專(zhuān)利名稱(chēng)：抗拉強(qiáng)度60公斤級(jí)超厚調(diào)質(zhì)鋼板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及調(diào)質(zhì)鋼板及其制造方法，特別涉及60公斤級(jí)超厚調(diào)質(zhì)鋼板及其制造方法，其抗拉強(qiáng)度610MPa 730MPa、屈服強(qiáng)度彡490MPa、_40°C夏比橫向沖擊功(單個(gè)值)>80J，具有優(yōu)良焊接性，成品板厚> IOOmm的超厚調(diào)質(zhì)鋼板。
背景技術(shù)：
眾所周知，低碳(高強(qiáng)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(tái)、造船、橋梁結(jié)構(gòu)、鍋爐容器、建筑結(jié)構(gòu)、汽車(chē)工業(yè)、鐵路運(yùn)輸及機(jī)械制造之中。低碳(高強(qiáng)度)低合金鋼性能取決于其化學(xué)成分、制造過(guò)程的工藝制度，其中強(qiáng)度、 韌性和焊接性是低碳(高強(qiáng)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)。隨著科技不斷地向前發(fā)展，人們對(duì)高強(qiáng)鋼的強(qiáng)韌性、強(qiáng)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(shí)大幅度地提高鋼板的綜合機(jī)械性能和使用性能，以減少鋼材的用量節(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(jìn)一步提高鋼結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定性和冷熱加工性。傳統(tǒng)的抗拉強(qiáng)度> 610MPa、鋼板厚度> 60mm的高強(qiáng)鋼板主要通過(guò)離線調(diào)質(zhì)工藝 (Q+T)生產(chǎn)；但是對(duì)于鋼板厚度< 60mm，也可以采用在線調(diào)質(zhì)工藝(DQ+T)來(lái)生產(chǎn)；這就要求鋼板必要具有一定的淬透性，即淬透性指數(shù)DI彡1.0X成品鋼板厚度〖DI = 0.311C1 72 (1+0. 64Si) X (1+4. ΙΟΜη) X (1+0. 27Cu) X (1+0. 52Ni) X (1+2. 33Cr) X (1+3. 14Mo) X 25 .4(mm) 3，以確保鋼板具有足夠高的強(qiáng)度、優(yōu)良的低溫韌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Cr、Mo、Ni、Cu等合金元素，而且對(duì)厚度> IOOmm 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(méi)有涉及，如日本專(zhuān)利昭 59-1297 、平 1-219121 所公開(kāi)的。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100mm)，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、中心部位硬度低；而且調(diào)質(zhì)鋼板1/4厚度位置的強(qiáng)度、低溫韌性及延伸率等技術(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 (δ 5彡20%)，超厚規(guī)格的調(diào)質(zhì)鋼板延伸率更低，一般均δ5<18%。如美國(guó)專(zhuān)利4855106、 5183198、4137104、4790885、4988393及歐洲專(zhuān)利ΕΡ0867520Α2所公開(kāi)的；而較低的延伸率不僅不利于鋼板冷熱加工性能，而且對(duì)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渦殼、火電汽輪發(fā)電機(jī)及海洋采油平臺(tái)結(jié)構(gòu)等疲勞重載結(jié)構(gòu)上使用時(shí)，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(qiáng)調(diào)質(zhì)鋼時(shí)，一般希望高強(qiáng)調(diào)質(zhì)鋼具有優(yōu)良的強(qiáng)韌性、強(qiáng)塑性匹配，尤其對(duì)60公斤級(jí)調(diào)質(zhì)鋼板抗拉延伸率 δ 5在20%以上?