專利名稱：一種水電工程用易焊接調(diào)質(zhì)高強(qiáng)韌性鋼板及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋼冶煉技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種水電工程用易焊接調(diào)質(zhì)高強(qiáng)韌性鋼板及其生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
隨著中國現(xiàn)代化水平的提高和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，清潔化、綠色化水電工程發(fā)展前景廣闊。目前水電開發(fā)程度仍然較低，開發(fā)率不足17%，市場開發(fā)有著巨大的潛力。與此同時(shí)將帶動(dòng)國內(nèi)裝備制造、材料、冶金等行業(yè)實(shí)現(xiàn)長遠(yuǎn)發(fā)展。水電工程環(huán)境由于服役環(huán)境比較復(fù)雜，其對用鋼的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)要求極高，不僅要有高的強(qiáng)韌性能，而且還要有高的低溫沖擊韌性、良好的延展性、易焊接等性能。從目前的情況看，屈服強(qiáng)度620MPa級以下的水電工程用鋼基本實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化，并且占據(jù)了水電工程用鋼量的75%以上，而690MPa級以上鋼板的推廣是將來的發(fā)展趨勢，該厚度、強(qiáng)度級別鋼板的成功研 制，對于該級別鋼板的國產(chǎn)化及進(jìn)一步應(yīng)用都具有重要意義。專利號為CN 101451212B公開了一種高強(qiáng)度鋼板及其制備方法，通過對合金成分的合理設(shè)計(jì)，加上對制備工藝的控制，制得的鋼板具有較高的強(qiáng)度和較好的焊接性能。但是這種鋼板的低溫韌性相對較差，不能滿足水電工程復(fù)雜環(huán)境的使用。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種水電工程用易焊接調(diào)質(zhì)高強(qiáng)韌性鋼板及其生產(chǎn)方法，通過優(yōu)化鋼板的成分和制備工藝，以得到強(qiáng)度高、低溫韌性好、塑性及焊接性優(yōu)良，具備良好工藝性能的水電工程建設(shè)用鋼板。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案采用了一種水電工程用易焊接調(diào)質(zhì)高強(qiáng)韌性鋼板，由以下重量百分含量的化學(xué)成分組成C :0. 11% 0. 14%，Si :0. 15% 0. 25%，Mn :1. 05%"I. 45%, P^O. 010%, S^O. 005%, Ni 0. 40%"0. 50%, Cr 0. 40%"0. 50%,Mo 0. 359T0. 40%, Nb 0. 02%"0. 04%, V 0. 030%"0. 050%, Ti 0. 015%"0. 025%, Al
0.0209T0. 040%，余量為Fe和微量不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明的水電工程用易焊接調(diào)質(zhì)聞強(qiáng)朝性鋼板的最大厚度為120mm。同時(shí)，本發(fā)明的技術(shù)方案還采用了一種水電工程用易焊接調(diào)質(zhì)高強(qiáng)韌性鋼板的生產(chǎn)方法，包括如下步驟
(1)冶煉將含有以下重量百分比C :0. 11% 0. 14%, Si :0. 15% 0. 25%, Mn
