超低成本800MPa級(jí)高韌性、優(yōu)良焊接性的鋼板及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種超低成本SOOMPa級(jí)高初性、優(yōu)良焊接性的鋼板及其制造方法，其 抗拉強(qiáng)度^80MPa、屈服強(qiáng)度> 690MPa、延伸率Ss M8%、一40°C夏比橫向沖擊功(單個(gè)值） > 100J、優(yōu)良的焊接性及焊接接頭塑初性，焊接熱影響區(qū)化AZ)的一40°C的化arpy沖擊功 (單個(gè)值）> 47J，焊接接頭拉伸延伸率> 15 %。
【背景技術(shù)】
[0002] 眾所周知，低碳(高強(qiáng)度)低合金鋼是最重要工程結(jié)構(gòu)材料之一，廣泛應(yīng)用于石油 天然氣管線、海洋平臺(tái)、造船、橋梁結(jié)構(gòu)、鍋爐容器、建筑結(jié)構(gòu)、汽車工業(yè)、鐵路運(yùn)輸及機(jī)械制 造之中。低碳(高強(qiáng)度)低合金鋼性能取決于其化學(xué)成分、制造過(guò)程的工藝制度，其中強(qiáng)度、 初性和焊接性是低碳(高強(qiáng)度)低合金鋼最重要的性能，它最終決定于成品鋼材的顯微組織 狀態(tài)。隨著冶金科技不斷地向前發(fā)展，人們對(duì)高強(qiáng)鋼的強(qiáng)初性、強(qiáng)塑性匹配提出更高的要 求，即在維持較低的制造成本的同時(shí)大幅度地提高鋼板的綜合機(jī)械性能和使用性能，W減 少鋼材的用量節(jié)約成本，減輕鋼結(jié)構(gòu)的自身重量、穩(wěn)定性和安全性，更為重要的是為進(jìn)一步 提高鋼結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定性和冷熱加工性。目前日韓歐盟范圍內(nèi)掀起了發(fā)展新一代高性能鋼鐵 材料的研究高潮，力圖通過(guò)合金組合設(shè)優(yōu)化計(jì)和革新制造工藝技術(shù)獲得更好的組織匹配， 使高強(qiáng)鋼獲得更優(yōu)良的強(qiáng)初性、強(qiáng)塑性匹配。
[0003] 傳統(tǒng)的抗拉強(qiáng)度> 780MPa、鋼板的高強(qiáng)鋼板主要通過(guò)離線調(diào)質(zhì)工藝(Q巧)生產(chǎn);為 了獲得良好的強(qiáng)初性、強(qiáng)塑性匹配，鋼板化學(xué)成分設(shè)計(jì)時(shí)，除了C含量較高外(C含0.10%)， 鋼板必要具有足夠高的澤透性，即澤透性指數(shù)DI含2X成品鋼板厚度【DI = 0.311C1/2(1 + 0.64Si)X(l+4.10Mn)X(l+0.27Cu)X(1+0.52Ni)X(1+2.33Cr)X(1+3.14Mo)X25.4 (mm)】，W確保鋼板具有足夠高的強(qiáng)度、優(yōu)良的低溫初性及沿板厚方向顯微組織與性能的均 勻，因而不可避免地向鋼中加入大量化、Mo、化、化等合金元素，尤其需要加入大量的貴重合 金元素 Ni與Mo,導(dǎo)致鋼板制造成本居高不下（如日本專利昭59-129724、平1-219121及新 日鐵制鋼研究第314號(hào)-1984、日本鋼管技報(bào)No. 107-1985、新日鐵技報(bào)第348號(hào)-1993、川崎 制鐵技報(bào)Vol.4(No.3 )-1972、川崎制鐵技報(bào)Vol.7(No.2 )-1975、美國(guó)專利US Patent4855106、US Patent5183198、US Patent4137104、US Patent4790885、US 化tent4988393、歐洲專利EP 0867520A2)。