，F(xiàn)有大量專(zhuān)利文獻(xiàn)只是說(shuō)明如何實(shí)現(xiàn)母材鋼板的強(qiáng)度和低溫韌性，就改善鋼板焊接能性，獲得優(yōu)良焊接熱影響區(qū)HAZ低溫韌性說(shuō)明較少，更沒(méi)有涉及如何在提高鋼板抗拉強(qiáng)度的同時(shí)，提高鋼板的抗拉延伸率及厚度方向力學(xué)性能均勻性，參見(jiàn)日本專(zhuān)利昭 63-93845、昭 63-79921、昭 60-258410、特平開(kāi) 4-285119、特平開(kāi) 4-308035、平 3464614、平2-250917、平4-143246、美國(guó)專(zhuān)利5798004、歐洲專(zhuān)利EP0288054A2、及西山紀(jì)念技術(shù)講座第 159-160, P79 P80。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種抗拉強(qiáng)度60公斤級(jí)超厚調(diào)質(zhì)鋼板及其制造方法，通過(guò)鋼板合金元素的組合設(shè)計(jì)、控制軋制工藝與特殊調(diào)質(zhì)工藝相結(jié)合，在獲得優(yōu)良特厚 (^ 100mm)調(diào)質(zhì)鋼板強(qiáng)度、低溫韌性及強(qiáng)韌性匹配的同時(shí)，鋼板的焊接性也同樣優(yōu)異，并成功地解決了特厚調(diào)質(zhì)鋼板沿鋼板厚度方向強(qiáng)韌性不均勻的問(wèn)題。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是本發(fā)明采用低C-Mn- (Ti+Nb+V+B)微合金鋼的成分體系作為基礎(chǔ)，適當(dāng)提高鋼中酸溶Als含量且Als彡(Mn當(dāng)量/C)X(Nt。tal-0.292Ti)、控制(Mn當(dāng)量)/C彡15、 (Cu+Ni+Mo+Cr)合金化、Ni當(dāng)量彡0. 90%, Mo當(dāng)量彡0. 25%, Nb/Ti控制在1. 0 2. 5之間、Ca處理且Ca/S比在0. 80 3. 00之間且(Ca) X (S)0.18 ( 2. 5X 10_3、控制FXDI指數(shù) ^0. 65X成品鋼板厚度等冶金技術(shù)控制手段，優(yōu)化控制軋制+離線特殊調(diào)質(zhì)工藝，使成品鋼板的顯微組織為細(xì)小回火貝氏體+回火馬氏體，平均晶團(tuán)尺寸在25 μ m以下，獲得優(yōu)良的強(qiáng)韌性/強(qiáng)塑性匹配且沿板厚方向力學(xué)性能均勻，特別適用于水電壓力水管、渦殼、海洋平臺(tái)、大型工程機(jī)械等大型鋼結(jié)構(gòu)及設(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)。具體地，本發(fā)明的抗拉強(qiáng)度60公斤級(jí)超厚調(diào)質(zhì)鋼板，其成分重量百分比為C 0. 06% θ-10%
Mnα. 00% 1.40%
Si^ 0. 15%
P (0. 013%
S ^ 0. 0030%
Cr0. 15% 0.45%
Mo0. 20% 0.50%
Ni0. 50% 1.00%
Cu0. 15% 0.45%
B 0. 0006%-0. 0014%
Ti0. 006%-0. 012%
Als 0. 045%0. 070%
N (0. 0065%
Nb0. 008%-0. 030%
V 0. 030% 0 060%