1.05%"I. 45%, P^O. 010%, S^O. 005%, Ni 0. 40%"0. 50%, Cr 0. 40%"0. 50%, Mo 0. 359T0. 40%, Nb :0. 029^0. 04%, V :0. 0309^0. 050%, Ti :0. 0159^0. 025%, Al :0. 0209^0. 040%組分的鋼水先經(jīng)電爐冶煉，送入LF精煉爐精煉，當(dāng)鋼水的溫度達(dá)到或超過1650± 10°C時(shí)，轉(zhuǎn)入VD爐真空脫氣處理；
(2)連鑄采用25(T330mm斷面連鑄坯生產(chǎn)，澆注溫度為1535 1545°C，連鑄避風(fēng)堆垛緩冷，緩冷時(shí)間24h 48h ；(3)加熱鋼坯最高加熱溫度為122(Tl240°C，均熱溫度為120(Tl220°C，保溫5 6小
時(shí)；
(4)軋制采用再結(jié)晶區(qū)+未再結(jié)晶區(qū)兩個(gè)階段軋制工藝進(jìn)行軋制，第一階段軋制溫度為95(Tl00(rC，此階段單道次壓下率為15 25%，累計(jì)壓下率為35 45% ;第二階段軋制溫度為86(T900°C，累計(jì)壓下率為35飛0%，得到鋼板粗品；
(5)熱堆垛堆垛溫度60(T720°C，堆垛時(shí)間為48h ；
(6)熱處理對鋼板粗品進(jìn)行910±10°C加熱，保溫時(shí)間15 25min，淬火機(jī)在線淬火；回火溫度62(T650°C，保溫時(shí)間4. Omin/mm回火，得到調(diào)質(zhì)組織為回火索氏體+少量鐵素體+少量貝氏體的復(fù)合組織成品鋼板。步驟(I)所述的精煉時(shí)喂入Al線，真空脫氣處理前加入CaSi塊≥IOOkg/爐，真空度不大于66Pa，真空保持時(shí)間15 25min，并保證全程吹氬氣良好。步驟(6)所述的淬火機(jī)輥速2. Om/min,淬火介質(zhì)為水，上下集成管水量比0. 78。本發(fā)明鋼板采用的化學(xué)成分設(shè)計(jì)，C、Mn固溶強(qiáng)化；加入少量的Nb、V、Ti、Al細(xì)化晶粒；加入適量Cr、Mo控制少量組織形成；通過后續(xù)合理的熱處理工藝，得到復(fù)合組織，使鋼板具有良好的力學(xué)性能。鋼板各化學(xué)成分在本發(fā)明中的作用是
C :碳對鋼的屈服、抗拉強(qiáng)度、焊接性能產(chǎn)生顯著影響。碳通過間隙固溶能顯著提高鋼板強(qiáng)度，但碳含量過高，又會(huì)影響鋼的焊接性能及韌性。Si :在煉鋼過程中作為還原劑和脫氧劑，同時(shí)Si也能起到固溶強(qiáng)化作用，但硅含量過高時(shí)，會(huì)造成鋼的韌性下降，降低鋼的焊接性能。Mn:錳成本低廉，能增加鋼的韌性、強(qiáng)度和硬度，提高鋼的淬透性，改善鋼的熱加工性能；錳量過高，對于大厚度鋼板易出現(xiàn)中心偏析。P、S :在一般情況下，磷和硫都是鋼中有害元素，增加鋼的脆性。磷使焊接性能變壞，降低塑性，使冷彎性能變壞；硫降低鋼的延展性和韌性，在軋制時(shí)造成裂紋；因此應(yīng)盡量減少磷和硫在鋼中的含量。Al :鋁是鋼中常用的脫氧劑。鋼中加入少量的鋁，可細(xì)化晶粒，提高沖擊韌性。鋁還具有抗氧化性和抗腐蝕性能，過高則影響鋼的熱加工性能、焊接性能和切削加工性能。Nb:鈮的加入是為了促進(jìn)鋼軋制顯微組織的晶粒細(xì)化，可同時(shí)提高強(qiáng)度和韌性，鈮可在控軋過程中通過抑制奧氏體再結(jié)晶，有效的細(xì)化顯微組織，并通過析出強(qiáng)化基體，降低鋼的過熱敏感性及回火脆性。焊接過程中，鈮、硼原子的偏聚及析出可以阻礙加熱時(shí)奧氏體晶粒的粗化，并保證焊接后得到比較細(xì)小的熱影響區(qū)組織，改善焊接性能。