專利名稱：一種超高強度焊接結構用鋼板及其制造方法
技術領域：
本發明屬于金屬材料領域，具體涉及一種屈服強度900MPa以上超高強度焊接結構用鋼板及其制造方法。
背景技術：
目前汽車起重機、重載卡車、混凝土泵車、半掛車、集裝箱等機械制造領域的發展趨勢是向高參數、大型化方向發展，因此使用越來越多的超高強度焊接結構鋼，其目的主要是減輕自重，提高承載能力，節約能源。同時也要求超高強度鋼板具有成本低、焊接性能良好、低溫韌性高等特點。
超高強度鋼板的制造方有淬火+回火(Q+T)、軋后直接淬火+回火(DQ+T)、控軋控冷+回火(TMCP+T)等，第一種方法為傳統常用的方法，后兩種方法雖然省略了一道再加熱工序，工序成本略低于第一種方法能，但是存在板型控制難度大等缺點。國際上有關屈服強度900 1050MPa超高強度鋼板的制造方法已經形成多項專利。例如寶山鋼鐵股份有限公司申請的“屈服強度960MPa以上超高強度鋼板及其制造方法”(申請號200510024775. 3)專利提供了一種屈服強度可達到960MPa以上的超高強度鋼板，其成分中(重量百分比)C0.08% O. 18%, NbO. 01 % O. I %。其生產方法將鋼坯加熱至1100 1250°C，在奧氏體可發生再結晶區將鋼坯軋制成鋼板；在奧氏體未發生再結晶區將鋼板軋制成最終厚度的鋼板，終軋溫度860 920°C ;以不低于約5°C /S的冷卻速度將鋼板冷卻至低于MS MS+100°C的冷卻終止溫度；對冷卻后的鋼板進行回火以提高性能。其工藝屬于DQ+T，且鋼中含有O. 0008 % O. 0025 %的B元素，采用該方法生產的產品雖然強度易于達到要求，但是存在薄規格板型控制難度大、低溫韌性差等不足之處，其實施例中厚度16mm鋼板-20°C的沖擊功僅僅35 50J、-40°C的沖擊功僅僅30 42J。在武漢鋼鐵集團公司申請號為CN200810197585. 5的《屈服強度960MPa焊接結構鋼》專利中，公開了其采用淬火+回火(Q+T)方法生產的屈服強度960MPa焊接結構鋼，B含量O. 0005 %
O.002 %，其實施例鋼化學成份中B含量達到O. 0005 % O. 0032 %，IOmm厚鋼板_20°C的沖擊功AKV (7. 5 X 10 X 55mm試樣)最高達到60J。舞陽鋼鐵有限責任公司的發明專利《高強度鋼板及其制備方法》(CN申請號200710193027. 7)給出了屈服強度975 990MPa(實施例實物水平)高強度鋼板及其制備方法，采用Q+T工藝方法，鋼板的化學成份中B含量達到
O.0010 % O. 0030%，韌性低，Ni含量高達到O. 80 % O. 90%，成本高。厚度12mm高強度鋼板的 _20°C沖擊功 AKV 為 100、89、79J，-40°C沖擊功 AKV40、50、54J。由以上對比專利可知，目前屈服強度900 1050MPa左右的超高強度鋼板專利存在的主要不足之處是鋼中含有B元素，低溫韌性差；鋼板中貴重元素Ni含量高，鋼種成本聞。

發明內容
為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種超高強度焊接結構用鋼及其制造技術，韌性、塑性和焊接性能良好，屈服強度可達到900 1050MPa。鋼中不含有B元素，Ni含量低，并通過Q+T工藝來達到改善鋼種的低溫韌性、塑性和板型、消除殘余應力、降低鋼種生產成本之目的。該發明鋼種可以用于汽車起重機、重載卡車、混凝土泵車、半掛車、集裝箱等機械制造領域。本發明的技術方案之一是屈服強度900 1050MPa超高強度焊接結構用鋼板的化學成分重量百分比為C O. 11% O. 19%、Si O. 20% O. 50%、Mn O. 90% I. 40%、Ti O. 005% O. 030%、Cr O. 30% I. 00%、Cu O. I % 0.5%、Ni O. 15% O. 35%、Mo O. 15% O. 60%、Als O. 010% O. 050%、P 彡 O. 020%、S 彡 O. 010%，V O. 025%