Ca0. 001%-0. 005%其余為鐵和不可避免的夾雜；且上述元素含量必須同時(shí)滿足如下關(guān)系C、Mn當(dāng)量之間的關(guān)系(Mn當(dāng)量)/C彡15，其中Mn當(dāng)量= Μη+0. 74Ν +0. 16Cu+0. 22Cr_0. 73Mo ；確保鋼板在_40°C條件下為斷裂行為為塑性斷裂。Als, Ti與N之間的關(guān)系=Als彡(Mn當(dāng)量/C) X (Ntotal-O. 292Τ )，以確保鋼中固溶[B]≥5ppm且AlN以細(xì)小彌散狀態(tài)析出，細(xì)化淬火前奧氏體晶粒尺寸，改善鋼板低溫韌性及沿板厚方向鋼板力學(xué)性能均勻。Ni 當(dāng)量=Ni+0. 37Mn+0. 18Cu_l. 33Si_0. 89A1 ≥ 0. 90%，以改善 60 公斤調(diào)質(zhì)鋼中鐵素體位錯(cuò)1/2<111>(110)低溫可動(dòng)性，確保鋼板顯微組織的本征韌性。Mo 當(dāng)量=Mo+0. 27Cr+l. 05V-0. 57Cu_0. 073Mn ≥ 0. 25%，確保鋼板抗回火軟化性， 保證超厚60公斤級(jí)調(diào)質(zhì)鋼板強(qiáng)韌性匹配。Nb/Ti在1. 0 2. 5，最大程度發(fā)揮控制軋制效果，細(xì)化晶粒尤其鋼板芯部的晶粒， 改善超厚調(diào)質(zhì)鋼板強(qiáng)度、韌性及沿板厚方向性能的均勻性。Ca與S之間的關(guān)系Ca/S在0. 80 3.00之間且5 Xl04≤(Ca) (S)0'18 ≤ 2. 5X10_3 ；以改善鋼板低溫韌性、焊接性、抗SR脆性、抗層狀撕裂性能及模鑄坯 “V”偏析和倒“V”偏析。有效淬透性指數(shù)Deff = FXDI≥0. 65Xt，確保鋼板強(qiáng)韌性匹配及沿板厚方向鋼板性能均勻；其中F為硼鋼淬透性因子，當(dāng)鋼中存在固溶[B]時(shí)且[B] >5ppm時(shí)，F(xiàn)取 1. 2 ；t 為成品鋼板厚度(mm) ；DI = 0. 367C°'5(l+0. 7Si) (1+3. 33Mn) (1+0. 35Cu) (1+0. 36Ni) (1+2. 16Cr) (l+3Mo) (1+1. 75V) (1+1. 77A1) X25. 4(mm)，以確保 60 公斤級(jí)超厚調(diào)質(zhì)鋼板具有優(yōu)良的強(qiáng)韌性/強(qiáng)塑性匹配且沿板厚方向力學(xué)性能均勻。在本發(fā)明的鋼板成分中，C，對(duì)調(diào)質(zhì)鋼的強(qiáng)度、低溫韌性、延伸率及焊接性影響很大，從改善特厚調(diào)質(zhì)鋼板低溫韌性和焊接性角度，希望鋼中C含量控制得較低；但是從調(diào)質(zhì)鋼的淬透性、強(qiáng)韌性匹配、 生產(chǎn)制造過(guò)程中顯微組織控制及制造成本角度，C含量不宜控制得過(guò)低，尤其超厚80公斤級(jí)調(diào)質(zhì)鋼板；因次C含量合理范圍為0. 06% 0. 10%。Mn，作為最重要的合金元素在鋼中除提高鋼板的強(qiáng)度外，還具有擴(kuò)大奧氏體相區(qū)、 降低Ar3點(diǎn)溫度、細(xì)化調(diào)質(zhì)鋼板晶團(tuán)而改善鋼板低溫韌性的作用、促進(jìn)低溫相變組織形成而提高鋼板強(qiáng)度的作用；但是Mn在鋼水凝固過(guò)程中容易發(fā)生偏析，尤其Mn含量較高時(shí)，不僅會(huì)造成澆鑄操作困難，而且容易與C、P、S、Mo、Cr等元素發(fā)生共軛偏析現(xiàn)象，尤其鋼中C含量較高時(shí)，加重鑄坯中心部位的偏析與疏松，嚴(yán)重的鑄坯中心區(qū)域偏析在后續(xù)的軋制、熱處理及焊接過(guò)程中易形成異常組織，導(dǎo)致調(diào)質(zhì)鋼板低溫韌性低下和焊接接頭出現(xiàn)裂紋；因此根據(jù)C含量范圍，選擇適宜的Mn含量范圍對(duì)于特厚調(diào)質(zhì)鋼板極其必要，根據(jù)本發(fā)明鋼成分體系及C含量為0. 06% 0. 10%，適合Mn含量為1.00% 1. 40%，且C含量高時(shí)，Mn含量適當(dāng)降低，反之亦然；且C含量低時(shí)，Mn含量適當(dāng)提高。Si，促進(jìn)鋼水脫氧并能夠提高鋼板強(qiáng)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(qiáng)度，但是Si嚴(yán)重?fù)p害鋼板(尤其高強(qiáng)調(diào)質(zhì)鋼板)的低溫韌性、延伸率及焊接性，尤其在較大線能量焊接、多道次焊接條件下，Si不僅促進(jìn)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(yán)重?fù)p害焊接熱影響區(qū)(HAZ)韌性和焊接接頭SR性能，因此鋼中的Si含量應(yīng)盡可能控制得低，考慮到煉鋼過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性和可操作性， Si含量控制在0. 