專利名稱：一種屈服強(qiáng)度690MPa級(jí)高強(qiáng)度鋼板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于低合金高強(qiáng)度鋼領(lǐng)域，特別涉及一種屈服強(qiáng)度690MPa級(jí)的高強(qiáng)度鋼板及其制造方法。
背景技術(shù)：
一般認(rèn)為，屈服強(qiáng)度大于345MPa的鋼板稱為高強(qiáng)度鋼板。隨著工程機(jī)械、煤礦機(jī)械向裝備大型化、輕量化、重載荷等方向發(fā)展，高強(qiáng)度鋼板用量呈現(xiàn)不斷增加的趨勢(shì)，強(qiáng)度級(jí)別提高也很快，傳統(tǒng)的工程機(jī)械用高強(qiáng)度鋼板主要以固溶強(qiáng)化、析出強(qiáng)化為主來(lái)提高強(qiáng)度，其中碳及合金元素含量較高，大多為調(diào)質(zhì)處理。焊接時(shí)需不同程度的焊前預(yù)熱和焊后熱處理，不僅增加了鋼企的生產(chǎn)成本，同時(shí)又增加了下游用戶的生產(chǎn)成本。目前，TMCP技術(shù)在鋼材生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，通過(guò)合理設(shè)計(jì)合金元素含量和控軋控冷參數(shù)實(shí)現(xiàn)相變強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化和亞晶強(qiáng)化等強(qiáng)化機(jī)制，獲得鋼材強(qiáng)度、塑性、韌性和可焊性的良好匹配。 中國(guó)專利CN1218115公開(kāi)了 “銅硼系低碳及超低碳貝氏體高強(qiáng)鋼”，其成分設(shè)計(jì)上采用超低碳至低碳、低量銅及Nb-Ti-B的復(fù)合加入，利用銅硼等元素促使貝氏體相變，同時(shí)利用ε -Cu和Nb、Ti復(fù)合沉淀析出作用獲取高強(qiáng)度；不足之處是添加了 Cu元素，增加了冶煉和連鑄難度。中國(guó)專利CNl 280206公開(kāi)了“ 一種超低碳微合金高強(qiáng)鋼”，它的具體化學(xué)成分為C 0. 005-0. 015%, Si :0. 10-0. 50%, Mn :1. 0-1. 6%、P 彡 O. 030%, S 彡 O. 030%, Nb O. 02-0. 06%, Ti :0. 005-0. 040%，余為Fe。它是在普通低碳微合金鋼的基礎(chǔ)上通過(guò)適當(dāng)調(diào)整鋼中的C含量并配以合理的工藝手段可使簡(jiǎn)單成分系的微合金鋼的屈服強(qiáng)度達(dá)到SOOMPa ;不足之處是增加了碳含量，惡化了焊接性能。中國(guó)專利CN101353759A公開(kāi)了 “屈服強(qiáng)度550MPa級(jí)低裂紋敏感性鋼板及其制造方法”其化學(xué)成分為 C 0. 005-0. 04%, Si 0. 40-0. 70%, Mn 1. 40-1. 85%, Cr ( O. 20%,Mo ^ O. 20 Cu ^ O. 30 Ni ^ O. 20 Nb 0. 04-0. 08 %、Al 0. 02-0. 06 Ti O. 004-0. 030%、B :0. 0005-0. 0020%，采用TMCP和控制冷卻技術(shù)獲得了強(qiáng)度韌性塑性良好匹配的以貝氏體為主的鋼板。不足之處是強(qiáng)度為550MPa級(jí)別。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種采用低碳微合金化設(shè)計(jì)、顯著降低碳當(dāng)量(Ceq)和焊接裂紋敏感指數(shù)(PcJ、屈服強(qiáng)度彡690Mpa、抗拉強(qiáng)度彡770Mpa、延伸率彡14%，且具有良好低溫沖擊韌性，生產(chǎn)成本低、使用成本低的一種屈服強(qiáng)度690MPa級(jí)高強(qiáng)度高韌性鋼板及其制造方法。本發(fā)明的一種屈服強(qiáng)度690MPa級(jí)高強(qiáng)度鋼板及其制造方法技術(shù)方案如下本發(fā)明一種屈服強(qiáng)度690MPa級(jí)的高強(qiáng)度鋼板的化學(xué)成分按重量百分比為C :0· 04 O. 09 %、Si :0· 25 O. 50 %、Mn :I. 4 I. 7 %、P :彡 O. 020 %、S :彡 O. 010%,Cr :彡 O. 45%、Mo 彡 O. 20%,Nb :0. 04 O. 05%,V :0. 