專利名稱：一種超高強度熱軋鋼板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高強度鋼板，具體地涉及一種超高強度熱軋鋼板及其制造方法。本發(fā)明鋼板具有較好的低溫韌性，適合作為汽車、工程機械等高強度耐沖擊的結(jié)構(gòu)件的高屈服強度鋼板。
背景技術(shù)：
低合金高強度鋼作為一種重要的鋼鐵材料，被廣泛應(yīng)用于汽車、礦山機械、工程機械、農(nóng)業(yè)機械及鐵路運輸?shù)炔块T。隨著我國工業(yè)的飛速發(fā)展，各類機械設(shè)備的復(fù)雜化、大型化及輕量化對該類鋼提出了更高的要求，即用于制造這些設(shè)備的低合金高強度鋼板不但要求具有更高的硬度、強度，而且還要求良好的韌性及成型性能。傳統(tǒng)工藝在生產(chǎn)低合金高強度鋼板時，多添加較多的Cu、Ni、Cr和Mo等貴重合金元素，成本較高，目前高強度鋼開始向低成本經(jīng)濟型和高成本高性能方向發(fā)展。 目前在屈服強度IOOOMPa以上超高強度鋼領(lǐng)域已有一些相關(guān)產(chǎn)品和專利申請。CN1840724A采用TMCP軋制，軋后水冷至Ms-Ms+100°C (Ms為馬氏體轉(zhuǎn)變開始溫度)，然后離線重新加熱至350-550°C回火，工序時間長，成本高，且添加的合金元素也較多，成本上沒有優(yōu)勢，而且其低溫沖擊韌性不高，-400C Akv僅33-50J。瑞典SSAB公司生產(chǎn)的WeldoxllOO標準鋼板，采用Cr、Mo、Cu和較高的Ni合金化，加入Nb、V、Ti微合金元素提高強度，加入B提高淬透性，采用高鋁(不小于O. 020%)含量細化晶粒，交貨狀態(tài)為Q+T或者Q。此產(chǎn)品加入的貴重合金元素和微合金元素較多，尤其是Ni,Mo含量較高。5-25mm F級鋼板標準要求-60°C的Akv大于等于27J左右，實物沖擊韌性約是標準的一倍左右。目前需要提供更經(jīng)濟且低溫韌性好的IOOOMPa以上高強度鋼板。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種屈服強度在1050MPa以上的超高強度鋼中厚板，特別是厚度為6-25mm的鋼板。為了降低傳統(tǒng)離線調(diào)質(zhì)工藝生產(chǎn)高強度時添加的貴重合金元素Cu、Ni、Cr和Mo含量，本發(fā)明采用較高含量的廉價合金元素Si和稍高的合金元素C和Mn作為主要強化元素，輔以添加適量的Ni、Cr和Mo元素中的一種或以上。軋后在線的快速冷卻和終冷溫度的控制，保證組織中馬氏體含量來保證鋼的強度級別。水冷終冷后的鋼板進入保溫爐短時間(4-6min)保溫來促進殘余奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體，保證鋼的沖擊韌性。由于貴重合金元素含量的降低以及在線的軋后快速冷卻代替離線熱處理工序可以降低此類鋼的生產(chǎn)成本，估算可降低合金和工序成本200元/噸以上。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的屈服強度為1050MPa以上的超高強度鋼板，其成分的重量百分比為c 0. 16-0. 19%, Si 0. 55-1. 05%, Mn :1. 4-1. 6%, P 彡 O. 015%, S 彡 O. 010%,Al 0. 03-0. 055%, Ti ( O. 020%, N 彡 O. 006%, Ca ( O. 005%,以及 Cr ( O. 70%、Ni ( O. 30%、Mo ( O. 30%中的I種或I種以上，余量為鐵和不可避免雜質(zhì)。本發(fā)明的所述鋼板的組織為回火馬氏體和碳化物。優(yōu)選地，本發(fā)明的所述鋼板的組織為95%以上的低碳馬氏體組織。本發(fā)明的另一個目的在于提供上述屈服強度為1050MPa以上的超高強度鋼板的制造方法，該方法包括I.鋼水經(jīng)真空脫氣處理后進行連鑄成連鑄坯或模鑄并初軋成鋼坯；2.連鑄坯或鋼坯于1150-1200°C加熱后進行一道次或多道次軋制，總壓下率不低于70% ;終軋溫度不低于860°C ；