15%以下。P，作為鋼中有害夾雜對(duì)鋼板的機(jī)械性能，尤其低溫沖擊韌性、延伸率、焊接性及焊接接頭SR性能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，對(duì)于要求優(yōu)良焊接性、-40°C韌性及優(yōu)良強(qiáng)韌性匹配的特厚調(diào)質(zhì)鋼板，P含量需要控制在彡 0. 013%。S，作為鋼中有害夾雜對(duì)鋼板的低溫韌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，在熱軋過(guò)程中，MnS的可塑性使MnS沿軋向延伸，形成沿軋向MnS夾雜物帶，嚴(yán)重?fù)p害鋼板的低溫沖擊韌性、延伸率、Z向性能、焊接性及焊接接頭SR性能，同時(shí)S還是熱軋過(guò)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、煉鋼成本和物流順暢原則，對(duì)于要求優(yōu)良焊接性、-40°C韌性及優(yōu)良強(qiáng)韌性匹配的特厚調(diào)質(zhì)鋼板，S含量需要控制在< 0. 0030%。Cr,作為弱碳化物形成元素，添加Cr不僅提高鋼板的淬透性、促進(jìn)馬氏體/貝氏體形成，而且馬氏體/貝氏體板條間位向差增大，增大裂紋穿過(guò)馬氏體/貝氏體晶團(tuán)的阻力， 在提高鋼板強(qiáng)度的同時(shí)，具有一定的改善鋼板韌性之作用；但是當(dāng)Cr添加量過(guò)多時(shí)，嚴(yán)重?fù)p害鋼板的焊接性，尤其焊接接頭SR性能；但是對(duì)于超厚60公斤級(jí)調(diào)質(zhì)鋼板，必須有一定的Cr含量，以保證鋼板具有足夠的淬透性；因此Cr含量控制在0. 15% 0. 45%之間。添加Mo，提高鋼板的淬透性，促進(jìn)馬氏體/貝氏體形成，但是Mo作為強(qiáng)碳化物形成元素，在促進(jìn)馬氏體/貝氏體形成的同時(shí)，增大馬氏體/貝氏體晶團(tuán)的尺寸且形成的馬氏體/貝氏體板條間位向差很小，減小裂紋穿過(guò)馬氏體/貝氏體晶團(tuán)的阻力；因此Mo在大幅度提高調(diào)質(zhì)鋼板強(qiáng)度的同時(shí)，降低了調(diào)質(zhì)鋼板的低溫韌性和延伸率；并且當(dāng)Mo添加過(guò)多時(shí)，不僅嚴(yán)重?fù)p害鋼板的延伸率、焊接性及焊接接頭SR性能，而且增加鋼板SR脆性和生產(chǎn)成本；但是對(duì)于超厚60公斤級(jí)調(diào)質(zhì)鋼板，必須有一定的Mo含量，以保證鋼板具有足夠的淬透性與抗回火軟化性。因此綜合考慮Mo的相變強(qiáng)化作用及對(duì)母材鋼板低溫韌性、延伸率和焊接性的影響，Mo含量控制在0. 20% 0. 50%之間。添加Ni，不僅可以提高鐵素體相中位錯(cuò)可動(dòng)性，促進(jìn)位錯(cuò)交滑移，而且增大馬氏體 /貝氏體板條間位向差；Ni作為奧氏體穩(wěn)定化元素，降低Ar3點(diǎn)溫度，細(xì)化馬氏體/貝氏體晶團(tuán)尺寸，因此M具有同時(shí)提高調(diào)質(zhì)鋼板強(qiáng)度、延伸率和低溫韌性的功能；鋼中加M還可以降低含銅鋼的銅脆現(xiàn)象，減輕熱軋過(guò)程的晶間開(kāi)裂，提高鋼板的耐大氣腐蝕性。因此從理論上講，鋼中M含量在一定范圍內(nèi)越高越好，但是過(guò)高的M含量會(huì)硬化焊接熱影響區(qū)，對(duì)鋼板的焊接性及焊接接頭SR性能不利；但是對(duì)于超厚60公斤級(jí)調(diào)質(zhì)鋼板，必須有足夠的 Ni含量，以保證鋼板具有足夠的淬透性、板厚方向性能均勻的同時(shí)，確保鋼板的低溫韌性； 因此，Ni含量控制在0. 50% 1. 00%之間，以確保鋼板的淬透性和鋼板的強(qiáng)韌性水平而不損害鋼板的焊接性。Cu,也是奧氏體穩(wěn)定化元素，添加Cu也可以降低Ar3點(diǎn)溫度，提高鋼板的淬透性和鋼板的耐大氣腐蝕性；但是Cu添加量過(guò)多，高于0. 45%，容易造成銅脆、鑄坯表面龜裂、內(nèi)裂問(wèn)題及尤其特厚鋼板焊接接頭SR性能劣化；對(duì)于60公斤級(jí)超厚調(diào)質(zhì)鋼板而言，Cu添加量過(guò)少，低于0. 