專利名稱：一種800MPa級(jí)低屈強(qiáng)比結(jié)構(gòu)鋼板及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋼鐵材料技術(shù)，具體的本發(fā)明涉及低碳高強(qiáng)度鋼鐵材料技術(shù)，更具體的本發(fā)明涉及一種SOOMPa級(jí)低屈強(qiáng)比鋼板生產(chǎn)技術(shù)。
背景技術(shù)：
隨著低碳低合金高強(qiáng)度鋼的不斷發(fā)展，其已經(jīng)成為最為重要的結(jié)構(gòu)材料，同時(shí) 隨著設(shè)計(jì)及焊接工藝的不斷發(fā)展，大型鋼結(jié)構(gòu)已經(jīng)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，從而對(duì)結(jié) 構(gòu)鋼提出更高的要求，不但從強(qiáng)度、韌性等基本指標(biāo)，同時(shí)包括焊接性能、彎曲性能、 屈強(qiáng)比等指標(biāo)提出了更高的要求。在大型鋼結(jié)構(gòu)和安全系數(shù)要求較高的構(gòu)件中對(duì)鋼板的 強(qiáng)度和屈強(qiáng)比都有很高的要求。通過成分、軋制與熱處理工藝的改進(jìn)和創(chuàng)新，從而使得 組織控制更為精確有效，從而獲得更高的強(qiáng)韌性、更低的屈強(qiáng)比以及更好的焊接性能。對(duì)比文件1:專利號(hào)為200410084699.0的中國(guó)發(fā)明專利公開說明了一種低屈 強(qiáng)比易焊接結(jié)構(gòu)鋼厚板及其生產(chǎn)方法，該結(jié)構(gòu)鋼采用高Si-Mn-Ni-Ti系合金設(shè)計(jì)，C: 0.01 0.10% wt、Si 1.00 1.50% wt、Mn 0.80 1.10 % wt、Ni 0.30 3.20 % wt、Ti: 0.01 -0.15% wt；鋼板終軋結(jié)束后等待30 120s，溫度至700 750°C后進(jìn)入 加速冷卻裝置，終冷溫度至350 500°C ；鋼的顯微組織為鐵素體+貝氏體。該鋼添加 含量較多的Ni合金，成本較高；終軋結(jié)束至冷卻開始之間，鋼需要等到至一定的開冷溫 度，會(huì)影響生產(chǎn)節(jié)奏，降低生產(chǎn)效率。對(duì)比文件2:專利號(hào)為200410096795.7的中國(guó)發(fā)明專利“一種高抗拉強(qiáng)度 高韌性低屈強(qiáng)比貝氏體鋼及其生產(chǎn)方法”中公開了一種具有低屈強(qiáng)比的高強(qiáng)度貝氏體 鋼板的生產(chǎn)方法。該鋼板采用Mn-Mo-Cu-Ni-Nb-Ti-B的合金體系，采用轉(zhuǎn)爐深脫 碳-RH-LF-連續(xù)鑄造-TMCP-RPC-亞溫淬火的工藝進(jìn)行生產(chǎn)。采用此工藝生產(chǎn)的鋼板 中的Cu含量為0.4 0.6% wt，Mo含量為0.2 0.5% wt。較高的合金添加量不但提高 了鋼板的制造成本，同時(shí)也提高了鋼板的Pcm值，從而提高了焊接難度。對(duì)比文件3:申請(qǐng)?zhí)枮?00710039741.0的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公布說明書“一種 低屈強(qiáng)比可大線能量焊接高強(qiáng)高韌性鋼板及其制造方法”公開了一種可用于大線能量焊 接的低屈強(qiáng)比鋼板的生產(chǎn)方法。