[0004] 此外，加入大量合金元素的鋼板導(dǎo)致鋼板延伸率尤其均勻延伸率大幅度地降低， 較低的均勻延伸率不僅不利于鋼板冷加工性能，而且對(duì)鋼板的抗疲勞斷裂特性、抗應(yīng)力集 中敏感性及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性影響較大，在水電工程中的壓力水管/滿殼與鋼岔管、火電汽輪發(fā)電 機(jī)結(jié)構(gòu)、海洋采油平臺(tái)及海上船用浮吊等巨型鋼結(jié)構(gòu)上使用時(shí)，存在安全較大的隱患，尤其 在地震、海嘯等自然災(zāi)害發(fā)生時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)存在破壞甚至跨塌的危險(xiǎn)；因此大型疲勞重載鋼結(jié) 構(gòu)采用高強(qiáng)鋼時(shí)，一般希望80公斤級(jí)高強(qiáng)鋼具有優(yōu)良的強(qiáng)初性、強(qiáng)塑性匹配，抗拉延伸率Ss 在18% W上，尤其均勻延伸率達(dá)到10% W上。
[0005] 現(xiàn)有大量專利文獻(xiàn)只是說(shuō)明如何實(shí)現(xiàn)母材鋼板的強(qiáng)度和低溫初性，就改善鋼板焊 接能性，獲得優(yōu)良焊接熱影響區(qū)HAZ低溫初性說(shuō)明較少，更沒(méi)有設(shè)及如何在提高鋼板抗拉強(qiáng) 度的同時(shí)，提高鋼板的抗拉延伸率及厚度方向力學(xué)性能均勻性，尤其焊接熱影響區(qū)具有優(yōu) 良塑初性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種超低成本SOOMPa級(jí)高初性、優(yōu)良焊接性的鋼板及其制 造方法，通過(guò)鋼板合金元素的組合設(shè)計(jì)與特殊制造工藝(CR+DQ巧)相結(jié)合，在不含銅、儀元 素的條件下，獲得優(yōu)良SOOMPa級(jí)調(diào)質(zhì)鋼板的強(qiáng)度、低溫初性、強(qiáng)初性與強(qiáng)塑性匹配的同時(shí)， 鋼板的焊接性也同樣優(yōu)異，成功地解決了無(wú)儀含量調(diào)質(zhì)鋼板的焊接性，焊接HAZ呈現(xiàn)出高強(qiáng) 度、高初性及優(yōu)良的塑性（即高的斷裂延伸率與均勻延伸率）；運(yùn)是本開(kāi)發(fā)鋼種最大的難點(diǎn) 之一，也是關(guān)鍵核屯、技術(shù);鋼板抗拉強(qiáng)度> 780MPa、抗拉強(qiáng)度> 690MPa、延伸率Ss > 18%、一 4(TC夏比橫向沖擊功（單個(gè)值）M00J、優(yōu)良的焊接性及焊接接頭塑初性，焊接熱影響區(qū) (HAZ)的一40°C的化a巧y沖擊功(單個(gè)值）> 47J，焊接接頭拉伸延伸率> 15%。
[0007] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[000引本發(fā)明采用超低C-超低Si-高M(jìn)n-高Als-(低Mo+高Cr)合金化一(Ti+師+V+B) 微合金化的成分體系作為基礎(chǔ)，適當(dāng)提高鋼中酸溶Als含量、Ca處理，Ca/S比在0.80~3.00 之間，（％Ca)(%S產(chǎn)l8<2.5X10-3、控制0.60<[(%C) + (%Mn)/6+(%Si)/24+(%Ni)/40+ (%Cr)/5+(%Mo)/4+(%V)/14+7.3(%B)]XV僻勵(lì)j/( T 訊旬釀-T停旬釀）Xt^.OO 之間等冶金 技術(shù)控制手段(其中t為成品鋼板厚度），優(yōu)化特殊控社+在線調(diào)質(zhì)工藝(DQ+T)，使成品鋼板 的顯微組織為下貝氏體+板條馬氏體，平均晶團(tuán)尺寸在20wiiW下，獲得優(yōu)良800M化級(jí)調(diào)質(zhì)鋼 板的強(qiáng)度、低溫初性、強(qiáng)初性與強(qiáng)塑性匹配的同時(shí)，鋼板的焊接性也同樣優(yōu)異，并成功地解 決了無(wú)儀含量調(diào)質(zhì)鋼板的焊接性，焊接HAZ呈現(xiàn)出高強(qiáng)度、高初性及優(yōu)良的塑性（即高的斷 裂延伸率與均勻延伸率），特別適用于水電壓力水管/滿殼/鋼岔管、海洋平臺(tái)、大型海工機(jī) 械等大型鋼結(jié)構(gòu)及設(shè)備，并且能夠?qū)崿F(xiàn)超低成本穩(wěn)定批量工業(yè)化生產(chǎn)。
