一種460MPa級高韌性低合金高強度結構用鋼板及其生產方法與流程

文檔序號：12646098閱讀：295來源：國知局

本發明屬于低合金高強度結構用鋼板生產工藝領域，具體涉及一種460MPa級高韌性低合金高強度結構用鋼板及其生產方法。

背景技術：

隨著能源、化工、水電、工程機械等領域的發展，低合金高強度結構鋼市場需求日益增大，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，屈服強度在460MPa(EN10025-4:2004中牌號為S460M、S460ML；GB/T 1591-2008中牌號為Q460)且具有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(調質)的方式生產，有的以軋制后正火的方式生產，以上兩種生產方式不僅碳含量在約0.16％(wt％，以下相同)，碳當量大多不低于0.42％，還添加了Mo、Cr、Cu、Ni、V等貴合金元素，而且生產周期長，能耗高；有的雖然采用熱機械軋制(TMCP)的方式生產，縮短了生產流程，但是其碳當量大多在0.40％左右，并且碳含量≥0.12％，而采用TMCP的方式生產、且碳含量≤0.10％的Q460鋼板又因Mo、Cr、Cu、Ni、V等貴合金元素的大量加入而提高了成本。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是：

如何在通過低C、低Nb、低貴合金元素(Mo、Cr、Cu、Ni、V等)的控制，達到化學成分簡單、成本低、且碳當量≤0.38的同時，通過控制生產方法，使鋼板獲得高屈服強度、高抗拉強度和高延伸率的同時獲得優良的低溫沖擊韌性，且生產方法中軋制后不需回火處理，工藝流程短，容易實施控制。

本發明解決以上技術問題的技術方案是：

一種460MPa級高韌性低合金高強度結構用鋼板，其重量百分比化學成分為：C：0.03～0.09％、Si：0.10～0.40％、Mn：1.20～1.80％、Nb：0.01～0.03％、Ti：0.005～0.030％，Als：0.015～0.045％、V：0.01～0.04％、P≤0.015％，S≤0.008％，還含有Cr：0.01％～0.30％、Mo：0.01％～0.08％、Ni：0.05～0.25％中的一種或兩種，其余為Fe和不可避免雜質；同時碳當量[CEV＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15]≤0.38％。

一種460MPa級高韌性低合金高強度結構用鋼板的生產方法，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；

鋼坯加熱，加熱溫度為1050～1220℃；

控制軋制，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800-900℃，終軋溫度為780-860℃；

控制冷卻，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350-650℃。

本發明中各化學成分含量控制所起的作用具體為：

本發明的C含量選擇在0.03～0.09％。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0.03％。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，因此C含量的上限為0.09％。

本發明的Si含量在0.10～0.40％，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1.00～1.80％，Mn是重要的強韌化元素和良好的脫氧劑、脫硫劑，低的Mn含量則不能保證鋼的強度，太高的Mn含量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，對于得到本發明鋼的性能來講，也是不必要的。

本發明的Nb含量為0.010～0.030％，Nb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是強碳氮化合物形成元素，在控制軋制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0.005～0.030％，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，有助于控制焊接熱影響區的奧氏體晶粒的長大，提高焊接熱影響區的韌性。

本發明的Als含量控制在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。

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，本發明鋼中控制P≤0.015％，控制S≤0.008％。

Cr或Mo主要作用是提高鋼的淬透性，形成一定量的貝氏體組織，保證強度指標的要求。本發明鋼中控制Cr：0.01～0.30％，控制Mo：0.01～0.30％。

Ni主要作用是提高過冷奧氏體的穩定性，提高鋼的淬透性，同時對改善低溫韌性有貢獻。本發明鋼中控制Ni：0.05～0.25％

本發明進一步限定的技術方案是：

前述的460MPa級高韌性低合金高強度結構用鋼板，鋼板最終獲得鐵素體、珠光體和貝氏體的混合組織；100mm厚度鋼板的屈服強度≥410MPa，抗拉強度≥550MPa，延伸率≥20％；縱向沖擊功：-60℃KV2≥200J；同時，低溫沖擊韌性優良，屈強比≤0.85。

前述的460MPa級高韌性低合金高強度結構用鋼板的生產方法，其中冶煉，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。

前述的460MPa級高韌性低合金高強度結構用鋼板的生產方法，其中精煉，進行微合金化，按權利要求1所述成分含量控制鋼中各化學成分含量。

前述的460MPa級高韌性低合金高強度結構用鋼板的生產方法，其中連鑄，采用電磁攪拌，減少元素偏析。

本發明的有益效果是：本發明460MPa級高韌性低合金高強度結構用鋼成分以低C低Nb，最終獲得鐵素體、珠光體和貝氏體的混合組織；100mm厚度鋼板的屈服強度≥410MPa，抗拉強度≥550MPa，延伸率≥20％；縱向沖擊功：-60℃KV2≥200J；滿足EN10025-4和GB/T1591標準的要求；同時，低溫沖擊韌性優良，屈強比≤0.85；化學成分簡單，碳當量≤0.38。另外，本發明采用控軋控冷的方式生產，軋制后不需回火處理，工藝流程短，容易實施控制，具有很強的實用性。

具體實施方式

以下通過具體實施例對本發明的460MPa級高韌性低合金高強度結構用鋼及其生產方法作進一步的說明：

表1列出了實施例1-5的460MPa級高韌性低合金高強度結構用鋼的化學成分的重量百分數(余量為Fe和不可避免的雜質)

表1實施例1-5化學成分(w％)

對上述實施例1-5中的鋼按照以下步驟生產：冶煉、精煉、連鑄、鋼坯加熱、控制軋制、控制冷卻、緩冷、成品。

其中鋼坯加熱時，加熱溫度為1050～1220℃；

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960-1060℃；第二階段開軋溫度為800-900℃，終軋溫度為780-860℃；

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350-650℃。

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。

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。

連鑄過程時，采用電磁攪拌，減少元素偏析。

其中，實施例1-5所對應的部分工藝參數如表2所示。