該結(jié)構(gòu)鋼采用低C-高M(jìn)n-Nb-Ti微合金成分設(shè)計(jì)體系， 采用熱機(jī)械軋制+層流加速冷卻工藝生產(chǎn)的鋼板其屈強(qiáng)比在0.81 0.82，較本方法生產(chǎn) 的屈強(qiáng)比高。對(duì)比文件4:申請(qǐng)?zhí)枮?00810304030.6的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公布說明書“一種 高強(qiáng)度耐大氣腐蝕熱軋帶鋼及其生產(chǎn)方法”公開了一種低屈強(qiáng)比熱軋板卷的生產(chǎn)方法。 該鋼板采用熱連軋工藝進(jìn)行生產(chǎn)，與本專利申請(qǐng)中所述的中厚板生產(chǎn)方法所采用的生產(chǎn) 方法完全不同。對(duì)比文件5:申請(qǐng)?zhí)枮?00810174556.7的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公布說明書“焊接 熱影響部和母材的低溫韌性優(yōu)異的低屈強(qiáng)比高張力鋼板及其制造方法”中公開了一種具 有優(yōu)良低溫韌性的低屈強(qiáng)比鋼板的制造方法。該鋼板采用C-Si-Mn-B的合金體系，采用Cu/Ni和Cr/Mo微合金化方式，通過熱機(jī)械軋制之后空冷620 720°C然后再加速冷卻至350 450°C隨后繼續(xù)空冷的方式進(jìn)行生產(chǎn)。鋼板屈服強(qiáng)度≤440MPa，抗拉強(qiáng)度 ≥540MPa。采用這種生產(chǎn)方式將大大影響生產(chǎn)節(jié)奏，降低生產(chǎn)效率，同時(shí)其鋼板整體強(qiáng) 度指標(biāo)均較低。對(duì)比文件6:申請(qǐng)?zhí)枮?00710042357.6的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公布說明書“具有 優(yōu)良焊接性的低屈強(qiáng)比HT780鋼板及其制造方法”中公開了一種抗拉強(qiáng)度SSOMPa的低 屈強(qiáng)比鋼板的制造方法。該方法中采用碳-中錳-高鋁配合Cr、Mo、Cu、Ni合金化以 及Nb、V、Ti、B微合金化的成分體系，其成分中Cu含量為0.28 0.51% wt; Ni含量為 0.74 ~ 1.20% wt, Mo 含量為 0.33 0.46% wt，Cr 含量為 0.43 0.90% wt。采用熱機(jī) 械軋制+兩相區(qū)正火+回火工藝進(jìn)行生產(chǎn)。其屈服強(qiáng)度≥650MPa，抗拉強(qiáng)度≥80MPa。 其合金添加量較高，采用生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)較多，均增加了鋼板的生產(chǎn)成本。對(duì)比文件7:申請(qǐng)?zhí)枮?00710011049.1的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公布說明書“一種 590MPa級(jí)低屈強(qiáng)比低碳當(dāng)量建筑用鋼板的制造方法”中公開了一種抗拉強(qiáng)度為590MPa 的建筑用鋼板的制造方法。該鋼板采用重量百分比為0.15% C-Mn-Nb-V的成分設(shè)計(jì)， 通過熱機(jī)械軋制以及淬火+回火工藝生產(chǎn)。其生產(chǎn)工序較多，周期較長(zhǎng)，同時(shí)其抗拉 >590MPa。對(duì)比文件8:申請(qǐng)?zhí)枮?00710011049.1的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公布說明書“一種 高強(qiáng)度低屈強(qiáng)比焊接結(jié)構(gòu)鋼及其生產(chǎn)方法”中空開了高強(qiáng)度低屈強(qiáng)比結(jié)構(gòu)鋼板的生產(chǎn)方 法。