V :釩是鋼的優(yōu)良脫氧劑。鋼中加釩可細(xì)化組織晶粒，提高強(qiáng)度和韌性。釩與碳形成的碳化物，在高溫高壓下可提高抗氫腐蝕能力。Ti 鈦是良好的脫氧劑。鋼種加Ti可與C、N元素形成Ti的碳化物、氮化物或碳氮化物，這些化合物具有好的晶粒細(xì)化效果。Ni :鎳溶于奧氏體，抑制奧氏體再結(jié)晶，細(xì)化奧氏體晶粒，提高鋼板低溫韌性。Cr、Mo :是中強(qiáng)碳化物形成元素，增加固溶體原子間結(jié)合力，降低鐵的自擴(kuò)散激活能，從而增加過冷奧氏體的穩(wěn)定性，抑制大量的先共析鐵素體析出，得到合適的少量鐵素體。同時(shí)，降低貝氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)，有利于少量貝氏體形成。
本發(fā)明通過合理的設(shè)計(jì)合金成分含量和制備工藝，采用淬火+回火的熱處理工藝，得到組織為回火索氏體+少量鐵素體+少量貝氏體的復(fù)合組織成品鋼板。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)①本發(fā)明鋼板中的碳及貴重合金含量較低，具有低碳當(dāng)量和低成本；②本發(fā)明采用淬火+回火的熱處理工藝，得到調(diào)質(zhì)組織為回火索氏體+少量鐵素體+少量貝氏體的優(yōu)化復(fù)合組織本發(fā)明鋼板的生產(chǎn)方法采用兩個(gè)階段控軋工藝，解決了軋機(jī)軋制壓力不足而造成的晶粒粗大不均勻的問題良好的焊接性，無冷彎裂紋高強(qiáng)韌性級別屈服強(qiáng)度在665MPa以上，抗拉強(qiáng)度在760MPa-930MPa之間；_40°C橫向沖擊功大于80焦耳，(TC時(shí)效橫向沖擊功大于100焦耳；鋼板延伸率大于17%，180度冷彎d=3a完好鋼板最大厚度可達(dá)到120mm。
具體實(shí)施方式

實(shí)施例I
本實(shí)施例的水電工程用易焊接調(diào)質(zhì)高強(qiáng)韌性鋼板，厚度為112mm，由以下重量百分比的組分熔煉而成C 0. 14%, Si 0. 25%, Mn :1. 29%, P :0. 009%, S :0. 001%, Al :0. 040%, Nb 0. 023%, V 0. 039%, Ni :0. 50%, Cr :0. 43%, Mo :0. 40%, Ti :0. 020%，余量為 Fe 和微量不可避免
的雜質(zhì)。本實(shí)施例的水電工程用易焊接調(diào)質(zhì)高強(qiáng)韌性鋼板的生產(chǎn)方法，步驟如下
(1)冶煉將含有以下重量百分比C :0. 14%, Si :0. 25%, Mn :1. 29%, P :0. 009%, S
0.001%, Al :0. 040%, Nb :0. 023%, V :0. 039%, Ni :0. 50%, Cr :0. 43%, Mo :0. 40%, Ti :0. 020% 組分的鋼水先經(jīng)電爐冶煉，送入LF精煉爐精煉，鋼水溫度達(dá)到或超過1650°C時(shí)轉(zhuǎn)入VD爐真空脫氣處理，真空度為66Pa，真空保持時(shí)間25min，真空前加入CaSi塊> IOOkg/爐，排出鋼水中的非金屬夾雜物、有害元素，保證鋼水的純凈，并喂Al線調(diào)整Al含量，且要保證全程吹氬氣良好；
(2)連鑄采用330mm斷面連鑄坯生產(chǎn)，澆注溫度為1540°C，連鑄避風(fēng)堆垛緩冷，緩冷時(shí)間28小時(shí)；
(3)加熱鋼坯加熱溫度最高1240°C，均熱溫度1220°C，保溫6小時(shí)；
(4)軋制采用再結(jié)晶區(qū)+未再結(jié)晶區(qū)兩階段軋制工藝進(jìn)行軋制，第一階段軋制溫度為980°C，此階段單道次壓下率為18%，累計(jì)壓下率為37% ;第二階段軋制溫度為885°C，累計(jì)壓下率為38%，得到鋼板粗品；