O.070%, Zr ( O. 005%，余量為Fe及不可避免的雜質。本發明的另一技術方案是屈服強度900 1050MPa超高強度焊接結構用鋼板的制造方法，包括以下工藝步驟鐵水預處理-轉爐冶煉-精煉-連鑄-軋制，在冶煉過程中進 行鐵水預處理，深度脫硫；采用轉爐冶煉，通過頂吹或頂底復合吹煉，控制P含量；采用VD、RH、LF等進行精煉處理，進一步脫硫、脫氣，控制鋼中H、O、N含量，并進行微合金化；進行Ca處理，結合鋼中S含量和出鋼量，喂Si-Ca線，保證Ca/S含量Ca/S = O. 5 2. 0，使硫化物發生球化，以提高鋼板延性、橫向沖擊功和冷彎成型性能，減小鋼板橫向和縱向性能差；連鑄采用電磁攪拌，減少元素偏析；軋制采用常規熱軋。軋制后對鋼板進行淬火+回火處理，再加熱溫度860 930°C，保溫I. O 2. 5min/mm后水淬，獲得淬火馬氏體組織；在500 600°C回火處理，保溫時間為I. O 3. Omin/mm,空冷。在回火過程中，控制析出強化及馬氏體回火程度，同時改善鋼的韌性和塑性。本發明選擇的合金元素主要作用在于C :碳對鋼的強度、韌性、焊接性能影響很大。本發明C的重量百分比含量為
O.11% O. 19%, C是保證鋼的淬透性的主要合金元素，可使鋼在水淬時得到完全的馬氏體組織。從強度方面考慮，鋼的淬火態組織為馬氏體，而C是保證馬氏體強度的最主要合金元素，為了保證本發明鋼淬火+回火態組織的強度達到900 1050MPa，C的下限含量需要大于O. 11%。C上限值要防止鋼的強度及碳當量過高，以免對鋼的韌性、塑性、鋼的抗高溫回火能力和焊接性能產生不利影響。在保證必要的淬透性和強度的基礎上，C量不宜過多，因此將C的重量百分比含量上限定為O. 19%。Si :硅是煉鋼脫氧的必要元素，也具有一定的強化作用，當含量低于O. 2%時，冶煉難度增大；含量超過O. 5%時，鋼的清潔度下降，韌性降低，可焊性差，且Si能夠促進回火脆性的發展，使鋼的塑性降低。因此控制SiO. 20 % O. 50%。Mn:錳是鋼中重要的固溶強化元素，可有效提高鋼的強度和韌性，且成本十分低廉，能夠提高鋼的淬透性。但當Mn含量過高時，則導致淬透性和韌性降低，同時增加鋼的過熱敏感性(粗晶)、增強回火脆性，且易形成帶狀和纖維組織，使鋼的縱、橫向性能差較大。因此在本發明中把Mn元素作為主要合金元素，控制其重量百分比含量在O. 90% I. 40%。B :鋼中加入微量的硼(O. 0005 % O. 005%)即可顯著提高鋼的淬透性，在一定程度上可代替Ni、Cr、Mo等貴重元素，降低鋼的合金成本，但是其對鋼種韌性、塑性、冷彎成型性能有明顯的不利影響，因此本發明鋼中杜絕添加B元素。Ti :加入微量的鈦，是為了利用鋼中的氮元素，在最佳狀態下，鈦、氮形成氮化鈦粒子，從而在加熱過程中釘軋晶界并防止奧氏體晶粒過度長大，阻止鋼坯在加熱、軋制、焊接過程中晶粒的長大，改善母材和焊接熱影響區的韌性，對于得到細小的淬火組織，從而提高鋼的強度和韌性是有利的。鈦低于O. 005%時，固氮效果差，超過O. 03%時，固氮效果達到飽和，過剩的鈦將會使鋼的韌性惡化。Als :鋁是脫氧元素，可作為AlN形成元素，有效地細化晶粒，其含量不足O. 01 %時，效果較小；超過O. 05%時，脫氧作用趨于飽和，增加鋼中夾雜物，對母材及焊接熱影響區韌性有害。因此控制AlsO. 010% 0.050%。Mo:鑰存在于鋼的固溶體和碳化物中，有固溶強化和細化晶粒作用，并可提高鋼的淬透性，降低鋼的過熱傾向性，提高強度、硬度、熱穩定性。鑰降低鋼的回火脆性。但過多的鑰會損害焊接熱影響區的韌性，降低鋼的可焊性。由于其成本高，本發明控制Mo的重量百分比含量為O. 15 % O. 60%。
Cu :作為合金元素，能提高鋼中奧氏體的穩定性，所以能夠提高鋼的淬透性。除了增加鋼強度外，還有利于獲得良好的低溫韌性，能夠抑制氫脆的發生，和微量Zr同時添加，效果更佳。但是當Cu > O. 2%時，在加熱過程由于表面發生選擇性氧化，使Fe先于Cu發生氧化，而表層Cu含量即相對增加形成一層薄膜，然后向晶界擴散形成含Cu網絡，在1030°C軋制即容易產生表面裂紋。必須適量添加Ni，生成熔點較高的Cu-Ni固溶體，以降低“銅脆”。本發明控制Cu的重量百分比含量為O. I % O. 5%。Ni :鎳能提高鋼的強度，而又使鋼保持良好的塑性和低溫韌性。在本發明中添加Ni元素的目的主要是阻止含Cu的鋼坯在加熱或熱軋時產生裂紋的傾向。但是，Ni過高將極大增加鋼的合金成本。考慮經濟性，在本發明中將Ni含量控制在O. 15% O. 50%，鋼中的實際Ni含量根據Cu含量而定，保證Ni/Cu ^ O. 5。Cr :鉻是本發明鋼中的重要添加元素，能夠增加鋼的淬透性。Cr是中等碳化物形成元素，在所有各種碳化物中，鉻碳化物是最細小的一種，它可均勻地分布在鋼體積中，使鋼具有高的強度、硬度、屈服點和高的耐磨性。