該鋼板采用低碳_高硅-高錳配合Cu+Ni+Cr合金化以及Nb+V+B微合金化的合金 設(shè)計(jì)體系，采用熱機(jī)械軋制工藝進(jìn)行生產(chǎn)。采用該方法進(jìn)行生產(chǎn)的鋼板由于Si含量達(dá)到 0.6 2.0% wt、Mn含量達(dá)到1.5 2.5% wt,因而會(huì)造成鋼板在連鑄過程中容易出現(xiàn)表 面缺陷。同時(shí)由于加入大量合金，造成鋼板成本偏高。目前低屈強(qiáng)比鋼板主要采用控制軋制或者兩相區(qū)淬火+回火方式生產(chǎn)，成 分體系主要也是由生產(chǎn)工藝決定的。采用熱機(jī)械軋制工藝進(jìn)行生產(chǎn)的鋼板主要采用 C-Mn-Nb-V-Ti的成分體系，其合金成本及生產(chǎn)成本均較低，但鋼板整體強(qiáng)度等級(jí)也較 低，如對(duì)比文件1、3。采用淬火+回火方式生產(chǎn)的鋼板主要添加Cr-Mo-Cu-Ni的貴重 合金元素作為淬透性元素，但目前的鋼種中Mo、Ni等元素添加含量較高，不利于焊接性 能，同時(shí)也增加了生產(chǎn)成本，如對(duì)比文件2、6、7、8?；蛘卟捎锰厥獾能堉品椒?，如對(duì) 比文件2、5通過入水前空冷等方法，這樣嚴(yán)重影響鋼板生產(chǎn)節(jié)奏?；蛘咂涑煞止に噧H適 用于熱連軋工藝生產(chǎn)較薄規(guī)格鋼板的情況，如對(duì)比文件4。

發(fā)明內(nèi)容
1.本發(fā)明所述鋼板的成分范圍如下:C 0.045 0.075% wt、Si: 0.30 — 0.55% wt、Mn: 1.55 1.95% wt、P ≤0.01% wt、 S ≤0.0025% wt 、Alt 0.012 0.035% wt、Cr 0.15 0.25 % wt、Mo 0.15 0.3 % wt、Cu 0.2 0.4 % wt、Ni 0.2 0.4% wt 。 Nb: 0.008 0.04% wt、V 0.008 0.04% wt、Ti: 0.008 0.03% wt、B 0.0008 0.0015% wt余量為Fe及不可避免的夾雜。具體各元素所起的冶金學(xué)作用如下C 提供鋼強(qiáng)度最為有效的元素，擴(kuò)大奧氏體相區(qū)元素。本成分設(shè)計(jì)的鋼板主要設(shè)計(jì)原理是在熱處理期間通過C擴(kuò)散的方式形成一定量的回火奧氏體，因此鋼中需要 保證一定量的C元素。但如果C含量過高，回火過程中生成的奧氏體比例增加，將降低 奧氏體的穩(wěn)定性；或者奧氏體中偏聚的碳含量過高引起在之后降溫過程中的高碳馬氏體 分解，這兩點(diǎn)均會(huì)改變鋼板的力學(xué)性能。同時(shí)C含量增加也惡化的鋼板的焊接性能，尤 其是大線能量焊接情況下HAZ的韌性。同時(shí)當(dāng)C含量低于0.025% Wt時(shí)，造成Ar3點(diǎn) 明顯升高，奧氏體區(qū)縮小，對(duì)軋制要求提高，不利于生產(chǎn)；且Ar3點(diǎn)升高帶來(lái)鐵素體在 長(zhǎng)大傾向嚴(yán)重，不利于細(xì)化晶粒。Mn:有效的固溶強(qiáng)化元素及奧氏體形成元素，降低鋼 的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。由于Mn的加入擴(kuò)大了奧氏體相區(qū)，使得低碳鋼板可以在低溫控軋成 為可能，對(duì)于熱機(jī)械軋制鋼板來(lái)說Mn含量大于1.45% wt可以明顯降低終軋溫度，從而 細(xì)化晶粒達(dá)到提高強(qiáng)度的目的。