼種中添加了0.030.08wty。的Nb，可生產厚度達60mm的鋼板。Si:在鋼中的作用是固溶強化，也可提高鋼的淬透性，本發(fā)明鋼中加入不超過0.40wt^的Si有利于提高鋼的強度和韌性。V:在鋼中與N和C結合，形成微細的析出粒子，起到沉淀強化作用。本發(fā)明加入0.040.12wt。/。的V，可以較大幅度地提高鋼的強度；V和Cu在鋼中都是起沉淀強化作用，但是相對Cu來說，只需加入極少量的V,即可達到同等的沉淀強化效果。此外，Cu在鋼中容易引起晶界裂紋，因而必須加入至少達到其一半含量的Ni，才能避免裂紋，而Ni同樣是十分昂貴的合金元素。因此，以V代替Cu可以大幅度降低鋼的制造成本。B:能夠顯著增加鋼的淬透性，本發(fā)明加入0.0010.002wtn/。的B，可以使鋼在一定冷卻條件下，比較容易地獲得高強度貝氏體組織。本發(fā)明的第二個方面提供一種屈服強度690MPa級低裂紋敏感性鋼板的制造方法，該方法包括冶煉、澆鑄、加熱、軋制、冷卻工序，其中在所述軋制工序后不經過熱處理即進入冷卻工序。在一個優(yōu)選實施方式中澆鑄后的連鑄坯或鋼錠的厚度不小于成品鋼板厚度的4倍。在另一個優(yōu)選實施方式中在所述加熱過程中，加熱溫度為1080118(TC，保溫時間為120180分鐘。在另一個優(yōu)選實施方式中所述軋制分為第一階段和第二階段軋制。在另一個優(yōu)選實施方式中在所述第一階段軋制過程中，開軋溫度為10501150°C，當軋件厚度到達成品鋼板厚度的23倍時，在輥道上待溫至820860。C。在另一個優(yōu)選實施方式中在所述第二階段軋制過程中，道次變形率為1025%，終軋溫度為770830°C。在另一個優(yōu)選實施方式中在所述冷卻過程中，鋼板進入加速冷卻裝置，以1225°C/S的速度冷卻至45055(TC，出水后空冷。在另一個更優(yōu)選的實施方式中空冷采用堆垛或冷床冷卻。在本發(fā)明的屈服強度690MPa級低裂紋敏感性鋼板的制造方法中，采用了熱機械控制軋制與控制冷卻技術(TMCP)，相對于調質(淬火+回火)工藝，熱機械控制軋制與控制冷卻技術(TMCP)具有細化晶粒從而提高鋼的低溫初性的好處。對本發(fā)明制造方法中的主要步驟的工藝控制原理分析如下1、軋制工藝軋件厚度到達成品鋼板厚度的23倍時，在輥道上待溫至82086(TC。對于含Nb鋼來說，其未再結晶溫度約為9501050°C，將軋制鋼坯溫度降至820860。C，目的是為了保證其在未再結晶區(qū)有足夠的變形量，在變形的奧氏體內有更高密度的位錯累計，為鐵素體相變提供更有利的形核條件。較大的變形也有利于Nb的碳氮化合物的析出，由于變形誘導析出的作用，較大的道次變形率將有利于形成更加細小和彌散析出物。同時，細小和彌散的析出物為鐵素體提供高密度的形核地點并通過其對長大界面的釘扎作用阻止鐵素體晶粒長大和粗化，這對于鋼的強度與韌性都起到有利的作用。將終軋溫度控制在未再結晶區(qū)的低溫段，同時該溫度區(qū)接近相變點Ar3，即終軋溫度為770~830°C，在這個溫度范圍內終軋，既為相變提供更高的能量累積，也不至于給軋機帶來過高的負荷，比較適合于厚板生產。2、冷卻工藝軋制結束后，鋼板進入加速冷卻裝置，按1225'C/秒的速度冷卻至45055(TC。由于鋼板在軋制過程中積累了密度很高的位錯和極高的應變能，高密度的位錯將與Nb的析出物Nb(CN)粒子相互作用，在軋制完成至加速冷卻的空冷(馳豫)過程中，這種相S作用促使在奧氏體晶粒內部形成大量細小的多邊形位錯胞結構，Nb原子在位錯墻上的偏聚以及大量微細Nb(CN)在位錯胞壁上的析出，穩(wěn)定了這種具有一定取向差的多邊形胞狀結構。