15%，所起任何作用較?。灰虼薈u含量控制在0. 15% 0. 45%之間；Cu,Ni 復(fù)合添加除降低含銅鋼的銅脆現(xiàn)象、減輕熱軋過(guò)程的晶間開(kāi)裂之作用外，更重要的是Cu、Ni 均為奧氏體穩(wěn)定化元素，Cu、Ni復(fù)合添加可以大幅度降低Ar3,提高奧氏體向鐵素體相變的驅(qū)動(dòng)力，導(dǎo)致馬氏體/貝氏體板條可以向各個(gè)位向長(zhǎng)大，導(dǎo)致馬氏體/貝氏體板條間位向差變大，增加裂紋穿過(guò)馬氏體/貝氏體板條的阻力。B含量控制在0. 0006% 0. 0014%之間，確保鋼板淬透性的同時(shí)，不損害鋼板的
焊接性、HAZ韌性及板坯表面質(zhì)量。
Ti含量在0. 006% 0. 012%之間，抑制均熱和熱軋過(guò)程中奧氏體晶粒過(guò)分長(zhǎng)大， 改善鋼板低溫韌性，更重要的是抑制焊接過(guò)程中HAZ晶粒長(zhǎng)大，改善HAZ韌性，消除固溶N， 保護(hù)鋼中固溶B ；此外Ti含量超過(guò)0. 011 %時(shí)，采用模鑄澆注時(shí)，形成的TiN粒子不僅較多而且較為粗大，具有促進(jìn)鐵素體形成，嚴(yán)重影響鋼板中心部位的淬透性。鋼中的Als能夠固定鋼中的自由[N]，除降低焊接熱影響區(qū)(HAZ)自由[N]，改善焊接HAZ的低溫韌性作用之外，更重要的是保證鋼中具有一定的固溶B、改善鋼板淬透性； 因此Als下限控制在0. 045% ；但是鋼中加入過(guò)量的Als不但會(huì)造成澆鑄困難，而且會(huì)在鋼中形成大量彌散的針狀A(yù)l2O3夾雜物，損害鋼板內(nèi)質(zhì)健全性、低溫韌性和焊接性，因此Als上限控制在0. 070%。采用模鑄澆注時(shí)，鋼中的N含量控制難度較大，為了確保鋼板中固溶[B]的存在及防止大量AlN沿原奧氏體晶界析出，損害鋼板的沖擊韌性尤其橫向低溫沖擊韌性，鋼中的N 含量不得超過(guò)0. 0065%。鋼中添加微量的Nb元素目的是進(jìn)行未再結(jié)晶控制軋制、細(xì)化鋼板顯微組織尤其鋼板芯部顯微組織，提高超厚調(diào)質(zhì)鋼板強(qiáng)度、韌性及沿板厚方向性能的均勻性，當(dāng)Nb添加量低于0. 008%時(shí)，除不能有效發(fā)揮的控軋作用；當(dāng)Nb添加量超過(guò)0. 030%時(shí)，大線能量焊接條件下誘發(fā)上貝氏體(Bu)形成和Nb (C，N) 二次析出脆化作用，嚴(yán)重?fù)p害大線能量焊接熱影響區(qū)(HAZ)的低溫韌性，因此Nb含量控制在0. 008% 0. 030%之間，獲得最佳的控軋效果、實(shí)現(xiàn)超厚調(diào)質(zhì)鋼板強(qiáng)韌性/強(qiáng)塑性匹配的同時(shí)，又不損害大線能量焊接及多道次焊接 HAZ的韌性。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(guò)V (C，N)在貝氏體/馬氏體板條中析出，提高調(diào)質(zhì)鋼板的強(qiáng)度。V添加過(guò)少，低于0. 030%，析出的V(C，N)太少，不能有效提高超厚調(diào)質(zhì)鋼板的強(qiáng)度；V添加量過(guò)多，高于0. 060%，損害鋼板低溫韌性、延伸率、焊接性及焊接SR性能。對(duì)鋼進(jìn)行Ca處理，一方面可以進(jìn)一步純潔鋼液，另一方面對(duì)鋼中硫化物進(jìn)行變性處理，使之變成不可變形的、穩(wěn)定細(xì)小的球狀硫化物、抑制S的熱脆性、提高鋼板的低溫韌性、延伸率及Z向性能、改善鋼板韌性的各向異性。Ca加入量的多少，取決于鋼中S含量的高低，Ca加入量過(guò)低，處理效果不大；Ca加入量過(guò)高，形成Ca(0，S)尺寸過(guò)大，脆性也增大， 可成為斷裂裂紋起始點(diǎn)，降低鋼的低溫韌性和延伸率，同時(shí)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Ca含量的合適范圍為 0. 0010% 0. 0050%。本發(fā)明抗拉強(qiáng)度60公斤級(jí)超厚調(diào)質(zhì)鋼板的制造方法，1、冶煉、澆鑄根據(jù)本發(fā)明的成分體系及厚度規(guī)格，采用模鑄澆鑄，鋼包澆注過(guò)熱度△ T控制在 30°C 60°C，本體澆鑄速度控制在3. 