05 O. 07%,Ti :0. 005 O. 020%,B 0. 0005 O. 0025%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明選擇的主要合金元素及其數(shù)量在本發(fā)明鋼中的作用碳(C):碳對(duì)鋼的強(qiáng)度、低溫沖擊韌性、焊接性能產(chǎn)生顯著影響。碳含量過(guò)低會(huì)使NbC生成量降低，影響控軋效果，也會(huì)增大冶煉控制難度，碳含量過(guò)高，又會(huì)增加碳當(dāng)量和焊接裂紋敏感指數(shù)，惡化鋼的焊接性能。因此，本發(fā)明設(shè)定的最佳碳含量為O. 04 O. 09%。硅(Si):本發(fā)明中硅含量控制在O. 25 O. 50%，硅主要以固溶強(qiáng)化形式提高鋼的強(qiáng)度，超過(guò)O. 5%時(shí)，會(huì)造成鋼的韌性下降。錳(Mn):本發(fā)明中錳含量控制在1.4 1.7%，錳的成本低廉，并且錳能促使貝氏體的轉(zhuǎn)變，其固溶強(qiáng)化作用會(huì)使鋼的抗拉強(qiáng)度大幅度上升，因此本發(fā)明中把錳作為主要合金元素。
·作昂貴合金元素的替代品來(lái)促進(jìn)沿整個(gè)鋼板厚度方向上的顯微組織均勻性。硼也可增大鑰和鈮對(duì)鋼淬透性的提高作用，因而硼的加入可使低碳當(dāng)量的鋼獲得高的強(qiáng)度，范圍控制在O. 0005 O. 0025%。鑰(Mo)和鉻(Cr):鑰存在于鋼的固溶體和碳化物中，有固溶強(qiáng)化作用，并可提高鋼的淬透性。尤其在含硼鋼中，鑰對(duì)淬透性的影響尤為顯著，在相當(dāng)大的冷卻速度范圍內(nèi)可獲得全部是貝氏體的組織。當(dāng)鑰與鈮同時(shí)加入時(shí)，鑰在控制軋制過(guò)程中可增大對(duì)奧氏體再結(jié)晶的抑制作用，進(jìn)而促進(jìn)奧氏體顯微組織的細(xì)化。但過(guò)多的鑰會(huì)損害焊接時(shí)形成的熱影響區(qū)的韌性，降低鋼的可焊性.鑰價(jià)格昂貴，為了降低成本，本發(fā)明用鉻替代了部分鑰，鉻含量不超過(guò)O. 45%，鑰含量不超過(guò)O. 20%。鉻也是提高淬透性的有效元素，同時(shí)也可顯著提高鋼的耐腐蝕性能。鈮(Nb):鈮的加入是為了促進(jìn)鋼材軋制顯微組織的晶粒細(xì)化，這可同時(shí)提高強(qiáng)度和韌性，存在鑰的條件下，鈮可在控制軋制過(guò)程中通過(guò)抑制奧氏體再結(jié)晶有效地細(xì)化顯微組織，并通過(guò)析出強(qiáng)化和提高淬透性使鋼得以強(qiáng)化。鋼中含硼的條件下，鈮的共同存在可提高淬透性。微量鈮析出物是保證超低碳貝氏體鋼組織及性能回火穩(wěn)定性的主要原因。焊接過(guò)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。鈮、硼等元素有強(qiáng)烈的相互作用，它們的同時(shí)加入大幅度改變鋼種的相變溫度，保證貝氏體相變?cè)诟蜏囟认逻M(jìn)行，最終實(shí)現(xiàn)超細(xì)組織的形成。釩(V) :V是強(qiáng)烈的碳氮化物形成元素，它通過(guò)形成碳化物阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大而細(xì)化晶粒，提高鋼材的常溫和高溫強(qiáng)度。在高溫回火過(guò)程中V的析出可使鋼的強(qiáng)度增加150MPa以上。但V含量過(guò)高時(shí)，析出物數(shù)量增加，尺寸增大，從而導(dǎo)致鋼的韌性降低。本發(fā)明鋼V含量控制在O. 05 O. 07%。鈦(Ti):鈦可形成細(xì)小的鈦的碳、氮化物顆粒，在板坯再加熱過(guò)程中可通過(guò)阻止奧氏體晶粒的粗化從而得到較為細(xì)小的奧氏體顯微組織。另外，鈦的氮化物顆粒的存在可抑制焊接熱影響區(qū)的晶粒粗化。因而，鈦可同時(shí)提高基體金屬和焊接熱影響區(qū)的低溫韌性。它可以阻止游離氮由于形成了硼的氮化物而對(duì)鋼的淬透性產(chǎn)生的不利影響，含量不超過(guò)O. 02%為宜。本發(fā)明的一種屈服強(qiáng)度690MPa級(jí)高強(qiáng)度鋼板的制造方法如下I、加熱和軋制