3.軋后鋼板以30至100°C /s的冷卻速度快速水冷至200_300°C溫度區(qū)間再進入240-260°C保溫爐中保溫4-6分鐘后出爐空冷至室溫。下面就本發(fā)明對成分以及工藝的選擇原因和作用機理進行如下陳述碳確保鋼板強度的關(guān)鍵元素。對于要獲得組織為大部分馬氏體的鋼板而言，碳是最重要的元素，其可以顯著提高鋼板的淬透性。由于碳在奧氏體中有較高的溶解度，可以使奧氏體保持較高的穩(wěn)定性，降低鋼的Ms點，利于獲得一定量的殘余奧氏體。同時碳含量的提高能使強度和硬度上升，塑性下降。所以如果鋼板既要獲得高硬度，又要具備一定的韌性，那么碳含量必須綜合考慮。對于本發(fā)明的屈服強度1050MPa強度級別而言，O. 16-0. 19%的碳是合適的。硅鋼中加硅能提高鋼質(zhì)純凈度和脫氧。硅在鋼中起固溶強化作用，其在奧氏體中的溶解度較大，提高硅含量有利于提高鋼的強度和硬度，同時硅能促進相變時的排碳，使碳富集到殘余奧氏體中使之穩(wěn)定，配合軋后冷卻工藝能使鋼的塑型韌性有所提高。但硅含量過高會使鋼板加熱時的氧化皮粘度較大，出爐后除鱗困難，導(dǎo)致軋后鋼板表面紅色氧化皮嚴重，表面質(zhì)量較差。且高硅不利于焊接性能。綜合考慮硅各方面的影響，本發(fā)明硅含量為O. 55-1. 05%。錳錳穩(wěn)定奧氏體組織，其能力僅次于合金元素鎳，是廉價的穩(wěn)定奧氏體與強化合金元素，同時錳增加鋼的淬透性，降低馬氏體形成的臨界冷速。但錳具有較高的偏析傾向，所以其含量不能太高，一般低碳微合金鋼中錳含量不超過2. 0%。錳的加入量主要取決于鋼的強度級別。本發(fā)明錳的含量應(yīng)控制在I. 4-1. 6%。錳在鋼中還和鋁一起共同起到脫氧的作用。硫和磷硫在鋼中與錳等化合形成塑性夾雜物硫化錳，尤其對鋼的橫向塑性和韌性不利，因此硫的含量應(yīng)盡可能地低。磷也是鋼中的有害元素，嚴重損害鋼板的塑性和韌性。對于本發(fā)明而言，硫和磷均是不可避免的雜質(zhì)元素，應(yīng)該越低越好，考慮到鋼廠實際的煉鋼水平，本發(fā)明要求P彡O. 015%、S彡O. 010%O鋁強脫氧元素。為了保證鋼中的氧含量盡量地低，鋁的含量控制在O. 03-0. 055%。脫氧后多余的鋁和鋼中的氮元素能形成AlN析出物，提高強度并且在熱處理加熱時能細化鋼的元素奧氏體晶粒度。鈦鈦是強碳化物形成元素，鋼中加入微量的Ti有利于固定鋼中的N，形成的TiN能使鋼坯加熱時奧氏體晶粒不過分漲大，細化原始奧氏體晶粒度。鈦在鋼中還可分別與碳和硫化合生成Tic、TiS、Ti4C2S2等，它們以夾雜物和第二相粒子的形式存在。目前，微鈦處理已成為大部分低合金高強度鋼的常規(guī)工藝。本發(fā)明鈦含量控制在小于等于O. 020%。
鉻鉻提高鋼的淬透性，增加鋼的回火穩(wěn)定性。鉻在奧氏體中溶解度很大，穩(wěn)定奧氏體，淬火后在馬氏體中大量固溶，并在隨后的回火過程中會析出Cr23C7、Cr7C3等碳化物，提高鋼的強度和硬度。為了保持鋼的強度級別，鉻可以部分代替錳，減弱高錳的偏析傾向。本發(fā)明可添加不大于O. 70%的鉻。鎳穩(wěn)定奧氏體的元素，對提高強度沒有明顯的作用。鋼中加鎳尤其是在調(diào)質(zhì)鋼中加鎳能大幅提高鋼的韌性尤其是低溫韌性，同時由于鎳屬于貴重合金元素，所以本發(fā)明可添加不超過O. 30%的鎳元素。鑰鑰能顯著地細化晶粒，提高強度和韌性。鑰能減少鋼的回火脆性，同時回火時還能析出非常細小的碳化物，顯著強化鋼的基體。由于鑰是非常昂貴的戰(zhàn)略合金元素，所以本發(fā)明中僅添加不超過O. 30%的鑰。氮本發(fā)明不含Nb、V微合金元素，且主要以相變強化和回火碳化物析出強化為主要強化方式。小于等于60ppm含量的氮可以穩(wěn)定O. 01-0. 02%的鈦形成TiN，此TiN能保證加熱時板坯的奧氏體晶粒不過分粗大。本發(fā)明中控制氮含量< 0.006%。鈣本發(fā)明中加鈣主要是改變硫化物形態(tài)，改善鋼的橫向性能和冷彎性能。對于硫含量很低的鋼亦可不鈣處理。鈣含量小于等于O. 005%。