同時，一個道次的較大變形具有誘導鐵素體相變的作用，在這種誘導作用下，Ar3點有所提高，即出現(xiàn)所謂"應變誘導相變"現(xiàn)象，在未再結晶溫度區(qū)較大的變形量，將有利于針狀鐵素體的晶內形核，同時會使貝氏體基體上的馬氏體島分布更加均勻彌散。采用較快的冷速是為了為貝氏體轉變提供更高的過冷度，增加相變驅動力，獲得更高密度的形核率，從而得到以細化的貝氏體為主的基體組織，使本發(fā)明鋼板具有較高的強度和良好的韌性。本發(fā)明的有益效果為1、通過合理設計化學成分，大幅度降低C含量，并且以Mn和Cr等廉價合金元素替代部分Mo，以V的C、N化合微細析出粒子作沉淀強化，代替Cu的析出強化作用，無需添加Ni等貴重元素，且合金元素含量少，原料成本較低，焊接裂紋敏感性較小，焊前無需預熱。2、本發(fā)明鋼板不需進行任何額外的熱處理，從而簡化了制造工序，降低了鋼的制造成本。3、由于成分和工藝設計合理，從實施效果來看，工藝制度比較寬松，可以在中、厚鋼板產線上穩(wěn)定生產。4、本發(fā)明的低裂紋敏感性鋼板屈服強度大于690MPa、抗拉強度大于770MPa、夏氏沖擊功Akv(—2(TC)》150J、板厚可達60mm板，且鋼板截面硬度均勻。圖1為本發(fā)明實施例6的低裂紋敏感性鋼板截面硬度實測值。具體實施例方式以下用實施例結合附圖對本發(fā)明作更詳細的描述。這些實施例僅僅是對本發(fā)明最佳實施方式的描述，并不對本發(fā)明的范圍有任何限制。實施例1按表2所示的化學成分電爐或轉爐冶煉，并澆鑄成連鑄坯或鋼錠，將連鑄坯或鋼錠加熱至108(TC，保溫120分鐘，第一階段軋制的開軋溫度為1050°C，當軋件厚度為60mffl時，在輥道上待溫至85(TC，隨后進行第二階段軋制，第二階段軋制道次變形率為1520%，終軋溫度為83(TC，成品鋼板厚度為20mm。軋制結束后，鋼板進入加速冷卻(ACC)裝置，以25。C/S的速度冷卻至450。C，出水后堆垛或冷床冷卻。實施例2實施方式同實施例l，其中加熱溫度為113(TC，保溫150分鐘；第一階段軋制的開軋溫度為1060。C，軋件厚度為90mm;第二階段軋制的開軋溫度為860°C，道次變形率為1012%，終軋溫度為81(TC，成品鋼板厚度為30mm;鋼板冷卻速度為20°C/S，終止溫度為490°C。實施例3實施方式同實施例l，其中加熱溫度為1150°C，保溫150分鐘；第一階段軋制的開軋溫度為108(TC，軋件厚度為120mm;第二階段軋制的開軋溫度為83CTC，道次變形率為1025%，終軋溫度為82(TC，成品鋼板厚度為40mm;鋼板冷卻速度為15°C/S，終止溫度為530°C。實施例4實施方式同實施例l，其中加熱溫度為U2(TC，保溫180分鐘；第一階段軋制的開軋溫度為107(TC，軋件厚度為150rara;第二階段軋制的開軋溫度為83(TC，道次變形率為1015%，終軋溫度為80(TC，成品鋼板厚度為50mm;鋼板冷卻速度為15°C/S，終止溫度為515t:。實施例5實施方式同實施例l，其中加熱溫度為1180°C，保溫180分鐘；第一階段軋制的開軋溫度為1150。C，軋件厚度為120mm;第二階段軋制的開軋溫度為84(TC，道次變形率為1015%，終軋溫度為81(TC,成品鋼板厚度為60mm;鋼板冷卻速度為12°C/S，終止溫度為540。C。實施例6實施方式同實施例l，其中加熱溫度為112(TC，保溫180分鐘；第一階段軋制的開軋溫度為1070°C，軋件厚度為120fflm;第二階段軋制的開軋溫度為820°C，道次變形率為1015%，終軋溫度為77(TC，成品鋼板厚度為40mm;鋼板冷卻速度為20°C/S，終止溫度為550。