(5)熱堆垛堆垛溫度620°C，堆垛48小時(shí)；
(6)熱處理對鋼板粗品進(jìn)行910°C加熱，保溫時(shí)間25min，淬火機(jī)在線淬火，輥速
2.Om/min,淬火介質(zhì)為水,上下集成管水量比0. 78 ;回火溫度640°C,保溫時(shí)間4. Omin/mm回火，得到調(diào)質(zhì)組織為回火索氏體+少量鐵素體+少量貝氏體的復(fù)合組織成品鋼板。本實(shí)例的鋼板的力學(xué)性能屈服強(qiáng)度688MPa，抗拉強(qiáng)度788MPa，_40°C橫向沖擊功大于80焦，(TC橫向時(shí)效沖擊功大于100焦，延伸性能為20%，180度冷彎d=3a完好。實(shí)施例2
本實(shí)施例的水電工程用易焊接調(diào)質(zhì)高強(qiáng)韌性鋼板，厚度為88. 9_，由以下重量百分比的組分熔煉而成C 0. 14%, Si 0. 21%, Mn :1. 19%, P :0. 005%, S :0. 001%, Al :0. 035%, Nb
0.023%, V 0. 043%, Ni :0. 46%, Cr :0. 47%, Mo :0. 37%, Ti :0. 022%，余量為 Fe 和微量不可避免的雜質(zhì)。本實(shí)施例的水電工程用易焊接調(diào)質(zhì)高強(qiáng)韌性鋼板的生產(chǎn)方法，步驟如下
(1)冶煉將含有以下重量百分比C :0. 14%, Si :0. 21%, Mn :1. 19%, P :0. 005%, S
0.001%, Al :0. 035%, Nb :0. 023%, V :0. 043%, Ni :0. 46%, Cr :0. 47%, Mo :0. 37%, Ti :0. 022% 組分的鋼水先經(jīng)電爐冶煉，送入LF精煉爐精煉，鋼水溫度達(dá)到或超過1640°C時(shí)轉(zhuǎn)入VD爐真空脫氣處理，真空度為66Pa，真空保持時(shí)間20min，真空前喂入Al線并調(diào)整Al含量，且要保證全程吹氬氣良好；
(2)連鑄采用300_斷面連鑄坯生產(chǎn)，澆注溫度為1540°C，連鑄避風(fēng)堆垛緩冷，緩冷時(shí)間28小時(shí)；
(3)加熱鋼坯加熱溫度最高1240°C，均熱溫度1220°C，保溫5.5小時(shí)；
(4)軋制采用再結(jié)晶區(qū)+未再結(jié)晶區(qū)兩階段軋制工藝進(jìn)行軋制，第一階段軋制溫度為950°C，此階段單道次壓下率為15%，累計(jì)壓下率為38% ;第二階段軋制溫度為900°C，累計(jì)壓下率為35%，得到鋼板粗品；
(5)熱堆垛堆垛溫度650°C，堆垛48小時(shí)；
(6)熱處理對鋼板粗品進(jìn)行900°C、保溫時(shí)間20min加熱，淬火機(jī)在線淬火，淬火機(jī)輥速2. Om/min，淬火介質(zhì)為水，上下集成管水量比0. 78 ;回火爐620°C，保溫時(shí)間4. Omin/mm回火，得到調(diào)質(zhì)組織為回火索氏體+少量鐵素體+少量貝氏體的復(fù)合組織成品鋼板。本實(shí)例的鋼板的力學(xué)性能屈服強(qiáng)度741MPa，抗拉強(qiáng)度815MPa，_40°C橫向沖擊功大于90焦，(TC橫向時(shí)效沖擊功大于120焦，延伸性能為19. 7%，180度冷彎d=3a完好。實(shí)施例3
本實(shí)施例的水電工程用易焊接調(diào)質(zhì)高強(qiáng)韌性鋼板，厚度為66mm，由以下重量百分比的組分熔煉而成C 0. 13%, Si 0. 25%, Mn :1. 10%, P :0. 008%, S :0. 002%, Al :0. 040%, Nb