0噸/min 4. 0噸/min,冒口補(bǔ)注時(shí)間5min 8min， 以改善板坯內(nèi)部偏析、減少內(nèi)部夾雜物。2、軋制，為確保超厚調(diào)質(zhì)鋼板中心疏松焊合，鋼板中心部位顯微組織均勻，鋼板總壓縮比(板坯厚度/成品鋼板厚度)彡3. 0 ；第一階段為普通軋制，為保證加熱及軋制過(guò)程中發(fā)生[Al]+BN — AlN+[B]，確保鋼中固溶[B]≥5ppm，板坯加熱溫度控制在1100°C 1200°C之間；至少有2個(gè)道次采用低速大壓下軋制，鋼板軋制速度控制在彡1. 5m/sec.，軋制形狀因子(Δ H/R) “2彡0. 20，其中Δ H 為道次壓下量，R為工作輥輥徑，以保證板坯內(nèi)部疏松、凝固縮孔焊合、鋼板中心部位顯微組織均勻。第二階段采用控制軋制，控軋開(kāi)軋溫度≤900°C，軋制道次壓下率彡8%，累計(jì)壓下率彡30%，終軋溫度< 850°C，細(xì)化奧氏體晶粒尺寸，尤其鋼板芯部的晶粒尺寸，改善超厚調(diào)質(zhì)鋼板強(qiáng)韌性匹配。3、冷卻，鋼板從停冷結(jié)束到入緩冷坑保溫之間的間隔時(shí)間不大于60min，保溫工藝為鋼板溫度表面大于300°C的條件下至少保溫48小時(shí)，保證超厚鋼板脫氫充分，防止產(chǎn)生氫致裂紋。4、熱處理鋼板采用兩次淬火+回火工藝進(jìn)行生產(chǎn)，第一淬火溫度為900 930°C，淬火保持時(shí)間彡20min，第二淬火溫度為880 910°C，淬火保持時(shí)間彡20min，淬火保持時(shí)間為鋼板中心溫度達(dá)到淬火目標(biāo)溫度時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)的保溫時(shí)間。鋼板回火溫度(板溫)為590 650°C，鋼板相對(duì)較薄時(shí)回火溫度偏上限、鋼板相對(duì)較厚時(shí)回火溫度偏下限，回火保持時(shí)間> (0. 65 1. 0) X成品鋼板厚度，回火保持時(shí)間為鋼板中心溫度達(dá)到回火目標(biāo)溫度時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)的保溫時(shí)間，時(shí)間單位為min;回火結(jié)束后鋼板自然空冷至室溫。本發(fā)明的有益效果在獲得優(yōu)良60公斤級(jí)超厚(》100mm)高強(qiáng)度高韌性調(diào)質(zhì)鋼板強(qiáng)韌性、強(qiáng)塑性匹配的同時(shí)，鋼板的焊接工藝性也同樣優(yōu)異，并成功地解決了低淬透性組織的超厚調(diào)質(zhì)鋼板沿鋼板厚度方向強(qiáng)韌性不均勻的問(wèn)題，提高了大型重鋼結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性、抗疲勞性能；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(shí)間，為用戶創(chuàng)造了巨大的價(jià)值，因而此類(lèi)鋼板不僅是高附加值、綠色環(huán)保性的產(chǎn)品，更重要的是形成了具有寶鋼特色的高技術(shù)、高附加值厚板核心制造技術(shù)，提升了寶鋼的品牌形象和核心競(jìng)爭(zhēng)力。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例3鋼的顯微組織(1/2厚度)照片；圖2為本發(fā)明實(shí)施例3鋼的顯微組織(1/4厚度)照片。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。本發(fā)明實(shí)施例成分參見(jiàn)表1，表2 表4為本發(fā)明制造方法，表5所示為實(shí)施例鋼板性能。從圖1、圖2可以看出，沿鋼板厚度方向(如板厚1/4、板厚1/2)顯微組織單一貝氏體，貝氏體晶團(tuán)細(xì)小均勻，平均晶團(tuán)尺寸< 25 μ m從表5可以看出，鋼板綜合力學(xué)性能優(yōu)良，即鋼板具有優(yōu)良的強(qiáng)韌性、強(qiáng)塑性匹配，模擬大限能量焊接熱影響區(qū)(HAZ)，低溫韌性?xún)?yōu)異。