由于Mn是奧氏體形成元素，因此在回火過程中促進(jìn)了 奧氏體的形成，并且由于Mn向奧氏體中偏聚，使得奧氏體在隨后的冷卻過程中穩(wěn)定化。 當(dāng)奧氏體中Mn含量高于2.2% wt時(shí)，可以明顯提高鋼的加工硬化能力。P: P含量增高會(huì)使得鋼冷脆傾向加大，同時(shí)P也會(huì)嚴(yán)重影響鋼板HAZ的韌性， 因此鋼中的P應(yīng)控制在0.01% Wt以下。S:在鋼中為有害夾雜元素，對(duì)鋼的低溫韌性危害很大。鋼中的MnS夾雜在熱 軋過程中沿軋制方向延伸，對(duì)鋼板橫向沖擊性能會(huì)產(chǎn)生巨大的負(fù)面影響。當(dāng)鋼中的Mn含 量高于1.75%時(shí)這個(gè)傾向尤為明顯。因此鋼中的S含量應(yīng)控制在0.0025% wt以下。Cr、Mo: Cr和Mo提高鋼板淬透性，使得鐵素體相變明顯右移，拓寬貝氏體相 變的冷速區(qū)間，促進(jìn)中溫轉(zhuǎn)變組織的形成，提高鋼板屈服強(qiáng)度。Mo元素與B元素相互 作用，更進(jìn)一步抑制了先析鐵素體的形成。當(dāng)Mo含量高于0.4% wt時(shí)，會(huì)促進(jìn)HAZ區(qū) 域內(nèi)形成粗大的下貝氏體組織，使得HAZ的韌性大幅度下降。Cu、Ni Cu和Ni均為奧氏體形成元素，在擴(kuò)大奧氏體相區(qū)的同時(shí)也在回火過 程中促進(jìn)了奧氏體的形成及穩(wěn)定化。Ni同時(shí)改善鋼的低溫韌性也提高鋼的強(qiáng)度，但是當(dāng) Ni含量過高時(shí)會(huì)使得鋼板的淬透性和淬硬性增加，使得鋼板HAZ韌性降低，惡化鋼板的 焊接性能。少量的Cu的加入可以明顯提高鋼的腐蝕電位，從而提高鋼材的耐腐蝕性能。 同時(shí)當(dāng)Cu的含量達(dá)到一定程度時(shí)，ε -Cu的析出物會(huì)提高鋼板的強(qiáng)度。但是Cu的含量 高于0.5% wt時(shí)，會(huì)引起鋼的熱脆現(xiàn)象，惡化鋼板表面質(zhì)量。一定量的Ni和Cu配合加 入可以改善這種現(xiàn)象。Nb鋼中固溶的Nb元素阻礙了高溫形變奧氏體的再結(jié)晶行為，擴(kuò)大奧氏體未 再結(jié)晶區(qū)域，拓寬二階段控制軋制的溫度范圍。同時(shí)Nb元素和B元素相互作用，抑制 了先析鐵素體的形成，進(jìn)一步拓寬了中溫轉(zhuǎn)變的溫度區(qū)間。Ti:由于鋼中加入B元素，因此必須把N控制在50個(gè)ppm以內(nèi)。Ti/N比值控 制在3.0 5.0左右比較合適。同時(shí)細(xì)小的TiN顆粒也可以提高鋼板的大線能量焊接性 能。 B鋼中的B和Mo、Nb等元素相互作用，可以強(qiáng)烈抑制先析鐵素體的形成，促 進(jìn)中溫轉(zhuǎn)變。同時(shí)少量的B元素在焊接時(shí)可以固定鋼中的自由N，可以減少N元素對(duì)鋼 板HAZ韌性的影響。本發(fā)明還提供了一種具有上述化學(xué)成分組成以及SOOMPa級(jí)低屈強(qiáng)比結(jié)構(gòu)鋼板的 制備方法，包括以下步驟