0.021%, V 0. 042%, Ni :0. 48%, Cr :0. 46%, Mo :0. 36%, Ti :0. 022%，余量為 Fe 和微量不可避免
的雜質(zhì)。本實(shí)施例的水電工程用易焊接調(diào)質(zhì)高強(qiáng)韌性鋼板的生產(chǎn)方法，步驟如下
(1)冶煉將含有以下重量百分比C :0. 13%, Si :0. 25%, Mn :1. 10%, P :0. 008%, S
0.002%, Al :0. 040%, Nb :0. 021%, V :0. 042%, Ni :0. 48%, Cr :0. 46%, Mo :0. 36%, Ti :0. 022% 組分的鋼水先經(jīng)電爐冶煉，送入LF精煉爐精煉，鋼水溫度達(dá)到或超過1645°C時(shí)轉(zhuǎn)入VD爐真空脫氣處理，真空度為66Pa，真空保持時(shí)間15min，保證全程吹氬氣良好；
(2)連鑄采用250mm斷面連鑄坯生產(chǎn)，澆注溫度為1545°C，連鑄避風(fēng)堆垛緩冷，緩冷時(shí)間48小時(shí)；
(3)加熱鋼坯加熱溫度最高1240°C，均熱溫度1220°C，保溫5小時(shí)；
(4)軋制采用再結(jié)晶區(qū)+未再結(jié)晶區(qū)兩階段軋制工藝進(jìn)行軋制，第一階段軋制溫度為970°C，此階段單道次壓下率為21%，累計(jì)壓下率為38% ;第二階段軋制溫度為870°C，累計(jì)壓下率為35%，得到鋼板粗品；
(5)熱堆垛堆垛溫度680°C，堆垛48小時(shí)；
(6)熱處理對鋼板粗品進(jìn)行910°C加熱，保溫時(shí)間15min，淬火機(jī)在線淬火，淬火機(jī)輥速2. Om/min，淬火介質(zhì)為水，上下集成管水量比0. 78 ;回火爐650°C，保溫時(shí)間4. Omin/mm回火，得到調(diào)質(zhì)組織為回火索氏體+少量鐵素體+少量貝氏體的復(fù)合組織成品鋼板。
本實(shí)例的鋼板的力學(xué)性能屈服強(qiáng)度760MPa，抗拉強(qiáng)度810MPa，_40°C橫向沖擊功 最小值大于150焦，(TC橫向時(shí)效沖擊功最小值大于164焦，延伸性能為17. 3%, 180度冷彎d=3a完好。
權(quán)利要求
1.一種水電工程用易焊接調(diào)質(zhì)高強(qiáng)韌性鋼板，其特征在于，由以下重量百分含量的化學(xué)成分組成c 0. 11% 0. 14%, Si :0. 15% 0. 25%, Mn :1. 05% 1. 45%，P 彡 0. 010%, S 彡 0. 005%,Ni :0. 409T0. 50%, Cr :0. 409^0. 50%, Mo :0. 35%"0. 40%, Nb :0. 02%"0. 04%，V :0. 030%"0. 050%,Ti 0. 015% 0. 025%, Al :0. 020% 0. 040%，余量為Fe和微量不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水電工程用易焊接調(diào)質(zhì)高強(qiáng)韌性鋼板，其特征在于，所述鋼板的最大厚度為120mm。