綜上所述，本發(fā)明就是要通過(guò)鋼板合金元素的組合設(shè)計(jì)、控制軋制與特殊調(diào)質(zhì)工藝相結(jié)合，在獲得優(yōu)良超厚(> IOOmm)調(diào)質(zhì)鋼板強(qiáng)度、低溫韌性及強(qiáng)韌性匹配的同時(shí)，鋼板的焊接性也同樣優(yōu)異，并成功地解決了特厚調(diào)質(zhì)鋼板沿鋼板厚度方向強(qiáng)韌性不均勻的問(wèn)題，而且提高了鋼結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性、抗疲勞性能；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(shí)間，為用戶創(chuàng)造了巨大的價(jià)值，因而此類(lèi)鋼板不僅是高附加值、綠色環(huán)保性的產(chǎn)品，更重要的是形成了具有寶鋼特色的高技術(shù)、高附加值厚板核心制造技術(shù)，提升了寶鋼的品牌形象和核心競(jìng)爭(zhēng)力。本發(fā)明抗 拉強(qiáng)度60公斤級(jí)超厚調(diào)質(zhì)鋼板主要用作制造水電工程的壓力水管、渦殼、大型工程機(jī)械結(jié)構(gòu)及海洋石油平臺(tái)，是重大國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的關(guān)鍵材料，目前國(guó)內(nèi)各大鋼廠(除寶鋼以外)只能生產(chǎn)IOOmm以下的鋼板，國(guó)內(nèi)大型水利發(fā)電工程項(xiàng)目及水輪機(jī)制造單位所需超厚、抗拉強(qiáng)度60公斤級(jí)調(diào)質(zhì)鋼板均從日本和德國(guó)進(jìn)口 ；不僅鋼板進(jìn)口價(jià)格昂貴，而且交貨期無(wú)法保證，迫使用戶在設(shè)計(jì)圖紙出來(lái)前，提前訂購(gòu)具有一定尺寸余量鋼板， 以便設(shè)計(jì)圖紙出來(lái)后，根據(jù)設(shè)計(jì)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(fèi)?？估瓘?qiáng)度60公斤級(jí)超厚調(diào)質(zhì)鋼板對(duì)于我國(guó)還屬于一種全新的鋼種。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，建設(shè)節(jié)約型和諧社會(huì)的要求，國(guó)家基礎(chǔ)工程建設(shè)、能源工程建設(shè)、海洋開(kāi)發(fā)建設(shè)及建設(shè)所需的大型裝備制造開(kāi)發(fā)已擺到日事議程，作為戰(zhàn)略性基礎(chǔ)材料——抗拉強(qiáng)度60 公斤級(jí)超厚調(diào)質(zhì)鋼板具有廣闊的市場(chǎng)前景。
權(quán)利要求
1.抗拉強(qiáng)度60公斤級(jí)超厚調(diào)質(zhì)鋼板，其成分重量百分比為 C 0. 06% 0. 10%Mn 1. 00% 1. 40%Si ^ 0. 15%P 彡 0. 013%S ^ 0. 0030%Cr 0. 15% 0. 45%Mo 0. 20% 0. 50%Ni 0. 50% 1. 00%Cu 0. 15% 0. 45%B 0. 0006% 0. 0014%Ti 0. 006% 0. 012%Als 0. 045% 0. 070%N 0. 0020% 0. 0065%Nb 0. 008% 0. 030%V 0. 030% 0. 060%Ca 0. 001% 0. 005%其余為鐵和不可避免的夾雜；且上述元素含量必須同時(shí)滿足如下關(guān)系C、Mn當(dāng)量之間的關(guān)系(Mn當(dāng)量)/C彡15，其中Mn當(dāng)量= Μη+0. 74Ν +0. 16Cu+0. 22Cr-0. 73Mo ；Als、Ti 與 N 之間的關(guān)系=Als 彡(Mn 當(dāng)量 /C) X (Ntotal-O. 292Τ )； Ni 當(dāng)量=Ni+0. 37Mn+0. 18Cu_l. 33Si_0. 89A1 ^ 0. 90% ； Mo 當(dāng)量=Mo+0. 27Cr+l. 05V-0. 57Cu_0. 073Mn ^ 0. 25% ； Nb/Ti 在 1. 0 2. 5 ;Ca 與 S 關(guān)系:Ca/S 在 0· 80 3· 00，且 5 X 1(Γ4 ( (Ca) (S) 0 2· 5 X 1(Γ3 ； 有效淬透性指數(shù)Deff = FXDI彡0. 