1)冶煉采用LF-RH雙聯(lián)工藝，保證鋼中N含量小于40ppm，O含量小于15ppm, H含量小于lppm。2)加熱采用1140°C 1190°C以保證鋼坯在軋制前晶粒均勻且細(xì)小。3)軋制采用兩階段控制軋制，控溫厚度大于或等于2倍成品厚度。4)冷卻鋼板精軋后采用在線加速冷卻，要求冷速大于12K/S，終止冷卻溫度 在550 650°C范圍內(nèi)；之后在空氣中自然冷卻。5)鋼板在需要在720°C 750°C范圍內(nèi)進(jìn)行回火處理，加熱時(shí)間1.5 2.5min/ mm ο該發(fā)明的有益效果是所生產(chǎn)的鋼板擁有高屈服強(qiáng)度功50MPa，高抗拉強(qiáng)度 >800MPa,低屈強(qiáng)比<0.70，同時(shí)具有優(yōu)良低溫沖擊性能、冷成型性能、以及焊接性 能。具體的實(shí)施方式以下具體案例來(lái)說明本發(fā)明的技術(shù)方案，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此案例1 鋼坯熔煉成分如下表1所示表1案例1所采用鋼坯成分，wt%
權(quán)利要求
1.一種SOOMPa級(jí)低屈強(qiáng)比結(jié)構(gòu)鋼板，其特征在于該鋼的化學(xué)成分按重量百分比 為 C 0.045 0.075 %、Si 0.30 0.55%、Mn 1.55 1.95 %、P <0.01 S <0.0025%, Alt 0.012 0.035%、Cr: 0.15 0.25%、Mo: 0.15 0.3%、Cu: 0.2 0.4 Ni 0.2 0.4 %、Nb 0.008 0.04 V 0.008 0.04 Ti 0.008 0.03%, B 0.0008 0.0015%余量為Fe及不可避免的夾雜。
2.如權(quán)利1中所述鋼板，其特征在于Nb+V+Th0.03、并且鋼板Pcm%=C+Si/30+ (Mn+Cu+Cr) /20+Mo/15+M/60+V/10+5B % <0.22 %。
3.生產(chǎn)如權(quán)利要求1、2所述鋼板的生產(chǎn)方法，其特征在于1)冶煉采用LF-RH雙聯(lián)工藝，保證鋼中N含量小于40ppm，O含量小于15ppm， H含量小于Ippm;2)加熱采用1140°C 1190°C以保證鋼坯在軋制前晶粒均勻且細(xì)小；3)軋制采用兩階段控制軋制，控溫厚度大于或等于2倍成品厚度；4)冷卻鋼板精軋后采用在線加速冷卻，要求冷速大于12K/s，終止冷卻溫度在 550 650°C范圍內(nèi)；之后在空氣中自然冷卻；5)熱處理鋼板在720°C 750°C范圍內(nèi)進(jìn)行回火處理，加熱時(shí)間1.5 2.5min/mm ο
全文摘要
本發(fā)明涉及一種800MPa級(jí)低屈強(qiáng)比結(jié)構(gòu)鋼板及其生產(chǎn)方法。該鋼的化學(xué)成分按重量百分比為C0.045～0.075％、Si0.30～0.55％、Mn1.55～1.95％、P≤0.01％、S≤0.0025％、Alt0.012～0.035％、Cr0.15～0.25％、Mo0.15～0.3％、Cu0.2～0.4％、Ni0.2～0.4％、Nb0.008～0.04％、V0.008～0.04％、Ti0.008～0.03％、B0.0008～0.0015％余量為Fe及不可避免的夾雜。該鋼使用RH真空處理，LF爐外精煉，全保護(hù)澆注，TMCP工藝，通過回火熱處理，生產(chǎn)具有低屈強(qiáng)比、高強(qiáng)度、高加工硬化率。該鋼板厚度規(guī)格為10～40mm，屈服強(qiáng)度≥550MPa，抗拉強(qiáng)度≥800MPa，屈強(qiáng)比＜0.70，同時(shí)具有優(yōu)良低溫沖擊性能、冷成型性能以及焊接性能。
文檔編號(hào)C22C38/58GK102011068SQ201010599469
公開日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2010年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月13日
發(fā)明者劉春明, 劉金剛, 張書淵, 鄒揚(yáng), 顧林豪 申請(qǐng)人:首鋼總公司