C。表2本發(fā)明實施例l-6的低裂紋敏感性鋼板的化學成分(wt%)及其Pcm<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>60%權利要求1、一種屈服強度690MPa級低裂紋敏感性鋼板，其特征在于，所述低裂紋敏感性鋼板的化學成分包含C0.03～0.06wt％、Si0.05～0.40wt％、Mn1.30～2.00wt％、Cr0.05～0.15wt％、Mo0.10～0.25wt％、Nb0.03～0.08wt％、V0.04～0.12wt％、Al0.02～0.04wt％、Ti0.004～0.030wt％、B0.0010～0.0020wt％，余量為Fe和不可避免的雜質。2、根據(jù)權利要求l所述的屈服強度690MPa級低裂紋敏感性鋼板，其特征在于，所述鋼板的焊接裂紋敏感性指數(shù)Pcm《0.20%。3、權利要求l所述的屈服強度690MPa級低裂紋敏感性鋼板的制造方法，包括冶煉、澆鑄、加熱、軋制、冷卻工序，其特征在于，在所述軋制工序后不經過熱處理即進入冷卻工序。4、根據(jù)權利要求3所述的屈服強度690MPa級低裂紋敏感性鋼板的制造方法，其特征在于，澆鑄后的連鑄坯或鋼錠的厚度不小于成品鋼板厚度的4倍。5、根據(jù)權利要求3所述的屈服強度690MPa級低裂紋敏感性鋼板的制造方法，其特征在于，在所述加熱過程中，加熱溫度為10801180°C，保溫時間為120180分鐘。6、根據(jù)權利要求3所述的屈服強度690MPa級低裂紋敏感性鋼板的制造方法，其中所述軋制分為第一階段和第二階段軋制。7、根據(jù)權利要求6所述的屈服強度6卯MPa級低裂紋敏感性鋼板的制造方法，其特征在于，在所述第一階段軋制過程中，開軋溫度為1050115(TC，當軋件厚度到達成品鋼板厚度的23倍時，在輥道上待溫至820860°C。8、根據(jù)權利要求6所述的屈服強度690MPa級低裂紋敏感性鋼板的制造方法，其特征在于，在所述第二階段軋制過程中，道次變形率為1025%，終軋溫度為770830。C。9、根據(jù)權利要求3所述的屈服強度690MPa級低裂紋敏感性鋼板的制造方法，其特征在于，在所述冷卻過程中，鋼板進入加速冷卻裝置，以1225°C/S的速度冷卻至450550°C，出水后空冷。10、根據(jù)權利要求9所述的屈服強度690MPa級低裂紋敏感性鋼板的制造方法，其中所述空冷采用堆垛或冷床冷卻。全文摘要本發(fā)明提供了一種屈服強度690MPa級低裂紋敏感性鋼板及其制造方法。所述低裂紋敏感性鋼板的化學成分包含C0.03～0.06wt％、Si0.05～0.40wt％、Mn1.30～2.00wt％、Cr0.05～0.15wt％、Mo0.10～0.25wt％、Nb0.03～0.08wt％、V0.04～0.12wt％、Al0.02～0.04wt％、Ti0.004～0.030wt％、B0.0010～0.0020wt％，余量為Fe和不可避免的雜質，且滿足焊接裂紋敏感性指數(shù)Pcm≤0.20％。采用控制熱機械軋制和冷卻技術，獲得了以細化的貝氏體為主的基體組織，從而有利于鋼板強度、塑性和韌性的提高。本發(fā)明低裂紋敏感性鋼板的屈服強度大于690MPa、抗拉強度大于770MPa、夏氏沖擊功Akv(-20℃)≥150J、板厚可達60mm，焊接性能良好。文檔編號B21B37/74GK101418418SQ200710094178公開日2009年4月29日申請日期2007年10月26日優(yōu)先權日2007年10月26日發(fā)明者姚連登,趙小婷申請人:寶山鋼鐵股份有限公司