由于它能使組織細化而又均勻分布，所以塑性、韌性也好，但Cr對提高鋼的抗高溫回火能力的作用不大。從經濟性、焊接性能和強度等方面考慮，在本發明中將Cr含量控制在O. 30% I. 00%。V:固溶于奧氏體中可提高鋼的淬透性，增加鋼的回火穩定性并有強烈的二次硬化作用。釩通過細小碳化物顆粒的彌散分布可以提高鋼的蠕變和持久強度。細化晶粒作用強，可提高鋼的強度和韌性，減小過熱敏感性，提高熱穩定性，當V量不高時，也可降低回火脆性。在本發明中將V含量控制在O. 025 % O. 070%。Zr :在鋼中加入少量鋯，具有脫氣、凈化和細化晶粒的作用，對鋼的低溫韌性有利，并可消除時效現象，改善鋼的沖壓性能。和Cu同時添加，效果更佳。作為本發明選擇性添加的元素，以重量百分比計，控制Zr含量為< O. 005%。鋼中的雜質元素的上限控制在P彡O. 02%,S ^ O. 01 %為宜，含量越低，鋼種性能越好。本發明鋼種成分設計不含B元素,適量C、Mn元素和Cu、Cr、Mo、V元素多元少量組合以提高淬透性，Ni含量較低，降低了生產成本；能夠獲得韌性、塑性良好、屈服強度900 1050MPa級別的超高強度焊接結構用鋼板，且_20°C AKV2可達到100J以上，而對比鋼-20°C AKV2僅在47J以下。
具體實施例方式下面結合具體實施方式
對本發明進一步說明根據本發明的化學成分及生產工藝，冶煉軋制本發明的鋼種和對比鋼種實際化學成分如表I、表2，發明鋼各實施例進行鐵水預處理，深度脫硫；采用轉爐冶煉，通過頂吹或頂底復合吹煉，控制P含量；采用VD、RH、LF等進行精煉處理，進一步脫硫、脫氣，控制鋼中
H、O、N含量，并進行微合金化；進行Ca處理，結合鋼中S含量和出鋼量，喂Si-Ca線，保證Ca/S含量Ca/S = O. 5 2. 0，使硫化物發生球化，以提高鋼板延性、橫向沖擊功和冷彎成型性能，減小鋼板橫向和縱向性能差；連鑄采用電磁攪拌，減少元素偏析；軋制采用常規熱車L，加熱溫度1000 1250°C，終軋溫度> 780°C，軋后空冷。而后對鋼板進行淬火+回火處理，再加熱溫度860 930°C，保溫I. O 2. 5min/mm后水淬，獲得淬火馬氏體組織；在500 600°C回火處理，保溫時間為I. O 3. Omin/mm,空冷。本發明鋼種和對比鋼種實物性能檢驗結果如表3、表4。表I、本發明鋼種的冶煉成分實例，Wt %
權利要求
1.一種超高強度焊接結構用鋼板，其特征在于化學成分重量百分比為c O. 11% 0.19%, Si O. 20% O. 50%, Mn O. 90% I. 40%, Ti O. 005% O. 030%, Cr O. 30% 1.00%, Cu 0.1% 0.5%、Ni O. 15 % O. 35 %、Mo O. 15 % O. 60 %、Als 0.010% O. 050%,P ( O. 020%,S ( O. 010%,V O. 025% O. 070%,Zr ( O. 005%，余量為 Fe 及不可避免的雜質。
2.一種根據權利要求I或2所述超高強度焊接結構用鋼板的制造方法，包括鐵水預處理-轉爐冶煉-精煉-連鑄-軋制，其特征在于軋制后對鋼板進行淬火+回火處理，再加熱溫度860 930°C，保溫I. O 2. 5min/mm后水淬，獲得淬火馬氏體組織；在500 600°C回火處理，保溫時間為I. O 3. Omin/mm,空冷。
全文摘要
本發明公開了一種超高強度焊接結構用鋼板，化學成分重量百分比為C 0.11％～0.19％、Si 0.20％～0.50％、Mn 0.90％～1.40％、Ti0.005％～0.030％、Cr 0.30％～1.00％、Cu 0.1％～0.5％、Ni 0.15％～0.35％、Mo 0.15％～0.60％、Als 0.010％～0.050％、P≤0.020％、S≤0.010％，V 0.025％～0.070％，Zr≤0.005％，余量為Fe及不可避免的雜質。軋制后對鋼板進行淬火+回火處理，再加熱溫度860～930℃，保溫1.0-2.5min/mm后水淬，獲得淬火馬氏體組織；在500～600℃回火處理，保溫時間為1.0～3.0min/mm，空冷。
文檔編號C21D1/18GK102953012SQ20111024197
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月19日 優先權日2011年8月19日
發明者侯華興, 張哲 , 張濤, 楊穎 , 劉明 申請人:鞍鋼股份有限公司