在加熱過(guò)程中，加熱溫度1180 1220°C，保溫時(shí)間為120 180min。采用兩階段控制軋制工藝，即奧氏體再結(jié)晶區(qū)軋制和奧氏體未再結(jié)晶區(qū)軋制。在奧氏體再結(jié)晶區(qū)軋制時(shí)，開(kāi)軋溫度為1130 1180°C，第I 2道次壓下量應(yīng)大于10%，其余至少有I 2道次壓下率控制在20 40%，用以細(xì)化原始奧氏體晶粒；在奧氏體未再結(jié)晶區(qū)軋制時(shí)，開(kāi)軋溫度900 950°C，累積壓下率大于60%，目的是為了保證其在未再結(jié)晶區(qū)有足夠的變形量，在變形的奧氏體內(nèi)有更高密度的位錯(cuò)累計(jì)，為鐵素體相變提供更有利的形核條件。較大的變形也有利于Nb的碳氮化合物的析出，由于變形誘導(dǎo)析出的作用，較大的道次變形率將有利于析出物的形成并且使其更加細(xì)小和彌散，同時(shí)，細(xì)小和彌散的析出物及其釘扎作用為鐵素體提供高密度的形核地點(diǎn)并且阻止其長(zhǎng)大和粗化，這對(duì)于鋼的強(qiáng)度與韌性都起到有利的作用。將終軋溫度控制在未再結(jié)晶區(qū)的低溫段，同時(shí)該溫度區(qū)接近相變點(diǎn)Ar3,即終軋溫度為810 840°C。2、冷卻軋制結(jié)束后，鋼板進(jìn)入加速冷卻裝置，按15 27°C /S的速度冷卻至400°C以下。由于鋼板在軋制過(guò)程中積累了密度很高的位錯(cuò)和極高的應(yīng)變能，高密度的位錯(cuò)將與Nb的 析出物Nb(CN)粒子相互作用，在軋制完成至加速冷卻的空冷(馳豫)過(guò)程中，這種相互作用促使在奧氏體晶粒內(nèi)部形成大量細(xì)小的多邊形位錯(cuò)胞結(jié)構(gòu)，Nb原子在位錯(cuò)墻上的偏聚以及大量微細(xì)Nb(CN)在位錯(cuò)胞壁上的析出，穩(wěn)定了這種具有一定取向差的多邊形胞狀結(jié)構(gòu)。同時(shí)，一個(gè)道次的較大變形具有誘導(dǎo)鐵素體相變的作用，在這種誘導(dǎo)作用下，Ar3點(diǎn)有所提高，即出現(xiàn)所謂“應(yīng)變誘導(dǎo)相變”現(xiàn)象，在未再結(jié)晶溫度區(qū)較大的變形量，將有利于針狀鐵素體的晶內(nèi)形核，同時(shí)會(huì)使貝氏體基體上的馬氏體島分布更加均勻彌散，最終得到板條狀貝氏體或馬氏體、Μ/A島、少量針狀鐵素體的整合組織。3、回火熱處理根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定鋼板的最佳回火溫度為450 480 V,保溫時(shí)間為20min+tX2. 5min/mm,其中t為鋼板厚度，單位為mm。本發(fā)明的有益效果為I、通過(guò)合理設(shè)計(jì)化學(xué)成分，大幅度降低C含量，并且以Mn、Cr和B等元素替代部分Mo和Ni等貴重元素，降低了合金成本；摒棄了傳統(tǒng)的調(diào)質(zhì)工藝轉(zhuǎn)而采用TMCP+回火工藝，降低了工序成本。2、通過(guò)合理的化學(xué)成分設(shè)計(jì)，并采取上述工藝可以得到一種屈服強(qiáng)度690MPa以上，抗拉強(qiáng)度770MPa以上，延伸率14%以上，且具有良好低溫沖擊韌性和焊接性能的鋼板。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例I鋼板的金相組織圖。
具體實(shí)施例方式以下用實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作更詳細(xì)的描述。這些實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明最佳實(shí)施方式的描述，并不對(duì)本發(fā)明的范圍有任何限制。實(shí)施例I按表I所示的化學(xué)成分冶煉，并澆鑄成鋼錠，將鋼錠加熱至1220°C，保溫150分鐘，在實(shí)驗(yàn)軋機(jī)上進(jìn)行第一階段軋制，即奧氏體再結(jié)晶區(qū)軋制，開(kāi)軋溫度為1170°C，第I 2道次壓下量應(yīng)大于10%，其次至少有I 2道次壓下率控制在20 40%，當(dāng)軋件厚度為60mm時(shí)，在輥道上待溫至900°C，隨后進(jìn)行第二階段軋制，即奧氏體未再結(jié)晶區(qū)軋制。終軋溫度為840°C，成品鋼板厚度為20mm。軋制結(jié)束后，鋼板進(jìn)入加速冷卻(ACC)裝置，以25°C /s的速度冷卻至400°C，出水后冷床冷卻。之后對(duì)鋼板進(jìn)行回火熱處理，回火溫度480°C，保溫時(shí)間為20min+tX2. 5min/mm,其中t為鋼板厚度，單位為mm。實(shí)施例2實(shí)施方式同實(shí)施例1，其中加熱溫度為1200°C，保溫150分鐘，第一階段軋制的開(kāi) 軋溫度為1160°C，軋件厚度為54mm，第二階段軋制的開(kāi)軋溫度為910°C，終軋溫度為830°C，成品鋼板厚度為18_ ;鋼板冷卻速度為25°C /s,終冷溫度為400°C。之后對(duì)鋼板進(jìn)行回火熱處理，回火溫度480°C,保溫時(shí)間為20min+tX2. 5min/mm,其中t為鋼板厚度,單位為mm。