制造工藝過程對本發(fā)明產(chǎn)品的影響轉(zhuǎn)爐吹煉和真空處理目的是確保鋼液的基本成分要求，去除鋼中的氧、氫等有害氣體，并加入錳、鈦等必要的合金元素，進行合金元素的調(diào)整。連鑄或模鑄保證鑄坯內(nèi)部成分均勻和表面質(zhì)量良好，模鑄的鋼錠需軋制成鋼坯。加熱和軋制連鑄坯或鋼坯在1150-1200°C的溫度下加熱，一方面獲得均勻的奧氏體化組織，另一方面使鈦、鉻等的化合物部分溶解。在奧氏體再結(jié)晶溫度范圍內(nèi)經(jīng)一道次或多道次軋制成鋼板，總壓下率不低于70%，終軋溫度不低于860°C ；快速冷卻軋后鋼板以30_100°C /s快速水冷至200_300°C溫度區(qū)間；在快速冷卻過程中，大部分的合金元素被固溶到馬氏體中?？绽浠虮乜焖偎淅鋮s后的鋼板再進入240-260°C保溫爐中保溫4_6分鐘后出爐空冷至室溫。短時間保溫有助于奧氏體穩(wěn)定化和提高塑韌型和冷彎性能。本發(fā)明通過合適的成分設(shè)計、加熱、控制軋制、軋后快速冷卻和在線短時間保溫，使鋼板實現(xiàn)細晶強化、相變強化、析出強化，提高了鋼板的強度、硬度，具有較高的低溫韌性，組織呈現(xiàn)為回火馬氏體(可能還含有少量殘余奧氏體)和碳化物。6-25mm厚鋼板屈服強度彡1050MPa，延伸率彡18%，-60°C的Akv彡27J，冷彎性能優(yōu)良，能夠滿足汽車、工程機械等行業(yè)對高強度鋼板的較高要求。采用上述成分設(shè)計和工藝控制方法制造的高強度鋼中厚板，具備較高的強度、很高的低溫韌性，優(yōu)良的冷彎性能，用戶加工成型方便。 本發(fā)明采用了適當?shù)奶己?，適當廉價的合金元素Si和Mn，添加較少的貴重合金元素Cr、Ni和Mo，不添加Cu、Nb、V、B等元素。具有明顯的合金成本優(yōu)勢，免去了離線調(diào)質(zhì)工序，使得鋼板的合金成本和工序成本大大降低。軋制上無需未再結(jié)晶區(qū)控軋，能降低軋機負荷，軋后采用較快冷速迅速冷至200-300°C后再進入240-260°C保溫爐中保溫4_6分鐘后出爐空冷至室溫。獲得95%以上的低碳馬氏體組織。另外本專利采用在線低溫短時間保溫，避免離線長時間再熱回火，使得鋼板的生產(chǎn)效率大大提高。低溫沖擊值_60°C Akv=40-80J,具有明顯的成本和技術(shù)優(yōu)勢。


圖I是本發(fā)明實施例I的6_厚高強度鋼板的典型金相組織照片。圖2是本發(fā)明實施例5的25mm厚高強度鋼板的典型金相組織照片。
具體實施例方式以下通過結(jié)合實施例對本發(fā)明的特點和效果進行較為詳細的說明。實施例實施例I按表I配比冶煉完成的鋼水經(jīng)真空脫氣處理后進行連鑄，板坯厚度80mm，所得坯料于1200°C加熱后，在奧氏體再結(jié)晶溫度范圍內(nèi)經(jīng)多道次軋制，軋制成厚度為6mm的鋼板， 總壓下率大于90%，終軋溫度為890°C，然后以100°C /s水冷至200°C，再進入250°C保溫爐保溫4. 5min后出爐空冷至室溫。本實施例的鋼板金相組織如圖I所示。實施例2-5的詳細成分和工藝參數(shù)見表I和2。表I本發(fā)明實施例1-5的化學成分
~實施例~C ISi Mn IP IS IM |Ni |Cr |Mo |Ti |Ca |N|Ceq^
1O. 16 I. 05 1.60 0.010 0.006 0.039O. 550.015 0.0023 0.0045 O. 54
2O. 18 O. 75 I. 59 0.0089 0.005 0.034 0.20 O. 440.012 O. 0025 0.0050 O. 55
3O. 19 O. 55 1.45 0.008 0.005 0.043 O. 18 O. 45 O. 18 0.0130.0045 O. 57
4O. 16 I. 05 I. 51 0.008 0.004 0.052 O. 15 O. 55 0.23 0.0130.0043 O. 58
5O. 19 O. 75 I. 55 0.009 0.006 0.038 O. 15 0.63 0.23 0.018 0.0020 0.0048 0.63*Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/14C當量滿足焊接要求。表2本發(fā)明實施例1-5的相關(guān)工藝參數(shù)及鋼板厚度