3.—種如權(quán)利要求I所述的水電工程用易焊接調(diào)質(zhì)高強(qiáng)韌性鋼板的生產(chǎn)方法，其特征在于，包括如下步驟 (1)冶煉將含有以下重量百分比C :0. 11% 0. 14%, Si :0. 15% 0. 25%, Mn I.05%"I. 45%, P^O. 010%, S^O. 005%, Ni 0. 40%"0. 50%, Cr 0. 40%"0. 50%, Mo 0.359T0. 40%, Nb :0. 029^0. 04%, V :0. 0309^0. 050%, Ti :0. 0159^0. 025%, Al :0. 0209^0. 040%組分的鋼水先經(jīng)電爐冶煉，送入LF精煉爐精煉，當(dāng)鋼水的溫度達(dá)到或超過1650±10°C時(shí)，轉(zhuǎn)入VD爐真空脫氣處理； (2)連鑄采用25(T330mm斷面連鑄坯生產(chǎn)，澆注溫度為1535 1545°C，連鑄避風(fēng)堆垛緩冷，緩冷時(shí)間24h 48h ； (3)加熱鋼坯最高加熱溫度為122(Tl240°C，均熱溫度為120(Tl22(TC，保溫5 6小時(shí)； (4)軋制采用再結(jié)晶區(qū)+未再結(jié)晶區(qū)兩個(gè)階段軋制工藝進(jìn)行軋制，第一階段軋制溫度為95(Tl00(rC，此階段單道次壓下率為15 25%，累計(jì)壓下率為35 45% ;第二階段軋制溫度為86(T90(TC，累計(jì)壓下率為35 50%，得到鋼板粗品； (5)熱堆垛堆垛溫度60(T720°C，堆垛時(shí)間為48h； (6)熱處理對鋼板粗品進(jìn)行910±10°C加熱，保溫時(shí)間15 25min，淬火機(jī)在線淬火；回火溫度62(T650°C，保溫時(shí)間4. Omin/mm回火，得到調(diào)質(zhì)組織為回火索氏體+少量鐵素體+少量貝氏體的復(fù)合組織成品鋼板。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水電工程用易焊接調(diào)質(zhì)高強(qiáng)韌性鋼板的生產(chǎn)方法，其特征在于，步驟(I)所述的精煉時(shí)喂入Al線，真空脫氣處理前加入CaSi塊彡IOOkg/爐，真空度(66Pa，真空保持時(shí)間15 25min。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水電工程用易焊接調(diào)質(zhì)高強(qiáng)韌性鋼板的生產(chǎn)方法，其特征在于，步驟(6)所述的淬火機(jī)輥速為2. Om/min，淬火介質(zhì)為水，上下集成管水量比為0. 78。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水電工程用易焊接調(diào)質(zhì)高強(qiáng)韌性鋼板，同時(shí)，還涉及一種該鋼板的生產(chǎn)方法。本發(fā)明的水電工程用易焊接調(diào)質(zhì)高強(qiáng)韌性鋼板，由以下重量百分含量的化學(xué)成分組成C0.11%~0.14%，Si0.15%~0.25%，Mn1.05%~1.45%，P≤0.010%，S≤0.005%，Ni0.40%~0.50%，Cr0.40%~0.50%，Mo0.35%~0.40%，Nb0.02%~0.04%，V0.030%~0.050%，Ti0.015%~0.025%，Al0.020%~0.040%，余量為Fe和微量不可避免的雜質(zhì)。該鋼板的生產(chǎn)方法包括電爐冶煉→LF/VD精煉→連鑄→鋼坯加熱→軋制→熱堆垛→熱處理→成品。本發(fā)明的水電工程用易焊接調(diào)質(zhì)高強(qiáng)韌性鋼板最大厚度可達(dá)到120mm，具有成本低、強(qiáng)度高、低溫沖擊韌性優(yōu)良、延伸、冷彎及焊接性良好的特點(diǎn)。
文檔編號C21D1/25GK102676945SQ20121012364
公開日2012年9月19日 申請日期2012年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月25日
發(fā)明者劉印子, 葉建軍, 張東方, 張彥召, 張志軍, 張海軍, 王九清, 趙文忠 申請人:河北鋼鐵集團(tuán)有限公司, 舞陽鋼鐵有限責(zé)任公司