本發明涉及一種抗拉強度600MPa級易焊接結構鋼及其生產方法，屬低合金高強度鋼生產領域。

背景技術：

隨著能源、化工、水電、建筑等領域的迅速發展，低合金高強度結構鋼市場需求日益增大，而且為了滿足上述行業中工程結構自重降低，裝載能力提高的發展趨勢，抗拉強度在600MPa、且具備較好焊接性能的鋼板用量越來越多。該強度級別的鋼板有的以軋制后淬火+回火的方式生產，如日本JFE公司申請的公開號為JP2005068478A的發明專利“高強度高韌性低屈強比超大線能量焊接用厚鋼板及其生產方法”，但是該方式不僅添加了Cr、Ni等貴合金元素，而且生產周期長，能耗高；有的雖然采用控制軋制控制冷卻的方式生產，如東北大學申請的公開號為CN1537968的發明專利“一種屈服強度460MPa級低合金高強度結構鋼板材的制造方法”，該方式縮短了生產流程，但是其碳含量≥0.12％，并且碳當量大多在0.40％以上，較高的碳含量和碳當量對于高強度結構鋼的焊接性能不利。因此，需要開發抗拉強度在600MPa易焊接結構鋼板。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術存在的不足而提供一種抗拉強度600MPa級易焊接結構鋼及其生產方法，所得抗拉強度600MPa級結構鋼性能好，碳當量不大于0.35％，焊接性能好，而且成本低，生產過程簡單且容易操作。

本發明為解決上述提出的問題所采用的技術方案為：

一種抗拉強度600MPa級易焊接結構鋼，它的化學成分按質量百分數計為：C0.05～0.09％、Si 0.30～0.40％、Mn 1.40～1.55％、Nb 0.02～0.03％、Ti 0.010～0.025％，Als0.015～0.045％、B 0.0010～0.0018％、P≤0.015％，S≤0.007％，其余為Fe和不可避免雜質，雜質元素控制在P≤0.015％，S≤0.007％，[N]≤0.0030％，[O]≤0.0020％，同時碳當量CEV≤0.35％。

上述抗拉強度600MPa級易焊接結構鋼的生產方法，它依次包括以下步驟：冶煉、精煉、連鑄、鋼坯加熱、控制軋制、控制冷卻、緩冷、成品，其中，所述精煉過程時，進行微合金化，控制鋼中各化學成分按質量百分數計為：C 0.05～0.09％、Si 0.30～0.40％、Mn1.40～1.55％、Nb 0.02～0.03％、Ti 0.010～0.025％，Als 0.015～0.045％、B 0.0010～0.0018％，其余為Fe和不可避免雜質，雜質元素控制在P≤0.015％，S≤0.007％，[N]≤0.0030％，[O]≤0.0020％，同時碳當量CEV≤0.35％。

按上述方案，所述鋼坯加熱時，加熱溫度為1150～1250℃。

按上述方案，所述控制軋制時，采用兩階段控軋，使相變前的組織充分細化，第一階段開軋溫度為1030～1150℃，終軋溫度為960～1030℃；第二階段開軋溫度為900～1000℃，終軋溫度為780～860℃。

按上述方案，所述控制冷卻階段時，通過層流或水幕冷卻方式進行控制冷卻，開冷溫度730～830℃，返紅溫度500～630℃。

按上述方案，所述冶煉過程時，先進行鐵水預處理，再采用轉爐冶煉，通過頂吹或頂底復合吹煉。

本發明中，采用上述化學組分及質量百分配比的原因如下：

本發明的C含量選擇在0.05～0.09％。因為C是提高鋼板強度的最有效且最廉價的元素之一，為保證鋼板的強度，C含量的下限為0.05％。但是C含量過高時對鋼板的焊接性能和低溫沖擊韌性將產生不利的影響，因而C含量的上限為0.09％。

本發明的Si含量在0.30～0.40％，Si主要以固溶強化形式提高鋼的強度，同時也是脫氧的必要元素。在本發明鋼中，Si含量太高會降低鋼的低溫沖擊韌性。

本發明的Mn含量在1.40～1.55％，Mn是重要的強韌化元素和良好的脫氧劑、脫硫劑，太低的Mn則不能保證鋼的強度但太高的Mn對鋼坯中心偏析有不利影響，有損于鋼板的韌性，并且在焊接時容易產生裂紋，對于得到本發明所需鋼的性能來講，也是不必要的。

本發明的Nb含量為0.020～0.030％，Nb是強碳氮化合物形成元素，能提高鋼的奧氏體再結晶溫度。奧氏體可以在更高的軋制溫度下進行軋制。此外，Nb在控制軋制連續冷卻過程中的析出強化作用，通過Nb的碳氮化物的應變誘導析出可以釘扎奧氏體晶粒，細化奧氏體晶粒并提高強度及低溫韌性；但，過高的Nb也易與Fe、C等元素形成低熔點共晶物，從而增加焊縫金屬產生熱裂紋的傾向。