[0009] 具體的，本發(fā)明的超低成本SOOMPa級(jí)高初性、優(yōu)良焊接性的鋼板，其成分重量百分 比為：
[0010] C:0.030%~0.070%
[0011] Mn:1.60% ~1.90%
[0012] P； <0.015%
[0013] S: < 0.0030%
[0014] Cr:0.80% ~1.20%
[0015] Mo:0.10% ~0.30%
[0016] 佩:0.010%~0.030%
[0017] V:0.030%~0.060%
[001 引 Ti:0.004% ~0.010%
[0019] 8:0.0008%~0.0016%
[0020] Als:0.040% ~0.070%
[0021] Ca :0.001 % ~0.004%
[0022] 其余為化和不可避免的夾雜，且上述元素含量必須同時(shí)滿足如下關(guān)系：
[0023] 0.60 < [ ( %C) + ( %Mn)/6+( %Si )/24+( %Ni )/40+( %Cr)/5+( %Mo)/4+( %V)/14+ 7.3 ( % B) ] X V銜隨t/(T訊旬釀-T停旬釀）X t。. 00，t為成品鋼板厚度，單位，mm; V銜P盤(pán)單位，°C / S; T巧旬釀、T停旬釀單位！ °C ;
[0024] 保證鋼本身的澤硬傾向即上述成分組合與冷卻速度、開(kāi)冷溫度、停冷溫度及鋼板 厚度之間的匹配，確保：
[0025] 1)保證鋼板冷卻過(guò)程中相變顯微組織類型為下貝氏體(BL)+板條馬氏體(M)的兩 相組織，最大程度地細(xì)化貝氏體/馬氏體晶團(tuán)尺寸，實(shí)現(xiàn)不含儀元素的調(diào)質(zhì)鋼板強(qiáng)初性、強(qiáng) 塑性匹配優(yōu)良的同時(shí)，鋼板初脆轉(zhuǎn)變溫度低于-40°C ;
[00%] 2)鋼板焊接性、焊接工藝性優(yōu)良，可W承受較大熱輸入焊接(4化J/cm)，鋼板焊接 接頭(即焊接熱影響區(qū)）的強(qiáng)初性、塑初性優(yōu)良；
[0027] Ca/S在0.80~3.00之間，且，5 X 1 〇-4 < (Ca) (S產(chǎn) 18。. 5 X 1 〇-3。W保證鋼板內(nèi)部 質(zhì)量的純凈性、健全性及均質(zhì)性（即鋼板UT探傷質(zhì)量?jī)?yōu)良），改善調(diào)質(zhì)鋼板的低溫初性、抗層 狀撕裂性、焊接性及焊接接頭(即HAZ)的低溫塑初性。
[002引進(jìn)一步，本發(fā)明鋼成分中還包括0<Si<0.10%、0<N<0.0050%中一種W上。
[0029] 在本發(fā)明鋼板的成分體系設(shè)計(jì)中：
[0030] C對(duì)800M化級(jí)調(diào)質(zhì)鋼的強(qiáng)度、低溫初性、延伸率及焊接性影響很大；從改善SOOMPa 級(jí)調(diào)質(zhì)鋼板低溫初性和焊接性角度，希望鋼中C含量控制得越低越好，但是從調(diào)質(zhì)鋼的澤透 性、強(qiáng)初性與強(qiáng)塑性匹配、制造過(guò)程中顯微組織控制及制造成本角度，C含量不宜控制得過(guò) 低，尤其對(duì)800M化級(jí)調(diào)質(zhì)鋼板而言，C含量低于0.03%會(huì)造成嚴(yán)重的原奧氏體晶界弱化，大 幅度降低鋼板及焊接接頭的塑初性;當(dāng)鋼中C含量高于0.07 %時(shí)，高銘含量鋼板焊接接頭的 塑初性嚴(yán)重劣化，為保證超低成本制造在線調(diào)質(zhì)800M化級(jí)高強(qiáng)度鋼板，C含量合理范圍為 0.030%~0.070%。
[0031] Mn作為最重要的合金元素在鋼中除提高800M化級(jí)調(diào)質(zhì)鋼板的強(qiáng)度外，還具有擴(kuò)大 奧氏體相區(qū)、降低An點(diǎn)溫度、細(xì)化調(diào)質(zhì)鋼板晶團(tuán)而改善鋼板低溫初性的作用、促進(jìn)低溫相 變組織形成而提高調(diào)質(zhì)鋼板強(qiáng)度的作用；但是Mn在鋼水凝固過(guò)程中容易發(fā)生偏析，尤其Mn 含量過(guò)高時(shí)，不僅會(huì)造成誘鑄操作困難，而且容易與(：、？、5、1