65Xt，其中F為硼鋼淬透性因子，當(dāng)鋼中存在固溶[B]時(shí)且[B]彡 5ppm 時(shí)，F(xiàn) 取 1.2 ;t 為成品鋼板厚度(mm) ；DI = 0. 367C°_5(1+0. 7Si) (1+3. 33Mn) (1+0. 35Cu) (1+0. 36Ni) (1+2. 16Cr) (l+3Mo) (1+1. 75V) (1+1. 77A1) X 25. 4 (mm)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗拉強(qiáng)度60公斤級(jí)超厚調(diào)質(zhì)鋼板的制造方法，包括如下步驟1)冶煉、澆鑄，按權(quán)利要求1所述成分冶煉，采用模鑄澆鑄，鋼包澆注過(guò)熱度Δ T控制在30°C 60°C， 本體澆鑄速度控制在3. 0噸/min 4. 0噸/min,冒口補(bǔ)注時(shí)間5min 8min ；2)車(chē)L制，鋼板總壓縮比(板坯厚度/成品鋼板厚度)>3. 0 ；第一階段為普通軋制，板坯加熱溫度控制在1100°c 1200°C之間；至少有2個(gè)道次采用低速大壓下軋制，鋼板軋制速度控制在彡1. 5m/sec.，軋制形狀因子(ΔΗ/R)"2彡0. 20， 其中Δ H為道次壓下量，R為工作輥輥徑；第二階段采用控制軋制，控軋開(kāi)軋溫度彡900°C，軋制道次壓下率彡8%，累計(jì)壓下率≥30%，終軋溫度≤850 0C ；3)冷卻，鋼板從停冷結(jié)束到入緩冷坑保溫之間的間隔時(shí)間不大于60min，保溫工藝為鋼板溫度表面大于300°C的條件下至少保溫48小時(shí)；4)熱處理鋼板采用兩次淬火+回火工藝進(jìn)行生產(chǎn)，第一淬火溫度為900 930°C，淬火保持時(shí)間≥20min，第二淬火溫度為880 910°C，淬火保持時(shí)間≥20min，淬火保持時(shí)間為鋼板中心溫度達(dá)到淬火目標(biāo)溫度時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)的保溫時(shí)間；鋼板回火溫度(板溫)為590 650°C，回火保持時(shí)間≥(0. 65 1. 0) X成品鋼板厚度(mm)，回火保持時(shí)間為鋼板中心溫度達(dá)到回火目標(biāo)溫度時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)的保溫時(shí)間，時(shí)間單位為min ；回火結(jié)束后鋼板自然空冷至室溫。
全文摘要
抗拉強(qiáng)度60公斤級(jí)超厚調(diào)質(zhì)鋼板及其制造方法，采用低C-Mn-(Ti+Nb+V+B)微合金鋼的成分體系作為基礎(chǔ)，適當(dāng)提高鋼中酸溶Als含量且Als≥(Mn當(dāng)量/C)×(Ntotal-0.292Ti)、控制(Mn當(dāng)量)/C≥15、(Cu+Ni+Mo+Cr)合金化、Ni當(dāng)量≥0.90％、Mo當(dāng)量≥0.25％、Nb/Ti控制在1.0～2.5之間、Ca處理且Ca/S比在0.80～3.00之間且(Ca)×(S)0.18≤2.5×10-3、控制F×DI指數(shù)≥0.65×成品鋼板厚度等手段，優(yōu)化控制軋制+離線特殊調(diào)質(zhì)工藝，使成品鋼板顯微組織為細(xì)小回火貝氏體+回火馬氏體，平均晶團(tuán)尺寸在25μm以下，獲得優(yōu)良的強(qiáng)韌性/強(qiáng)塑性匹配，且沿板厚方向力學(xué)性能均勻，特別適用于水電壓力水管、渦殼、海洋平臺(tái)、大型工程機(jī)械等大型鋼結(jié)構(gòu)及設(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)。
文檔編號(hào)C22C38/50GK102168227SQ20101011383
公開(kāi)日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2010年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月25日
發(fā)明者劉自成, 李先聚 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司