HTF.率 ；令涑 I線冷溫度1實施例加熱溫度/°C終軋溫度/V ; T = ο空冷及240-260 保溫板厚/mm
/%/ L/SIL
11200S9U94 100 200 保溫 4.5min 后空冷6
2115088088 60 230 保溫 5min 后空冷10
3PUU88U88 50 250 保溫 5.5min 后空冷10
4115086080 40 270 保溫 4min 后空冷15
51200Sf U70 30 300 保溫 6min 后空冷25試驗例I :力學性能按照GB/T228-2002金屬材料室溫拉伸試驗方法、GB 2106-1980金屬夏比V型缺口沖擊試驗方法測定本發(fā)明實施例1-5鋼板的各項力學性能，其結(jié)果見表3。
試驗例2:彎曲性能 按照GB/T 232-2010金屬材料彎曲試驗方法，對本發(fā)明實施例1_5鋼板進行橫向冷彎d=2a, 180試驗，其結(jié)果見表3，全部頭施例鋼板元好，均無表面裂紋。表3本發(fā)明鋼板的力學性能和組織
權(quán)利要求
1.一種超高強度鋼板，其特征在于，其成分的重量百分比為c:0. 16-0. 19%，Si 0.55-1. 05%, Mn :1. 4-1. 6%, P ≤0. 015%, S≤ 0. 010%, Al :0. 03-0. 055%, Ti く 0. 020%,N ≤ 0. 006%, Ca く 0. 005%,以及 Cr く 0. 70%、Ni く 0. 30%、Mo く 0. 30% 中的 I 種或 I 種以上，余量為鐵和不可避免雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求I所述的超高強度鋼板，其特征在于，所述鋼板的組織為回火馬氏體和碳化物。
3.如權(quán)利要求I所述的超高強度鋼板，其特征在于，所述鋼板的組織為95%以上的低碳馬氏體組織。
4.如權(quán)利要求I一 3任意一項所述的超高強度鋼板的制造方法，其特征在于包括以下步驟 (1)鋼水經(jīng)真空脫氣處理后進行連鑄成連鑄坯或模鑄并初軋成鋼坯； (2)連鑄坯或鋼坯于1150-1200°C加熱后進行一道次或多道次軋制，總壓下率不低于70% ;終軋溫度不低于860°C ； (3)軋后鋼板以30至100°C/s的冷卻速度快速水冷至200-300°C溫度區(qū)間再進入240-260°C保溫中保溫4-6分鐘后出爐空冷至室溫。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超高強度鋼板，其成分的重量百分比為C0.16-0.19%，Si0.55-1.05%，Mn1.4-1.6%，P≤0.015%，S≤0.010%，Al0.03-0.055%，Ti≤0.020%，N≤0.006%，Ca≤0.005%，以及Cr≤0.70%、Ni≤0.30%、Mo≤0.30%中的1種或1種以上，余量為鐵和不可避免雜質(zhì)。其制造方法包括鋼水經(jīng)真空脫氣處理后進行連鑄成連鑄坯或模鑄并初軋成鋼坯；連鑄坯或鋼坯于1150-1200℃加熱后進行一道次或多道次軋制，總壓下率不低于70%；終軋溫度不低于860℃；軋后鋼板以30-100℃/s的冷卻速度快速水冷至200-300℃，再進入240-260℃保溫爐中保溫4-6分鐘后出爐空冷至室溫。得到的6-25mm厚鋼板屈服強度≥1050MPa，延伸率≥18%，-60℃的Akv≥27J，冷彎性能優(yōu)良，適合用于汽車、工程機械等高強度耐沖擊的結(jié)構(gòu)件等。
文檔編號C21D8/02GK102650013SQ20121016975
公開日2012年8月29日 申請日期2012年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月28日
發(fā)明者孫全社, 張愛文, 焦四海 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司