實(shí)施例3實(shí)施方式同實(shí)施例1，其中加熱溫度為1200°C，保溫150分鐘；第一階段軋制的開(kāi)軋溫度為1150°C，軋件厚度為48mm ;第二階段軋制的開(kāi)軋溫度為910°C，終軋溫度為840°C，成品鋼板厚度為16mm ;鋼板冷卻速度為27°C /s,終冷溫度為380°C。之后對(duì)鋼板進(jìn)行回火熱處理，回火溫度480°C,保溫時(shí)間為20min+tX2. 5min/mm,其中t為鋼板厚度,單位為mm。表I本發(fā)明實(shí)施例I 3的化學(xué)成分(wt % )
權(quán)利要求
1.一種屈服強(qiáng)度690MPa的高強(qiáng)度高韌性鋼板及其制備方法，其特征在于，所述鋼板的化學(xué)成分按重量百分比為c :0. 04 O. 09%、Si :0. 25 O. 50%、Mn :1. 4 I. 7%、P :彡 O. 020 %、S :彡 O. 010 %、Cr 彡 O. 45 %、Mo 彡 O. 20 %、Nb :0· 04 O. 05 %、V 0. 05 O.07%,Ti :0. 005 O. 020%,B :0. 0005 O. 0025%，余量為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)。
2.一種如權(quán)利要求I所述的屈服強(qiáng)度690MPa的高強(qiáng)度高韌性鋼板的制造方法，其特征在于 按照權(quán)利要求I所述的的化學(xué)成分冶煉，并澆鑄成鋼錠，將鋼錠制造成所述鋼板的方法如下 1)、加熱和軋制 (a)、在加熱過(guò)程中，加熱溫度為1180 1220°C，保溫時(shí)間為120 180min； (b)、軋制軋制分為第一階段和第二階段軋制 第一階段在奧氏體再結(jié)晶區(qū)軋制，軋制過(guò)程中，開(kāi)軋溫度為1130 1180°C，第I 2道次壓下量應(yīng)大于10%，其余至少有I 2道次壓下率控制在20 40% ; 第二階段在奧氏體未再結(jié)晶區(qū)軋制，開(kāi)軋溫度900 950°C，軋制過(guò)程中，累積壓下率大于60%，終軋溫度為810 840°C ； 2)、冷卻 在冷卻過(guò)程中，鋼板進(jìn)入加速冷卻裝置，以20 27°C /s的速度冷卻至400°C以下，出水后空冷； 3)、回火熱處理 鋼板回火溫度控制在450 480°C，保溫時(shí)間為20min+tX2. 5min/mm，其中t為鋼板厚度，單位為mm。
全文摘要
本專利提供了一種屈服強(qiáng)度690MPa高強(qiáng)度高韌性鋼板及其制備方法，屬于低合金高強(qiáng)鋼領(lǐng)域，所述鋼板的化學(xué)成分按重量百分比為C0.04～0.09％、Si0.25～0.50％、Mn1.4～1.7％、P≤0.020％、S≤0.010％、Cr≤0.45％、Mo≤0.20％、Nb0.04～0.05％、V0.05～0.07％、Ti0.005～0.020％、B0.0005～0.0025％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。采用低碳微合金化設(shè)計(jì)，通過(guò)TMCP+回火工藝，獲得了細(xì)化貝氏體為主的基體組織，從而獲得了強(qiáng)度、塑性和韌性的良好匹配，本發(fā)明鋼可廣泛用于工程機(jī)械、煤礦機(jī)械等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C22C38/38GK102888565SQ201210365929
公開(kāi)日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2012年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月22日
發(fā)明者楊雄, 史文義, 袁曉鳴, 王海明, 張輝, 路璐, 任麗芳, 程德富 申請(qǐng)人:內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司