本發明的Ti含量為0.010～0.025％，Ti是強氮化物形成元素，Ti的氮化物能有效地釘扎奧氏體晶界，因此有助于控制奧氏體晶粒的長大。

本發明的總鋁含量Als控制在0.015～0.045％，Al是鋼中的主要脫氧元素。Al含量過高時將導致Al的氧化物夾雜增加，降低鋼的純凈度，不利于鋼的韌性。

本發明的B含量控制在0.0010～0.0018％，微量B的加入與Mn、Nb等元素相互作用，可以促進中溫轉變，提高鋼板的強度。

P和S是鋼中不可避免的有害元素，對鋼的塑性和韌性不利，應盡量降低P和S含量，提高鋼的潔凈度。但考慮到降低P、S含量對冶煉的難度和成本增大，本發明鋼中P控制≤0.015％，S控制≤0.007％。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

本發明抗拉強度600MPa級易焊接結構鋼成分以低C低Nb微B設計，最終獲得鐵素體、珠光體和貝氏體的混合組織，鋼的強韌性匹配好；鋼的屈服強度≥470MPa，抗拉強度≥600MPa，延伸率≥17％；縱向沖擊功：0℃KV₂≥300J，-20℃KV₂≥200J，-40℃KV₂≥150J。同時，因所得鋼較低的碳當量具備較好的焊接性能，而且該鋼化學成分簡單，未使用Mo、Cr、Cu、Ni、V等貴合金元素，節省成本。另外，本發明采用控軋控冷的方式生產，工藝流程短，鋼板厚度可達50mm，容易實施控制，具有很強的實用性。

附圖說明

圖1為實施例3所得抗拉強度600MPa級易焊接結構鋼的鐵素體、珠光體和貝氏體的混合組織。

具體實施方式

為了更好地理解本發明，下面結合實施例進一步對本發明的抗拉強度600MPa級易焊接結構鋼及其生產方法作進一步的說明，但本發明不僅僅局限于下面的實施例。

實施例

一種抗拉強度600MPa級易焊接結構鋼，它的化學成分按質量百分數計為：C0.05～0.09％、Si 0.30～0.40％、Mn 1.40～1.55％、Nb 0.02～0.03％、Ti 0.010～0.025％，Als0.020～0.045％、B 0.0010～0.0018％，其余為Fe和不可避免雜質，雜質元素控制在P≤0.015％，S≤0.007％，[N]≤0.0030％，[O]≤0.0020％，同時碳當量CEV≤0.35％。

表1列出了實施例1-4的抗拉強度600MPa級易焊接結構鋼的化學成分的具體重量百分數。

表1實施例1-4抗拉強度600MPa級易焊接結構鋼的化學成分(wt％)

上述實施例1-4的鋼的生產方法，依次包括以下步驟：冶煉、精煉、連鑄、鋼坯加熱、控制軋制、控制冷卻、緩冷、成品；其中，所述冶煉過程時，先進行鐵水預處理，再采用轉爐冶煉，通過頂吹或頂底復合吹煉；

所述精煉過程時，進行微合金化，控制鋼中各化學成分為表1所示；

所述連鑄過程時，采用電磁攪拌，減少元素偏析；

所述鋼坯加熱時，加熱溫度為1150～1250℃；

所述控制軋制時，采用兩階段控軋，使相變前的組織充分細化，第一階段開軋溫度為1080～1150℃，終軋溫度為1000～1030℃；第二階段開軋溫度為920～1000℃，終軋溫度為794～860℃；

所述控制冷卻階段時，通過層流或水幕冷卻方式進行控制冷卻，開冷溫度753～830℃，返紅溫度541～630℃；

所述成品厚度為10～50mm。具體地，實施例1-4所對應的部分工藝參數如表2所示。

表2實施例1-4部分工藝參數

將實施例1～4所得抗拉強度600MPa級易焊接結構鋼進行性能檢測，其產品性能數據如表3所示；檢驗焊接冷裂紋敏感性的焊接性試驗(小鐵研實驗)結果如表4所示；實施例3所得抗拉強度600MPa級易焊接結構鋼的鐵素體、珠光體和貝氏體的混合組織如圖1所示，鋼的強韌性匹配好。

表3實施例1-4的力學性能檢測結果

表4實施例1-4的焊接性能試驗結果

從表3可以看出，按照本發明技術方案生產的各規格鋼板各項指標均能達到：屈服強度≥470MPa，抗拉強度≥600MPa，延伸率≥17％；0℃KV₂≥200J，-20℃KV₂≥150J，-40℃KV₂≥100J；而且，本發明所得鋼板的力學性能優異的同時，從表1可見其碳當量均滿足CEV≤0.35％；結合表4中小鐵研試驗結果表明，本發明所得鋼板試樣焊后均未發現裂紋，表明按照本發明技術方案生產的各規格鋼板具有綜合力學性能好和易焊接的特點。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明創造構思的前提下，還可以做出若干改進和變換，這些都屬于本發明的保護范圍。